CN101982618B

CN101982618B - 人工操纵与遥控一体化电动铲运车

Info

Publication number: CN101982618B
Application number: CN2010102837864A
Authority: CN
Inventors: 李庆余; 耿秀红
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: CN101982618A

Abstract

一种人工操纵与遥控一体化电动铲运车，属于电动铲运车领域。包括在工作面的电力驱动的铲运车，铲运车设置操作室，操作室设置操控按钮连接控制系统，控制系统的供电端连接铲运车后部设置的供电电缆，其特征在于：工作面的铲运车设置无线监视系统和无线控制系统，无线监视系统和无线控制系统的终端操作台设置在工作站，无线控制系统与操作室内的操控按钮并联互锁连接控制系统。操作人员在工作站的终端操作台上即可监视工作面情况和控制电动铲运车的工作。运行无线控制系统控制铲运车时，人工操作系统停止工作，使得铲运车只接受一个命令，该铲运车运行范围大，操控方便。

Description

人工操纵与遥控一体化电动铲运车

技术领域

本发明提供一种铲运车，属于工程机械领域，尤其是一种人工操纵与遥控一体化电动铲运车。

背景技术

地下磁铁矿采掘后留下的空区，尤其是宽度大于10m、长度40m的大空区，有“冒顶”的可能，“冒顶”面积、崩落石块的大小无法估计，为确保空区充填作业人员的生命安全，应采用无人驾驶电动铲运车进行空区充填作业。

中国专利(CN200720018164.2)提供了一种电动铲车，它有支架，上、下轴承套内分别安装有轴承和另一轴承，两轴承内侧安装有套筒，套筒的上端56FA定有托架，缆绳的上端缠绕在转轮上，第二转轮上缠绕的钢丝绳的另一端连接在立杆的上部，三根电源线分别连接在互相之间绝缘的三个金属片上，另外三根电源线的一端分别穿过套筒连接在三个金属环上、中部吊装在钢丝绳上、另一端分别连接在立杆上的另外三个金属片上，立杆内的电源线一端分别穿过立杆与三个金属环连接在一起、另一端连接在变频控制器上，变频控制器出端的电源线接在直流电动机上，这种电动铲车，可采用电能作为能源，降低了使用成本，减轻了环境污染，电源线收放自如，使用方便，可用于作业半径较短的铲车作业。但是不适用于地下大空区/采掘面工作，线缆长度有限。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种工作区域大，适合在地下采掘工作使用的人工操纵与遥控一体化电动铲运车。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：人工操纵与遥控一体化电动铲运车，包括在工作面的电力驱动的铲运车，铲运车设置操作室，操作室设置操控按钮连接控制系统，控制系统的供电端连接铲运车后部设置的供电电缆，其特征在于：工作面的铲运车设置无线监视系统和无线控制系统，无线监视系统和无线控制系统的终端操作台设置在工作站，无线控制系统与操作室内的操控按钮并联互锁连接控制系统。

通过在铲运车的原有控制系统上并联互锁的无线控制系统和设置无线监视系统，使得操作人员在工作站的终端操作台上即可监视工作面情况和控制电动铲运车的工作。运行无线控制系统控制铲运车时，人工操作系统停止工作，使得铲运车只接受一个命令，该铲运车运行范围大，操控方便。当遇到环境危险时，在工作站从无线监视系统看到突发危险时，可以通过无线控制系统，向人工操纵人员发出警示信号，如果人工操纵人员没有反应，可强行通过无线控制系统使铲运车驶离危险区。工作站可以设置在巷道旁，也是设置在地表。

其中优选方案是：

所述的无线监视系统包括前摄像头、后摄像头、监视无线发送器、视频转发器、视频无线接收器和监控终端，前摄像头和后摄像头分别设置在铲运车上，前摄像头的镜头朝向铲运车前方，后摄像头的镜头朝向铲运车后方，前摄像头和后摄像头的输出端连接监视无线发送器，监视无线发送器和视频无线接收器之间通过视频转发器进行无线连接，视频转发器设置在巷道的拐角处，视频无线接收器的输出端连接监控终端的输入端，监控终端设置在终端操作台内。所述的后摄像头和后摄像头分别通过监视无线发送器连接一台视频转发器。

第一个视频转发器应设在采矿控区与巷道的交汇处，保证该转发器能接收转发电动铲运车在采空区任意位置的视频信号；控制室视频接收器的天线应接至巷道中或将巷道旁的控制室做成外宽内窄的梯形，保证视频转发器发出的视频信号无障碍传输。采用两个摄像头分别监视前进和后退。由于铲运车行驶方向是唯一的，两个无线发射摄像头发射频率相等，交替工作，使用一套无线中继视频转发器。电动铲运车前进终止时，一般情况下为后退，因而后摄像头自行启动工作3～5s，向后方瞭望，为后退作准备；铲运车后退终止时，前摄像头则自行启动工作3～5s。较长时间处于停车工况或工作伊始，可由遥控指令控制一个摄像头工作，观察前后状况，实现行驶准备。摄像头通过设置可以达到视场宽度大于铲运车机身的最大尺寸1250mm、且大于巷道宽3000mm；前进方向的水平视距为负值，更符合矿物堆的特点，铲运车能看清“脚”下路面情况(距轮胎前缘仅900mm)。

所述的无线控制系统包括执行单元、长波15路发射电路、长波无线接收电路、长波中继转发器和控制终端，控制终端设置在终端操控台上，控制终端连接长波15路发射电路，长波15路发射电路与长波无线接收电路之间设置长波中继转发器进行无线连接，长波无线接收电路的输出端连接执行单元，执行单元与控制系统电连接，长波中继转发器设置在巷道的拐角处。长波中继转发器的设置与视频转发器的设置相同。

所述的长波15路发射电路包括15路指令输入端、模拟开关U1、指令编/译码器U2和发射器U3，模拟开关U1的输入端连接15路指令输入端，其输出端连接指令编/译码器U2的输入端，指令编/译码器U2的输出端连接发射器U3的输入端，15路指令输入端为主电动机的起动、停止按钮SB301、SB302，铲运车进退调速脚踏行程开关ST301、ST302，左右转向行程开关ST303、ST304，大臂油缸和翻斗油缸的举升、降落行程开关ST305-309，铲运车车灯的开关按钮SB303、SB302，铲运车的紧急制动行程开关ST310和铲运车非行驶工况摄像头工作选择按钮SB304、SB305，铲运车车灯的开关按钮SB303、SB302与主电机停止按钮SB302公用一路。所述的模拟开关U1采用CD4067芯片，所述的指令编/译码器U2采用MC145026芯片，发射器U3采用T630芯片。

由于DA4-DA9为三态输入，输入电路复杂，遥控电动铲运车共有15路输入指令，采用MC145026的D0-D3数据端口作信号输入可简化输入电路。采用16路模拟开关CD4067将按钮、行程开关产生的控制指令编成8421-BCD码，产生的4位编码输入到MC145026的D0-D3，模拟开关CD4067有指令输入时，相应位为高电平“1”，无输入指令时为低电平“0”，MC145026的使能信号

时，MC145026工作；TE＝1，MC145026停止输出。MC145026DO端口输出的串行码经长波发射头T630发出。

所述的长波无线接收电路包括接收器U4、译码器U5和锁存译码器U6，接收器U4与发射器U3无线连接，接收器U4的输出端连接译码器U5的输入端，译码器U5的输出端连接锁存译码器U6的输入端，锁存译码器U6的输出端连接执行单元。所述的接收器U4采用T631芯片，所述的译码器U5采用MC145027，所述的锁存译码器U6采用CD4514芯片。执行单元采用继电器，继电器的触点连接铲运车控制系统实现各种功能。

长波接收头T631接收控制指令信号并调制成与MC145026输出码相同的串行码，串行码信号经限流电阻输入到集成译码器MC145027DI端口。MC145026与MC145027配对使用，两者A1-A5的编码状态完全相同时才能译码，故其A1-A5脚须接地。

所述的长波中继转发器采用1组以上成对无线连接设置的接收器T631和发射器T630构成。中继转发器由T631长波接收头和T630长波发射头组成，即长波发射头T630将接收头T630接收的长波信号直接发射出去，实现遥控指令的中继转发。

所述的铲运车设置安全减速制动机构，铲运车后部设置电缆卷筒，电缆卷筒内设置卷缆机构和排缆机构。电磁换向阀控制液压钳盘式制动器。紧急制动时，继电器K104得电，接通电磁换向阀，同时使主电机交流伺服电动机SGMGH-05AAA2快速反转减速，制动时间短，可替代工作减速。并且遥控紧急制动指令优先。电缆卷筒内设置卷缆机构和排缆机构，方便延长工作面距离和防止损坏电缆。

本发明人工操纵与遥控一体化电动铲运车所具有的有益效果是：通过在工作面的铲运车设置无线监视系统和无线控制系统，无线监视系统和无线控制系统的终端操作台设置在工作站，无线控制系统与操作室内的操控按钮并联互锁连接控制系统，使得操作人员在工作站的终端操作台上即可监视工作面情况和控制电动铲运车的工作。本发明还具有：

1、运行无线控制系统控制铲运车时，人工操作系统停止工作，使得铲运车只接受一个命令，操控安全；

2、无线传输监控视频和控制信号，无需工作人员在大空区/采掘面工作，提高人员安全；

3、采用T631和T630用于发射接收串行数字信号，不会对其他电器产生干扰，也不会被其他电器干扰，并且有效发射距离可达100m，绕射能力强，没有方向性；

4、安全减速制动，提高了铲运车本身的安全性；

5、该铲运车运行范围大，操控方便，并且不容损坏电缆。

附图说明

图1为本发明的实施例1的结构示意图；

图2为本发明的实施例1的转发器设置示意图；

图3为本发明的实施例1的摄像头电路原理图；

图4为本发明的实施例1的长波15路发射电路原理图；

图5为本发明的实施例1的长波无线接收电路原理图；

图6为本发明的实施例1的减速制动机构的结构示意图；

图7为本发明的实施例1的减速制动机构的控制电路原理图；

图8为本发明的实施例1的转向控制液压原理图；

其中：1、铲运车 2、前摄像头 3、监视无线发射器 4、后摄像头 5、长波无线接收器 6、光电脉冲编码器 7、电缆卷筒 8、电动机 9、电缆 10、分动箱输入轴 11、视频转发器 12、长波中继转发器 13、终端操作台 14、巷道 15(M1)、交流伺服电动机 16、减速器 17、蜗杆 18、扇形蜗轮 19、行程挡铁 20、行驶方向行程开关 21、限速挡铁 22、最高限速行程开关 23、四杆机构 24、变量手柄 25、双向变量泵 26、油压阀 27、液压转向器 U1、模拟开关 U2、指令编/译码器 U3、发射器 U4、接收器 U5、译码器 U6、锁存译码器 U7、变频器 CAM1、CAM2、摄像头 K201-K215、继电器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

实施例1：

如图1、图2所示，在采掘工作面的电力驱动的铲运车1，铲运车1设置操作室，操作室设置操控按钮连接控制系统，控制系统的供电端连接铲运车后部设置的供电电缆9。工作面的铲运车1设置无线监视系统和无线控制系统，无线监视系统和无线控制系统的终端操作台设置在工作站，无线控制系统与操作室内的操控按钮并联互锁连接控制系统。铲运车1后部设置电缆卷筒7，电缆卷筒7内设置由光电脉冲编码器6和电动机8以及相应的装置构成的卷缆机构和排缆机构。

终端操作台包括监控终端和控制终端。

无线监视系统包括前摄像头2、后摄像头4、监视无线发送器3、视频转发器11、视频无线接收器和监控终端，前摄像头2和后摄像头4分别设置在铲运车1上，前摄像头2的镜头朝向铲运车1前方，后摄像头4的镜头朝向铲运车1后方，前摄像头2和后摄像头4的输出端连接监视无线发送器3，监视无线发送器3和视频无线接收器之间通过视频转发器11进行无线连接，视频转发器11设置在巷道14的拐角处，视频无线接收器的输出端连接监控终端的输入端，监控终端设置在终端操作台13内。前摄像头2和后摄像头4分别通过监视无线发送器2连接一台视频转发器11。

第一个视频转发器11应设在采矿控区与巷道的交汇处，保证该转发器能接收转发电动铲运车在采空区任意位置的视频信号；终端才坐台的控制室视频接收器的天线应接至巷道中或将巷道旁的控制室做成外宽内窄的梯形，保证视频转发器发出的视频信号无障碍传输。

无线控制系统包括执行单元、长波15路发射电路、长波无线接收器5(内部为长波无线接收电路)、长波中继转发器12和控制终端，控制终端设置在终端操控台13上，控制终端连接长波15路发射电路，长波15路发射电路与长波无线接收电路之间设置长波中继转发器12进行无线连接，长波无线接收电路的输出端连接执行单元，执行单元与控制系统电连接，长波中继转发器设置在巷道的拐角处。长波中继转发器12的设置与视频转发器11的设置相同。

通过在铲运车的原有控制系统上并联互锁的无线控制系统和设置无线监视系统，使得操作人员在工作站的终端操作台上即可监视工作面情况和控制电动铲运车的工作。运行无线控制系统控制铲运车时，人工操作系统停止工作，使得铲运车只接受一个命令，该铲运车运行范围大，操控方便。

长波中继转发器采用1组以上成对无线连接设置的接收器T631和发射器T630构成。中继转发器由T631长波接收头和T630长波发射头组成，即长波发射头T630将接收头T630接收的长波信号直接发射出去，实现遥控指令的中继转发。

如图3所示，采用两个摄像头CAM1、CAM2及其相关电路构成单个联动，分别监视前进和后退。由于铲运车行驶方向是唯一的，两个无线发射摄像头发射频率相等，交替工作，使用一套无线中继视频转发器。电动铲运车前进终止时，一般情况下为后退，因而后摄像头自行启动工作3～5s，向后方瞭望，为后退作准备；铲运车后退终止时，前摄像头则自行启动工作3～5s。较长时间处于停车工况或工作伊始，可由遥控指令控制一个摄像头工作，观察前后状况，实现行驶准备。摄像头通过设置可以达到视场宽度大于铲运车机身的最大尺寸1250mm、且大于巷道宽3000mm；前进方向的水平视距为负值，更符合矿物堆的特点，铲运车能看清“脚”下路面情况(距轮胎前缘仅900mm)。

如图4所示，长波15路发射电路包括15路指令输入端、模拟开关U1、指令编/译码器U2和发射器U3，模拟开关U1的输入端连接15路指令输入端，其输出端连接指令编/译码器U2的输入端，指令编/译码器U2的输出端连接发射器U3的输入端，15路指令输入端为主电动机的起动、停止按钮SB301、SB302，铲运车进退调速脚踏行程开关ST301、ST302，左右转向行程开关ST303、ST304，大臂油缸和翻斗油缸的举升、降落行程开关ST305-309，铲运车车灯的开关按钮SB303、SB302，铲运车的紧急制动行程开关ST310和铲运车非行驶工况摄像头工作选择按钮SB304、SB305，铲运车车灯的开关按钮SB303、SB302与主电机停止按钮SB302公用一路。所述的模拟开关U1采用CD4067芯片，所述的指令编/译码器U2采用MC145026芯片，发射器U3采用T630芯片。

由于DA4-DA9为三态输入，输入电路复杂，遥控电动铲运车共有15路输入指令，采用MC145026的D0-D3数据端口作信号输入可简化输入电路。采用16路模拟开关CD4067将按钮、行程开关产生的控制指令编成8421-BCD码，产生的4位编码输入到MC145026的D0-D3，模拟开关CD4067有指令输入时，相应位为高电平“1”，无输入指令时为低电平“0”，MC145026的使能信号时，MC145026工作；TE＝1，MC145026停止输出。MC145026DO端口输出的串行码经长波发射头T630发出。

如图5所示，长波无线接收电路包括接收器U4、译码器U5和锁存译码器U6，接收器U4与发射器U3无线连接，接收器U4的输出端连接译码器U5的输入端，译码器U5的输出端连接锁存译码器U6的输入端，锁存译码器U6的输出端连接继电器K201-K215构成的执行单元。

所述的接收器U4采用T631芯片，所述的译码器U5采用MC145027，所述的锁存译码器U6采用CD4514芯片。执行单元采用继电器，继电器的触点连接铲运车控制系统实现各种功能。

如图6所示，铲运车1的减速制动机构包括踏板调速系统和钳盘式液压制动器，钳盘式液压制动器为现有技术，安装在驱动轮内侧，并由电磁换向阀控制，而踏板调速系统包括交流伺服电动机15、变频器、减速器16、双向变量泵25和主电动机，变频器的输入端设置控制电路，变频器的输出端连接交流伺服电动机16，交流伺服电动机16上连接减速器17，减速器17的输出轴上连接蜗轮蜗杆机构，扇形蜗轮18上固定有行程挡铁19和限速挡铁21，行程挡铁19外侧布置行驶方向行程开关20，限速挡铁21外侧布置最高限速行程开关22，一旦到达最高速度，交流伺服电动机15停止转动，电动铲运车维持高速行驶，扇形蜗轮18通过四杆机构23与双向变量泵25的变量手柄24相连接，主电动机连接双向变量泵25，双向变量泵25的油路连接油马达，油马达连接行驶系统(与现有技术相同)

如图7所示，减速制动机构的控制电路包括继电器K101、K102、K104、接触器KM、紧急制动开关K105、脚踏开关ST101、ST102和SB101、SB102，变频器的正转信号输入端接入脚踏开关ST101串联继电器K104常闭触点K104-1形成的第一回路和继电器K102常闭触点K102串联继电器K104常闭触点K104-2串联形成的第二回路，继电器K104常开触点K104-2上并联接触器KM常闭触点KM-1，变频器的反转信号输入端接入脚踏开关ST102串联继电器K104常闭触点K104-3形成的第一回路和继电器K101常闭触点K101串联继电器K104常闭触点K104-4形成的第二回路，继电器K104常开触点K104-4上并联接触器KM常闭触点KM-2，变频器的主速辅助切换端接入继电器K104的常开触点K104-5，行驶方向行程开关ST103串联继电器K101、行驶方向行程开关ST104串联继电器K102、紧急制动开关K105串联继电器K104、SB101和SB102串联接触器KM分别接入信号工作电源，SB101上并联接触器KM的常开触点KM-5。所述的控制电路中脚踏开关ST101、ST102、紧急制动开关K105上分别并联遥控开关K204、K205、K206，遥控开关K204、K205上分别串联接触器KM常闭触点KM-3和KM-4，使该电动铲运车既能通过电动铲运车上的操作人员人工操控，又能通过遥控远程控制，有利于保障作业人员的安全。最高限速行程开关ST105、ST106的常闭触点ST105、ST106分别接入变频器正转信号输入端的第一回路、反转信号输入端的第一回路，一旦电动铲运车到达最高速度，交流伺服电动机1便停止转动，使电动铲运车维持该速度行驶。

如图8所示，液压阀26的电磁铁YA6或YA7不得电时，可通过BZZ1、3-E315全液压转向器27人工操纵；非转向时，油泵卸载；当K206(或K207)得电时，转向油缸进入遥控状态，此时遥控工作机构进油口P1与转向器进油口相通。

遥控工作机构指令、转向指令互锁，使铲斗动作和转向不能同时进行，即遥控指令具有唯一性。

实施例2：

电缆卷筒内设置卷缆机构和排缆机构，方便延长工作面距离和防止损坏电缆。

数控排缆机构包括电动机、电缆卷筒、光电脉冲编码器和与光电脉冲编码器相连接的排缆控制电路，排缆控制电路连接电动机，光电脉冲编码器安装在电缆卷筒上。

同步卷放缆机构包括行程开关、油泵和与油泵连接的驱动马达，还包括油缸，油缸与油泵相连接，油缸上设置有行程挡铁，行程开关与油缸相接触。

本发明中提及的铲运车原有控制系统、照明系统以及其设置为普通现有技术，其结构为本行业技术人员所掌握。

Claims

1.人工操纵与遥控一体化电动铲运车，包括在工作面的电力驱动的铲运车，铲运车设置操作室，操作室设置操控按钮连接控制系统，控制系统的供电端连接铲运车后部设置的供电电缆，其特征在于：工作面的铲运车设置无线监视系统和无线控制系统，无线监视系统和无线控制系统的终端操作台设置在工作站，无线控制系统与操作室内的操控按钮并联互锁连接控制系统；所述的无线控制系统包括执行单元、长波15路发射电路、长波无线接收电路、长波中继转发器和控制终端，控制终端设置在终端操控台上，控制终端连接长波15路发射电路，长波15路发射电路与长波无线接收电路之间设置长波中继转发器进行无线连接，长波无线接收电路的输出端连接执行单元，执行单元与控制系统电连接，长波中继转发器设置在巷道的拐角处。

2.根据权利要求1所述的人工操纵与遥控一体化电动铲运车，其特征在于：所述的无线监视系统包括前摄像头、后摄像头、监视无线发送器、视频转发器、视频无线接收器和监控终端，前摄像头和后摄像头分别设置在铲运车上，前摄像头的镜头朝向铲运车前方，后摄像头的镜头朝向铲运车后方，前摄像头和后摄像头的输出端连接监视无线发送器，监视无线发送器和视频无线接收器之间通过视频转发器进行无线连接，视频转发器设置在巷道的拐角处，视频无线接收器的输出端连接监控终端的输入端，监控终端设置在终端操作台内。

3.根据权利要求2所述的人工操纵与遥控一体化电动铲运车，其特征在于：所述的前摄像头和后摄像头分别通过监视无线发送器连接一台视频转发器。

4.根据权利要求1所述的人工操纵与遥控一体化电动铲运车，其特征在于：所述的长波15路发射电路包括15路指令输入端、模拟开关U1、指令编/译码器U2和发射器U3，模拟开关U1的输入端连接15路指令输入端，其输出端连接指令编/译码器U2的输入端，指令编/译码器U2的输出端连接发射器U3的输入端，15路指令输入端为主电动机的起动、停止按钮SB301、SB302，铲运车进退调速脚踏行程开关ST301、ST302，左右转向行程开关ST303、ST304，大臂油缸和翻斗油缸的举升、降落行程开关ST305-309，铲运车车灯的开关按钮SB303、SB302，铲运车的紧急制动行程开关ST310和铲运车非行驶工况摄像头工作选择按钮SB304、SB305，铲运车车灯的开关按钮SB303、SB302与主电机停止按钮SB302公用一路。

5.根据权利要求4所述的人工操纵与遥控一体化电动铲运车，其特征在于：所述的模拟开关U1采用CD4067芯片，所述的指令编/译码器U2采用MC145026芯片，发射器U3采用T630芯片。

6.根据权利要求1所述的人工操纵与遥控一体化电动铲运车，其特征在于：所述的长波无线接收电路包括接收器U4、译码器U5和锁存译码器U6，接收器U4与发射器U3无线连接，接收器U4的输出端连接译码器U5的输入端，译码器U5的输出端连接锁存译码器U6的输入端，锁存译码器U6的输出端连接执行单元。

7.根据权利要求6所述的人工操纵与遥控一体化电动铲运车，其特征在于：所述的接收器U4采用T631芯片，所述的译码器U5采用MC145027，所述的锁存译码器U6采用CD4514芯片。

8.根据权利要求1所述的人工操纵与遥控一体化电动铲运车，其特征在于：所述的长波中继转发器采用1组以上成对无线连接设置的接收器T631和发射器T630构成。

9.根据权利要求1所述的人工操纵与遥控一体化电动铲运车，其特征在于：所述的铲运车设置安全减速制动机构，铲运车后部设置电缆卷筒，电缆卷筒内设置卷缆机构和排缆机构。