CN105649133B - 矿用机械正铲式挖掘机及其推压机构失控保护方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用机械正铲式挖掘机及其推压机构失控保护方法、装置，所述推压机构失控保护方法包括步骤：采集安装在推压机构的推压减速机传动二轴上的绝对值编码器的脉冲数，并采集推压电机的第一转速；利用所述绝对值编码器的所述脉冲数，计算所述传动二轴的第二转速；将所述第二转速与所述第一转速进行比较，判断推压皮带是否打滑，推压机构是否失控；如所述推压机构失控，则控制推压制动器制动。本发明提高了矿用机械正铲式挖掘机的安全性。

Description

矿用机械正铲式挖掘机及其推压机构失控保护方法、装置

技术领域

本发明涉及矿山机械技术领域，尤其涉及一种用于矿用机械正铲式挖掘机的推压机构失控保护方法、推压机构失控保护装置和具有所述推压机构失控保护装置的矿用机械正铲式挖掘机。

背景技术

矿用机械正铲式挖掘机是一种电动机驱动的机械式挖掘设备，由四个彼此独立而又紧密衔接的工作过程所组成，这四个工作过程是挖掘、回转、卸载和行走。如图1所示，挖掘：即矿用挖掘机铲斗2挖取物料的工作，它由提升和推压两个动作共同完成，推压机构1使铲斗2获得直线运动，保证铲斗2插入物料内，并保持一定的切割厚度，提升机构3使铲斗获得垂直升降运动，铲斗2靠推压和提升沿采掘工作面8作弧状运动铲取物料，完成采掘工作。

而推压机构的传动链如图2所示，推压电机6通过皮带5与减速机的输入轴相连，采用皮带传动的特点是：传动平稳无噪声、能缓冲、吸振，如遇到冲击过载，皮带将会在带轮上打滑，可防止薄弱零部件损坏，起到安全保护作用，但如果因皮带张力调试不当等原因，皮带频繁打滑，磨损就会加剧，严重时影响皮带的寿命，皮带一旦断裂，推压机构就会因失去电制动而失控，现有WK系列变频挖掘机不具有皮带打滑、推压失控检测功能，如果推压机构故障，无法做到实时保护，严重影响挖掘机的安全运行。

因此，需要开发一种用于矿用机械正铲式挖掘机的推压机构失控保护方法，以解决现有技术中存在上述技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种推压机构失控保护方法，以解决现有技术的矿用机械正铲式挖掘机所存在的上述技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种推压机构失控保护装置，以解决现有技术的矿用机械正铲式挖掘机所存在的上述技术问题。

本发明的再一目的，在于提供一种具有本发明推压机构失控保护装置的矿用机械正铲式挖掘机。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种推压机构失控保护方法，用于矿用机械正铲式挖掘机，所述推压机构失控保护方法包括步骤：

采集安装在推压机构的推压减速机传动二轴上的绝对值编码器的脉冲数，并采集推压电机的第一转速；

利用所述绝对值编码器的所述脉冲数，计算所述传动二轴的第二转速；

将所述第二转速与所述第一转速进行比较，判断推压皮带是否打滑，推压机构是否失控；

如所述推压机构失控，则控制推压制动器制动。

本发明的推压机构失控保护方法，优选的，将所述绝对值编码器与所述矿用机械正铲式挖掘机的整车控制PLC的位置模块相连，以使所述PLC的CPU通过所述位置模块采集所述绝对值编码器的实时转过的脉冲数。

本发明的推压机构失控保护方法，优选的，所述推压电机上安装有速度反馈用增量编码器，所述推压电机的转速通过PROFIBUS DP现场总线由所述矿用机械正铲式挖掘机的变频器传送于所述CPU。

本发明的推压机构失控保护方法，优选的，以所述第一转速与所述推压减速机的一级速比的比值的±5％作为设定范围，所述第二转速在所述设定范围内时，向所述PLC输出所述皮带工作正常的信号；若所述第二转速小于所述设定范围的下限时，向所述PLC输出所述皮带打滑的信号；若所述第二转速大于所述设定范围的上限时，向所述PLC输出所述推压机构失控的信号。

本发明的推压机构失控保护方法，优选的，计算所述第二转速的公式为：

其中，V_推二：第二转速；

n₂：t₂时刻采集到的脉冲数；

n₁：t₁时刻采集到的脉冲数；

N：绝对值编码器转一圈的脉冲数。

本发明的推压机构失控保护方法，优选的，还包括步骤，在设定的时间段内，皮带打滑的次数达到设定次数时，由所述PLC发出报警。

本发明的推压机构失控保护方法，优选的，在所述推压机构失控时，由所述PLC发出信号，控制所述推压制动器制动，并使所述矿用机械正铲式挖掘机停车。

本发明的推压机构失控保护方法，优选的，所述绝对值编码器为SSI数据格式的多圈编码器。

本发明的推压机构失控保护装置，用于矿用机械正铲式挖掘机，所述推压机构失控保护装置包括：

采集模块：采集安装在推压机构的推压减速机传动二轴上的绝对值编码器的脉冲数，并采集推压电机的第一转速；

计算模块，连接于所述采集模块，用于利用所述绝对值编码器的所述脉冲数，计算所述传动二轴的第二转速；

判断模块，连接于所述采集模块与所述计算模块，用于将第一转速与推压电机的第二转速进行比较，判断推压皮带是否打滑，推压机构是否失控；

输出模块，连接于所述判断模块，用于向所述矿用机械正铲式挖掘机的整车控制PLC输出所述判断模块的判断结果。

本发明的矿用机械正铲式挖掘机，具有本发明的推压机构失控保护装置。

本发明的有益效果在于，本发明与现有技术相比，本发明的变频调速矿用机械正铲式挖掘机，不增加硬件成本，利用挖掘机已有的元件，通过计算与判断的方法实现推压皮带打滑、失控、传动链断裂等的检测与控制，完善了挖掘机的控制，对推压机构的失控进行了有效的保护，提高了矿用机械正铲式挖掘机的安全性。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是矿用机械正铲式挖掘机的工作状态示意图。

图2是矿用机械正铲式挖掘机的推压机构传动链示意图。

图3是本发明实施例的推压机构失控保护装置的模块示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的权利范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明实施例的推压机构失控保护方法和本发明实施例的推压机构失控保护装置，用于矿用机械正铲式挖掘机；本发明实施例的矿用机械正铲式挖掘机，具有本发明实施例的推压机构失控保护装置，并利用本发明实施例的推压机构失控保护方法进行推压机构失控保护。

以下具体介绍本发明实施例的推压机构失控保护方法。

本发明实施例的矿用机械正铲式挖掘机，为变频调速的矿用机械正铲式挖掘机，由PLC进行整车控制，其推压机构包括推压电机6、推压减速机、推压制动器7等。其中的用于整车控制的PLC可称为整车控制PLC。

本发明实施例的推压机构失控保护方法，推压机构位置检测系统采用绝对值编码器(即位置编码器)4为检测元件，其优选的为SSI数据格式的多圈编码器，装在推压减速机传动二轴上，绝对值编码器4与整车控制PLC的位置模块SM338相连，PLC的CPU通过位置模块SM338即可以采集到绝对值编码器4的实时转过的脉冲数，作为挖掘机位置监视及限位保护，本发明利用已检测到的绝对值编码器4的脉冲数，通过下述公式1计算得出编码器轴即推压减速机的传动二轴(或称推压二轴)的转速。

上述公式1中：V_推二：编码器轴即传动二轴的转速；

n₂：t₂时刻采集到的脉冲数；

n₁：t₁时刻采集到的脉冲数；

N：绝对值编码器转一圈的脉冲数。

本发明实施例的矿用机械正铲式挖掘机，控制核心为整车控制PLC，PLC的CPU可通过PROFIBUS DP现场总线与变频器进行实时数据交换，推压机构采用交流变频驱动，控制方式为速度闭环，推压电机6安装有速度反馈用增量编码器，推压电机6的电机轴的转速可以通过PROFIBUS DP现场总线由变频器传送到PLC的CPU中，将推压电机6的转速除以减速机的一级速比后与前述计算得到的编码器轴速度(即传动二轴的转速)进行比较即可得到皮带5是否打滑、推压机构是否失控的判断。可以分为以下的三种情况：

以推压电机6的电机轴转速与推压减速机的一级速比的比值的±5％(并不限定于是5，可以根据实际情况确定)作为设定范围，传动二轴的转速在上述设定范围内时，可向PLC输出皮带5工作正常的信号；若传动二轴的转速小于所述设定范围的下限时，可向所述PLC输出所述皮带5打滑的信号；若传动二轴的转速大于所述设定范围的上限时，可向所述PLC输出所述推压机构失控的信号。

对于皮带打滑、机构失控故障，尤其是机构失控故障，可由PLC发出信号，控制推压制动器7强行立即制动；变频器电制动停车，同时，挖掘机立即停机，这样推压机构故障时，确保推压机构不会溜车，消除了挖掘机运行的安全隐患。另外，对于皮带5打滑问题，可在设定的时间段内，对皮带5打滑的次数进行计数，当皮带5打滑的次数达到设定次数时，由所述PLC发出报警，提醒操作人员进行处理，既避免了频繁的制动推压机构，也提高了本发明实施例的矿用机械正铲式挖掘机的安全性。

下面再介绍一下本发明实施例的推压机构失控保护装置。

如图3所示，本发明实施例的推压机构失控保护装置，包括采集模块、计算模块、判断模块和输出模块，其中，采集模块连接于PLC的位置模块，而输出模块则连接于PLC。

采集模块，采集安装在推压机构的推压减速机传动二轴上的绝对值编码器的脉冲数，传送给计算模块；并采集推压电机的第一转速，也即推压减速机一轴速度，传送给判断模块。

计算模块，连接于所述采集模块，用于利用所述绝对值编码器的所述脉冲数，计算所述传动二轴的第二转速，传送给判断模块。

判断模块，连接于所述采集模块与所述计算模块，用于将第一转速与推压电机的第二转速进行比较，判断推压皮带是否打滑，推压机构是否失控，判断结果传送给输出模块。

输出模块，连接于所述判断模块，用于向所述矿用机械正铲式挖掘机的整车控制PLC输出所述判断模块的判断结果。由PLC发出控制指令，应对皮带打滑或推压机构失控的故障。

本发明适用于变频调速的矿用机械正铲式挖掘机，不增加硬件成本，利用挖掘机已有的元件，通过计算的方法实现推压皮带打滑、失控、传动链断裂等的检测与控制，完善了挖掘机的控制，提高了设备安全性。

虽然已参照典型实施例描述了本申请，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本申请能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等同范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种推压机构失控保护方法，用于矿用机械正铲式挖掘机，其特征在于，所述推压机构失控保护方法包括步骤：

采集安装在推压机构的推压减速机传动二轴上的绝对值编码器的脉冲数，并采集推压电机的第一转速；

利用所述绝对值编码器的所述脉冲数，计算所述传动二轴的第二转速；

将所述第二转速与所述第一转速进行比较，判断推压皮带是否打滑，推压机构是否失控；

如所述推压机构失控，则控制推压制动器制动。

2.如权利要求1所述的推压机构失控保护方法，其特征在于，将所述绝对值编码器与所述矿用机械正铲式挖掘机的整车控制PLC的位置模块相连，以使所述PLC的CPU通过所述位置模块采集所述绝对值编码器的实时转过的脉冲数。

3.如权利要求2所述的推压机构失控保护方法，其特征在于，所述推压电机上安装有速度反馈用增量编码器，所述推压电机的转速通过PROFIBUSDP现场总线由所述矿用机械正铲式挖掘机的变频器传送于所述CPU。

4.如权利要求3所述的推压机构失控保护方法，其特征在于，以所述第一转速与所述推压减速机的一级速比的比值的±5％作为设定范围，所述第二转速在所述设定范围内时，向所述PLC输出所述皮带工作正常的信号；若所述第二转速小于所述设定范围的下限时，向所述PLC输出所述皮带打滑的信号；若所述第二转速大于所述设定范围的上限时，向所述PLC输出所述推压机构失控的信号。

5.如权利要求1所述的推压机构失控保护方法，其特征在于，计算所述第二转速的公式为：

其中，V_推二：第二转速；

n₂：t_{2时刻采集到的脉冲数；}

n₁：t_{1时刻采集到的脉冲数；}

N：绝对值编码器转一圈的脉冲数。

6.如权利要求2所述的推压机构失控保护方法，其特征在于，还包括步骤，在设定的时间段内，皮带打滑的次数达到设定次数时，由所述PLC发出报警。

7.如权利要求4所述的推压机构失控保护方法，其特征在于，在所述推压机构失控时，由所述PLC发出信号，控制所述推压制动器制动，并使所述矿用机械正铲式挖掘机停车。

8.如权利要求1所述的推压机构失控保护方法，其特征在于，所述绝对值编码器为SSI通信方式的多圈编码器。

9.一种推压机构失控保护装置，用于矿用机械正铲式挖掘机，其特征在于，所述推压机构失控保护装置包括：

采集模块：采集安装在推压机构的推压减速机传动二轴上的绝对值编码器的脉冲数，并采集推压电机的第一转速；

计算模块，连接于所述采集模块，用于利用所述绝对值编码器的所述脉冲数，计算所述传动二轴的第二转速；

判断模块，连接于所述采集模块与所述计算模块，用于将第一转速与推压电机的第二转速进行比较，判断推压皮带是否打滑，推压机构是否失控；

输出模块，连接于所述判断模块，用于向所述矿用机械正铲式挖掘机的整车控制PLC输出所述判断模块的判断结果。

10.一种矿用机械正铲式挖掘机，其特征在于，所述矿用机械正铲式挖掘机具有权利要求9所述的推压机构失控保护装置。