CN109183871B - 矿用挖掘机铲斗的控制方法 - Google Patents

矿用挖掘机铲斗的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种矿用挖掘机铲斗的控制方法。该控制方法包括：11)标定回转零位；12)测量计算回转平台的回转角度；13)测量计算提升钢丝绳的下放长度Y和推压斗杆的运行距离X；14)判断Y≥Y0，若否返回12)；15)判断Y≥YA，若否返回12)；16)根据提升钢丝绳具体的下放长度Yi，计算出推压斗杆的运行范围[Xi，Xi1]；17)判断Xi＜X＜Xi1，若否返回12)；18)禁止提升钢丝绳下放运动和推压斗杆运动。本发明的控制方法通过对提升长度、推压距离和回转角度的测量，得到铲斗与履带板的相对距离，以对提升机构和推压机构进行限位控制，能避免在作业过程中，铲斗与履带板发生碰撞，提高挖掘机的使用寿命，减少故障发生率，提高生产效率。

Description

矿用挖掘机铲斗的控制方法
技术领域
本发明涉及矿用挖掘机技术领域，尤其涉及一种矿用挖掘机铲斗的控制方法。
背景技术
矿用机械挖掘机主要组成部分包括工作装置、回转装置和履带行走装置，挖掘机在工作时，通过工作装置、回转装置和履带行走装置相互配合以完成挖掘、回转、卸载和行走四个彼此独立而又紧密衔接的动作。图1为示例提供的一种现有技术的矿用挖掘机在装载时的示意图。如图1所示，当挖掘机开始作业时，挖掘机靠近工作面，铲斗G1在提升钢丝绳G2和推压斗杆G3的联合作用下进行运动作业，以完成装载；当铲斗G1完成装载作业后，挖掘机的回转平台G4进行回转，将铲斗G1转到指定位置以将铲斗G1内的物料卸除。其中，回转平台G4以中央枢轴为回转中心，可以实现铲斗G1的360°全方位回转，铲斗G1在随回转平台G4进行回转的同时，也能在提升钢丝绳G2和推压斗杆G3的作用下进行上下运动。
图2为图1所示的矿用挖掘机在工作时的俯视示意图，其中示出了铲斗的三个不同工作位置。如图2所示，铲斗G1在挖掘机正前方的位置1进行运动时，均不会碰到履带板G5，当铲斗G1转动到其他角度位置时，铲斗G1进行下放运动可能碰到履带板G5。其中，当铲斗G1位于位置2时，铲斗G1最容易与履带板G5发生碰撞。由于现有的矿用挖掘机没有设置“防止铲斗与履带板碰撞”的保护功能，在挖掘机进行作业的过程中，铲斗G1与履带板G5会出现重复碰撞的情况，进而导致履带寿命降低、结构件裂纹，使非计划故障停机时间增加，生产效率下降。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种矿用挖掘机铲斗的控制方法，通过对铲斗的运动进行控制，以避免铲斗与履带板发生碰撞。
为此本发明公开了一种矿用挖掘机铲斗的控制方法。所述控制方法用于对铲斗的运动进行控制，以防止所述铲斗与履带板发生碰撞，所述方法包括：
11)将所述铲斗位于两条所述履带板正前方的中间所对应的位置标定为回转零位；
12)测量计算回转平台的回转角度ωA；
13)测量计算提升机构中提升钢丝绳的下放长度Y和推压机构中推压斗杆的运行距离X；
14)判断Y是否大于等于Y0，若是，进行下一步，若否，则返回12)；
15)判断Y是否大于等于YA，若是，进行下一步，若否，则返回12)；
16)根据此时所述提升钢丝绳具体的下放长度Yi，计算出所述推压斗杆的运行范围[Xi，Xi1]；
17)判断X是否在[Xi，Xi1]的范围内，若是，进行下一步，若否，则返回12)；
18)禁止所述提升钢丝绳下放运动和所述推压斗杆运动；
其中：
Y0为所述铲斗在位置2时，所述推压斗杆正常运动，所述铲斗均不与所述履带板发生碰撞所对应的所述提升钢丝绳的最大下放长度；
YA为所述铲斗在回转角度ωA所对应的位置时，所述推压斗杆正常运动，所述铲斗均不与所述履带板发生碰撞所对应的所述提升钢丝绳的最大下放长度；
[Xi，Xi1]为所述铲斗在回转角度ωA所对应的位置且所述铲斗的下放长度为Yi时，所述铲斗均不与所述履带板发生碰撞所对应的所述推压斗杆的可运行范围。
进一步地，在所述矿用挖掘机铲斗的控制方法中，所述提升钢丝绳的下放长度Y根据安装在所述提升机构中的提升卷筒上的第一位置检测编码器检测到的数据计算得到。
进一步地，在所述矿用挖掘机铲斗的控制方法中，所述提升钢丝绳的下放长度Y通过下述公式计算：
Y＝n1×π×D1/(m1×i1)
其中：
n1为所述第一位置检测编码器发出的脉冲数；
i1为所述提升机构的传动比；
m1为所述第一位置检测编码器每转一圈所输出的脉冲数；
D1为所述提升卷筒的直径。
进一步地，在所述矿用挖掘机铲斗的控制方法中，所述推压斗杆的运行距离X根据安装在所述推压机构中的推压减速机二轴上的第二位置检测编码器检测到的数据计算得到。
进一步地，在所述矿用挖掘机铲斗的控制方法中，所述推压斗杆的运行距离X通过下述公式计算：
X＝n2×π×D2/(m2×i2)
其中：
n2为所述第二位置检测编码器发出的脉冲数；
i2为所述推压机构中推压减速机二轴的传动比；
m2为所述第二位置检测编码器每转一圈所输出的脉冲数；
D2为所述推压机构中推压小齿轮的节圆直径。
进一步地，在所述矿用挖掘机铲斗的控制方法中，所述回转平台的回转角度ωA根据安装在回转机构中的回转电动机上的增量型编码器检测到的数据计算得到。
进一步地，在所述矿用挖掘机铲斗的控制方法中，所述回转机构在所述回转零位所对应的位置上设置有清零限位开关，用于在所述铲斗回到回转零位时，对所记录的回转角度进行清零处理。
本发明技术方案的主要优点如下：
本发明提供的矿用挖掘机铲斗的控制方法通过对提升钢丝绳的下放长度、推压斗杆的运行距离和回转平台的回转角度的测量计算，得到铲斗在三维空间上与履带板的相对距离，从而根据铲斗与履带板的相对空间距离，对提升机构和推压机构进行限位控制，能够避免挖掘机在作业过程中，铲斗与履带板发生碰撞，避免履带受损，提高挖掘机的使用寿命，减少故障发生率，提高生产效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为示例提供的一种现有技术的矿用挖掘机在装载时的示意图；
图2为图1所示的矿用挖掘机在工作时的俯视示意图，其中示出了铲斗的三个不同工作位置；
图3为图2所示的矿用挖掘机的主视结构示意图；
图4为本发明一个实施例提供的矿用挖掘机铲斗的控制方法的流程图。
附图标记说明：
G1-铲斗、G2-提升钢丝绳、G3-推压斗杆、G4-回转平台、G5-履带板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。
如图1和图2所示，挖掘机开始作业时，挖掘机靠近工作面，铲斗G1在提升钢丝绳G2和推压斗杆G3的联合作用下进行运动作业，以完成装载；当铲斗G1完成装载作业后，挖掘机的回转平台G4进行回转，将铲斗G1转到指定位置以将铲斗G1内的物料卸除。其中，回转平台G4以中央枢轴为回转中心，可以实现铲斗G1的360°全方位回转，铲斗G1在随回转平台G4进行回转的同时，也能在提升钢丝绳G2和推压斗杆G3的作用下进行上下运动。铲斗G1在挖掘机正前方的位置1进行运动时，均不会碰到履带板G5，当铲斗G1转动到其他角度位置时，铲斗G1进行下放运动可能碰到履带板G5。其中，当铲斗G1位于位置2时，铲斗G1最容易与履带板G5发生碰撞。在挖掘机进行作业的过程中，铲斗G1与履带板G5会出现重复碰撞的情况，进而导致履带寿命降低、结构件裂纹，使非计划故障停机时间增加，生产效率下降。
如图3和图4所示，本发明实施例提供了一种矿用挖掘机铲斗的控制方法，该控制方法用于对铲斗G1的运动进行控制，以防止铲斗G1与履带板G5发生碰撞，该方法包括如下步骤：
11)将铲斗G1位于两条履带板G5正前方的中间所对应的位置标定为回转零位；
12)测量计算回转平台G4的回转角度ωA；
13)测量计算提升机构中提升钢丝绳G2的下放长度Y和推压机构中推压斗杆G3的运行距离X；
14)判断Y是否大于等于Y0，若是，进行下一步，若否，则返回12)；
15)判断Y是否大于等于YA，若是，进行下一步，若否，则返回12)；
16)根据此时提升钢丝绳G2具体的下放长度Yi，计算出推压斗杆G3的运行范围[Xi，Xi1]；
17)判断X是否在[Xi，Xi1]的范围内，若是，进行下一步，若否，则返回12)；
18)禁止提升钢丝绳G2下放运动和推压斗杆G3运动；
其中：
Y0为铲斗G1在位置2时，推压斗杆G3正常运动，铲斗G1均不与履带板G5发生碰撞所对应的提升钢丝绳G2的最大下放长度；
YA为铲斗G1在回转角度ωA所对应的位置时，推压斗杆G3正常运动，铲斗G1均不与履带板G5发生碰撞所对应的提升钢丝绳G2的最大下放长度；
[Xi，Xi1]为铲斗G1在回转角度ωA所对应的位置且铲斗G1的下放长度为Yi时，铲斗G1均不与履带板G5发生碰撞所对应的推压斗杆G3的可运行范围。
根据上述可知，Y0、YA和Yi满足关系：Yi＞YA＞Y0。
矿用挖掘机的铲斗G1的运动通过提升机构、推压机构和回转机构共同驱动，具体的运动为三维空间内的不规则运动，即铲斗G1沿履带板G5外轮廓运动的轨迹是不规则的曲面。为了便于控制处理，本发明实施例中，将铲斗G1的复杂的曲面运动简化为铲斗G1在回转平台G4的各个回转角度时沿提升方向和沿推压方向的二维平面运动的叠加，铲斗G1在回转平台G4的某个回转角度时的运动轨迹为一条曲线，通过分别对各个回转角度所对应的铲斗G1进行控制处理，以完成铲斗G1的整体控制。
可见，本发明实施例提供的矿用挖掘机铲斗的控制方法通过对提升钢丝绳G2的下放长度Y、推压斗杆G3的运行距离X和回转平台G4的回转角度ω的测量计算，得到铲斗G1在三维空间上与履带板G5的相对空间距离，从而根据铲斗G1与履带板G5的相对空间距离，对提升机构和推压机构进行限位控制，能够避免挖掘机在作业过程中，铲斗G1与履带板G5发生碰撞，避免履带受损，提高挖掘机的使用寿命，减少故障发生率，提高生产效率。
本发明实施例中，提升钢丝绳G2的下放长度Y可以根据安装在提升机构中的提升卷筒上的第一位置检测编码器检测到的数据计算得到。
具体地，提升钢丝绳G2的下放长度Y可以通过下述公式计算：
Y＝n1×π×D1/(m1×i1)
其中：n1为第一位置检测编码器发出的脉冲数；i1为提升机构的传动比；m1为第一位置检测编码器每转一圈所输出的脉冲数；D1为提升卷筒的直径。
具体地，第一位置检测编码器可以采用SSI通讯方式的多圈编码器，位置数据由西门子SM338模块采集，编码器每转一圈输出4096个脉冲，即m1＝4096。
同理，推压斗杆G3的运行距离X可以根据安装在推压机构中的推压减速机二轴上的第二位置检测编码器检测到的数据计算得到。
具体地，推压斗杆G3的运行距离X可以通过下述公式计算：
X＝n2×π×D2/(m2×i2)
其中：n2为第二位置检测编码器发出的脉冲数；i2为推压机构中推压减速机二轴的传动比；m2为第二位置检测编码器每转一圈所输出的脉冲数；D2为推压机构中推压小齿轮的节圆直径。
具体地，第二位置检测编码器可以采用SSI通讯方式的多圈编码器，位置数据由西门子SM338模块采集，编码器每转一圈输出4096个脉冲，即m2＝4096。
由于现有的矿用挖掘机的回转机构中没有安装用于位置检测的测量元件，本发明实施例中，采用间接方法来对回转平台G4的回转角度ω进行检测测量，通过在回转机构中的回转电动机上安装增量型编码器来实现回转平台G4的回转角度ω的检测测量。
具体地，回转平台G4的回转角度ωA根据安装在回转机构中的回转电动机上的增量型编码器检测到的数据计算得到。将回转机构中的回转电动机采用变频控制，电动机的速度通过增量型编码器反馈给变频器，通过读取变频器中“增量型编码器转过的圈数”的数据，并对读到的数据进行处理，间接得到回转位置，从而可获得矿用挖掘机回转机构转过的角度。
进一度，为了提高回转角度多次重复测量精度，在本发明实施例中，回转机构在回转零位所对应的位置上设置有清零限位开关，用于在铲斗G1回到回转零位时，对所记录的回转角度进行清零处理，以将之前累积的回转角度的测量误差清除。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种矿用挖掘机铲斗的控制方法，所述控制方法用于对铲斗(G1)的运动进行控制，以防止所述铲斗(G1)与履带板(G5)发生碰撞，其特征在于，所述方法包括：
11)将所述铲斗(G1)位于两条所述履带板(G5)正前方的中间所对应的位置标定为回转零位；
12)测量计算回转平台(G4)的回转角度ωA；
13)测量计算提升机构中提升钢丝绳(G2)的下放长度Y和推压机构中推压斗杆(G3)的运行距离X；
14)判断Y是否大于等于Y0，若是，进行下一步，若否，则返回12)；
15)判断Y是否大于等于YA，若是，进行下一步，若否，则返回12)；
16)根据此时所述提升钢丝绳(G2)具体的下放长度Yi，计算出所述推压斗杆(G3)的运行范围[Xi，Xi1]；
17)判断X是否在[Xi，Xi1]的范围内，若是，进行下一步，若否，则返回12)；
18)禁止所述提升钢丝绳(G2)下放运动和所述推压斗杆(G3)运动；
其中：
Y0为所述铲斗(G1)在位置2时，所述推压斗杆(G3)正常运动，所述铲斗(G1)不与所述履带板(G5)发生碰撞所对应的所述提升钢丝绳(G2)的最大下放长度；
YA为所述铲斗(G1)在回转角度ωA所对应的位置时，所述推压斗杆(G3)正常运动，所述铲斗(G1)不与所述履带板(G5)发生碰撞所对应的所述提升钢丝绳(G2)的最大下放长度；
[Xi，Xi1]为所述铲斗(G1)在回转角度ωA所对应的位置且所述铲斗(G1)的下放长度为Yi时，所述铲斗(G1)不与所述履带板(G5)发生碰撞所对应的所述推压斗杆(G3)的可运行范围。
2.根据权利要求1所述的矿用挖掘机铲斗的控制方法，其特征在于，所述提升钢丝绳(G2)的下放长度Y根据安装在所述提升机构中的提升卷筒上的第一位置检测编码器检测到的数据计算得到。
3.根据权利要求2所述的矿用挖掘机铲斗的控制方法，其特征在于，所述提升钢丝绳(G2)的下放长度Y通过下述公式计算：
Y＝n1×π×D1/(m1×i1)
其中：
n1为所述第一位置检测编码器发出的脉冲数；
i1为所述提升机构的传动比；
m1为所述第一位置检测编码器每转一圈所输出的脉冲数；
D1为所述提升卷筒的直径。
4.根据权利要求1或3所述的矿用挖掘机铲斗的控制方法，其特征在于，所述推压斗杆(G3)的运行距离X根据安装在所述推压机构中的推压减速机二轴上的第二位置检测编码器检测到的数据计算得到。
5.根据权利要求4所述的矿用挖掘机铲斗的控制方法，其特征在于，所述推压斗杆(G3)的运行距离X通过下述公式计算：
X＝n2×π×D2/(m2×i2)
其中：
n2为所述第二位置检测编码器发出的脉冲数；
i2为所述推压机构中推压减速机二轴的传动比；
m2为所述第二位置检测编码器每转一圈所输出的脉冲数；
D2为所述推压机构中推压小齿轮的节圆直径。
6.根据权利要求1或5所述的矿用挖掘机铲斗的控制方法，其特征在于，所述回转平台(G4)的回转角度ωA根据安装在回转机构中的回转电动机上的增量型编码器检测到的数据计算得到。
7.根据权利要求6所述的矿用挖掘机铲斗的控制方法，其特征在于，所述回转机构在所述回转零位所对应的位置上设置有清零限位开关，用于在所述铲斗(G1)回到回转零位时，对回转角度进行清零处理。
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