CN108778631A - 破碎机的基于负载的控制 - Google Patents

Abstract

本发明与破碎机(200)有关，所述破碎机包括动力源(202)、被布置为接收工具(218)的工具支架(216)和被布置为在坚硬表面上以冲击频率冲击工具(218)的尖端(220)的动力驱动冲击机构。破碎机(200)还包括被布置为控制来自动力源(220)的输出的控制电路(204)和被布置为检测动力源的负载并将与动力源(202)的检测的负载有关的信息传输到控制电路(204)的负载检测部件。控制电路(204)被布置为接收与动力源(202)的负载相关的信息，基于与检测的动力源(202)的负载有关的信息选择冲击频率，并且通过控制动力源(202)的输出，通过基于预定斜坡方案使当前冲击频率斜坡变化到选择的冲击频率来施加选择的冲击频率。

Description

破碎机的基于负载的控制

技术领域

本发明涉及用于破碎沥青、混凝土或类似物的机器。

背景技术

破碎沥青、混凝土或类似物的通用方法是使用机器，例如用安装在手持式机器上、或集成在手持式机器中的工具的尖端冲击沥青、混凝土或类似物的手持式机器。这样的机器通常被称为破碎机。工具的尖端对坚硬物体的冲击可导致尖端抵靠其应该冲击的表面的滑动。滑动是有问题的，因为它意味着可能变得难以控制的和低效的工作情况。由滑动导致的另一个问题是导致伤害的可能性。

为了减少滑动的问题，用于破碎混凝土、沥青或类似物的破碎机的典型操作典型地以低冲击频率开始，以便操作者能够更好地将工具抵靠表面固定，所述工具在所述表面上操作。然后将冲击频率提高到用于破坏混凝土、沥青或类似物的典型操作频率。

例如，使用内燃机(典型地在10Hz以下空转)的破碎机逐渐被提供更多的气体(例如通过在手持式破碎机的手柄上的气体调节器)，直到冲击频率提高到大约20Hz。

如果破碎机在操作期间改为使用电机，则第一种已知的策略是通过为电机提供空转速度和提供具有调节器的手持式破碎机，来模拟由内燃机提供的解决方案，其中速度可以以转每分钟(RPM)来测量，所述调节器适用于调节电机的速度落在电机的空转速度和最大速度之内。

另一种已知的策略是始终全速运行电机，即没有空转。在破碎沥青、混凝土或类似物的初始阶段期间，由于增加的阻力，电动机的速度略微下降，仅为快速接近默认最大速度。通过使用此策略，可以减少构建破碎机所需的组件的数量，因为可以去除与为电动机提供空转速度有关的组件和适用于调节电动机的速度的调节器。然而，也增强了与尖端滑动可能性有关的问题。

与手持式破碎机的重复使用有关的附加的问题是由手持式破碎机的操作者所经历的振动，所述破碎机以破坏沥青、混凝土或类似物的方式冲击它们。随着时间的推移，振动可能导致重复应变损害，所述振动起源于与冲击沥青、混凝土或类似物的工具的尖端有关的震动。如上述第二种策略中，到用于破碎混凝土、沥青或类似物的典型操作频率的平稳过渡的缺乏可能会进一步加剧问题。

DE10201108374与在手持式电机和与手持式电机接触的表面之间获得有利的接触压力的问题有关，其中“有利的”可以与高效的处理过程和/或振动和/或耐磨和/或节能处理有关。文件公开了通过压力传感器直接地、和/或通过振动敏感的弹簧装置间接地确定对手持式电机的压力的手持式电机。DE10201108374主要针对类似电钻或凿的机器，与破碎机的振动比较，所述类似电钻或凿的机器的振动在量值上小得多。有利的接触压力与在电机和表面之间的或多或少的恒定接触有关，而不是与由破碎机对表面的较明显重复冲击有关。

操作破碎机引起与对表面的重复坚硬冲击有关的独特问题。冲击的作为结果的震动不同于普通电钻和凿的轻微得多的振动。因此，本领域需要改进破碎机冲击坚固表面以试图破碎表面的方式。

发明内容

本公开的目标是提供破碎机、方法和计算机程序，以缓解或至少减轻一些以上发现的问题。

本发明提出一种破碎机，包括动力源、被布置成接收工具的工具支架和被布置成在坚硬表面上以冲击频率冲击工具的尖端的动力驱动冲击机构。破碎机还包括控制电路和负载检测部件，所述控制电路被布置成控制动力源，所述负载检测部件被布置成检测动力源的负载，并将与检测到的动力源的负载有关的信息传输到控制电路。控制电路被布置成接收与动力源的负载有关的信息。控制电路还被布置成基于与动力源的负载有关的信息来选择冲击频率，并且通过控制来自动力源的输出，通过基于预定的斜坡方案使当前冲击频率斜坡变化到选择的冲击频率来施加选择的冲击频率。

在操作性使用期间，公开的破碎机通过调整冲击频率自动改变冲击频率以满足情况的需要。这大大降低了在工具的尖端冲击坚硬表面时使其滑动的风险。因此，破碎机变得较易于使用并降低损害的风险。破碎机还减少操作者对声音和振动的暴露，从而降低重复性应变损害的风险。另一个优点是消除了对冲击频率的手动调节器的需求。与这样的手动调节器有关的组件(例如需要被连接到动力源的电缆和电线)可以被移除，导致生产较便宜的设计。消除对手动调节器的需求的附加优点是移除的与手动调节器有关的组件是风险的潜在来源，所述风险与在手动调节器和动力源之间的错误连接有关。通过使用斜坡方案，操作者的技能变得较不重要。斜坡方案还可以执行太精细而不能手动执行的来自动力源的输出的调整，从而降低滑动的风险，以及减少操作者对声音和振动的暴露。因此，所公开的破碎机关于潜在的故障也更加安全。

根据一方面，动力源包括电机。电机典型地具有可编程控制电路。具有可编程控制电路的电机需要很少的(如果有的话)额外组件以获得与电机的负载有关的信息。当确定与动力源的负载有关的信息时，电机自身可被用作传感器。这促进制造比现有技术更便宜的破碎机。此外，与液压动力源或内燃机动力源相比，电机典型地更节能。

根据一方面，预定斜坡方案包括至少两种不同的斜坡变化速率。通过在不同倾斜度的斜坡变化，操作者对破碎机的控制增加，意味着操作者将体验到破碎机易于操纵。

根据一方面，控制电路是可编程的。可编程控制电路促进在斜坡方案中的升级和改变。特别的，用于不同工具和/或不同表面的不同斜坡方案可以被实施。

根据一方面，破碎机还包括负载检测部件，所述负载检测部件被布置为检测动力源的负载并将与动力源的负载有关的信息传输到控制电路。负载检测部件为控制电路提供与动力源的负载有关的信息，促进了通过控制电路的冲击频率的选择。

根据一方面，负载检测部件包括被布置为确定到动力源的输入功率的功率分析器。功率分析器使得能够进行输入功率的直接确定，提供了输入功率的非常精确的测量。

根据一方面，负载检测部件包括被布置为单独地测量动力源的输入电压、输入电流和效率测量的万用表。万用表使得能够进行输入功率的间接确定。万用表通常需要很少的额外组件，这使其成为廉价且节能的解决方案。如果电机被用作动力源，可典型地由电机提供输入电压和输入电流。

根据一方面，破碎机包括存储部件，其上存储有与动力源的最高机械输出功率的预定测量有关的信息。估计最高机械输出功率的需求被消除，这降低了对计算资源的需求以及总功率消耗。

根据一方面，破碎机被布置为基于与到动力源的输入功率有关的信息和与动力源的最高机械输出功率的预定测量有关的信息，确定动力源的负载。

输入功率易于确定，并且最高机械输出功率的测量可在破碎机的可操作使用之前被确定。负载的这种测量因此是快速的，要求最小额外功率消耗并且易于实施。

公开也提出在破碎机的控制电路中执行的方法。破碎机包括动力源、被布置为接收工具的工具支架和被布置为在坚硬表面上以冲击频率冲击工具的尖端的动力驱动冲击机构。破碎机还包括被布置为控制动力源的控制电路。控制电路被布置为接收与动力源的负载有关的信息，并且控制电路进一步地被布置为基于与动力源的负载有关的信息来选择冲击频率，并且通过控制来自动力源的输出来施加选择的冲击频率。方法包括以下步骤：接收与动力源的负载有关的信息，基于与动力源的负载有关的信息来选择冲击频率，并且基于用于控制来自动力源的输出的预定的斜坡方案，通过使当前冲击频率斜坡变化到选择的冲击频率，来施加选择的冲击频率。

公开还提出包括计算机程序代码的计算机程序，当所述计算机程序被执行时，使得根据本公开的破碎机的控制电路实行根据本公开的方法。计算机程序具有与上文公开的破碎机有关的所有优点。

附图说明

图1说明了手持式破碎机的横截面；

图2图示地说明了根据本公开的破碎机；

图3说明了在破碎机中执行的方法的示例步骤；并且

图4说明了根据本公开的破碎机的控制电路。

具体实施方式

图1说明了手持式破碎机100的横截面和这样的破碎机的一般操作原理。手持式破碎机100包括电机102和控制电路104。手持式破碎机100还包括冲击机构，冲击机构包括曲柄106、驱动活塞108、启动腔110、冲击气缸112和冲击活塞114。手持式破碎机100也包括被布置为安装工具118的工具支架116。在以下公开中提出的操作原理应用于具有或没有安装在工具支架116中的工具118的手持式破碎机100。图1公开了具有安装在工具支架116中的工具118的手持式破碎机100，以促进与本文公开的发明有关的技术效果和优点的理解。

冲击机构被布置为如下操作。曲柄106被布置为由电机102驱动。当由电机102驱动时，曲柄进一步地被布置为朝向冲击活塞114来回移动驱动活塞108。当驱动活塞108被朝向冲击活塞114移动时，困在驱动活塞108和冲击活塞114之间的空气在冲击活塞114上施加压力，其中冲击活塞114被布置为响应于施加的压力，冲击在工具支架116中的工具118。如果启动腔110被阻塞，那么空气将只被困在驱动活塞108和冲击活塞114之间。

冲击气缸112由弹簧悬挂并且被布置为被移入阻塞位置，其中冲击气缸112阻塞启动腔110，从而开始冲击过程。特别地，冲击气缸被布置为响应于对表面122按压安装的工具118的尖端120(例如使用手持式破碎机100的手柄(未示出))，将冲击气缸112移入所述阻塞位置。

具有大约25kg的典型重量的手持式破碎机100的操控需要非常小心以避免在冲击表面122时工具118的尖端120的滑动。手持式破碎机100被布置为以低于10Hz的冲击频率空转。低初始冲击频率使操作者能够降低与尖端120滑动的风险。当表面122开始破碎时，滑动的风险被降低并且更高的冲击频率被启用。手持式破碎机100还被布置为通过被布置在手持式破碎机100的手柄(未示出)上的手动调节器(未示出)提高冲击频率超过空转冲击频率。接着通过小心地调整手动调节器，有经验的操作者可提高冲击频率，例如提高到20Hz。

图2图示地公开根据本公开的破碎机200。破碎机200包括动力源202。破碎机200也包括被布置为接收工具218的工具支架216。破碎机200还包括被布置为在坚硬的表面上以冲击频率冲击工具218的尖端220的动力驱动冲击机构205。动力源202被布置为驱动动力驱动冲击机构205。破碎机200附加地包括被布置为控制动力源202的控制电路204。控制电路204被布置成接收与动力源202的负载有关的信息。控制电路204还被布置为基于与动力源202的负载有关的信息选择冲击频率，并通过控制来自动力源202的输出来施加选择的冲击频率。

动力源驱动动力驱动冲击机构的一般原理已经在上文关于图1描述。动力源202可包括例如电机、内燃机、气动动力源(诸如空气压缩机)或液压动力源。包括电机的破碎机将会在下文描述以进一步说明公开的发明，不过如何确定与动力源的负载有关的信息的原理适用于公开发明的所有方面。

电机的主要目的是将电输入功率转换为机械输出功率。破碎机优选包括电功率接口226(例如电缆)，所述电功率接口226被布置为给电机202提供来自外部电功率源(未示出)的电功率。另一个替代选择是具有包括电池(未示出)的破碎机200，电池被布置为向电机202提供电功率。

为了使电机202在某一速度运行(即破碎机200以某一冲击频率操作)，电机需要克服与工具218冲击表面有关的机械阻力。来自电机的机械输出功率被用于克服机械阻力。负载与电机202克服机械阻力所要求的有关。有几种方式可定义负载，进而意味着有几种方式测量负载。负载的一种定义是电机的相应速度的转矩输出，其中速度是旋转速度的测量，例如转每分钟(RPM)。当电机202将电输入功率转换成机械输出功率时，失去了一些电输入功率。功率转换效率典型地根据负载变化。负载也可被定义为输入功率和最大功率等级之比。最大功率等级是允许流过电机202的最大输入功率。典型地，最大功率等级是可以安全地从电机202输出的最高机械输出功率。“最大功率等级是可以安全地从电机202输出的最高机械输出功率”是在电机背景下的通用定义。通常在电机202被制造时确定安全标准，并且设置所述安全标准使得电机202不必遭受不必要的压力。

负载被定义为当前输入功率和可安全地从电机202输出的最高机械输出功率之比，然后可以通过确定输入功率、最高机械输出功率和随后两者之比被确定。使用负载的这一定义，公开的破碎机202的各种实施例会在下文讨论，其中确定与负载有关的信息的不同方式会被公开并且相关的优点被指出。首先，公开确定输入功率的不同方式。

根据一方面，破碎机200还包括负载检测部件，所述负载检测部件被布置成检测动力源202的负载并将与动力源202的负载有关的信息传输到控制电路204。功率分析器使得能够进行输入功率的直接测量，所述功率分析器被包括在负载检测部件中并且被布置为确定到动力源202的输入功率。基于电机202的电压、电流和效率测量，输入功率也可被确定。根据另一方面，负载检测部件包括被布置为单独地测量电压、电流和效率测量的万用表。作为示例，电压和电流分别基于均方根(RMS)电压和电流。根据又一方面，效率测量基于所谓的功率因数。

下文公开了与最高机械输出功率有关的不同方面。作为示例，最高机械输出功率基于可以安全地从电机202输出的最高机械输出功率，以及在可以从电机202安全地输出的最高机械输出功率的输出期间存在的条件下的电机202的效率测量。效率测量的直接测量基于改变机械阻力和发动机速度，并且将作为结果的输出机械功率和对应输入功率进行比较而被确定。效率测量也可以间接基于利用的电输入电流和电输入电流之间的比较确定，其中利用的电输入电流基于电输入电流和电输入电流的电流损失的估计之间的差异。最高机械输出功率优选地在电机202的制造期间在工厂确定。通过使最高机械输出功率在破碎机200中的电机202的可操作使用之前确定，可以消除在可操作使用期间对确定最高机械输出功率的测量的需求。相反，与最高机械输出功率有关的信息(例如可以从电机202安全地输出的最高机械输出功率和在可以从电机202安全地输出的最高机械输出功率的输出期间存在的条件下的电机202的效率测量)可被存储在破碎机200中。根据一方面，控制电路包括被布置为存储与最高机械输出功率有关的信息的存储部件204b。

简而言之，负载可以基于电输入功率和最高机械输出功率之比确定。采用这一解决方案的破碎机的一般示例是破碎机200，所述破碎机200被布置为基于与到动力源的输入功率有关的信息和与动力源的最高机械输出功率的预定测量有关的信息，确定动力源的负载。根据一方面，与最高机械输出功率有关的信息被存储在专用存储部件204b中，所述专用存储部件204b上存储有与动力源的最高机械输出功率的预定测量有关的信息。专用存储部件204b优选地被布置为向控制电路204提供与动力源的最高机械输出功率的预定测量有关的信息。在一个示例中，控制电路204被布置为从存储部件204b检索需要的信息。在另一示例中，存储部件向控制电路204提供信息，即，控制电路204接收信息。可以使用与输入功率和最高机械输出功率二者有关的信息来确定负载。在一个示例中，控制电路204被布置为基于测量的输入功率和与动力源202的最高机械输出功率的预定测量有关的信息，来确定动力源202的负载。根据另一方面，控制电路包括处理器204a，所述处理器204a被布置为基于测量的输入功率和与动力源202的最高机械输出功率的预定测量有关的信息，来确定动力源202的负载。

通过对表面按压安装的工具218的尖端220开始冲击过程，在使用手持式破碎机200时优选地使用手柄224。当工具的尖端冲击表面时，电机会经历机械阻力，即其可能遭受负载。用于确定负载的机构已经如上所描述。冲击频率将与时间平均的负载测量相关联。过高(即超过预定阈值)的冲击频率会提高招致工具218的尖端220抵靠表面的滑动的风险。通过降低冲击频率，可降低风险。因为冲击频率与负载有关，所以控制电路204基于与负载有关的信息确定冲击频率当前过高。然后控制电路204可以通过将适当的控制信号发送到电机202来降低负载。

在另一示例中，电机202被布置为提供低于10Hz的空转冲击频率。操作者将典型地想在较低的冲击频率起步直到工具218的尖端220已经在表面上进行了足够的撞击，以降低滑动的可能性。控制电路204基于负载来检测改进的稳定性，并且通过提高电机202的机械输出功率将冲击频率提高到大约20Hz。

根据一方面，控制电路204进一步被布置为基于预定斜坡(ramping)方案，基于将当前冲击频率斜坡变化到选择的冲击频率来施加选择的冲击频率。通过采用斜坡方案，破碎机200可以自动地调整以适应在负载中的变化，而操作者不必做任何事。斜坡方案可以被调整以降低在冲击坚硬表面时工具218的尖端220滑动的风险。根据一方面，预定斜坡方案包括至少两种不同的斜坡变化速率。不同斜坡变化速率增强操作者对破碎机200的控制。不同斜坡变化速率也可以被用于适应不同的情形。

进一步的，某些工具和/或某些表面可展示独特特性，所述特性反映在它们将如何影响负载。因此，可能感兴趣的是能够适配破碎机200，使其可以针对不同情况采用不同的斜坡方案。根据一方面，控制电路204是可编程的。可编程控制电路204促进不同斜坡方案的使用。根据另一方面，破碎机200包括其上已存储至少一个预定斜坡方案的存储部件204b。根据又一方面，破碎机200包括被布置成使得操作者能够选择存储在存储部件204b上的预定斜坡方案的接口(未示出)。可编程控制电路204也促进软件升级。

图3说明了根据本公开的方法300的方法步骤。方法300在破碎机的控制电路中执行。破碎机包括动力源、被布置为接收工具的工具支架和动力驱动冲击机构，所述动力驱动冲击机构被布置为在坚硬表面上以冲击频率冲击工具的尖端。控制电路被布置为控制动力源。控制电路还被布置为接收或检索信息，所述信息与动力源的负载有关，并且被布置为基于与动力源的负载有关的信息来选择冲击频率。控制电路还被布置为通过控制来自动力源的输出来施加选择的冲击频率。方法300包括接收S31与动力源的负载有关的信息。方法300还包括基于与动力源的负载有关的信息来选择S33冲击频率，并且通过基于预定斜坡方案，使当前冲击频率斜坡变化到选择的冲击频率，来施加S35选择的冲击频率。

正如上文关于图2已讨论的，控制电路可以以几种方式获得与动力源的负载有关的信息。最实用的方式之一(要求最小数量的额外组件)是通过确定动力源的输入功率和最高机械输出功率来确定负载。根据一方面，负载接着可以被定义为输入功率和最高机械输出功率之比。在控制电路接收或检索与负载有关的信息之前、或与控制电路接收或检索与负载有关的信息相关地，信息的相关部分必须被确定。因此，根据一方面，方法300还包括确定S37与动力源的负载有关的信息。与动力源的负载有关的信息的确定包括确定S37a动力源的输入功率，和确定S37b动力源的最高机械输出功率。

图4说明了根据本公开的破碎机的控制电路400。根据一方面，控制电路400包括被布置为执行关于图3公开的方法步骤的处理器401。根据一方面，控制电路400包括存储器402。根据另一方面，控制电路400包括信息接收模块M1，所述信息接收模块M1被布置为接收与动力源的负载有关的信息。根据附加的方面，控制电路400包括选择模块M3，所述选择模块M3被布置为基于与动力源的负载有关的信息来选择冲击频率。根据又一方面，控制电路400还包括施加模块M5，所述施加模块M5被布置为通过控制来自动力源的输出来施加选择的冲击频率。根据一方面，施加模块M5还被布置为基于预定斜坡方案，使当前冲击频率斜坡变化到选择的冲击频率。根据一方面，控制电路400还包括信息确定模块M7，所述信息确定模块M7被布置为确定与动力源的负载有关的信息。根据一方面，信息确定模块还被布置为确定动力源的输入功率。根据一方面，信息确定模块还被布置为确定动力源的最高机械输出功率。

Claims (10)

1.一种破碎机(200)，包括动力源(202)、被布置为接收工具(218)的工具支架(216)、被布置为在坚硬表面上以冲击频率冲击工具(218)的尖端(220)的动力驱动冲击机构、被布置为控制来自动力源(202)的输出的控制电路(204)以及被布置为检测动力源的负载并将与检测的动力源(202)的负载有关的信息传输到控制电路(204)的负载检测部件，其中控制电路(204)被布置为接收与动力源(202)的负载有关的信息，其特征在于，所述控制电路(204)还被布置为基于与动力源(202)的负载有关的信息来选择冲击频率，并且通过控制来自动力源(202)的输出，通过基于预定斜坡方案使当前冲击频率斜坡变化到选择的冲击频率来施加选择的冲击频率。

2.如权利要求1所述的破碎机，其特征在于，所述动力源(202)包括电机。

3.如权利要求1或2所述的破碎机(200)，其特征在于，所述预定斜坡方案包括至少两种不同的斜坡变化速率。

4.如前述权利要求中任一项所述的破碎机(200)，其特征在于，所述控制电路(204)是可编程的。

5.如权利要求4所述的破碎机(200)，其特征在于，所述负载检测部件包括被布置为确定到动力源(202)的输入功率的功率分析器。

6.如权利要求4或5所述的破碎机(200)，其特征在于，所述负载检测部件包括被布置为单独地测量动力源(202)的输入电压、输入电流和效率测量的万用表。

7.如前述权利要求中任一项所述的破碎机(200)，其特征在于，所述破碎机(200)包括存储部件，所述存储部件上存储有与动力源(202)的最高机械输出功率的预定测量有关的信息。

8.如前述权利要求中任一项所述的破碎机(200)，其特征在于，所述破碎机(200)被布置为基于与到动力源(202)的输入功率有关的信息和与动力源(202)的最高机械输出功率的预定测量有关的信息，来确定动力源(202)的负载。

9.一种在破碎机的控制电路中被执行的方法(300)，所述破碎机包括动力源、被布置为接收工具的工具支架和被布置为在坚硬表面上以冲击频率冲击工具的尖端的动力驱动冲击机构，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

-接收(S31)来自负载检测部件的与动力源的负载有关的信息，所述负载检测部件被布置为检测动力源的负载，

-基于与动力源的负载有关的信息来选择(S33)冲击频率，并且

-通过基于用于控制来自动力源的输出的预定斜坡方案，使当前冲击频率斜坡变化到选择的冲击频率，来施加(S35)选择的冲击频率。

10.一种包括计算机程序代码的计算机程序，所述计算机程序当被执行时，使得破碎机的控制电路执行权利要求9的方法。