BR102013002354A2 - Sistema e método para determinar folga de calço de bloco de sela de uma máquina industrial - Google Patents

Abstract

Sistema e método para determinar folga de calço de bloco de sela de uma máquina industrial. Um método de controlar a operação de uma máquina industrial. A máquina industrial inclui uma lança, um braço de caçamba de escavação fixado à lança, um bloco de sela montado de forma articulável na lança em um ponto de articulação e um computador tendo um controlador. O método compreende processar, com o controlador, dados recebidos de um sensor de ângulo de sela, determinar, com o controlador, um ângulo de sela e uma folga de ângulo de sela usando os dados provenientes do sensor de ângulo de sela e determinar, com o controlador, uma altura do braço de caçamba de escavação, o método compreende adicionalmente determinar, com o controlador, uma altura do bloco de sela, determinar, com o controlador, um raio de folga de sela e determinar, com o controlador, uma folga de calço de bloco de sela ao comparar o raio de folga de sela com a altura do braço

Description

SISTEMA E MÉTODO PARA DETERMINAR FOLGA DE CALÇO DE BLOCO DE SELA DE UMA MÁQUINA INDUSTRIAL

REFER.F.NC LA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido reivindica prioridade para o pedido provisório US 61/593.049, depositado em 31 de janeiro de 2012, o qual está incorporado a este documento pela referência na sua totalidade.

ANTECEDENTES A presente invenção diz respeito a escavadeiras e, mais particularmente, a escavadeiras tendo uma caçamba de escavação para escavar material. Mais especificamente, a presente invenção diz respeito a montagens de bloco de sela que suportam o braço ou haste de caçamba de escavação.

SUMÁRIO

No campo de mineração, e em outros campos em que grandes volumes de materiais devem ser coletados e removidos de um local de trabalho, é típico empregar máquinas industriais incluindo uma grande caçamba de escavação para escavar os materiais no local de trabalho. Máquinas industriais, tais como escavadeiras elétricas a cabos ou mecânicas, escavadeiras de arrasto, etc., são usadas para executar operações de escavação para remover material, por exemplo, de um banco de uma mina. Após encher a caçamba de escavação com material, a máquina gira a caçamba de escavação para o lado para despejar o material em uma unidade de manuseio de material, tal como um caminhão basculante ou uma unidade de manuseio local (por exemplo, britador, classificador ou transportador). Escavadeiras elétricas a cabos tipicamente incluem uma lança de escavadeira, um braço se estendendo de forma articulável da lança e suportando a caçamba de escavação, e uma roldana ou polia suportada rotativamente na lança. Um caibo dc guincho se estende em volta da roldana ou polia e é conectado â caçamba de escavação para elevar e abaixar a caçamba de escavação, produzindo assim um movimento de escavação eficiente para escavar o banco dc material. O braço usualmente é fixado à lança ao usar montagens de bloco de sela montadas no eixo transportador. As montagens de bloco de sela são usadas para manter o braço em uma posição apropriada enquanto a escavadeira está operando.

Durante operação da escavadeira, forças nas direções vertical e horizontal são aplicadas ao braço da escavadeira. A força vertical é um resultado das cargas de escavação e da. força de separação entre a cremalheira no braço e o pinhão de impulsionamento. A força horizontal é por causa do giro de máquina, cargas de escavação e da inércia criada durante a operação da escavadeira. O propósito das montagens de bloco de sela é suportar estas forças e manter o braço na posição em relação à lança. O movimento relativo entre os componentes causa desgaste nas superfícies do bloco de sela que estão em contato com o braço. Por este motivo, as montagens de bloco de sela incluem adicionalmente placas de desgaste substituíveis. As placas de desgaste são muito mais baratas e mais fáceis de manter e substituir do que uma montagem de bloco dc sela total.

De uma maneira geral, existe uma folga entre o braço de caçamba de escavação e os blocos de sela que retêm o braço da caçamba de escavação. As placas de desgaste de bloco de sela necessitam ser ajustadas em uma base regular para manter a folga correta entre os componentes. Em vez de substituir as placas de desgaste em cada ajuste, as placas de desgaste são reposicionadas para aumentar sua vida útil. Em algumas modalidades, calços de metal são instalados entre as placas de desgaste e a montagem de bloco de sela para manter a folga de operação apropriada. Esta folga de calço de bloco de sela é necessária, porque se os blocos de sela estiverem conectados muito próximos ao braço eles podem causar atrito e desgaste aumentados no braço.

Para melhor operação da escavadeira, esta folga entre os blocos de sela e o braço deve ser muito pequena (por exemplo, entre 0,125 polegada (3,175 milímetros) e 0,5 polegada (12,7 milímetros)) . Entretanto, durante a operação estendida da escavadeira, a folga de calço de bloco de sela aumenta progressivamente. Ge a folga aumentar além de parâmetros específicos, a escavadeira começa a experimentar vários problemas que resultam em desempenho de escavadeira inferior. Primeiro, a folga aumentada entre os blocos de sela e o braço contribui para grandes cargas de choque à medida que as partes da escavadeira se deslocam. Segundo, uma folga grande permite que a cremalheira de braço e o pinhão de impulsionamento se separem um do outro. Isto aumenta muito a carga nos dentes de engrenagem resultando em dentes de engrenagem quebrados, operação grosseira e ruído aumentado.

Portanto, é muito importante ser capaz de determinar rapidamente e de forma exata a folga de calço de bloco dc sela existente em uma escavadeira. Rotinas de manutenção correntes para escavadeiras convencionais exigem inspeção visual dos blocos de sela e uma suposição padrão a respeito de uma taxa de desgaste. Assim, uma determinação automatizada e mais precisa da folga de calço de bloco de sela fornecerá melhor realimentação de manutenção e melhorará o desempenho geral da escavadeira. A invenção descrita busca fornecer um sistema, de controle e um método que possam determinar a folga de calço de bloco de sela de uma escavadeira elétrica a cabo. O método proposto usa dados de sensor e cálculos lineares para determinar o ângulo de sela (isto é, o ângulo no qual o bloco de sela está atualmente com relação à escavadeira ou à lança da escavadeira) e uma folga de ângulo de sela. Então, ao usar informação a respeito da altura do braço de caçamba de escavação e a altura do bloco de sela, o método encontra o raio de folga de ângulo de sela que é usado para determinar a folga de calço de bloco de sela.

Em uma modalidade, a invenção fornece um método de controlar a operação de uma máquina industrial. A máquina industrial inclui uma lança, um braço de caçamba de escavação fixado à lança, um bloco de sela montado de forma articulável na lança em um ponto de articulação e um computador tendo um controlador. O método compreende processar, com o controlador, dados recebidos de um sensor de ângulo de sela, determinar, com o controlador, um ângulo de sela e uma folga de ângulo de sela usando os dados provenientes do sensor de ângulo de sela e determinar, com o controlador, uma altura do braço de caçamba de escavação. O método compreende adicionalmente determinar, com o controlador, uma altura do bloco de sela, determinar, com o controlador, um raio de folga de sela e determinar, com o controlador, uma folga de calço de bloco de sela ao comparar o raio de folga de sela com a altura do braço.

Em uma outra modalidade, a invenção fornece uma máquina industrial. A máquina inclui uma lança, um braço de caçamba de escavação fixado à lança, um bloco de sela montado de forma articulável na lança em um ponto de articulação e um computador tendo um controlador. O controlador executa instruções programadas para processar dados recebidos de um sensor de ângulo de sela, determinar um ângulo de sela e uma folga de ângulo de sela usando os dados provenientes do sensor de ângulo de sela, determinar uma altura do braço de caçamba de escavação, determinar uma altura do bloco de sela, determinar um raio de folga de sela e determinar uma folga de calço de bloco de sela ao comparar o raio de folga de sela com a altura do braço.

Também cm uma outra modalidade, a invenção fornece um método de controlar a operação de uma máquina industrial. A máquina industrial inclui uma lança, um braço de caçamba dc escavação fixado ã lança, um bloco de sela montado de forma articulável na lança em um ponto de articulação e um computador tendo um controlador. O método inclui processar, com o controlador, dados recebidos de um sensor de ângulo de sela, determinar, com o controlador, um ângulo de sela e uma folga de ângulo de sela usando os dados provenientes do sensor de ângulo de sela, determinar, com o controlador, quando o bloco de sela se desloca para acima ou para abaixo de um plano horizontal do ponto dc articulação, armazenar, com o controlador, dados de ângulo de sensor imediatamente antes e após o deslocamento do bloco de sela. O método também inclui determinar uma velocidade média de ângulo dc sela no plano horizontal no tempo em que o bloco de sela se deslocou, criar uma aproximação linear da posição de ângulo de sela ao usar a velocidade média de ângulo de sela e os dados de ângulo de sensor antes e após o deslocamento de bloco de sela e determinar, com o controlador, uma altura do braço de caçamba de escavação. O método inclui adicionalmente determinar, com o controlador, uma altura do bloco de sela, determinar, com o controlador, um ralo de folga de sela e determinar, com o controlador, a folga de calço de bloco de sela ao comparar o raio de folga de sela com a altura do braço.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS A figura 1 ilustra uma máquina industrial de acordo com uma modalidade da invenção. A figura 2 é uma vista de corte do mecanismo de acionamento de bloco de sela e cremalheira e pinhão de impulsionamento da figura 1, feita ao longo da linha 2-2 na f igura 1. A figura 3 ilustra um controlador para uma máquina industrial de acordo com uma modalidade da invenção. A figura 4 ilustra um processo para determinar uma folga de calço de bloco de sela de uma máquina industrial de acordo com uma modalidade da invenção. A figura 5 ilustra etapas adicionais do processo para determinar uma folga de calço de bloco de sela de uma máquina industrial.

DES CRIÇÃO DETALHADA

Antes de quaisquer modalidades da invenção serem explicadas detalhadamente, é para ser entendido que a invenção não está limitada na sua aplicação aos detalhes de construção e ao arranjo de componentes expostos na descrição a seguir ou ilustrados nos desenhos expostos a seguir. A invenção é suscetível de outras modalidades e de ser praticada ou de ser executada em vários modos. Também, é para ser entendido que a fraseologia e terminologia usadas neste documento são para o propósito de descrição e não devem ser consideradas como limitantes. O uso de "incluindo", "compreendendo" ou "tendo" e variações dos mesmos neste documento é pretendido para abranger os, itens listados em seguida e equivalências dos mesmos assim como itens adicionais. Os termos "montado", "conectado" e "acoplado" são usados amplamente e abrangem tanto montagem, conexão e acoplamento diretos quanto indiretos. Adicionalmente, "conectado" e "acoplado" não estão restringidos a conexões ou acoplamentos físicos ou mecânicos, e podem incluir conexões ou acoplamentos elétricos, se diretos ou indiretos. Também, comunicações e notificações eletrônicas podem ser executadas usando quaisquer dispositivos conhecidos incluindo conexões diretas, conexão sem fios, etc.

Também deve ser notado que uma pluralidade de dispositivos baseados em hardware e software, assim como uma pluralidade de componentes estruturais diferentes, pode ser usada para implementar a invenção. Além do mais, deve ser entendido que modalidades da invenção podem inclui r hardware, software e componentes ou módulos eletrônicos que, para propósitos de discussão, podem estar ilustrados e descritos como se a maioria dos componentes estivesse implementada unicamente em hardware. Entretanto, uma pessoa de conhecimento comum na técnica, e com base em uma leitura desta descrição detalhada, reconhecerá que, em pelo menos uma modalidade, os aspectos baseados em eletrônica da invenção podem ser implementados em software (por exemplo, armazenado em mídia legível por computador não transitória) executável por um ou mais processadores. Como tal, deve ser notado que uma pluralidade de dispositivos baseados em hardware e software, assim como uma pluralidade de componentes estruturais diferentes, pode ser utilizada para implementar a invenção. Além disso, e tal como descrito em parágrafos subsequentes, as configurações mecânicas específicas ilustradas nos desenhos são pretendidas para exemplificar modalidades da invenção e que outras configurações mecânicas alternativas são possíveis. Por exemplo, "controladores" descritos no relatório descritivo podem incluir componentes de processamento padrões, tais como um ou mais processadores, um ou mais módulos de mídia legível por computador, uma ou mais interfaces de entrada/saída e várias conexões (por exemplo, um barramento de sistema) conectando os componentes. A invenção descrita neste documento diz respeito a sistemas, métodos, dispositivos e mídias legíveis por computador associados com a determinação precisa de uma folga de calço de bloco de sela de uma máquina industrial. A máquina industrial, tal como uma escavadeira elétrica a cabo ou máquina de mineração similar, é operável para executar uma operação de escavação para remover uma carga útxl (isto é, material) de um banco. Durante a operação da máquina, o braço da máquina frequentemente está empurrando ou retraindo a fim de escavar no banco do material ou para girar α máquina. O movimento entre os componentes da máquina causa desgaste do bloco de sela (e de seus elementos) que suporta o braço durante a operação da máquina. Uma folga de calço de bloco de sela aumentada pode contribuir para grandes cargas de choque e tensões que podem afetar adversamente a vida operacional da máquina industrial. A fim de determinar rapidamente e de forma precisa a folga de calço de bloco de sela exata sem interromper a operação da máquina, um controlador da máquina industrial usa a informação recebida de um sensor (por exemplo, um inclinômetro) para determinar um ângulo de sela que é então usado para calcular a folga de calço de bloco de sela da máquina. O ângulo de sela é o ângulo no qual o bloco de sela está atualmente com relação ã escavadeira. Especificamente, o controlador usa dados de sensor e cálculos lineares para determinar o ângulo de sela c uma folga de ângulo de sela (por exemplo, dados provenientes de um inclinômetro no bloco de sela são comparados corrí dados de um inclinômetro πει base da escavadeira para determinar o ângulo de sela). Então, o controlador usa informação a respeito da altura do braço de caçamba de escavação e a altura do bloco de sela para descobrir o raio de folga de ângulo de sela que é usado para determinar a folga de calço de bloco de sela. Determinar a folga de calço de bloco de sela da máquina industrial de uma tal maneira melhora a medição da posição de caçamba de escavação e fornece realimentação precisa tal como para quando os calços de bloco de sela necessitam ser ajustados ou substituídos.

Controlar a máquina industrial e determinar a folga de calço de bloco de sela inclui determinar, entre outras coisas, a orientação da máquina industrial, a posição dos componentes da máquina industriai c ângulos relativos dos componentes da máquina industrial uns em relação aos outros. Por exemplo, a máquina industrial pode incluir um ou mais inclinômetros (por exemplo, um sensor de ângulo de sela) que podem ser usados para determinar a inclinação, por exemplo, de um bloco de sela, de um braço de caçamba de escavação, de uma lança ou de um outro componente da máquina industrial. A inclinação do componente da máquina industrial pode ser usada por uma variedade de sistemas de controle associados com a máquina industrial para o propósito de evitação de colisão, determinação de carga útil, detecção de posição, etc. Em uma modalidade, os inclinômetros podem incluir um conjunto de ímãs (por exemplo, ímãs permanentes) montados ou acoplados de outro modo a um componente da máquina industrial. Um arranjo circular de sensores magnéticos (por exemplo, um arranjo de sensores de Efeito Hall ou de outros detectores magnéticos) é fornecido proximamente aos ímãs. O conjunto de sensores detecta uma característica (por exemplo, fluxo magnético) associada com os ímãs e é conectado a um controlador que recebe sinais do conjunto de sensores magnéticos relacionados com a característica. O controlador processa então os sinais recebidos do conjunto de sensores. Com base nesses sensores no conjunto de sensores que detectaram a característica associada com os ímãs, o controlador determina ou calcula uma inclinação do componente da máquina industrial. Um inclinômetro como este é capaz de determinar a inclinação do componente da máquina industriai com base em movimentos lineares do componente, movimentos rotacionais do componente ou em uma combinação de movimentos lineares e rotacionais do componente da máquina industrial. É para ser entendido que quaisquer outros tipos de inclinômetros também podem ser usados na operação da máquina industrial.

Embora a invenção descrita neste documento possa ser aplicada, executada ou usada em combinação com uma variedade de máquinas industriais (por exemplo, uma escavadeira a cabo, uma escavadeira de arrasto com movimentos de guincho e arrasto, máquinas hidráulicas, etc.), modalidades da invenção descritas neste documento são descritas com relação a uma escavadeira elétrica a cabo ou mecânica, tal como a escavadeira 10 mostrada na figura 1. A escavadeira 10 inclui uma armação móvel 14 suportada para movimento sobre o solo, as esteiras de acionamento 18, uma lança 22, um braço de caçamba de escavação 26, um mecanismo de acionamento de bloco de sela e cremalheira e pinhão de impulsionamento 30, um bloco de sela 31, um ponto de articulação 33, uma caçamba de escavação 38, uma roldana 46, um cabo de guincho 50, um tambor de guincho 54 e um sensor de ângulo de sela ou inclinômetro 35. Na modalidade ilustrada, o tambor de guincho 54 está coberto por um alojamento da escavadeira 10. A armação móvel 11 é um alojamento girável montado sobre uma base móvel tal como as esteiras de acionamento 18 . A lança fixa 22 se estende para cima e para fora da armação 14. O braço de caçamba de escavação 2 6 é montado ria lança 22 para movimento ao redor do mecanismo de acionamento de bloco de sela e cremalheira e pinhão de impulsionamento 30. O braço de caçamba de escavação 26 é operável para movimento de articulação em relação à lança 22 ao redor um eixo geométrico de braço de caçamba de escavação de uma maneira geral horizontal 32. Adicionalmente, o braço de caçamba de escavação 26 é operável para movimento translacional (não articulável) em relação ã lança 22. O braço de caçaimba de escavação 26 tem uma extremidade dianteira 34. A caçamba de escavação 38 é montada na extremidade dianteira 34 do braço de caçamba de escavação 26. Uma extremidade externa 42 da lança 22 tem na mesma uma roldana 46. Um(s) cabo(s) ou cordão(s) de guincho 50 se estende (m) sobre a roldana 46 proveniente (s) de um tambor de guincho 54 montado na armação 14. A caçamba de escavação 38 é suspensa pela lança 22 por meio do (s) cabo (s) de guincho 50. O cabo de guincho 5 0 é enrolado sobre a roldana 46 e fixado à caçamba de escavação 3 8 em um pino de alça. O cabo de guincho 50 é ancorado ao tambor de guincho 54 da armação móvel 14. Tal como observado anteriormente, na modalidade ilustrada, o tambor de guincho 54 está coberto por um alojamento da escavadeira 10. Ã medida que o tambor de guincho 54 gira, o cabo de guincho 50 é desenrolado para abaixar a caçamba de escavação 38 ou enrolado para elevar a caçamba de escavação 38. A caçamba de escavação 38 também inclui a haste de caçamba de escavação ou braço de caçamba cie escavação 26 fixado rigidamente a eia. O braço de caçamba de escavação 26 é suportado de forma deslizãvel no bloco de sela 31 do mecanismo de acionamento de bloco de sela e cremalheira e pinhão de impulsionamento 30. O bloco de sela 31 é montado de forma articulável na lança 22 no ponto de articulação 33. O braço de caçamba de escavação 26 inclui uma formação de dentes de cremalheira no mesmo que encaixa com um pinhão de acionamento montado no bloco de sela 31. O pinhão de acionamento é acionado por nm motor elétrico e unidade de transmissão (não mostrados) para estender ou retrair o braço de caçamba de escavação 2 6 em relação ao bloco de sela 31.

Uma fonte de energia elétrica (não mostrada) é montada na armação móvel 14 para fornecer energia para um ou mais motores elétricos de guincho para acionar o tambor de guincho 54, um ou mais motores elétricos de rmpulsionamento para acionar a unidade de transmissão de bloco de sela, e um ou mais motores elétricos de giro para girar a armação móvel 14. Cada um dos motores de impulsionamento, de guincho e de giro é acionado por seu próprio controlador ou acionamento de motor em resposta a tensões e correntes de controle correspondendo a comandos de operador. A figura 2 ilustra o mecanismo de acionamento de bloco dc sela e cremalheira e pinhão de impulsionamento 30 com mais detalhes. Deve ser entendido que a presente invenção é capaz de usar outros tipos de blocos de sela e os blocos de sela 31 estão mostrados somente como um exemplo possível. Em algumas modalidades, o braço 26 da escavadeira 10 compreende duas pernas 6 8 que são posicionadas em um e outro lado da lança 22. O braço 26 também inclui a cremalheira 62 fixada à parte inferior de cada perna 68. Um eixo transportador 66 tendo um eixo geométrico 58 também é montado horizontalmente através da lança 22 para prender as montagens de bloco de sela 31 no lugar. Dois pinhões 70 com as ranhuras 74 são fixados ao eixo transportador 66. A cremalheira 62 nas pernas de braço 68 encaixa com as ranhuras de engrenagem de pinhão 74 . Um motor elétrico e uma transmissão (não mostrados) giram o eixo transportador e pinhões, fazendo assim com que o braço e cremalheira avancem e retraiam a partir da lança. A montagem de bloco de sela total ajuda a manter a posição apropriada do braço 26 durante operação da escavadeira.

As montagens de bloco de sela 31 incluem as placas de desgaste substituíveis 78. Durante manutenção de rotina da escavadeira 10, a placas de desgaste 78 são mais fáceis de substituir do que urna montagem de bloco de sela total. Por exemplo, após as placas de desgaste 78 terem alcançado uma certa espessura, elas são descartadas e novas placas de desgaste são instaladas. Isto deixa a integridade das montagens de bloco de sela intacta. Tal como mencionado anteriormente, as placas de desgaste de bloco de sela 78 necessitam ser ajustadas em uma base regular para manter a folga correta entre os componentes da escavadeira. Em algumas modalidades, em vez de descartar as placas de desgaste 78 em cada ajuste, elas são reposicionadas para aumentar sua vida útil. Os calços de metal 80 e 82 são instalados entre as placas de desgaste 78 e a montagem de bloco de sela para manter a folga de operação apropriada entre o bloco de sela 31 e o braço 26. A figura 3 ilustra um controlador 200 associado com a escavadeira 10 da figura 1. É para ser entendido que o controlador 200 pode ser usado em uma variedade de máquinas industriais além da escavadeira 10 (por exemplo, uma escavadeira de arrasto, máquinas hidráulicas, máquinas de construção, etc.). O controlador 200 está em comunicação com uma variedade de módulos ou componentes da escavadeira 10. Por exemplo, o controlador ilustrado 200 está conectado a um ou mais indicadores 2 05, um módulo de interface de usuário 210, um ou mais motores de guincho e acionamentos de motores de guincho 215, um ou mais motores de impulsionamento e acionamentos de motores de impuls ionamento 220, um ou mais motores de giro e acionamentos de motores de giro 225, um armazenamento de dados ou base de dados 23 0, um módulo de fornecimento de energia 235, um ou mais sensores 240 e um módulo de comunicações em rede 245. O controlador 200 inclui combinações de hardware e software que são operãveis para, entre outras coisas, controlar a operação da escavadeira 10, controlar a posição da lança 22, do braço de caçamba de escavação 26, da caçamba de escavação 38, etc., ativar o um ou mais indicadores 205 (por exemplo, uma tela de cristal l iquido ["LCD"] ) , monitorar a operação da escavadeira 10, etc. O um ou mais sensores 240 incluem, entre outras coisas, sensores de posição, sensores de velocidade, sensores de aceleração, o inclinômetro 35, um ou mais módulos de campo de motor, etc. Por exemplo, os sensores de posição são configurados para detectar a posição da escavadeira 10, a posição do braço de caçamba de escavação 26 e da caçamba de escavação 38 e para fornecer a informação para o controlador 200. Adicionalmente, o inclinômetro 35 é configurado para detectar a posição do braço 26 em relação aos blocos de sela 31 e para fornecer essa informação para o controlador 200.

Em algumas modalidades, o controlador 200 inclui uma pluralidade de componentes elétricos e eletrônicos que fornecem energia, controle operacional e proteção para os componentes e módulos dentro do controlador 200 e/ou da escavadeira 10. Por exemplo, o controlador 200 inclui, entre outras coisas, uma unidade de processamento 250 (por exemplo, um microprocessador, um microcontrolador, ou um outro dispositivo programável adequado), uma memória 255, as unidades de entrada 260 e as unidades de salda 265. A unidade de processamento 250 inclui, entre outras coisas, uma unidade de controle 270, uma unidade lógica e aritmética ("ALU") 275 e uma pluralidade dos registradores 280 (mostrados como um grupo de registradores na figura 2), e é implementada usando uma arquitetura de computador conhecida. A unidade de processamento 250, a memória 255, as unidades de entrada 260 e as unidades de saída 265, assim como os vários módulos conectados ao controlador 200, são conectadas por meio de um ou mais barramentos de controle e/ou de dados (por exemplo, o barramento comum 285). Os barramentos de controle e/ou de dados estão mostrados de uma maneira geral na figura 3 para propósitos ilustrativos . O uso de um ou mais barramentos de controle e/ou de dados para a interligação e comunicação entre os vários módulos e componentes seria conhecido para os versados na técnica em virtude da invenção descrita neste documento. Em algumas modalidades, o controlador 200 ê implementado parcialmente ou de forma total em um chip semicondutor (por exemplo, um semicondutor de matriz de portas programáveis em campo ["FPGA" ] ) , tal como um chip desenvolvido por meio de um processo de projeco de nível de transferência de registro ("RTL"). A memória 255 inclui, por exemplo, combinações de tipos diferentes de memória, tais como memória somente de leitura ("ROM"), memória de acesso aleatório ("RAM") (por exemplo, RAM dinâmica ["DRAM"], DRAM sincrona ["SDRAM"], etc . ) , memória somente de leitura programável e apagãvel eletricamente ("EEPROM"), memória flash, um disco rígido, um cartão SD, ou outros dispositivos de memória magnéticos, óticos, físicos ou eletrônicos adequado. A unidade de processamento 250 é conectada à memória 255 e executa instruções de software que são capazes de ser armazenadas em uma RAM da memória 255 (por exemplo, durante execução), uma ROM da memória 255 (por exemplo, em uma base de uma maneira geral permanente), ou em uma outra mídia legível por computador não transitória tal como uma outra memória ou um disco. Software incluído na implementação da escavadeira 10 pode ser armazenado na memória 255 do controlador 200. O software inclui, por exemplo, firmware, uma ou mais aplicações, dados de programa, filtros, regras, um ou mais módulos de programa e outras instruções executáveis. O controlador 200 é configurado para recuperar da memória e executar, entre outras coisas, instruções relacionadas com os processos e métodos de controle descritos neste documento. Em outras construções, o controlador 200 inclui componentes adicionais, menos ou componentes diferentes. O módulo de comunicações em rede 245 é conectável a uma rede 290 e pode sc comunicar por meio dela. Em algumas modalidades, a rede é, por exemplo, uma rede de área estendida ("WAN") (por exemplo, uma rede baseada em TCP/IP, uma rede celular, tal como, por exemplo, uma rede de Sistema Global para Comunicações Móveis ["GSM"], uma rede de Serviço Geral de Rádio por Pacotes ["GPRS"], uma rede de Acesso Múltiplo por Divisão de Código ["CDMA"], uma rede de Evolução de Dados Otimizados ["EV-DO"] , uma rede de Taxas de Dados Aprimoradas para Evolução GSM [ "EDGE" ] , uma rede 3GSM, uma rede 4GSM, uma rede de Telecomunicações Digitais Sem Fio Aprimoradas ["DECT"] , uma rede AMPS Digital ["IS-136/TDMA"], ou uma Rede Aprimorada Digitai Integrada ["iDEN"] , etc . ) .

Em outras modalidades, a rede 2 90, por exemplo, é uma. rede de área local ("LAN"), uma rede de vizinhança ("NAN"), uma rede doméstica ("HAN") ou rede de área pessoal ("PAN") empregando qualquer um de uma variedade de protocolos de comunicações, tais como Wi-Fi, Bluetooth, zigBee, etc. Comunicações por meio da rede 290 pelo módulo de comunicações em rede 245 ou pelo controlador 200 podem ser protegidas usando um ou mais técnicas de criptografia, tais como aquelas técnicas fornecidas no padrão IEEE 802.1 para segurança de rede baseada em porta, chave pré- compartilhada, Protocolo de Autenticação Extensível ("EAP"), Privacidade de Equivalência Com Fio ("WEP"), Protocolo de Integridade de Chave Temporal ("TKIP"), Acesso Protegido Wi-Fi ("WPA"), etc. As conexões entre o módulo de comunicações em rede 245 e a rede 2 90 são, por exemplo, conexões com fio, conexões sem fio, ou uma combinação de conexões sem fio e com fio. De forma similar, as conexões entre o controlador 2 00 e a rede 290 ou o módulo de comunicações em rede 245 são conexões com fio, conexões sem fio, ou uma combinação de conexões sem fio e com fio. Em algumas modalidades, o controlador 200 ou o módulo de comunicações em .rede 245 inclui uma ou mais portas de comunicações (por exemplo, Ethernet, ligação serial de tecnologia avançada ["SATA"], barramento serial universal ["USB"], eletrônica de unidade integrada ["IDE"], etc.) para transferir, receber ou armazenar dados associados com a escavadeira 10 ou com a operação da escavadeira 10. O módulo de fornecimento de energia 235 fornece uma tensão AC ou DC nominal para o controlador 2 00 ou para outros componentes ou módulos da escavadeira 10 . O módulo de fornecimento de energia 235 é alimentado, por exemplo, por uma fonte de energia tendo tensões de linha nominais entre 100 V e 240 V AC e frequências de aproximadamente 50-60 Hz . O módulo de fornecimento de energia 235 também é configurado para fornecer tensões inferiores para operar circuitos e componentes dentro do controlador 200 ou da escavadeira 10. Em outras construções, o controlador 200 ou outros componentes e módulos dentro da escavadeira 10 são alimentados por uma ou mais baterias ou grupos de baterias, ou uma outra fonte de energia independente de rede elétrica (por exemplo, um gerador, um painel solar, etc.). O módulo de interface de usuário 210 é usado para controlar ou monitorar a escavadeira 10. Por exemplo, o módulo de interface de usuário 210 é conectado operacionalmente ao controlador 200 para controlar a posição da caçamba de escavação 38, a posição da lança 22, a posição do braço de caçamba de escavação 26, etc. Adicionalmente, o módulo de interface de usuário 210 é conectado operacionalmente ao controlador 200 para solicitar determinação de vários parâmetros da escavadeira 10 (por exemplo, a folga de calço de bloco de sela) . O módulo de interface de usuário 210 inclui uma combinação de dispositivos de entrada ou de sarda digitais ou analógicos exigidos para alcançar um nivel desejado de controle e monitoramento para a escavadeira 10. Por exemplo, o módulo de interface dc usuário 210 inclui um mostrador (por exemplo, um mostrador primário, um mostrador secundário, etc.) e dispositivos de entrada tais como mostradores de tela sensível ao toque, uma pluralidade de botões, diais, comutadores, teclas, etc. O mostrador é, por exemplo, uma tela de cristal liquido ("LCD") , um mostrador de diodos emissores de luz ("LED") , um mostrador de LEDs orgânicos ( "OIiED" ) , um mostrador eletroluminescente ("ELD") , um mostrador emissor de elétrons de condução de superfície ("SED"), um mostrador de emissão de campo ("FED"), uma LCD dc transistor de película fina ("TFT") , etc. O módulo de interface de usuário 210 também pode ser configurado para exibir condições ou dados associados com a escavadeira 10 em tempo real ou substancialmente em tempo real. Por exemplo, o módulo de interface de usuário 210 é configurado para exibir características elétricas medidas da escavadeira 10, o staLus da escavadeira 10, a posição da caçamba de escavação 38, a posição do braço de caçamba de escavação 26, o ângulo de sela entre o braço 26 e o bloco de sela 31, etc. Em algumas implementações, o módulo de interface de usuário 210 é controlado em combinação com o um ou mais indicadores 205 (por exemplo, LEDs, alto-falantes, etc.) para fornecer indicações visuais ou auditivas do status ou condições da escavadeira 10. O processador 250 do controlador 200 envia sinais de controle para controlar as operações da escavadeira 10. Por exemplo, o controlador 200 pode controlar, entre outras, as operações de escavação, descarga, elevação, avanço e giro da escavadeira 10. Adicionalmente, o controlador 200 pode analisar vários parâmetros de operação da escavadeira 10 e pode determinar quando ajuste e/ou manutenção são exigidos em elementos específicos da escavadeira 10. Em uma modalidade, os sinais de controle enviados pelo controlador 200 estão associados com sinais de solicitação para determinar várias condições da escavadeira 10 ou de seus componentes. Por exemplo, o controlador 200 pode determinar o status operacional dos motores de guincho, giro ou de avanço, um ângulo de sela, uma altura do bloco de sela, uma altura do braço de caçamba de escavação, um ângulo de enrolamento de cabo de guincho, rotações por minuto de motor de guincho ( "RPM" ) , uma R.PM de motor de impulsionamento, uma aceleração/desaceleração de motor de guincho, etc. O controlador 200 e o sistema de controle da escavadeira 10 descritos anteriormente são usados para controlar a operação da escavadeira 10. Especificamente, o controlador 200 é usado para determinar a folga de calço de bloco de sela da escavadeira 10 enquanto a escavadeira está operando. Em uma modalidade, o controlador 200 é configurado para analisar os dados recebidos do sensor de ângulo de sela 35 à medida que o braço 26 atravessa um plano aproximadamente horizontal (não mostrado) que é posicionado a 90 graus em relação ao ponto de articulação 33. Tal como descrito com mais detalhes a seguir, o controlador 200 é configurado para determinar o ângulo de sela e uma folga dei ângulo de sela e para usar essa informação para calcular a folga de calço de bloco de sela. Após determinar a folga de calço de bloco de sela, o controlador 200 pode fornecer a folga de calço de bloco de sela para o operador de escavadeira (por exemplo, ao usar o módulo de interface de usuário 210) . Informação a respeito da folga de calço de bloco de sela permite ao operador determinar se a escavadeira 10 exige manutenção imediata e aumenta a produtividade da escavadeira por causa de a escavadeira não ter que interromper operação para verificações de manutenção de rotina.

Uma implementação do processo 300 de controlar a operação da escavadeira 10 e determinar a folga de calço de bloco de sela para a escavadeira 10 está ilustrada na figura 4. O processo 300 descrito neste documento está associado como uma operação de escavação e determinação da folga de calço de bloco de sela da escavadeira 10 durante a operação de escavação. O processo 300 é ilustrativo de uma modalidade de um método para determinar a folga de calço de bloco de sela e pode ser executado pelo controlador 200 . Várias etapas descritas neste documento com relação ao processo 300 são capazes de ser executadas simultaneamente, em paralelo, ou em uma ordem que difere do modo serial de execução ilustrado. O processo 300 também é capaz de ser executado usando etapas adicionais ou menos etapas que essas mostradas na modalidade ilustrada.

Tal como mostrado na figura 4, o processo 300 começa com receber informação do sensor de ângulo de sela 3 5 (na etapa 3 05) . Tal como mencionado anteriormente, em uma modalidade, o sensor de ângulo de sela ê um inclinômetro. Após o controlador 200 receber a informação proveniente do inclinômetro 35, o controlador processa a informação proveniente do sensor de ângulo de sela (na etapa 3 10) . A seguir, o controlador 200 usa cálculo linear (descrito com mais detalhes a seguir em relação ã figura 5) para determinar o ângulo de sela e a folga de ângulo de sela ã medida que o braço 2 6 "balança" ou atravessa o plano horizontal posicionado a 90 graus em relação ao ponto de articulação 33 (na etapa 312). A quantidade de "balanço" é dependente da quantidade da folga de calço entre o bloco de sela e o braço. O processo de determinar o ângulo de sela e a folga de ângulo de sela está ilustrado na figura 5 e é descrito com mais detalhes a seguir. A seguir, o controlador determina a altura do braço de caçamba de escavação 26 (na etapa 315). Em algumas modalidades, determinar a altura do braço de caçamba de escavação 26 é executado ao recuperar informação da memória da escavadeira 10 (isto é, quando a altura exata do braço de caçamba de escavação está armazenada na memória). Em outras modalidades, o controlador 200 executa cálculos para determinar a altura do braço de caçamba de escavação 26. Na etapa 320, o controlador 200 determina a altura do bloco de sela 31. Em uma modalidade, a altura do bloco de sela 31 é determinada ao recuperar informação da memória da escavadeira 10. Alternativamente, a altura do bloco de sela 31 pode ser calculada pelo controlador 200.

Na etapa 325, o controlador 200 determina o comprimento radial da folga de ângulo de sela (isto é, o raio de folga de sela) . Por exemplo, o raio de folga de sela é determinado ao usar informação a respeito da altura de braço e informação a respeito da folga de ângulo de sela. Em uma modalidade, o controlador 200 usa a fórmula seguinte para calcular o raio de folga de sela. Na fórmula a seguir, o raio de folga de sela está representado por r.;, a altura de braço está representada por rh e a folga de ângulo de sela está representada por cos (efoiga) - A seguir, o controlador 200 determina a folga de calço de bloco de sela exata rfolga ao comparar o raio de folga de sela rs com a altura de braço rh (na etapa 330) . Em uma modalidade, o controlador usa a seguinte fórmula para calcular a folga de calço de bloco de sela: rtoiga = rs - rh A figura 5 ilustra um processo 400 para determinar o ângulo de sela e a folga de ângulo de sela para a escavadeira 10. O processo 400 é ilustrativo de uma modalidade de um método para determinar o ângulo de sela e a folga de ângulo de sela e pode ser executado pelo controlador 200. Várias etapas descritas neste documento com relação ao processo 400 são capazes de scr executadas simultaneamente, em paralelo ou em uma ordem que difere do modo serial de execução ilustrado. O processo 400 também é capaz de ser executado usando etapas adicionais ou menos etapas que essas mostradas na modalidade ilustrada.

Tal como mostrado na figura 5, o processo 400 começa com processar e avaliar a informação recebida do sensor de ângulo de sela 3 5 (na etapa 4 05) . Em algumas modalidades, um monitor de condições (isto é, código de software armazenado na memória do controlador 200) identifica quando o bloco de sela 31 se desloca para frente ou para trás por causa da folga de calço de bloco de sela. Isto é realizado ao monitorar a mudança de aceleração no ângulo de sela (na etapa 410). Em uma modalxdade, o controlador 200 determina posição de ângulo de sela, velocidade de ângulo de sela e aceleração de ângulo de sela (na etapa 415). Em particular, a monitor de condições do controlador 200 recebe informação a respeito da posição de ângulo de sela proveniente do sensor de ângulo de sela 35 cm diversas vezes durante a operação da escavadeira. Usando a informação a respeito da posição de ângulo de sela nas várias vezes, a monitor de condições executa cálculos para determinar a velocidade de ângulo de sela e a aceleração de ângulo de sela. Θ = Posição dc Ângulo de Sela 0 = Velocidade de Ângulo de Sela 0 = Aceleração de Ângulo de Sela Na próxima etapa, o controlador 200 determina quando o bloco de sela sc desloca ou balança para acima ou para abaixo do piano horizontal associado com o ponto de articulação 33 (na etapa 420). Em particular, o monitor de condições usa a posição de ângulo de sela, velocidade de ângulo de sela e aceleração de ângulo de sela determinados anteriormente. À medida que o braço de caçamba de escavação 26 atravessa o plano horizontal em uma velocidade de guincho constante, a posição de sela se mantém em uma rampa contínua. No momento em que a sela começa a balançar, a aceleração de sela aumenta a partir de zero. Portanto, quando a sela balança, a aceleração e a velocidade da sela são maiores que a aceleração e a velocidade da escavadeira. Isto ativa a monitor de condições do controlador 200 para armazenar os dados de ângulo de sensor (por exemplo, posição de ângulo de sela, velocidade de ângulo de sela e aceleração de ângulo de sela) imediatamente antes e após o aumento ter ocorrido na memória da escavadeira (na etapa 425). O controlador 200 determina a velocidade média de ângulo de sela no plano horizontal no momento em que a sela balançou (na etapa 430) . O controlador 200 também pode determinar a velocidade de ângulo de sela acima do plano horizontal e a velocidade de ângulo de sela abaixo do plano horizontal.

Gh = Velocidade de Ângulo de Sela Acima do Plano Horizontal 01 = Velocidade de Ângulo de Sela Abaixo do Plano Horizontal 0mú(, = Velocidade Média de Ângulo de Sela no Plano Horizontal A seguir, o controlador 200 usa a velocidade média de ângulo de sela no plano horizontal e os dados de ângulo de sensor antes e após a sela balançar para criar uma aproximação linear da posição de ângulo de sela (na etapa 435). Em uma modalidade, o controlador 200 usa as equações a seguir para resolver a aproximação linear (isto é, a posição de ângulo de sela) para acima (h) e abaixo (1) do plano horizontal. y = mx + b Θη = Õ _ x i bh meei 11 Ó x 0] = méd l + bi Ao inserir os dados de sinal armazenados, os dados de aproximação de posição alta são usados para resolver a aproximação de posição inferior. A diferença calculada na posição de ângulo de sela é usada para determinar a quantidade de folga de ângulo de sela (na etapa 440) . Tal como explicado anteriormente, a folga de ângulo de sela é usada para determinar a folga de calço de bloco de sela. Um operador usa então a folga de calço de bloco de sela para determinar se os elementos do bloco de sela necessitam ser substituídos. 01 h * °méíb + b' Qfolga = θΐ — θι h Assim, a invenção fornece, entre outras coisas, sistemas, métodos, dispositivos e mídias legíveis por computador para determinar a folga de calço de bloco de sela para uma escavadeira. Vários recursos e vantagens da invenção estão expostos nas reivindicações a seguir.

Claims (20)

1 . Método de controlar a operação de uma máquina industrial, a máquina industrial incluindo uma lança, um braço de caçamba dc escavação fixado à lança, um bloco de sela montado de forma artículãvel na lança em um ponto de articulação e um computador tendo um controlador, o método caracterizado pelo fato de que compreende: processar, com o controlador, dados recebidos de um sensor de ângulo de sela; determinar, com o controlador, um ângulo de sela e uma folga de ângulo de sela usando os dados provenientes do sensor de ângulo de sela; determinar, com o controlador, uma altura do braço de caçamba de escavação; determinar, com o control.ador, uma altura do bloco de sela; determinar, com o controlador, um raio de folga de sela; e determinar, com o controlador, uma folga de calço de bloco de sela ao comparar o raio de folga de sela com a altura do braço.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o raio de folga de sela representa um comprimento radial da folga de ângulo de sela, e em que o raio de folga de sela é determinado ao usar informação a respeito da altura do braço de caçamba de escavação e informação a respeito da folga de ângulo de sela.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ângulo de sela é o ângulo no qual o bloco de sela está atualmente com relação ã escavadeira.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que processamento dos dados recebidos do sensor de ângulo de sela é executado no tempo em que o braço atravessa um plano aproximadamente horizontal que é posicionado a 90 graus em relação ao ponto de articulação.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar a altura do braço de caçamba de escavação inclui recuperar informação da memória da escavadeira.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar a altura do braço de caçamba de escavação inclui executar cálculos com o controlador.

7. Método, de acordo com a reivindicação l, caracterizado pelo fato de que determinar a altura do bloco de sela inclui recuperar informação da memória da escavadeira.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar o ângulo de sela e a folga de ângulo de sela inclui: processar, com o controlador, dados recebidos do sensor de ângulo de sela; monitorar, com um monitor de condições do controlador, uma mudança de aceleração no ângulo de sela; e determinar, com o controlador, uma posição de ângulo de sela, uma velocidade de ângulo de sela e uma aceleração de ângulo de sela.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que determinar o ângulo de sela e a folga de ângulo de sela inclui adicionalmente: determinar, com o controlador, quando o bloco de sela se desloca para acima ou para abaixo de um plano horizontal do ponto de articulação; armazenar, com o controlador, dados de ângulo de sensor imediatamente antes e após o deslocamento do bloco de sela; determinar uma velocidade média de ângulo de sela no plano horizontal no tempo em que o bloco de sela se deslocou; criar uma aproximação linear da posição de ângulo de sela ao usar a velocidade média de ângulo de sela e os dados de ângulo de sensor antes e após o deslocamento de bloco de sela; calcular uma diferença na posição de ângulo de sela,- e determinar a folga de ângulo de sela usando a diferença na posição de ângulo de sela.

10. Método, dc acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente enviar informação a respeito da folga de calço de bloco de sela para um operador da máquina industrial.

11. Máquina industrial, caracterizada pelo fato de que compreende: uma lança; um braço de caçamba de escavação fixado à lança; um bloco de sela montado de forma articulável na lança em um ponto de articulação; e um computador tendo um controlador, o controlador executando instruções programadas para: processar dados recebidos de um sensor de ângulo de sela, determinar um ângulo de sela e uma folga de ângulo de sela usando os dados provenientes do sensor de ângulo de sela, determinar uma altura do braço de caçamba de escavação, determinar uma altura do bloco de sela, determinar um raio de folga de sela, e determinar uma folga de calço de bloco de sela ao comparar o raio de folga de sela com a altura do braço.

12. Máquina industrial, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o raio de folga de sela representa um comprimento radial da folga de ângulo de sela, e em que o controlador executa instruções programadas para determinar o raio de folga de sela ao usar informação a respeito da altura do braço de caçamba de escavação e informação a respeito da folga de ângulo de sela.

13. Máquina industrial, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o ângulo de sela é o ângulo no qual o bloco de sela está atualmente com relação à escavadeira.

14. Máquina industrial, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o controlador executa instruções programadas para processar os dados recebidos do sensor de ângulo de sela no tempo em que o braço atravessa um plano aproximadamente horizontal que é posicionado a CJ0 graus em relação ao ponto de articulação.

15. Máquina industrial, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o controlador executa instruções programadas para determinar a altura do braço de caçamba de escavação ao recuperar informação da memória da escavadeira.

16. Máquina industrial, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o controlador executa instruções programadas para determinar a altura do braço de caçamba de escavação ao executar cálculos.

17. Máquina industrial, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o controlador executa instruções programadas para determinar a altura do bloco de sela ao recuperar informação da memória da escavadeira.

18. Máquina industrial, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o controlador executa adicionalmente instruções programadas para: processar dados recebidos do sensor de ângulo de sela; monitorar uma mudança de aceleração no ângulo de sela; e determinar uma posição de ângulo de sela, uma velocidade de ângulo de sela e uma aceleração de ângulo de sela.

19. Máquina industrial, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o controlador executa adicionalmente instruções programadas para: determinar quando o bloco de sela se desloca para acima ou para abaixo de um plano horizontal do ponto de articulação; armazenar dados de ângulo de sensor antes e após a mudança do bloco de sela; determinar uma velocidade média de ângulo de sela no plano horizontal no tempo em que o bloco de sela se deslocou; criar uma aproximação linear da posição de ângulo de sela ao usar a velocidade média de ângulo de sela e os dados de ângulo de sensor antes e após o deslocamento de bloco de sela; calcular uma diferença na posição de ângulo de sela; e determinar a folga de ângulo de sela usando a diferença na posição de ângulo de sela.

20. Método de controlar a operação de uma máquina industrial, a máquina industrial incluindo uma lança, um braço de caçamba de escavação fixado à lança, um bloco de sela montado de forma articulável na lança em um ponto de articulação e um computador tendo um controlador, o método caracterizado pelo fato de que compreende: processar, com o controlador, dados recebidos de um sensor de ângulo de sela; determinar, com o controlador, um ângulo de sela e uma folga de ângulo de sela usando os dados provenienLes do sensor de ângulo de sela; determinar, com o controlador, quando o bloco de sela se desloca para acima ou para abaixo de um plano horizontal do ponto de articulação; armazenar, com o controlador, dados de ângulo de sensor imediatamente antes e após o deslocamento do bloco de sela,· determinar uma velocidade média de ângulo de sela no plano horizontal no tempo em que o bloco de sela se deslocou; criar uma aproximação linear da posição de ângulo de sela ao usar a velocidade média de ângulo de sela e os dados de ângulo de sensor antes e após o deslocamento de bloco de sela; determinar, com o controlador, uma altura do braço de caçamba de escavação; determinar, com o controlador, uma altura do bloco de sela ; determinar, com o controlador, um raio de folga de s e 1 a; e determinar, com o controlador, a folga de calço de bloco de sela ao comparar o raio de folga de sela com a altura do braço.