CN107923138B - 用于控制机械地面压力和倾覆的系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于操作工业机械的方法和系统。一种系统包括控制器，控制器包括电子处理器。所述电子处理器被配置成：计算工业机械的重心相对于推动工业机械的支座中心的偏心度，以及根据所述重心的偏心度计算与支座相关联的地面压力。电子处理器还被配置成：根据重心的偏心度和地面压力，将由包含在工业机械中的致动器所施加的最大转矩设置为小于可用的最大转矩的数值。

Description

用于控制机械地面压力和倾覆的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年6月30日提交的、申请号为62/186,969的美国临时申请的优先权，其全部内容以参考的方式并入本申请。

技术领域

本发明的实施例涉及对工业机械(诸如采矿机铲)的控制，以防止机械倾覆。

背景技术

在操作期间，工业机械(诸如采矿机铲)可以前后运动(例如，在挖掘和装载操作期间)。这种运动会影响采矿机铲的重心和偏心度。机械的偏心度被定义成：机械的重心由于操作实践或情况而相对于标称位置的移动。根据重心偏心度的大小，采矿机铲接触地面的部分(例如，履带板)可能抬升而离开地面。特定的机械与重心和偏心度相关联，该机械必须位于该偏心度之内，以防止采矿机铲倾覆，或者防止特定部件遭受过大的力。

根据支撑机械的地面的坡度或倾斜度，工业机械(诸如采矿机铲)的平衡也会发生变化。例如，一些机铲具有指定的“挖掘斜度极限”，它是机铲在挖掘时的最大倾斜度。虽然机铲操作员被训练成人工地识别什么时候遭受或超过该挖掘斜度极限，但是操作员可以会疏忽地试图在倾斜度超过挖掘斜度极限时进行挖掘，这会造成机械的不受控或意外的移动、机械的不充分的控制、或者机械倾覆。

发明内容

因此，本发明的实施例提供用于操作工业机械(诸如采矿机铲)以提高工业机械稳定性的方法和系统。例如，本发明的一个实施例提供一种操作工业机械的方法。所述方法包括用电子处理器计算工业机械的重心的偏心度。所述方法还包括根据所述重心的偏心度，用电子处理器将由从包含在所述工业机械中的提升致动器和掘进致动器组成的组中选择的至少一个致动器所施加的最大转矩限制为小于可用的最大转矩。

本发明的另一个实施例提供一种操作工业机械的系统。所述系统包括控制器，控制器包括电子处理器。所述电子处理器被配置成：计算工业机械的重心相对于推动工业机械的支座的中心的偏心度，以及根据所述重心的偏心度计算与支座相关联的地面压力。电子处理器还被配置成：根据重心的偏心度和地面压力，将由包含在工业机械中的致动器所施加的最大转矩设置为小于可用的最大转矩的数值。

本发明的另一个实施例提供一种操作工业机械的系统。所述系统包括控制器，控制器包括电子处理器。所述电子处理器被配置成：确定工业机械的位置，以及根据所述工业机械的位置，将由被配置成施加提升转矩到包含在工业机械中的铲斗的提升致动器所施加的最大提升转矩设置为小于可用的最大提升转矩的数值。

本发明的再一个实施例提供一种操作工业机铲的方法。所述方法包括：用电子处理器接收与机铲的倾斜度对应的倾斜计读数，将机铲的倾斜度与阈值进行比较，以及确定所述倾斜度是否超过阈值。当所述倾斜度超过阈值时，所述方法包括由电子处理器将机铲的运动限制到第二预定值。方法还包括将所述倾斜度与第一水平进行比较，以及确定所述倾斜度是否超过第一水平。当所述倾斜度超过第一水平时，所述方法包括由电子处理器将机铲的运动限制到第三预定值。所述方法还包括将所述倾斜度与第二水平进行比较，以及确定所述倾斜度是否超过第二水平。当所述倾斜度超过第二水平时，所述方法包括由电子处理器将机铲的运动限制到第三预定值。

本发明的再一个实施例提供一种操作工业机械的方法。所述方法包括用电子处理器确定机铲在其前方还是在其侧方进行挖掘，以及确定所述机铲的倾斜度。当机铲在其前方进行挖掘时，所述方法包括由电子处理器将机铲的倾斜度与第一阈值进行比较，以及确定机铲的倾斜度是否超过第一阈值。当机铲的倾斜度超过第一阈值时，方法还包括确定机铲是否处于挖掘模式。当机铲处于挖掘模式时，电子处理器限制机铲的运动。当机铲正在侧方进行挖掘时，所述方法包括由电子处理器将机铲的倾斜度与第二阈值进行比较，以及确定所述机铲的倾斜度是否超过第二阈值。当所述机铲的倾斜度超过第二阈值时，所述方法包括确定机铲是否处于挖掘模式。当机铲处于挖掘模式时，电子处理器限制机铲的运动。

通过考虑详细说明和附图，本发明的其它方面将变得更明白。

附图说明

图1示出了采矿机铲。

图2示意性地示出了作用在图1的采矿机铲上的力。

图3A和3B示意性地示出了在一种情形下图1的采矿机铲重心的偏心度。

图4A和4B示意性地示出了在另一种情形下图1的采矿机铲重心的偏心度。

图5示意性地示出了为图1的采矿机铲提供稳定控制的控制器。

图6是示出由图5的控制器执行的、控制图1所示机铲的方法的流程图。

图7示意性地示出了液压挖掘机。

图8是示出根据支撑机铲的表面的倾斜度来控制图1所示机铲的方法的流程图。

图9示意性地示出了围绕图1所示机铲的倾覆边缘的向前和向后的倾覆力矩。

图10示意性地示出了在机铲前方进行挖掘的图1的机铲。

图11示意性地示出了在机铲的侧方进行挖掘的图1的机铲。

图12是示出根据与机铲相关联的挖掘斜度极限来控制图1所示机铲的方法的流程图。

图13示意性地示出了图1的机铲的第一角度范围。

图14示意性地示出了图1的机铲的第二角度范围。

图15和16示意性地示出了被放置成向上倾斜的图1的机铲。

具体实施方式

在详细说明本发明的任何实施例之前，应当看到本发明的应用不限于在以下说明中阐述的、或以下附图中显示的部件的构建和安排的细节。本发明能够有其它实施例和以各种不同的方式被实践或实行。另外，应当看到，这里使用的词语和术语是为了说明，而不应当被看作是限制性的。这里使用的“包括”或“具有”和它们的变形的意思是包括此后列出的事物及其等同物以及附加的事项。术语“安装”、“连接”和“耦接”被广义地使用，它们包含直接和间接的安装、连接和耦接。而且，“连接”和“耦接”不限于物理的或机械的连接或耦接，它们可包括电连接或耦接，无论该电连接或耦接是直接或间接的。另外，电子通信和通知可以通过使用任何已知的装置(包括直接连接、无线连接)来执行。

应当看到，多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件可被用来实施本发明。另外，应当看到，本发明的实施例可包括硬件、软件、以及电子部件或模块，为了方便讨论，它们可能被显示和描述为如同大多数部件是单独地以硬件实施的。然而，基于阅读本详细说明，本领域技术人员将会看到，在至少一个实施例中，这些方面可以由一个或多个处理器可执行的软件(例如，存储在非瞬态计算机可读介质上)实施。这样，应当指出，多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同的结构部件可被用来实施本发明。例如，在说明书中描述的“控制器”和“控制单元”可包括一个或多个处理器、包括非瞬态计算机可读介质的一个或多个存储器模块、一个或多个输入/输出接口、以及连接部件的各种连接(例如，系统总线)。而且，正如在随后段落中描述的，附图上显示的具体结构意图举例说明本发明的实施例，其它的替换的配置结构也是可能的。

图1显示采矿机铲10。应当看到，虽然本发明的实施例在这里用采矿机铲进行了描述，但本发明的实施例可以被应用到各种工业机械或可以结合各种工业机械使用(例如，绳铲、拉铲挖掘机、AC机械、DC机械、液压式机械等等)。图1上示出的机铲10描绘了根据一个实施例的电动绳铲。机铲10包括由支座18驱动的左和右履带板14(在图1上仅仅显示左履带板)，以用于向前和向后推进机铲10以及用于转动机铲10(例如，通过改变左和右履带板14彼此之间相对的速度、方向、或二者)支座。履带板14支撑基座22，基座22包括驾驶室26。在某些实施例中，基座22能够围绕摆动轴摆动或旋转，从而例如在挖掘位置与倾倒位置之间运动。在某些实施例中，履带板14的运动对于摆动运动而言不是必要的。

机铲10还包括支撑可旋转的铲斗柄34和铲斗38的吊杆30。铲斗38包括门39，用于倾倒铲斗38内的内容物。例如，在操作期间，机铲10将包含在铲斗38中的物料倾倒在倾倒位置，诸如拖运卡车的车斗、移动破碎机、传送带、地面上的区域等等。

如图1所示，机铲10还包括被耦接在基座22与吊杆30之间的拉紧的悬索42，以用于支撑吊杆30。在某些实施例中，除了一条或多条悬索42之外，或替换一条或多条悬索42，机铲10包括将吊杆30连接到基座22的一个或多个受拉构件。机铲10还包括提升缆绳46，提升缆绳46被附接于基座22内的绞车(未示出)，该绞车用于缠绕提升缆绳46，以便提升和降低铲斗38。机铲10还包括被附接到另一绞车(未示出)的掘进缆绳48，该另一绞车用于伸展和收缩铲斗柄34。在其它实施例中，除了掘进缆绳48之外或者作为掘进缆绳48的替代，机铲10可包括掘进齿轮和齿条，以用于伸展和收缩铲斗柄34。

机铲10还包括一个或多个致动器，用于驱动或操作铲斗38。对于电铲，一个或多个致动器可包括一个或多个电动机。例如，一个或多个电动机可被用来操作提升缆绳46和掘进缆绳48。类似地，一个或多个电动机可被用来驱动支座18和摆动基座22。液压式机铲可以类似地包括通过液压流体压力操作的一个或多个液压致动器。例如，在某些实施例中，机铲10包括至少一个提升致动器，以用于提升和降低铲斗38，和至少一个掘进致动器，以用于伸展和收缩铲斗38。

如图2所示，在操作期间，各种力作用在机铲10上。具体地，与支座18和履带板14相关联的重量(下部机体重量)在机铲10上提供向下的力50。类似地，与基座支座22(和驾驶室26)相关联的重量(上部机体重量)在机铲10上提供向下的力52。另外，吊杆30的重量在机铲10上提供向下的力54。

机铲10还经受基于铲斗38的重量、包含在铲斗38中的物料的量以及铲斗38的位置(例如，铲斗的高度)的提升力(也称为吊环拉力)56。类似地，铲斗10经受基于铲斗柄34的伸展量或收缩量而变化的、沿两个轴(例如，分别是x轴和y轴)的掘进力58和60。应当看到，图2上显示的力没有按比例提供。

这些力影响机铲10的重心以及该重心偏离其标称位置的偏心度。随着重心从其标称位置移开，机械的偏心度也改变。一旦机械的偏心度延伸到机铲10的范围极限(例如，对于机铲10的具体型号是特定的)以外，机械就会变得不稳定。

随着机铲10的偏心度改变，机铲重量的分布改变机铲10与地面之间的接触长度(地面接触长度)。当所述接触长度改变超出阈值时，履带板14的一部分可能不再接触地面，并且机铲14变得不稳定。对于机铲10，地面接触长度可以由支座18的长度限定。例如，如图3a所示，机铲10重心68的位置影响地面压力沿支座长度72的分布。具体地，如图3a所示，当铲斗38被举起或缩回时，正的地面压力74以从机铲10的前面到后面增加的方式、沿整个支座长度72分布(支座载荷情况，或机铲重心)。

然而，如图3b所示，随着机铲10的重心68移动离开支座长度72的中心线70(偏心度)支座，正的地面压力74没有沿整个支座长度72分布。具体地，如图3b所示，正的地面压力74没有施加到支座长度72的后面部分76。这种没有正的地面压力74表示支座长度72的后面部分76可能没有接触地面，这造成这样的情形：当重心的偏心度延伸到超出机铲10的支座极限时，机铲10可能向前倾覆(例如，支座未加载情形)。

类似地，如图4a所示，当铲斗38被下降或伸展时，正的地面压力74以从机铲10的后面到前面增加的方式、沿整个支座长度72分布(支座承载情形)。然而，如图4b所示，随着机铲10的重心68的偏心度移动离开中心线70，正的地面压力74没有施加到支座长度72的前面部分78。这种缺少正的地面压力74表示支座长度72的前面部分78可能没有接触地面，这造成机铲10可能向后倾覆的情形(支座未加载情形)。

因此，为了管理机铲10的稳定性，本发明的实施例提供控制器，该控制器被配置成监视机铲10的操作以检测机铲10的不稳定情况，并且修正机铲10的操作以管理机铲10的稳定性。例如，图5示意地示出了控制器80。控制器可以安装在机铲10上，或远离机铲10，诸如用于机铲10的遥控装置或遥控站。控制器80可包括电子处理器82、非瞬态计算机可读介质84和输入/输出接口86。电子处理器82、计算机可读介质84和输入/输出接口86通过一条或多条通讯线或总线88进行连接或通信。应当看到，在其它结构中，控制器80包括额外的、较少的、或不同的部件。另外，应当看到，如在本申请中描述的控制器80可以执行除了在本申请中描述的稳定性功能以外的其它功能。另外，控制器80的功能也可以分布在一个以上的控制器之间。

计算机可读介质84存储程序指令和数据。电子处理器82被配置成从计算机可读介质84中检索指令，并执行所述指令以便完成这里描述的控制过程和方法。输入/输出接口86将来自控制器80的数据发送到远离机铲10的或在机铲10上的外部系统、网络和装置(例如，通过一个或多个有线或无线的连接)。输入/输出接口86还从远离机铲10的或在机铲10上的外部系统、网络和装置接收数据(例如，通过一个或多个有线或无线的连接)。输入/输出接口86将接收的数据提供到电子处理器82，在某些实施例中，输入/输出接口86也可以将接收的数据存储到计算机可读介质84中。

在某些实施例中，控制器80与用户接口90通信。用户接口90可以允许操作者操作机铲10，在某些实施例中，显示器将关于控制器80是否检测到不稳定状态的结果反馈给操作员(例如，当自动稳定性控制被启动时，通过生成警报或提供指示)。例如，诸如当检测到机铲10的不稳定状态时，并进而由控制器80提供自动稳定控制时，用户接口90可以向操作员显示以下信息：机铲10重心的偏心度、机铲10的一个或多个地面压力和报警(例如，可视的、可听的、可触摸的，或它们的组合)。

在某些实施例中，控制器80同与机铲10相关联的设备通信(例如，通过一个或多个有线或无线的连接)。例如，控制器80可被配置成与被用来操作如上所述的机铲10的一个或多个致动器102通信。在电铲中，致动器102可包括控制与提升缆绳46相关联的绞车的电动机(例如，提升电动机)。类似地，致动器102可包括控制铲斗柄34的掘进运动的电动机(例如，掘进电动机)。类似地，致动器102可包括控制吊杆30的摆动的电动机(例如，摆动电动机)。应当看到，在某些实施例中，控制器80直接与致动器102通信，在其它实施例中，控制器80通过致动器控制器103(诸如电动机控制器)与一个或多个致动器102通信。例如，正如下面更详细地描述的，当控制器80确定其中一个致动器102的操作需要被修正成用来控制机铲10的稳定性时，控制器80可以发送信号到致动器控制器103，该致动器控制器103可以与致动器1002通信，实施从控制器80接收的信号。

在某些实施例中，控制器80还可以同与机铲10相关联的一个或多个传感器104通信。传感器104监视机铲10的各种操作参数，诸如铲斗38的位置和状态。例如，控制器80可与一个或多个掘进传感器、摆动传感器、提升传感器和机铲传感器通信。掘进传感器指示铲斗38的伸展或收缩的水平。摆动传感器指示铲斗柄34的摆动角度。提升传感器指示铲斗38的高度(例如，基于提升缆绳46或相关联的绞车的位置)。机铲传感器指示铲斗门39是打开(用于卸料)还是关闭。机铲传感器指示铲斗门39是打开(用于卸料)还是关闭。机铲传感器还可以包括重量传感器、加速度传感器和倾斜传感器，以便将关于铲斗38内的负载的附加信息提供到控制器80。机铲传感器还可以包括压力传感器，其测量由机铲10或其一部分所承受的地面压力。

在某些实施例中，一个或多个传感器104是指示致动器(例如，掘进致动器、旋转致动器、或提升致动器)的绝对位置或相对运动的旋转变压器。例如，为了指示相对运动，随着提升电动机旋转以缠绕提升缆绳46来提升铲斗38，提升传感器可以输出数字信号，以指示提升的旋转量和运动的方向。控制器80可被配置成将这些输出转换成铲斗38的高度位置、速度或加速度。当然，应当看到，在本发明的其它实施例中，所述传感器可以包括其它类型的传感器。

而且，在某些实施例中，控制器80接收来自操作员控制设备106的输入，诸如由操作员操作以控制机铲10的操作的操纵杆、杠杆、踏脚板和其它致动器。例如，操作员可以使用操作员控制设备106来发布命令，诸如提升、降低、掘进延伸、掘进回缩、顺时针摆动、逆时针摆动、铲斗门释放、左履带板14向前、左履带板14向后、右履带板14向前、右履带板14向后等等。

应当看到，在某些实施例中，用户接口90、致动器102、致动器控制器103、传感器104和操作员控制设备106中的一项或多项可包含在控制器80中。

如上所述，电子处理器82被配置成从计算机可读介质84中检索指令，以及除了其它方面，执行所述指令以完成对于机铲10的控制过程和方法。例如，如上所述，控制器80可被配置成执行倾覆控制。因此，在某些实施例中，控制器80被配置成执行图6所显示的方法，从而检测机铲10的不稳定状态，并随之作出反应。

如图6所示，控制器80(电子处理器82)可被配置成执行指令，以计算机铲10重心的偏心度(在框图201)。例如，电子处理器82可以执行与如下公式相关联的指令，以计算机铲10重心的偏心度(在本申请中被称为“e”或“eccentricity”)：

其中：

∑力矩_支座中心＝力矩_静态+力矩_动态 公式(2)

力矩_动态＝吊环拉力×吊环拉力距离+掘进力×掘进力距离 公式(4)

正如在本申请中使用的，机铲10重心的偏心度代表在支座中心线70与机铲10重心之间的标量距离(沿支座长度72测量的)。应当看到，以上提供的偏心度计算可以通过消除某些元而被简化，或可以通过添加更多的变量或输入而更复杂化。另外，正如在以上的公式中使用的，变量“力矩_静态”代表每个静止部件的力矩的和，其中每个力矩均是基于部件的重量和离机铲10重心的距离。类似地，变量“力矩_动态”代表每个可移动部件的力矩之和，其中每个力矩均是基于与部件相关联的力的大小和离由中心线70与地平面交叉的全局原点的力的距离。例如，如公式(4)所示，变量“力矩_动态”代表下面两项的和：(1)吊环拉力56乘以在吊环拉力56与全局原点之间的距离，与(2)掘进力58和60乘以在掘进力58和60与全局原点之间的距离。

在某些实施例中，重心的偏心度是根据机铲10的一个或多个监视的工作参数进行计算的。机铲10的监视的工作参数可包括，但不限于，吊环拉力、铲斗38的位置、或履带板14的倾斜度。监视的工作参数可以由传感器58进行监视或可以由控制器80跟踪。

在计算偏心度后，控制器80确定最小地面压力(“P_最小”)和最大地面压力(“P_最大”)。在某些实施例中，控制器80使用两组不同的公式来根据偏心度确定最小和最大地面压力。例如，第一组公式可被应用于支座加载的情形，而第二组公式可被应用于支座未加载的情形。具体地，如图6所示，控制器80将计算的偏心度与支座长度72的预定的比例进行比较(在框图202)。在某些实施例中，预定的比例是支座长度72的六分之一。因此，当偏心度小于或等于预定的比例时(例如，小于或等于支座长度72的六分之一代表支座加载的情形)，控制器80使用第一组公式来计算最小和最大地面压力(在框图203)。在某些实施例中，第一组公式包括下面提供的公式(5)和(6):

其中“Q”代表总的机器重量，“B”代表支座长度72，“L”代表每个履带板14的长度之和(例如，左履带板14的长度加上右履带板14的长度)，“M”代表静态和动态力矩(例如，围绕全局原点)之和的值，其包括机铲部件重力以及提升和掘进反作用力。在某些实施例中，“B”的数值可以在机铲10上测量(例如，包含在支座18中的惰辊之间的距离)，或根据机铲10的一个或多个部件(例如，履带板厚度)计算，或它们的组合。

正如以上公式(1)表示的，重心的偏心度由下面的公式(7)提供：

因此，在某些实施例中，公式(7)可以代入公式(5)和(6)，从而得到以下的公式(8)和(9)，以用于计算对于支座加载情形下的最小压力和最大压力：

当偏心度大于预定的比例时(例如，大于支座长度72的六分之一代表支座未加载的情形)，控制器80使用第二组公式来确定最小和最大地面压力(在框图204)。在某些实施例中，第二组公式包括由下面提供的公式(10)和(11)：

P_最小＝0 公式(11)

确定的最大压力(使用公式(8)或公式(10)生成的)代表由履带板14沿支座长度承受的最大压力。当确定的最大压力太大时，在沿支座长度62的履带板14的一部分上受到太多的压力，这表示机铲10是不稳定的(例如，开始向前或向后倾覆)。因此，控制器80可以配置成执行指令，将最大压力与预定的阈值(例如，“P_允许”，它是基于机铲10的特性设置的)进行比较(在框图206)。当计算的或感测到的最大压力超过预定的阈值时，控制器80限制由一个或多个致动器102所供给的最大转矩(在框图208)。

在某些实施例中，控制器80可被配置成限制最大提升转矩(被用来升高和降低铲斗38的转矩)。控制器80可以步进的方式限制最大提升转矩，诸如通过使用以下的公式：

提升转矩最大值＝默认转矩最大值的X％ 公式(12)

因此，通过使用公式(12)，控制器80将致动器102的最大提升转矩设置为默认或可用的最大提升转矩的一个百分数，在某些实施例中，它可以是从最大可用提升转矩的50％变化到90％、或从80％变化到90％，或其它范围的转矩百分数。另外，在某些实施例中，最大提升转矩可被设置为可用最大提升转矩的0％，从而停止提升运动。

在其它实施例中，控制器80可被配置成以线性方式限制最大提升转矩，或诸如通过使用以下的公式的基于公式的限制：

提升转矩最大值＝默认转矩最大值的Y/(P_最大–P_允许)％ 公式(13)

在公式(12)和(13)中使用的“X”和“Y”变量可以是静态值(例如，基于机铲10的特性设置)，它们可以是相同的数值或不同的数值。另外，在某些情形下，公式(12)和(13)的静态值可以随着转矩极限的状态而变化(例如，最大压力是否超过阈值或最大压力是否衰退到零以下)。另外，在某些情形下，最大提升转矩可被设置为相同的量(相同的百分数)，而不管是应用步进式的极限还是线性的极限。

不再使用以上的公式，控制器80可被配置成将最大提升转矩设置成正比于计算的重心偏心度。另外，在某些实施例中，操作员可以选择转矩极限(例如，步进式减小，线性减小，或特定的极限)(例如，通过用户接口90)。另外，应当看到，在某些实施例中，除了限制由提供提升转矩的致动器102所提供的最大转矩以外或作为替换例，控制器80可以限制由包含在机铲10中的其它致动器102提供的最大转矩。例如，在某些实施例中，除了限制最大提升转矩以外或作为替换例，控制器80限制最大掘进转矩。

在某些实施例中，控制器80被配置成发送指令到致动器控制器103，以限制致动器102的转矩。致动器控制器103接收来自控制器80的信号，并随之限制致动器102。

如图3b和4b所示，在某些情形下，机铲10重心68的偏心度可能使得支座长度72的一部分承受零或负的地面压力，这可能造成不稳定状态，因为一部分的履带板14没有接触地面。因此，如图6所示，控制器80可被配置成确定最小地面压力是否小于零(在框图210)。当最小地面压力小于零时，控制器80可被配置成限制由如上所述的一个或多个致动器102提供的最大转矩(在框图208)。

类似地，如图6所示，控制器80可被配置成根据机铲10的重心相对于中心线70偏移了多少而限制转矩。例如，控制器80可被配置成确定计算的机铲10重心的偏心度是否大于支座长度72的预定百分数(例如，约10％到20％)(在框图212)。当偏心度大于支座长度72的预定百分数时，控制器80可被配置成限制由如上所述的一个或多个致动器102供给的最大转矩(在框图208)。

应当看到，可以被应用相同的或不同的用于限制转矩的公式，这取决于最大地面压力是超过阈值，还是最大地面压力跌落到零以下，还是偏心度超过支座长度72的预定百分比(例如，不同的减小、不同的减小类型(例如，步进对比线性)、不同的静态变量、不同的转矩(例如，限制提升转矩对比限制掘进转矩)等等)。另外，在某些实施例中，可以根据是所有的这三个条件都被满足，还是这三个条件中的两个条件被满足，还是这三个条件中只有一个条件被满足，从而施加不同的转矩极限。另外，应当看到，控制器80可被配置成通过检测这些条件中的一个、两个或全部三个条件来检测不稳定状态。另外，在某些实施例中，控制器80可被配置成仅当初始条件满足时(例如，最大地面压力超过预定的阈值)才检测一个以上的这些条件。

在某些实施例中，除了计算最小和最大地面压力以外或作为替换例，控制器80可被配置成通过使用一个或多个传感器104(其可包括一个或多个压力传感器)来检测沿支座长度72的一个或多个地面压力。例如，在某些实施例中，压力传感器可布置在靠近机铲10的下部位置(例如，靠近履带板14或支座18，诸如在中间惰辊轴上，履带支架上等等)，并且被配置成传感表示地面压力的压力。这些传感器可以把传感的数据传送到控制器80，并且控制器80然后使用感测到的数据(例如，直接地或在进一步处理以后)来确定一个或多个地面压力，所述地面压力可以与上述的压力阈值(例如，“P_允许”和零)相比较。在某些实施例中，控制器80可以使用感测到的压力作为检验，或用来调节计算的压力。

如图6所示，控制器80可被配置成通过重复一次或多次以上的计算和比较(例如，连续地或以预定的时间间隔)而重复地检验不稳定状态。在某些实施例中，控制器80可被配置成施加转矩极限，直至不存在转矩极限情形或一开始造成极限的转矩极限情形不再存在为止。在其它实施例中，控制器80可被配置成在机铲10回到正常运行(无限制的提升转矩)之前的预定的时间间隔内施加转矩极限。另外，在某些实施例中，一旦由控制器80施加了极限，所述极限就可以持续直至不再检测到转矩极限情形为止。然而，在其它实施例中，控制器80可被配置成在必要时调节施加的极限(例如，根据测量的工作参数，诸如偏心度、地面压力、速度、负荷等等，或根据预定的调节计划表，诸如在时间间隔内步进地或线性地降低极限)。例如，控制器80可被配置成在环境改变时连续地“重新设置”(例如，增加或降低)转矩极限。具体地，当最大地面压力超过预定的阈值时，控制器80可被配置成开始限制转矩，并且随着最大地面压力增加，控制器80可被配置成增加转矩极限。

应当看到，控制上述偏心度的功能可以被用于不同于机铲的工业机械。例如，偏心度功能可用于挖掘机300(见图7)。对于挖掘机300，机械稳定度可以通过如上所述限制掘进转矩、提升转矩、或它们的组合而被提供。如图7所示，挖掘机300的重心可以在前面位置302与后面位置303之间移动。因此，与挖掘机300相关联的控制器可以在这些位置之间跟踪挖掘机重心的位置(例如，相对于前面位置302，后面位置303，或在位置302与303之间限定的中心位置)，以确定如上所述的挖掘机300重心的偏心度。类似地，应当看到，不同于中心线70的参考点，诸如前面位置或后面位置可以用来计算机铲10的重心的偏心度。

另外，在某些实施例中，除了上述的偏心度和地面压力值以外或作为替换例，来自一个或多个传感器104的信息可被用来检测不稳定状态。例如，在某些实施例中，一个或多个倾斜计可被用来检测机铲10的倾覆，以及可以根据检测到的机铲的角度或倾斜度的大小或检测到的机铲10(或它们的部件，诸如铲斗38)的角度或倾斜度的改变速率来施加转矩极限。类似地，可以通过使用传感器104跟踪铲斗38的位置(例如，高度、掘进或二者)，以及控制器80可以根据铲斗38的位置或铲斗38的位置的改变速率(例如，在特定的方向或多个方向)来限制转矩。

另外，在某些实施例中，控制器80被配置成执行指令，以监视支撑机铲10的表面的倾斜度，并将该倾斜度与指示机铲10的最大倾斜度的挖掘斜度极限进行比较。正如下面更详细地描述的，控制器80还可以被配置成当倾斜度达到或超过挖掘斜度极限时，触发机铲10的自动控制，从而缓和或阻止倾覆情形。

例如，如上所述，在一个水平级上挖掘可保持机铲10平衡，这为操作员提供了舒适，并且保持结构和机械部件受较小的应力，从而带来更长的寿命。然而，在采矿环境下，在一个水平级上挖掘不总是可能的，因为矿井层不总是水平的。对于这些情形，可以为机铲10设置挖掘斜度极限，这表示当机铲10在坡地上挖掘时支撑机铲10的表面的最大倾斜度。可以根据以下内容来设置挖掘斜度极限：例如机铲10的总体重心、机铲10的可及范围、吊环拉力水平、或机铲10底盘的倾覆点位置。例如，如图9所示，当机铲10的总体重心605，包括在铲斗38上的挖掘力610(例如，在铲斗38的齿上生成且正比于吊环拉力)，具有超过(例如，沿向前或向后方向)底盘的倾覆点位置620的偏心度615时，机铲10会倾覆。具体地，如图9所示，根据作用在机铲10上的力，机铲10具有围绕倾覆点位置620的向后的力矩630和围绕倾覆点位置620的向前的力矩640。在某些实施例中，对于处在稳定状态下的机铲10，向后的力矩630与向前的力矩640的比值应当大于或等于约1.0。当这个比值小于约1.0时，机铲10的运动(例如，提升运动影响提升吊环力)会使机铲10开始倾覆。

另外，在某些实施例中，根据操作员是在机铲10的前方挖掘(履带板14放置成垂直于物料堆并且平行于斜坡650)(见图10)还是在机铲10的侧方挖掘(履带板14放置成平行于物料堆并垂直于斜坡)(见图11)，倾覆点位置620是不同的。例如，如图10所示，当操作员在机铲10的前方挖掘时，当机铲10被放置在向下的斜坡上时的倾覆点位置620通常对应于履带板14的前方(例如，包含在履带板14中的下部滚轴的最远边缘)。替换地，如图11所示，当操作员是在机铲10的侧方进行挖掘时，倾覆点位置620通常对应于履带板14的最靠近物料堆的侧面(例如，包括在履带板14中的下部滚轴的最靠近物料堆的最远边缘)。应当看到，当机铲10被放置在向上的斜坡(向机铲10的前方上升的斜坡)上时，倾覆点位置可以从最接近于机铲10前方的履带板14的边缘切换到最接近于机铲10后方的履带板14的边缘。

因此，根据操作员是在机铲10的前方还是在机铲10的侧方进行挖掘，挖掘斜度极限可以是不同的。例如，在某些实施例中，当机铲10在前方挖掘时的挖掘斜度极限约为15％，当机铲10是在侧方挖掘时的挖掘斜度极限约为6％。另外，在某些实施例中，当操作员在前方挖掘时(吊杆30从机铲10的前方伸出)，平衡装置沿吊杆30的相反的方向延伸出机铲10，这有助于机铲10重心的平衡。

虽然挖掘斜度极限可以在技术上根据机铲10是在前方还是在侧方挖掘而不同，但机铲10可能要求它能够在小于预定量的任何斜度上挖掘。例如，由P&H采矿设备公司提供的2650CX机铲可能要求它可以在15％或更小的任何斜度上挖掘，不管机铲是在前方还是在侧方挖掘。因此，当在侧方进行挖掘时，操作员可能很难在仍旧保持机铲稳定的同时满足机铲的挖掘要求。

例如，如上所述，图10示出在机铲10前方挖掘的机铲10(履带板14被放置成平行于斜坡650)。当机铲10的总体重心605，包括在铲斗38上的挖掘力610(例如，在铲斗38的齿上)，具有超过倾覆位置点620(沿向前或向后方向)的偏心度615时，机铲10会倾覆。如图10所示，在某些实施例中，当斜坡650小于或等于约15％时，偏心度615不超过倾覆点位置620，这意味着机铲10被设置配重来应对全失速的吊环拉力，而不会产生不稳定状态。然而，当斜坡650大于约15％时，偏心度615向前移动，这表示机铲10是不稳定的，在掘进期间可能倾覆。

类似地，如上所述，图11示出了在机铲10侧方挖掘的机铲10(履带板14被放置成垂直于斜坡650)。当机铲10的总体重心605，包括在铲斗38上的挖掘力610(例如，在铲斗38的齿上)，具有超过倾覆位置点620的偏心度615时，机铲10会倾覆。如图11所示，由于当机铲10在机铲10侧方挖掘时倾覆点位置620的位置以及配重的改变，偏心度615会超过倾覆点位置620，即使偏心度615没有超过当机铲10在机铲10前方挖掘时在相同斜坡上的倾覆点位置620(见图10)。因此，如上所述，在某些实施例中，当机铲10在机铲10侧方挖掘时，挖掘斜度极限减小。例如，在某些实施例中，挖掘斜度极限可以与特定机械的倾覆点成比例地减小(例如，对于给定的型号，所述极限从10％减小到6％)。

机铲10的操作员受益于能够识别何时遭遇为机铲10设置的挖掘斜度极限。换句话说，操作员受益于获知为机铲10设置的挖掘斜度极限以及他或她是否接近(或超过)该极限。因此，正如下面更详细地描述的，控制器80可被配置成监视与机铲10相关联的倾斜度，检测该倾斜度何时到达挖掘斜度极限，以及响应于倾斜度接近挖掘斜度极限而自动控制机铲，从而阻止机铲10超过挖掘斜度极限。另外，在某些实施例中，当挖掘斜度极限被超过时，控制器80可被配置成阻止操作员以全性能操作机铲或完全阻止操作员操作机铲，直至倾斜度减小到小于挖掘斜度极限为止。另外，在某些实施例中，控制器80被配置成当挖掘斜度极限被接近(或超过)时自动生成通知操作员的一个或多个警报。

具体地，正如下面更详细地描述的，控制器80可被配置成确定机铲10是在前方还是在侧方挖掘，以及随之应用不同的挖掘斜度极限。例如，如上所述，在某些实施例中，机铲10的挖掘斜度极限在履带板14被放置成垂直于物料堆的时候(平行于斜坡650)(见图10)大于在履带板14被放置成平行于物料堆的时候(垂直于斜坡650)(见图11)。具体地，在某些实施例中，控制器80被配置成根据履带板14相对于斜坡650的位置和吊杆30相对于履带板14的位置，执行不同的指令组来控制机铲10。

例如，当机铲10处于两个不同的位置或情景时，控制器80可以控制机铲10。具体地，在情景A下(图10上显示的)当机铲10被放置成使履带板14平行于斜坡650延伸并且吊杆30在机铲10的前方挖掘时，控制器80可以按照第一组指令控制机铲10。在某些实施例中，在情景A下，机铲10具有约15％的挖掘斜度极限，这意味着机铲10被设计成直到约15％的倾斜度650时仍是稳定的，以及能够保持稳定位置而不用限制提升吊环拉力或吊环速度。因此，在情景A下，控制器80当倾斜度接近(例如，在预定量内)或超过挖掘斜度极限时执行报警操作员的指令。在某些实施例中，控制器80还被配置成当斜坡650接近或超过挖掘斜度极限时自动限制可用的提升吊环力和提升速度。

类似地，在情景B下(图11上显示的)，当机铲10被放置成使履带板14垂直于斜坡650延伸并且吊杆30在机铲10的侧方挖掘时，控制器可以按照第二组指令控制机铲10。在某些实施例中，在情景B下，机铲10具有约6％的挖掘斜度极限，这意味着机铲10被设计成直到约6％的倾斜度650时仍能保持稳定，而不用限制提升吊环拉力或吊环速度。因此，在情景B下，控制器80当倾斜度650接近(例如，在预定量内)或超过挖掘斜度极限时执行指令以向操作员发送警报。在某些实施例中，控制器80还被配置成当斜坡650接近或超过挖掘斜度极限时自动限制可用的提升吊环拉力和提升速度。

例如，图12提供根据机铲是在前方还是在侧方挖掘(例如，履带板14相对于斜坡650的位置和吊杆30相对于履带板14的方向)来控制机铲10的方法的流程图。如上所述，控制器80可被配置成根据机铲10是在情景A下还是在情景B下来执行不同的指令(应用不同的功能)。因此，如图12所示，方法700包括确定机铲10是按照情景A(在前方挖掘)还是按照情景B(在侧方挖掘)被放置的(在框图710)。

在某些实施例中，控制器80通过确定如图13或14所示的吊杆30相对于履带板14的角度而做出这个决定。当操作员用延伸到机铲10前方的吊杆30挖掘时，吊杆30的角度处在第一角度范围内，控制器80识别机铲10在情景A下。当操作员用延伸到机铲10侧方的吊杆30挖掘时，吊杆30的角度处在第二角度范围内，控制器80识别机铲10在情景B下。吊杆30的角度可以相对于由履带板14限定的轴712进行测量，其中所述轴712沿履带板14的长度向机铲10的前方延伸(见图13和14)。吊杆30的角度可以通过安装在机铲10上的、跟踪机铲10摆动角度的一个或多个传感器进行检测。

例如，图13示出了按照本发明的一个实施例的第一角度范围。如图13所示，第一角度范围715(见阴影区)包括在约+58度与约-58度(例如，约302度)之间的角度，以及约122度与约238度之间的角度。类似地，图14示出了按照本发明的一个实施例的第二角度范围。如图14所示，第二角度范围720(见阴影区)包括在约58度与约122度之间，以及在约238度与约302度之间的角度。

回到图12，控制器80使用吊杆30的角度(摆动角)来确定机铲10是处在情景A(在前方)还是在情景B(在侧方)(在框图710)。控制器80还确定支撑机铲10的表面的倾斜度(在框图730和735)。在某些实施例中，控制器80根据来自一个或多个倾斜计的读数确定倾斜度。例如，控制器80可以从安装在机铲10上的两个不同的倾斜计接收测量结果，这两个不同的倾斜计提供在互相约90度处的角度斜率信号，并且控制器80可以根据测量结果的平均值计算倾斜度。因此，在某些实施例中，控制器80根据倾斜计读数计算连续的倾斜度。替换地或附加地，控制器80可被配置成根据机铲10的工作参数(诸如如上所述的地面压力)来间接地计算倾斜度。另外，应当看到，在某些实施例中，控制器80根据机铲10是在前方还是在侧方挖掘来间接地确定倾斜度。

如图12所示，当控制器80识别机铲10处在情景A时，控制器80监视机铲10的倾斜度，以确定倾斜度是等于还是超过第一预定阈值(例如，约15％)(在框图740)。具体地，控制器80将计算的倾斜度(在框图730)与第一预定阈值进行比较。在某些实施例中，控制器80还确定机铲是否处在挖掘模式(在框图750)。挖掘模式通常在挖掘准备模式之后和在完全摆动状态之前发生。换句话说，挖掘模式是一种机铲状态，其中机铲操作员进入掘进周期，并且积极地挖掘物料堆。控制器80可以检验该条件，以确保需要稳定性控制。例如，当机铲10仅仅在运输或定位(但尚未挖掘)时，控制器80不需要担心限制机铲10的控制来保持机铲10的稳定。

如图12所示，当机铲10处在情景A(在框图710)、处在挖掘模式(在框图750)、并且倾斜度超过第一预定阈值(在框图740)时，控制器80减小最大可用的提升吊环拉力，提升吊环速度，或它们的组合(在框图760)。例如，控制器80可以将最大可用的提升吊环拉力减小到80％，以及将最大提升速度减小到10％。在某些实施例中，一旦倾斜度超过第一预定阈值，控制器80减小提升吊环拉力、提升吊环速度、或二者，并且保持该减小直至倾斜度不超过第一预定阈值为止。另外，在某些实施例中，当倾斜度接近第一预定阈值(例如，阈值的约1％到5％内)时，控制器80施加减小。而且，在某些实施例中，当超过第一预定阈值时，控制器80阻止机铲10的所有提升运动，直至倾斜度降低到低于第一预定阈值为止。如图12所示，控制器80还可以被配置成当倾斜度接近或超过第一预定阈值时生成一个或多个警报(可听的、可视的、可触摸的、或它们的组合)(在框图770)。另外，在某些实施例中，当控制器80限制机铲10的运动(例如，提升运动)时，控制器80生成一个或多个警报(在框图760)。

替换地，如图12所示，当控制器80识别机铲10处在情景B时(在框图710)，控制器80监视机铲10的倾斜度，以确定倾斜度是等于还是超过第二预定阈值(例如，约6％)(在框图780)。具体地，控制器80将计算的倾斜度(在框图735)与第二预定阈值进行比较。如上所述，在某些实施例中，第二预定阈值不同于(例如，小于)第一预定阈值。在某些实施例中，控制器80还确定机铲10是否处在挖掘模式(在框图790)。如上所述，挖掘模式通常在挖掘准备模式之后和在完全摆动状态之前发生。换句话说，挖掘模式是一种机铲状态，其中机铲操作员进入掘进周期，并且积极地挖掘物料堆。控制器80可以检验该状态，以确保需要稳定性控制。例如，当机铲10仅仅在运输或定位(但尚未挖掘)时，控制器80不需要担心限制机铲10的控制来保持机铲10的稳定。

如图12所示，当机铲10处在情景B(在框图710)、处在挖掘模式(在框图790)、倾斜度超过第二预定阈值(在框图780)时，控制器80减小最大可用的提升吊环拉力、提升吊环速度、或它们的组合(在框图800)。在某些实施例中，一旦倾斜度超过第二预定阈值，控制器80就减小最大可用的提升吊环拉力、提升吊环速度、或二者，并且保持减小直至倾斜度不超过第二预定阈值为止。另外，在某些实施例中，当倾斜度接近第二预定阈值(例如，在阈值的约1％到5％内)时，控制器80施加减小。而且，在某些实施例中，当超过第二预定阈值时，控制器80阻止机铲10的所有提升运动，直至倾斜度降低到低于第二预定阈值为止。另外，在某些实施例中，当倾斜度超过第二预定阈值时，控制器80限制机铲10的提升运动，以及当倾斜度超过第二预定阈值特定数量时，控制器进一步限制或阻止机铲10的提升运动。例如，如上所述，在某些实施例中，当机铲在侧方挖掘并且倾斜度超过阈值(例如，6％)时，提升运动可被限制，从而允许机铲继续操作，直到最大倾斜度(例如，15％)。然而，一旦倾斜度达到最大值(例如，15％)，控制器80可以被配置成阻止机铲10进一步的提升运动。因此，在这些情形下，控制器80执行指令，以减小最大可用的提升吊环拉力、提升吊环速度、或二者，从而使机铲10在高达与机铲10相关联的最大倾斜度下(例如，约15％)仍保持可接受的稳定性，从而匹配情景A的稳定性状态。

在某些实施例中，控制器80可以将提升吊环拉力归纳为吊杆30的角度摆动和倾斜度的函数。例如，在某些实施例中，控制器应用以下的公式来设置最大提升力：

最大可用提升力的％＝A*(摆动角度)²+B*(摆动角度)+C*(倾斜度)+D

公式(14)

变量A、B、C和D可以是代表机铲10参数的常数。这些变量可以根据环境而调节。例如，当更多或更少的提升力被期望作为摆动或倾斜度的函数时，一个或多个常数可以被调节。例如，在某些实施例中，当摆动角以弧度度量时，常数A可以具有在0与1之间的数值，常数B可以具有在0与-4之间的数值，常数C可以具有在0与4之间的数值，以及常数D可以具有在0与5之间的数值。因此，为了增加或减小最大提升力，常数C可以被增加或减小。类似地，为了相对于机铲10的旋转位置增加或减小最大提升力，常数A和B可以分别被增加或减小。

在某些实施例中，当机铲10处在情景B以并且倾斜度是在第二预定阈值与第一预定阈值之间时，控制器80通过使用公式14限制最大可用的提升吊环拉力。在倾斜度超过第一预定阈值后，控制器80可被配置成将最大可用的提升吊环拉力限制到设置的百分比(例如，最大值的80％)。

如图12所示，当倾斜度接近或超过第二或第一预定阈值时，控制器80被配置成生成一个或多个警报(例如，可听的、可视的、可触摸的，或它们的组合)(在框图810)。另外，在某些实施例中，当控制器80限制机铲10的运动(例如，提升运动)时，控制器80生成一个或多个警报(在框图800)。

应当看到，上述的方法700可以考虑其它工作参数。例如，在某些实施例中，控制器80可被配置成考虑铲斗38的位置(例如，在x和y坐标中)，这允许控制器80将提升减小量改变成铲斗38位置的函数。另外，如上所述，在某些实施例中，控制器80可被配置成当倾斜度接近预定阈值时限制机铲10的提升运动，以及当倾斜度超过预定阈值(例如，约15％)时阻止所有的提升运动。

而且，在某些实施例中，作为限制提升运动的替换例或与之组合，控制器80可被配置成控制机铲10的掘进运动。例如，如图15所示，当履带板14平行于向上的斜坡900时，当机铲重心的偏心点915没有对准后倾覆位置910时，机铲10可能会围绕后倾覆位置910倾覆。在某些实施例中，当操作员将向下的延伸力施加到吊杆30时，偏心点915移动。操作员可以执行这个运动，从而更容易旋转履带板14(有时称为“螃蟹爬行”)。然而，这种类型的运动是不推荐的，特别是当机铲10处在向上的斜坡上时，因为机铲10的整个前端会被移到空中，并且在机铲部件和结构上造成不想要的抬高的应力。如图16所示，当履带板14的位置垂直于向上的斜坡900时，会发生类似的情形。因此，控制器80可被配置成根据支撑机铲10的表面的倾斜度来限制(或阻止)掘进运动(例如，向下掘进运动)。

类似地，采矿机铲被工程设计成在水平表面上移动大量物料。然而，由于采矿表面很少是平的，采矿机铲和其它工业机械被设计成：根据机械和采矿环境的各种特征(例如，制动特征、结构特征等等)，允许在高达预定水平的坡度上挖掘。在极端坡度上挖掘潜在地造成不可控制的机械(例如，不可控制的铲斗)，特别是当机械处在过载状态时。具体地，在极端坡度上挖掘会造成超速停机和由于延迟的刹车响应而与其它机械(例如拖运卡车)碰撞。

因此，在某些实施例中，控制器80被配置成确定和监视支撑机铲10的表面的倾斜度(例如，斜率)，以及响应于所确定的倾斜度而采取一个或多个动作(例如，自动修正机铲10的一个或多个工作参数)。例如，在某些实施例中，控制器80使用如上所述的地面压力、重心、或计算的重心的偏心度，来确定支撑机铲10的表面的倾斜度。替换地或附加地，控制器80使用来自安装在机铲10上的一个或多个倾斜计的数据来确定倾斜度。

在某些实施例中，控制器80对监视的倾斜度施加步进的响应。例如，图8示出了由控制器80执行的、用来根据支撑机铲10的表面的倾斜度来控制机铲10的方法。如图8所示，在一个实施例中，控制器80接收来自被安装在机铲10上的一个或多个倾斜计的信号(在框图510)。控制器80确定倾斜计信号是否为有效的(例如，是提供有效的信号还是发生错误)(在框图514)。例如，当机铲10包括两个倾斜计但控制器只接收来自一个倾斜计的读数时，控制器80可以确定发生了错误。类似地，当没有信号从倾斜计接收时，控制器80可以确定发生了错误。在某些实施例中，当控制器80确定倾斜计信号无效时(在框图514)，控制器80将机铲10的运动(例如，在至少一个方向或模式)限制在第一预定值(在框图518)。例如，在某些实施例中，控制器80将吊杆30的摆动速度限制在第一预定值(在框图518)。在某些实施例中，第一预定值是最大值的一个百分数，诸如最大速度、最大转矩的一个百分数等等。例如，在某些实施例中，第一预定值约为75％到90％，这意味着控制器80将机铲10的运动(例如，摆动速度)限制在最大数值(例如，最大摆动速度)的约75％到90％。

当控制器80确定倾斜计信号有效时(在框图514)，控制器80根据倾斜计信号确定一个或多个倾斜度，并且确定所述一个或多个倾斜度何时超过一个或多个阈值(在框图522)。例如，在某些实施例中，控制器80根据倾斜计信号确定何时前/后倾斜、左/右倾斜或合成的倾斜。前/后倾斜说明从机铲10的前方(例如，铲斗38的位置)到机铲10的后方测量的倾斜。类似地，左/右倾斜说明从机铲10的左面(例如，从位于驾驶室26中的操作员的视角)到机铲10的右面测量的倾斜。合成的倾斜组合了前/后倾斜和左/右倾斜。

当一个或多个这些倾斜超过一个或多个阈值时(在框图522)，控制器80将机铲10的运动(例如，沿至少一个方向)限制到第二预定值(在框图524)。在某些实施例中，控制器80将这些倾斜中的每一个均与相同的阈值进行比较。在其它实施例中，控制器80将这些倾斜中的一个或多个与不同的阈值进行比较。在一个实施例中，阈值是例如从5％到8％的一个阈值范围。

在某些实施例中，控制器80通过将机铲10的摆动速度限制到第二预定值，而将机铲10的运动限制到第二预定值。将机铲10的运动限制到第二预定值允许机铲10克服摆动惯性并且适当地停止机铲10(例如，在一定的时间量内)。

在某些实施例中，第二预定值小于第一预定值。在其他实施例中，第二预定值与第一预定值相同。正如以上对于第一预定值描述的，在某些实施例中，第二预定值是机铲10的运动或速度的最大量的一个百分数(例如，机铲10的最大摆动速度)。

另外，如图8所示，当任何的或所有的确定的倾斜均超过第一水平(例如，大于在框图522应用的预定阈值)(在框图526)，控制器80将机铲10的运动(例如，在至少一个方向)限制到第三预定值(在框图530)。例如，在某些实施例中，当任何的和所有的确定的倾斜均超过第一水平时，控制器80限制机铲10的多个运动(例如，提升、掘进、摆动、推进、或它们的组合)。替换地或附加地，控制器80可以将机铲10的摆动速度限制到第三预定值。在某些实施例中，当控制器80限制机铲10的多个运动时，控制器80被配置成不同地限制每个运动(通过不同的数值)。在其它实施例中，控制器80被配置成以相同的数值限制每个运动。另外，在某些实施例中，第三预定值与第二预定值不同(例如，小于)。在其它实施例中，第三预定值与第二预定值相同(例如，但是比第二预定值应用到更多的运动)。再次地，正如以上对于第一和第二预定值指出的，在某些实施例中，第三预定值是机铲10的运动或速度的最大量(例如，机铲10的最大速度)的一个百分数。

类似地，当任何的或所有的确定的倾斜均超过第二水平(例如，大于第一水平)(在框图534)，控制器80将机铲10的运动(例如，沿至少一个方向)限制到第四预定值(在框图536)。例如，在某些实施例中，当任何的和所有的确定的倾斜均超过第二水平时，控制器80限制机铲10的多个运动(例如，提升、掘进、摆动、推进、或它们的组合)。在某些实施例中，当控制器80限制机铲10的多个运动时，控制器80被配置成不同地限制每个运动(通过不同的数值)。在其它实施例中，控制器80被配置成以相同的数值限制每个运动。另外，在某些实施例中，第四预定值与第三预定值不同(例如，小于)。在其它实施例中，第四预定值与第三预定值相同(例如，但是比第二预定值施加到更多的运动)。再次地，正如以上对于第一、第二和第三预定值指出的，在某些实施例中，第四预定值是机铲10的运动或速度的最大量(例如，机铲10的最大摆动速度)的一个百分数。例如，在某些实施例中，第四预定值足够低，从而允许机铲10以受控的和安全的方式将其自身从事件中移除。

因此，第一和第二水平允许用步进的方法来操控倾斜，其中根据实际的倾斜作出不同的调节(例如，与无论何时倾斜度超过预定阈值时施加相同的调节相比较)。例如，在某些实施例中，阈值(在框图522使用的)可以代表最小倾斜，在最小倾斜时添加的控制可以是有用的，以及第一和第二水平可以代表这类倾斜：比被用来处理更极端的倾斜的最小倾斜更大的倾斜。水平(以及阈值)也可以是可配置成允许图8上示出的功能被用于在各种环境下操作的各种类型的机械。

如图8所示，控制器80可以重复执行方法500，并且得到新的倾斜计读数，以确定和监视支撑机铲10的表面的当前的倾斜度。应当看到，在某些实施例中，除了得到倾斜计读数以外或作为替换例，控制器80可被配置成通过使用机铲10的工作参数间接地确定倾斜度。例如，在某些实施例中，控制器80可以使用如上面计算的地面压力来确定倾斜度(例如，当机铲10处在预定的状态时，诸如未加载状态)。还应当看到，控制器80可被配置成当机铲10的运动被限制时(以及，任选地，当这样的限制被去除时)生成一个或多个警报(例如，可听的、可视的、可触摸的、或它们的组合)，来提醒操作员或其他人。

因此，除了其它之外，本发明的实施例提供用于限制工业机械(诸如采矿机铲)的运动的系统和方法。这些系统和方法可被用来降低工业机械在操作期间倾覆的风险。系统和方法也可被使用来控制地面压力，以降低部件应力和旋转支架应力。例如，通过控制和监视机械重心的偏心度和倾斜度，机械参数可被调节成阻止不可控的运动。另外，所述系统和方法提供通过控制极端负荷情形而减小总的履带板重量和成本的机会。

在权利要求书中阐述了本发明的各种特点。

Claims (17)

1.一种操作工业机械的方法，其特征在于，所述方法包括：

用电子处理器计算工业机械的重心的偏心度；

根据所述重心的偏心度计算与所述工业机械相关联的地面压力，

其中根据所述重心的偏心度计算与所述工业机械相关联的地面压力包括：比较所述重心的偏心度和与所述工业机械的至少一个履带板相关联的支座的长度的预定比例；当所述重心的偏心度等于或小于所述预定比例时，使用第一等式计算与所述工业机械相关联的地面压力；当所述重心的偏心度大于所述预定比例时，使用第二等式计算与所述工业机械相关联的地面压力，并且

其中计算与所述工业机械相关联的地面压力还包括：根据所述工业机械的重量、包含在所述工业机械中的一个或多个履带板的长度以及与所述一个或多个履带板相关联的支座的长度来计算压力；以及

根据所述重心的偏心度和所述地面压力，用电子处理器将从由包含在所述工业机械中的提升致动器和掘进致动器组成的组中选择至少一个致动器施加的最大转矩限制为小于可用的最大转矩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述工业机械的重心的偏心度包括：计算所述工业机械的重心和与包含在所述工业机械中的至少一个履带板相关联的支座的中心之间的距离。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，限制所述最大转矩包括：将所述最大转矩设置为所述可用的最大转矩的预定百分比。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，限制所述最大转矩包括将所述最大转矩设置为所述可用的最大转矩的一百分比，其中所述百分比基于从由所述地面压力和所述重心的偏心度组成的组中选择的至少一项。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，限制所述最大转矩包括：将所述最大转矩设置为所述可用的最大转矩的80％到90％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述地面压力包括：根据所述重心的偏心度计算最大地面压力；限制所述最大转矩包括：比较所述最大地面压力与阈值，并且当所述最大地面压力大于所述阈值时，限制所述最大转矩。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述地面压力包括：根据所述重心的偏心度计算最小地面压力；限制所述最大转矩包括：当所述最小地面压力小于零时，限制所述最大转矩。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，限制所述最大转矩包括：当所述重心的偏心度大于与包含在所述工业机械中的至少一个履带板相关联的支座的长度的预定百分比时，限制所述最大转矩。

9.一种用于操作工业机械的系统，其特征在于，所述系统包括：

控制器，其包括电子处理器，所述电子处理器被配置成：

计算所述工业机械的重心相对于推动所述工业机械的支座的中心的偏心度，

根据所述重心的偏心度，计算与所述支座相关联的地面压力，其中计算与所述支座相关联的地面压力包括：根据所述工业机械的重量、包含在所述工业机械中的一个或多个履带板的长度以及与所述一个或多个履带板相关联的支座的长度来计算压力，以及

根据所述重心的偏心度和所述地面压力，将由包含在所述工业机械中的致动器所施加的最大转矩设置为小于可用的最大转矩的数值。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电子处理器配置成将由所述致动器所施加的最大转矩设置为从包括下述选项的组中选择的至少一个：所述可用的最大转矩的预定百分比，以及基于所述地面压力的、所述可用的最大转矩的一百分比。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述致动器施加从由提升转矩与掘进转矩组成的组中选择的至少一种转矩，并且所述致动器将转矩施加到包含在所述工业机械中的铲斗。

12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电子处理器被配置成：当所述地面压力大于预定的阈值时，将由所述致动器施加的最大转矩设置为小于所述可用的最大转矩的数值。

13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电子处理器被配置成：当所述地面压力小于零时，将由所述致动器施加的最大转矩设置为小于所述可用的最大转矩的数值。

14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电子处理器被配置成：当所述重心的偏心度大于所述支座的长度的预定百分比时，将由所述致动器施加的最大转矩设置为小于所述可用的最大转矩的数值。

15.一种用于操作工业机械的系统，其特征在于，所述系统包括：

倾斜计，所述倾斜计配置成检测所述工业机械的倾斜度；以及

控制器，其包括电子处理器，所述电子处理器被配置成：

确定所述工业机械的位置，其中确定所述工业机械的位置包括确定所述工业机械正在挖掘所述工业机械的前方还是正在挖掘所述工业机械的侧方；

从所述倾斜计接收所述工业机械的倾斜度，以及

根据所述工业机械的位置和所述工业机械的倾斜度，将由致动器施加的最大提升转矩设置为小于可用的提升转矩的数值，其中所述致动器被配置成将提升转矩施加到包含在所述工业机械中的铲斗。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述电子处理器还被配置成：

将所述工业机械的倾斜度与第一水平进行比较，

当所述倾斜度超过所述第一水平时，将所述工业机械的运动限制在第一预定值，

将所述工业机械的倾斜度与第二水平进行比较，以及

当所述倾斜度超过第二水平时，将所述工业机械的运动限制在第二预定值。

17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述电子处理器还被配置成：

当所述工业机械正在挖掘所述工业机械的前方时，

将所述工业机械的倾斜度与第一阈值进行比较，以及

当所述工业机械的倾斜度超过第一阈值时，限制工业机械的运动，当所述工业机械正在挖掘所述工业机械的侧方时，

将所述工业机械的倾斜度与第二阈值进行比较，以及

当所述工业机械的倾斜度超过第二阈值时，限制工业机械的运动。

Images