CN106121642B - 用于开采机的慢速转动滚筒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于开采机的慢速转动滚筒。用于在维护速度下转动采矿机器的切割滚筒的方法和系统。一种采矿机器包括切割滚筒和切割滚筒转动机构，在切割滚筒上安装有多个钻头。切割滚筒转动机构包括电源、切割器马达、开关和可变频率驱动器。状态具有第一状态和第二状态。第一状态电联接电源和切割器马达以使切割滚筒在切割速度下操作，并且第二状态电联接可变频率驱动器和切割器马达以使切割滚筒在比切割速度低的维护速度下操作。
Description
分案说明
本申请属于申请日为2012年10月08日的中国发明专利申请201210377737.6的分案申请。
相关申请
本申请要求2011年9月30日提交的美国临时专利申请No.61/541,700的优先权，据此通过引用的方式将该申请的整个内容并入。
技术领域
本发明的实施方式涉及用于慢速转动切割滚筒以定位切割滚筒来进行诸如更换钻头的维护的方法和系统。
背景技术
诸如连续开采机和长壁剪切机的开采机通常包括包含钻头的至少一个切割滚筒。这些钻头必须进行维护以确保有效的开采。尤其是，钝的、断裂的或丢失的钻头可对采矿机器的切割性能有严重的影响。例如，如果钻头被不正确地维护，则它们可能引起开采机执行粗切割，这对开采机造成不必要的应力。
因为钻头通常覆盖切割滚筒的整个表面，所以切割滚筒必须慢速旋转且旋转少的量以允许维护人员接近滚筒上的每一个钻头。一些现有开采机通过减慢切割器马达来执行这种慢速滚筒旋转。然而，因为切割器马达仅具有快速地转动滚筒的一种速度，所以难以使用切割器马达将滚筒停止在期望的方位。因而，需要进行很多尝试来使滚筒停止在期望的方位。另外，美国法律规定当任何人在切割滚筒附近时切割器马达应当被打开。因此，为了合法地使用切割器马达来在钻头维护期间旋转滚筒，每当滚筒旋转时，所有人员必须离开开采机附近，这进一步增加了进行维护所需的时间和资源。
不是使用切割器马达直接旋转滚筒，而是一些开采机通过将滚筒降低到地面并向前或向后移动整个开采机来递增地旋转滚筒。随着开采机被驱动，滚筒抵住地板旋转。然而，如果在维护程序期间切割器马达不打开的话，该方法仍是不合法的。而且，如果切割器马达意外地被激励，则开采机和滚筒可能突然地且危险地晃动。
还可通过多人拉钻头或钻头保持器来手动地旋转滚筒。这通常通过人在滚筒底部附近将其脚放置在钻头保持器上并利用其手在滚筒顶部附近抓紧钻头保持器来进行。当这被进行时，滚筒上的重量足以引起滚筒慢速旋转。然而，因为钻头保持器通常是湿的且覆盖有残渣，所以旋转滚筒的人可能滑动和掉落，如果钻头尖锐则这是危险的。还可通过穿过钻头保持器放置杆并使一个或多人拉动杆来转动滚筒。但是，与其它手动方法一样，该方法对于执行旋转的人来说是危险的。外部装置也可用于旋转滚筒而不使用切割器马达且不使用手动力。例如，利用安装在开采机顶部的吊艇机(boat winch)拉动钻头。然而，使用这种外部装置在地下开采中通常是不切实际的，这是因为每次需要更换钻头时在开采中安装外部装置所需的时间的原因。
发明内容
相应地，如果在更换钻头时存在困难和安全隐患，操作者频繁地延长钻头维护之间的时间超过最佳时间，这可能导致无效的开采并增加安全考虑。因此，本发明的实施方式提供通过使用连接到切割器马达的可变频率驱动器(“VFD”)慢速转动切割滚筒以允许进行维护的系统和方法。VFD仅用于在钻头维护期间慢速转动切割滚筒且不用于正常的切割过程。使用开关来电联接VFD和切割马达以及将VFD与切割马达电气地断开。而且，VFD可包括允许在达到期望的方位时快速地停止切割滚筒的制动特征。
本发明的一个实施方式提供一种采矿机器，包括切割滚筒和切割滚筒转动机构，在切割滚筒上安装有多个钻头。切割滚筒转动机构包括电源、切割器马达、开关和可变频率驱动器。开关具有第一状态和第二状态。第一状态电联接电源和切割器马达以使切割滚筒在切割速度下操作，并且第二状态电联接可变频率驱动器和切割器马达以使切割滚筒在比切割速度低的维护速度下操作。
本发明的另一实施方式提供切割滚筒转动机构，包括电源、切割器马达、开关和可变频率驱动器。开关具有第一状态和第二状态。第一状态电气地断开切割器马达和可变频率驱动器以使切割滚筒在切割速度下操作，并且第二状态电联接可变频率驱动器和切割器马达以使包括在开采机器中的切割滚筒在比切割速度低的维护速度下操作。
本发明的又一实施方式提供永久计算机可读介质，包括用于在维护速度下移动开采机器的切割滚筒的可执行指令。介质包括用于在控制器处从操作者界面接收包括用于启动在维护速度下转动切割滚筒的信号的输入信号的指令，和用于响应于输入信号将来自控制器的控制信号传送到包括在开采机器中的切割滚筒转动机构的指令，所述控制信号指令包括在切割滚筒转动机构中的开关电联接切割器马达和可变频率驱动器。
通过考虑详细说明和附图将使本发明的其他方面变得显而易见。
附图说明
图1是长壁剪切机的一部分的侧视图。
图2示意性地图示了图1的长壁剪切机的滚筒转动机构。
图3示意性地图示了包括在图1的长壁剪切机中的控制器。
图4是图示慢速转动切割滚筒以进行钻头维护的方法的流程图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施方式之前，应理解，本发明在其应用上不限于以下说明书中阐述或附图中图示的组件的布置和结构的细节。本发明能够有其他实施方式并且能够以各种方式实践或实施。而且，应理解，此处使用的短语和术语是用于说明的目的并且不应认为是限制性的。此处“包括”、“包含”或“具有”及其变化形式的使用意指包含此后所列的项和其等同物以及额外的项。除非另外指定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变化形式被广义地使用并且包含直接安装、连接、支撑和联接以及间接安装、连接、支撑和联接两者。
此外，应理解，本发明的实施方式可包括硬件、软件和电子组件或模块，为论述的目的，其可被图示和描述，就好像大部分组件在硬件中单独地实现一样。然而，本领域普通技术人员基于该详细描述的阅读将认识到，在至少一个实施方式中，基于本发明方面的电子器件可在软件中实现(例如，储存在永久计算机可读介质中)。这样，应注意，多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同的结构组件可用于实现本发明。此外，且如在随后的段落中描述的，附图中图示的具体机械构造意在举例说明本发明的实施方式且其它可替代的机械构造是可能的。
图1图示了采矿机器或开采机10(图1仅图示其一部分)。图1中图示的开采机10包括长壁剪切机。然而，应理解，开采机10可包括其它类型的开采机，诸如连续开采机、振荡盘开采机、径向切割开采机等。如图1所示，开采机10包括切割滚筒12、基部16和吊臂18，钻头14安装在滚筒12上的钻头保持器15中，吊臂18在基部16和切割滚筒12之间延伸以将滚筒12安装在基部16上。如图1示意性图示的，采矿机器10还包括控制开采机10的一个或多个组件的控制器20。如下面参考图3描述的，控制器20可包括一个或多个处理器、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口和/或其它额外的组件或模块(例如，硬件、软件、固件或其组合)。再次，控制器20或其各个组件的位置可在整个采矿机器10中改变。而且，由控制器20提供的功能可通过包括在开采机10中的多个控制器来分配。
开采机10还包括与切割滚筒12驱动连接的切割滚筒转动机构21。如图1所示，切割滚筒转动机构21可包括在吊臂18中。然而，应理解，机构21可位于开采机10上的其它位置中，并且包括在机构21中的组件可分布在整个开采机10中的各种位置中。如下面描述的，切割滚筒转动机构21以切割速度和维护速度移动(例如，转动或旋转)切割滚筒12。可通过从控制器20接收到的控制信号来控制切割滚筒转动机构21，并且在一些实施方式中，控制器20可包括在切割滚筒转动机构21中。替代地，切割滚筒转动机构21可包括从控制器20接收控制信号的接口。
图2示意性地更详细地图示切割滚筒转动机构21。如图2所示，机构21包括电源22、开关24、一个或多个切割器马达26和可变频率驱动器(“VFD”)28。电源22向切割器马达26提供一种或多种类型的电力，诸如电池电力、交流(“AC”)电力和/或直流(“DC”)电力。在一些实施方式中，切割器马达26包括三相感应马达。在其它实施方式中，切割器马达26可包括单相感应马达。
开关24可包括双投开关。开关24具有至少第一状态和第二状态。在第一状态中，开关24将来自电源22的电力路由到切割器马达26。在第一状态中，切割器马达26使用来自电源22的电力以切割速度移动(例如，转动或旋转)切割滚筒12。而且，在该状态，VFD 28可被停用。在第二状态中，VFD 28被激活并且开关24通过VFD 28将电力路由到切割器马达26。VFD 28控制供应到切割器马达26的电力的频率。尤其是，VFD 28可改变来自电源22的电力(例如，AC电力)使得较少的电力和频率被供应到切割器马达26，这导致切割器马达26以比切割速度慢的维护速度转动切割滚筒12。在一些实施方式中，维护速度可约为每分钟3.0转，这允许在切割滚筒12上更安全且更有效的维护(例如，更换钻头)。在一些实施方式中，机构21还包括断路器，如果当开关24处于第二状态时(即，当VFD 28被激活时)所供应的电力超过预定的阈值，则断路器切断切割器马达26的电力。
VFD 28可包括以比当在切割速度下操作切割滚筒12时更大的精度来移动和停止切割滚筒12的制动特征。这允许将切割滚筒12快速地且精确地停止在预定的或用户选择的位置。如果没有该特征，则可能需要很多尝试来在期望的位置停止切割滚筒12以进行维护，这浪费时间和资源(例如，电力)。
应理解，在一些实施方式中，不是从电源22接收电力，而是VFD28从辅助电源接收电力。辅助电源可用于在对切割滚筒12维护期间进一步将切割器马达26与电源22断开连接。VFD 28还可激励对切割滚筒12提供机械动力的一个或多个单独的马达。使用单独的马达进一步在钻头维护期间将切割器马达26与切割滚筒12隔离。
如上面提到的，控制器20控制切割滚筒转动机构21。尤其是，控制器20可改变开关24的状态并且可激活或停用VFD 28。图3示意性地图示了根据本发明一个实施方式的控制器20。如图3所示，控制器20包括由一个或多个连接件46连接的处理器40、计算机可读介质42和输入/输出(“I/O”)接口44。应理解，控制器20可包括多个处理器、额外的计算机可读介质模块、多个I/O接口和/或其它额外的组件或模块(例如，硬件、软件或其组合)。
处理器40提取并执行存储在计算机可读介质42中的指令。处理器40还将数据存储到计算机可读介质42并从计算机可读介质42提取数据。计算机可读介质42包括永久计算机可读介质并包括易失性存储器、非易失性存储器或其组合。计算机可读介质42存储操作系统软件、应用和/或指令、数据或其组合。尤其是，如下面关于图4描述的，计算机可读介质42可存储用于接收输入信号、处理输入信号和基于输入信号将控制信号传送到切割滚筒转动机构21的指令。
I/O接口44接收来自控制器20外面的数据并将信息输出到控制器20外面。具体地，如图3所示，I/O接口44可从操作者界面50接收输入信号。操作者界面50可包括位于开采机10上的界面或可包括在身体不必在开采机10处存在的情况下允许操作者控制开采机10的遥控器。操作者界面50可包括允许操作者指定期望的开采机操作的一个或多个选择机构，诸如按钮、开关、键盘等。在一些实施方式中，操作者界面50还包括向操作者显示诸如当前开采机操作统计资料(例如，切割滚筒转动速度或模式)的信息的显示器。显示器还可包括向操作者提供虚拟选择机构的触摸屏。如图3所示，I/O接口44还向切割滚筒转动机构21传送控制信号。如下面描述的，控制信号可基于从操作者界面50接收到的输入信号。
图4图示了在维护模式下的操作开采机10的方法，在维护模式下切割滚筒以比切割速度慢的维护速度转动。如图4所示，在一些实施方式中，操作者使用操作者界面50启动维护模式(在60处)。具体地，为了将开采机10置于维护模式，操作者可选择包括在操作者界面50中的“开始慢速转动”选择机构。操作者界面50然后可以向控制器20传送指示操作者的选择的输入信号。当控制器20接收到指示操作者已经选择了“开始慢速转动”选择机构的输入信号时，控制器20(执行存储在计算机可读介质42中的指令)处理输入信号并向切割滚筒转动机构21传送控制信号(在62处)。控制信号使开关24从第一状态改变到第二状态，这将VFD 28与切割器马达26电联接并激活VFD 28(以及与VFD 28一起使用的任何辅助电源)(在64处)。具体地，控制器20可向切割滚筒转动机构21发送控制信号，所述控制信号使开关24的状态改变，使VFD 28激活。一旦激活并联接到切割器马达26，VFD 28调节提供给切割器马达26的电力，这使切割器马达26以维护速度而不是以切割速度转动切割滚筒12(在66处)。在一些实施方式中，操作者可能必须选择一个或多个额外的选择机构以在VFD 28被激活之后启动切割滚筒12的转动。
应理解，控制器20可在改变开关24的状态和激活VFD 28之前采取另外的步骤(即，发出额外的控制信号)。例如，控制器20可发出停止切割滚筒12并执行其它行为以准备开采机10以便用于维护慢速转动的控制信号。在其它实施方式中，操作者可受到选择“开始慢速转动”选择机构的限制，直到已经停止由开采机10执行的所有切割活动。
在一些实施方式中，一旦操作者启动切割滚筒12的慢速转动，滚筒12以维护速度旋转，直到操作者指示应停止切割滚筒12。例如，操作者可能需要在操作者界面50上选择“停止慢速转动”选择机构以停止切割滚筒12。因此，操作者可手动地开始和停止切割滚筒12的慢速转动。如果操作者可看到切割滚筒12并且可看到切割滚筒12何时达到期望位置，则使用这种手动过程可能是有用的。如上面提到的，VFD28可包括允许与操作者选择“停止慢速转动”选择机构几乎同时地停止或制动切割滚筒12的制动特征。
在其它实施方式中，一旦操作者启动切割滚筒12的慢速转动，滚筒12就以维护速度旋转预定时间或直到达到预定位置。例如，在选择“开始慢速转动”选择机构时，控制器20可激活VFD 28以使切割滚筒12在维护速度下旋转约1/4或约1/3转。使用这种预编程的过程来旋转切割滚筒12不需要操作者密切观看切割滚筒12并选择另一选择机构来使切割滚筒12停止在精确位置，对给定的操作者位置或反应时间或者控制器50和/或切割滚筒转动机构21的反应时间，这可能是困难的。如果操作者希望将切割滚筒12移动另一预定量，则操作者可再次选择“开始慢速转动”选择机构。在一些实施方式中，操作者界面50可包括允许操作者选择使用手动慢速转动过程还是预编程的慢速转动过程的选择机构。
在切割滚筒12已经旋转到期望位置之后(或者当切割滚筒12慢速转动时)，执行切割滚筒维护，诸如更换钻头(在68处)。在已经执行维护之后，如果希望切割滚筒12的额外的慢速旋转(在70处)，则操作者可重复以上步骤以将切割滚筒12旋转额外的量(例如，以露出切割滚筒12的不同位置以便进行钻头更换)。当已经执行了所有期望的切割滚筒维护时，开关24可返回到第二状态，其中VFD 28从切割器马达26电气地断开(在72处)。具体地，当完成了所有维护之后，操作者可通过在操作者界面50上选择“恢复切割”选择机构来结束维护模式。在接收到指示操作者已经选择“恢复切割”选择机构的输入信号时，控制器20可向切割滚筒转动机构21发出使开关24从第二状态改变为第一状态的控制信号，并且在一些实施方式中，使VFD 28停用。在开关24改变回第一状态之后，操作者可能需要选择额外的选择机构以恢复利用开采机10切割。
在一些实施方式中，不是或除了允许操作者手动地启动切割滚筒12的慢速转动之外，控制器20被配置成在预定的时间或者当满足预定的条件时自动地启动切割滚筒12的慢速转动。例如，如果开采机操作条件与钝钻头一致，则控制器20可自动地停止开采机10并启动切割滚筒12的慢速转动。替代地，控制器20可在确定需要钻头维护时自动地停止开采机10，并且可指令操作者(例如，经由在操作者界面50上的显示)启动慢速滚筒转动以方便钻头维护。控制器20可限制开采机10的进一步操作，直到操作者启动慢速滚筒转动并执行所建议的维护。
因此，本发明的实施方式涉及利用VFD来在维护速度下转动切割滚筒，这允许安全且有效的钻头维护。可能存在其它情形，其中在比通常的切割速度减小的速度下或与通常的切割速度不同的速度下转动或旋转切割滚筒12可能是理想的，并且可使用VFD 28提供这种转动速度改变。
而且，在一些实施方式中，也使用VFD 28来在切割滚筒12以切割速度转动时向切割器马达27提供电力。具体地，可在开采机10的切割模式和维护模式期间激活VFD 28。在每种模式中，VFD 28可向切割器马达26提供不同量的电力以在特定速度下(即，切割速度或维护速度)操作切割器马达26。因此，当操作者启动维护模式时，控制器20可简单地指令VFD28减少提供给切割器马达26的电力的量。类似地，当维护完成且切割恢复时，控制器20可指令VFD 28增加提供给切割器马达26的电力的量。
在一些实施方式中，还可使用VFD 28来在各种切割速度下操作切割滚筒12。例如，控制器20可基于诸如安装在滚筒12上的钻头的类型、安装在滚筒12上的钻头的锐度或钝度、利用滚筒切割的材料的类型等的各种因素来指令VFD 28改变供给到切割器马达26的电力的量。在一些实施方式中，当切割滚筒12基于开采机操作的基本上实时反馈操作时，控制器28还可使用VFD 28改变滚筒12的切割速度。例如，如果控制器20确定钻头变钝，则控制器20可以指令VFD 28增加供给到切割器马达26的电力以补偿钝的钻头。类似地，如果控制器20确定切割滚筒12到达包含较软物质的区域，则控制器20可以指令VFD28减小供给到切割器马达26的电力以补偿较软的物质。由控制器20改变切割速度所使用的反馈可从红外传感器、测力传感器、应变仪或提供切割滚筒12和开采面之间的界面的反馈的其它装置来获得。
在其中在切割操作期间使用VFD 28的这些实施方式中，VFD 28可直接地联接到切割器马达26并可在无论何时激活切割器马达26的情况下激活VFD 28，而不是通过开关24将VFD 28电联接到切割器马达26。
在所附的权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。
Claims (10)
1.一种用于在维护速度下移动开采机器的切割滚筒的方法，所述方法包括：
在控制器处，从操作者界面接收第一输入信号，所述第一输入信号包括用于启动在所述维护速度下转动所述切割滚筒的信号；
响应于所述输入信号，把来自所述控制器的第一控制信号传送到包括在所述开采机器中的切割滚筒转动机构，所述第一控制信号指令包括在所述切割滚筒转动机构中的开关把切割器马达和可变频率驱动器电耦合；
从所述操作者界面接收第二输入信号，所述第二输入信号包括用于启动在大于所述维护速度的切割速度下转动所述切割滚筒的信号；以及
响应于所述第二输入信号，把来自所述控制器的第二控制信号传送到所述切割滚筒转动机构，所述第二控制信号指令包括在所述切割滚筒转动机构中的所述开关把所述切割器马达和所述可变频率驱动器电解耦，并且把所述切割器马达电耦合到电源。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，传送所述第一控制信号包括传送指令所述开关把所述切割器马达从所述电源电解耦的控制信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，传送所述第二控制信号包括传送指令对所述可变频率驱动器去激活的控制信号。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述控制器处，从所述操作者界面接收第三输入信号，所述第三输入信号包括用于停止所述切割滚筒的信号；以及
响应于所述第三输入信号，把来自所述控制器的第三控制信号传送到所述可变频率驱动器，所述第三控制信号指令所述可变频率驱动器制动所述切割滚筒。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，传送所述第一控制信号包括向所述可变频率驱动器传送用于以每分钟三转来旋转所述切割滚筒的控制信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，接收所述第一输入信号包括从由所述操作者操作的遥控器接收所述输入信号。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述控制器处，从所述操作者界面接收第三输入信号，所述第三输入信号包括用于把所述切割滚筒旋转预定量的信号；以及
响应于所述第三输入信号，把来自所述控制器的第三控制信号传送到所述可变频率驱动器，所述第三控制信号指令所述可变频率驱动器把所述切割滚筒旋转所述预定量。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，传送所述第三控制信号包括传送指令所述可变频率驱动器把所述切割滚筒旋转所述切割滚筒的一转的1/4的控制信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，传送所述第三控制信号包括传送指令所述可变频率驱动器把所述切割滚筒旋转所述切割滚筒的一转的1/3的控制信号。
10.一种用于在维护速度下移动开采机器的切割滚筒的方法，所述方法包括：
在控制器处，从操作者界面接收第一输入信号，所述第一输入信号包括用于启动在所述维护速度下转动所述切割滚筒的信号；
响应于所述输入信号，把来自所述控制器的第一控制信号传送到包括在所述开采机器中的切割滚筒转动机构，所述第一控制信号指令包括在所述切割滚筒转动机构中的开关把切割器马达和可变频率驱动器电耦合；
在所述控制器处，从所述操作者界面接收第二输入信号，所述第二输入信号包括用于把所述切割滚筒旋转预定量的信号；以及
响应于所述第二输入信号，把来自所述控制器的第二控制信号传送到所述可变频率驱动器，所述第二控制信号指令所述可变频率驱动器把所述切割滚筒旋转所述预定量。
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