CN115366925B - 一种矿用单轨吊机车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿用单轨吊机车及其控制方法，其中矿用单轨吊包括两个驾驶室，两个驾驶室的上端分别通过连接杆连接有防撞装置；至少两个驱动部，用于驱动单轨吊机车在轨道上运行，驱动部上设置有检测装置，检测装置用于检测驱动部上摩擦轮的磨损厚度；集成控制箱，包括箱体外框和设置在箱体外框内的电源管理装置、液压泵站，整车控制装置和至少两个防爆锂电池箱；起吊梁，用于吊运被运载货物；连接杆，驾驶室、集成控制箱和起吊梁相互之间通过连接杆连接。本发明提供的矿用单轨吊集成控制方法，采用了上述的矿用单轨吊机车，可在平段时由操作者操作按钮实现自动根据牵引力大小进行甩驱，可减少运行时的能耗，提高了锂电池的续航能力。

Description

一种矿用单轨吊机车及其控制方法

技术领域

本发明属于单轨吊技术领域，具体涉及一种矿用单轨吊机车及其控制方法。

背景技术

单轨吊车是用一条吊挂在巷道上空的工字钢作为轨道，由具有各种功能的吊挂车辆连成车组，用牵引设备进行牵引，沿轨道运行的系统。其牵引力可由钢丝绳、柴油机、蓄电池、锂电池或空气动力装置提供。

现有的单轨吊机车中，常用的是蓄电池单轨吊和柴油机单轨吊，由于柴油机单轨吊对井下污染较大，部分矿井内通常会选择防爆蓄电池单轨吊，防爆蓄电池单轨吊包括驾驶室、驱动部、连接杆、电源装置、控制小车以及起吊梁。

但是目前的蓄电池单轨吊只能在小于15°的坡上运行，而且需要在专门的空间内进行充电，难以满足一些矿井的需要；另外现有蓄电池单轨的整体结构长度偏长，不够紧凑，单轨吊整机的安全性能和电池的续航能力均有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿用单轨吊机车及其控制方法，解决现有单轨吊结构不紧凑、整机安全性能和电池的续航能力较差的问题。

本发明提供的一种矿用单轨吊机车，包括：

两个驾驶室，设置在整机的头尾部，两个所述驾驶室的上端分别通过连接杆连接有防撞装置，在所述防撞装置上设置有用于检测单轨吊机车所在位置倾角度的第一传感器；

至少两个驱动部，用于驱动单轨吊机车在轨道上运行，所述驱动部上设置有检测装置，所述检测装置用于检测驱动部上摩擦轮的磨损厚度；各所述驱动部上的驱动电机连接有防爆变频器；

集成控制箱，包括箱体外框和设置在所述箱体外框内的电源管理装置、液压泵站，整车控制装置和至少两个防爆锂电池箱；

起吊梁，用于吊运被运载货物，所述起吊梁上设置有用于检测被运载货物的重量的第二传感器；

连接杆，所述驾驶室、集成控制箱和起吊梁相互之间通过所述连接杆连接。

在一种可能的实施例中，所述驱动部包括夹紧摆臂，所述夹紧摆臂上的设置有固定架，所述固定架上连接有所述检测装置，所述检测装置安装在所述驱动部上的至少一个夹紧摆臂上。

在一种可能的实施例中，所述检测装置包括在所述固定架上活动设置的第一导向杆、所述第一导向杆上设置的第一弹簧和所述第一导向杆的一端设置的滚轮，所述滚轮通过所述第一弹簧的作用抵靠在所述摩擦轮的侧壁上，所述第一导向杆的另一端穿过所述固定架后依次螺纹连接有限位块和固定设置的第一压件，所述固定架上设置有第一触发开关，所述第一压件在所述第一弹簧伸展设定距离时可与所述第一触发开关接触，所述第一触发开关用于向所述整车控制装置发送报警信号。

在一种可能的实施例中，所述第一弹簧伸展的设定距离为10mm～15mm。

在一种可能的实施例中，所述检测装置包括固定在所述固定架上的红外接收器和红外发射器，所述红外接收器和红外发射器设置在所述摩擦轮的上下方，且所述红外发射器上的红外线在所述摩擦轮上的投射点为摩擦轮的最大磨损位置；当所述红外接收器接收到所述红外发射器的红外信号时，向所述整车控制装置发送报警信号。

在一种可能的实施例中，所述防撞装置包括连接在所述连接杆自由端的第一活动小车和通过弹性件连接的第二活动小车，所述第一活动小车和第二活动小车分别滚动设置在轨道上，所述第一活动小车和所述第二活动小车之中的一个小车上设置有第二触发开关，另一个上设置有第二压件，所述第二触发开关与第二压件相对设置且在所述弹性件收缩时两者可相互接触，所述第二触发开关用于触发紧急制动装置执行紧急制动的动作。

在一种可能的实施例中，所述弹性件包括设置在所述第一活动小车上的第二导向杆，所述第二导向杆上套设有第二弹簧，所述第二弹簧的两端分别与所述第一活动小车和第二活动小车相抵，所述第二导向杆穿过所述第二活动小车后螺纹连接有调节螺母。

本发明还提供一种矿用单轨吊机车的控制方法，包括：

通过所述整车控制装置内设置的可编程控制器接收操作手柄的控制信号，并控制防爆变频器以使各所述驱动电机以恒转速或恒转矩运行；

运行过程中，整车控制装置上设置的信号采集单元分别通过所述第一传感器和第二传感器采集单轨吊机车所在位置的倾角度参数和被运载货物的重量参数，并在处理单元中进行计算以获得单轨吊机车的牵引力；

当单轨吊在平段接收到甩驱指令时，根据所述牵引力的数值大小控制切断设定位置的所述驱动部的电源和控制切断对应驱动部上夹紧油缸的液压回路；

当采集的倾角度参数值大于设定值时，甩驱的驱动部的电源和对应驱动部上夹紧油缸的液压回路自动开启。

上述控制方法中，根据所述牵引力的数值大小控制切断设定位置和数量的所述驱动部的电源和控制切断对应驱动部上夹紧油缸的液压回路，包括：

设定不同牵引力大小的区间段，各所述区间段分别对应预先设定的需要进行甩驱的驱动部的位置；

当接收到甩驱指令时，整车控制装置通过采集单轨吊机车所在位置的倾角度参数和负载的重量参数计算出单轨吊机车的牵引力；

通过所述处理单元获取牵引力数值，并与设定的区间段的两端值进行比对以确定牵引力数值所在的区间段，执行该区间段内设定数量和位置的驱动部的甩驱动作。

上述控制方法中，所述牵引力的计算公式为：

F＝(G₀+G₁)sinθ+μ(G₀+G₁)cosθ

其中，F为牵引力，G₀为单轨吊车自重，G₁为被运载货物重量，μ是摩擦系数，θ是坡度。

本实施例提供的矿用单轨吊机车，通过在驱动部上设置用于检测摩擦轮磨损厚度的检测装置、可在摩擦轮磨损到设定程度时提醒操作者及时更换。通过在驾驶室的前部设置放撞装置，一方面该防撞装置上设置有用于检测倾斜度的倾角传感器，可对车辆是否在坡道上进行实时判断，另一方面该防撞装置可在单轨吊与障碍物碰撞前进行紧急制动，减少安全问题的发生。通过采用集成控制箱，该集成控制箱包括设置在箱体外框内的电源管理装置、液压泵站，整车控制装置和至少两个防爆锂电池箱等，通过集成式设计可简化整机结构，缩短整机长度，提供整机运行的灵活度。驱动部的驱动电机采用单独的防爆变频器控制，当一个驱动部损坏时，可将该驱动部关闭，不会影响其它驱动部的使用。

本实施例提供的矿用单轨吊集成控制方法，采用了上述的矿用单轨吊机车，通过采用该控制方法，可在平段时由操作者操作按钮实现自动根据牵引力大小进行甩驱，可减少运行时的能耗，提高了锂电池的续航能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的矿用单轨吊机车的整体结构图；

图2是本发明一实施例提供的集成控制箱的内部结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的防撞装置的结构图；

图4是本发明一实施例提供的驱动部的结构图；

图5是本发明一实施例提供的检测装置的安装结构图；

图6是本发明另一实施例提供的检测装置的安装结构图。

图中：1、驾驶室；2、驱动部；21、摩擦轮；22、驱动电机；23、防爆变频器；24、减速机；25、检测装置；251、固定架；252、第一压件；253、第一弹簧；254、滚轮；255、限位块；256、第一导向杆；257、第一触发开关；258、红外发射器；259、红外接收器；；26、夹紧摆臂；27、夹紧油缸；3、起吊梁； 4、集成控制箱；41、箱体外框；42、防爆锂电池箱；43、整车控制装置；44、液压泵站；45、电源管理装置；5、连接杆；6、防撞装置；61、第一活动小车； 62、第二活动小车；63、第二导向杆；64、第二弹簧；65、调节螺母；66、第二压件；67、第二触发开关；68、导向轮；69、行走轮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明中的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表达不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

参考图1-图5，本实施例提供一种单轨吊机车，包括两个驾驶室1、至少两个驱动部2、集成控制箱4、起吊梁3以及多个连接杆5。

其中，两个驾驶室1分别设置在整机的头部和尾部，两个驾驶室1均可作为主驾驶室，当其中一个驾驶室作为主驾驶室室，另一个驾驶室的操控平台则不能操作。

参考图1，在驾驶室1的前方通过连接杆6连接有防撞装置6，当单轨吊机车在运行过程中碰到障碍物时，该防撞装置6可提前与障碍物进行触碰并触发紧急停车动作，提高行车的安全性能。

参考图3，该防撞装置6包括连接在连接杆自由端的第一活动小车61和通过弹性件连接的第二活动小车62，该第一活动小车61和第二活动小车62可以为单轨吊车的承载小车的一部分，即只包括导向轮68和行走轮62以及安装板体的部分，第一活动小车61和第二活动小车62的一对行走轮69滚动行走在工字钢轨道的腹板两侧，第一活动小车61和第二活动小车62的一对导向轮68设置在工字钢轨道下部的横板两侧以使活动小车居中行走。第一活动小车61和第二活动小车62之中的一个小车上设置有第二触发开关67，另一个上设置有第二压件66，第二触发开关67与第二压件66相对设置且在弹性件收缩时两者可相互接触，第二触发开关67用于触发紧急制动装置执行紧急制动的动作。

继续参考图3，可选的，弹性件包括设置在所述第一活动小车61上的第二导向杆63，第二导向杆63上套设有第二弹簧64，第二弹簧64的两端分别与第一活动小车61和第二活动小车62相抵，第二导向杆63穿过第二活动小车62 后螺纹连接有调节螺母65。也就是说，当障碍物61触碰到障碍物时，第二弹簧 64收缩，第一活动小车61和第二活动小车62之间的距离缩短使第二压件66与第二触发开关67触碰，第二触发开关发送信号至制动装置，通过制动装置的制动油缸的抱闸实现制动。

可选的，在第一活动小车61上设置用于检测单轨吊机车所在位置倾角度的第一传感器(未画)。

参考图4，驱动部2包括一对驱动电机22，在各驱动电机22上连接有防爆变频器23，即该驱动电机22与防爆变频器23构成一体机。驱动电机22上传动连接有减速机24，在减速机24上传动连接有摩擦轮21。驱动部2还包括安装架，两个夹紧摆臂26的一端铰接在安装架上，一对减速机24分别安装在两个夹紧摆臂26上，两个夹紧摆臂26的另一端分别连接夹紧油缸27的缸体底部和活塞杆的自由端。

可选的，在其中至少一个驱动部2上的其中至少一个夹紧摆臂26上设置有检测装置25，该检测装置25用于检测驱动部2上摩擦轮21的磨损厚度。

在一种可能的实施例中，参考图5，在夹紧摆臂26上的设置有固定架251，固定架251上连接有检测装置25，该检测装置25包括在固定架251上活动设置的第一导向杆256、在第一导向杆256上设置的第一弹簧253和第一导向杆256 的一端设置的滚轮254，滚轮254通过第一弹簧253的作用抵靠在摩擦轮21的侧壁上，第一导向杆256的另一端穿过固定架251后依次设置有限位块255和固定设置的第一压件252，该限位块255用于限制第一导向杆256的最大移动距离，在固定架251上还设置有第一触发开关257，第一压件252在第一弹簧253伸展设定距离时可与第一触发开关257接触，第一触发开关257用于向所述整车控制装置43发送报警信号，也可以是发送摩擦轮21需更换的信号至驾驶室1 内的显示面板。

在一些实施例中，第一弹簧253伸展的设定距离为10mm～15mm，即当摩擦轮21磨损量达到设定值时需要提醒更换摩擦轮21。

在另一种可能的实施例中，参考图6，固定架251上设置的检测装置25包括固定在固定架251上的红外接收器259和红外发射器258，红外接收器259和红外发射器258设置在摩擦轮21的上下方，且红外发射器258上的红外线在摩擦轮21上的投射点为摩擦轮21的最大磨损位置(图6中摩擦轮上的虚线位置)；当红外接收器接收到红外发射器的红外信号时，向整车控制装置43发送报警信号，也可以是发送摩擦轮21需更换的信号至驾驶室1内的显示面板。

在一些可能的实现方式中，集成控制箱4包括箱体外框41和设置在箱体外框内的电源管理装置45、液压泵站44，整车控制装置43和两个防爆锂电池箱 42。其中，防爆锂电池箱的电池容量为230AH。通过采用电池容量为230AH的两个防爆锂电池箱为单轨吊机车供电，可牵引小于5的驱动部的单轨吊机车。由于减少了一个电源装置小车，故单轨吊机车的整体长度缩短，整机结构更加紧凑。

在一些实施例中，起吊梁上设置有用于检测被运载货物的重量的第二传感器。

以上驾驶室1、集成控制箱4和起吊梁3相互之间通过连接杆5连接。

本发明还提高一种单轨吊车的控制方法，包括：

通过整车控制装置内设置的可编程控制器接收操作手柄的控制信号，并控制防爆变频器以使各驱动电机以恒转速或恒转矩运行。

具体而言，本实施例中的驱动电机22分别连接有一个防爆变频器23，各防爆变频器23可对驱动电机进行独立控制。各防爆变频器23分别连接至电源通断控制器，也就是说，各防爆变频器23可通过电源通断控制器单独控制。当操作者启动车辆，并操作手柄时，相应的电阻信号发送至主控CPU，主控CPU将信号发送至防爆变频器23，由防爆变频器23控制电机以恒转速或恒转矩运转。在本实施例中，电机的转矩、转速等参数实时反馈给防爆变频器23，防爆变频器23在将信号反馈至主控CPU。若采用恒转速调速方式，则主控CPU将外部的电阻信号转化为转速信号，通过防爆变频器控制电机以恒转速运转。若采用恒转矩调速方式时，则主控CPU将外部的电阻信号转化为转矩信号，通过防爆变频器控制电机以恒转矩运转。

在单轨吊运行过程中，整车控制装置43上设置的信号采集单元分别通过第一传感器和第二传感器采集单轨吊机车所在位置的倾角度参数和被运载货物的重量参数，并在处理单元中进行计算以获得单轨吊机车的牵引力，其中，牵引力的计算公式为：

F＝(G₀+G₁)sinθ+μ(G₀+G₁)cosθ

其中，F为牵引力，G₀为单轨吊车自重，G₁为被运载货物重量，μ是摩擦系数，θ是坡度。

当单轨吊在平段接收到甩驱指令时(该指令由操作者在控制面板上发出)，根据计算得到牵引力的数值大小控制切断设定位置的所述驱动部的电源和控制切断对应驱动部上夹紧油缸的液压回路，具体而言，包括：

在控制程序内设定不同牵引力大小的区间段，各区间段分别对应预先设定的需要进行甩驱的驱动部的位置。假如15度坡的最大负载是16吨，那么可根据该负载对应的牵引力划分为几个区间段，每个区间段内对应设置相应数量的驱动部。

当接收到甩驱指令时，整车控制装置通过采集单轨吊机车所在位置的倾角度参数和负载的重量参数计算出单轨吊机车的牵引力。通过处理单元获取牵引力数值，并与设定的区间段的两端值进行比对以确定牵引力数值所在的区间段，并执行该区间段内设定数量和位置的驱动部的甩驱动作。

当采集的倾角度参数值大于设定值(设定一个倾角值，比如7°)时，甩驱的驱动部的电源和对应驱动部上夹紧油缸的液压回路自动开启，也就是说在上坡段为了安全，不进行甩驱，而在平段(假如设定倾角度小于7°)，则可通过操作者自动选择该辅助操作功能，以进行甩驱(甩掉部分驱动部)，减少能耗，增加整机续航能力。

应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对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，或者对其中部分或者全部技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，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范围。

Claims (6)

1.一种矿用单轨吊机车，其特征在于，包括：

两个驾驶室，设置在整机的头尾部，两个所述驾驶室的上端分别通过连接杆连接有防撞装置，在所述防撞装置上设置有用于检测单轨吊机车所在位置倾角度的第一传感器；

至少两个驱动部，用于驱动单轨吊机车在轨道上运行，所述驱动部上设置有检测装置，所述检测装置用于检测驱动部上摩擦轮的磨损厚度；各所述驱动部上的驱动电机连接有防爆变频器；

集成控制箱，包括箱体外框和设置在所述箱体外框内的电源管理装置、液压泵站，整车控制装置和至少两个防爆锂电池箱；

起吊梁，用于吊运被运载货物，所述起吊梁上设置有用于检测被运载货物的重量的第二传感器；

连接杆，所述驾驶室、集成控制箱和起吊梁相互之间通过所述连接杆连接；

所述驱动部包括夹紧摆臂，所述夹紧摆臂上设置有固定架，所述固定架上连接有所述检测装置，所述检测装置安装在所述驱动部上的至少一个夹紧摆臂上；

所述检测装置包括在所述固定架上活动设置的第一导向杆、所述第一导向杆上设置的第一弹簧和所述第一导向杆的一端设置的滚轮，所述滚轮通过所述第一弹簧的作用抵靠在所述摩擦轮的侧壁上，所述第一导向杆的另一端穿过所述固定架后依次螺纹连接有限位块和固定设置的第一压件，所述固定架上设置有第一触发开关，所述第一压件在所述第一弹簧伸展设定距离时可与所述第一触发开关接触，所述第一触发开关用于向所述整车控制装置发送报警信号。

2.根据权利要求1所述的矿用单轨吊机车，其特征在于，所述第一弹簧伸展的设定距离为10mm～15mm。

3.根据权利要求1所述的矿用单轨吊机车，其特征在于，所述防撞装置包括连接在所述连接杆自由端的第一活动小车和通过弹性件连接的第二活动小车，所述第一活动小车和第二活动小车分别滚动设置在轨道上，所述第一活动小车和所述第二活动小车之中的一个小车上设置有第二触发开关，另一个上设置有第二压件，所述第二触发开关与第二压件相对设置且在所述弹性件收缩时两者可相互接触，所述第二触发开关用于触发紧急制动装置执行紧急制动的动作。

4.根据权利要求3所述的矿用单轨吊机车，其特征在于，所述弹性件包括设置在所述第一活动小车上的第二导向杆，所述第二导向杆上套设有第二弹簧，所述第二弹簧的两端分别与所述第一活动小车和第二活动小车相抵，所述第二导向杆穿过所述第二活动小车后螺纹连接有调节螺母。

5.根据权利要求1-4任一项所述的矿用单轨吊机车的控制方法，其特征在于，包括：通过所述整车控制装置内设置的可编程控制器接收操作手柄的控制信号，并控制防爆变频器以使各所述驱动电机以恒转速或恒转矩运行；

运行过程中，整车控制装置上设置的信号采集单元分别通过所述第一传感器和第二传感器采集单轨吊机车所在位置的倾角度参数和被运载货物的重量参数，并在处理单元中进行计算以获得单轨吊机车的牵引力；

当单轨吊在平段接收到甩驱指令时，根据所述牵引力的数值大小控制切断设定位置的所述驱动部的电源和控制切断对应驱动部上夹紧油缸的液压回路；

当采集的倾角度参数值大于设定值时，甩驱的驱动部的电源和对应驱动部上夹紧油缸的液压回路自动开启；

根据所述牵引力的数值大小控制切断设定位置和数量的所述驱动部的电源和控制切断对应驱动部上夹紧油缸的液压回路，包括：设定不同牵引力大小的区间段，各所述区间段分别对应预先设定的需要进行甩驱的驱动部的位置；

当接收到甩驱指令时，整车控制装置通过采集单轨吊机车所在位置的倾角度参数和负载的重量参数计算出单轨吊机车的牵引力；

通过所述处理单元获取牵引力数值，并与设定的区间段的两端值进行比对以确定牵引力数值所在的区间段，执行该区间段内设定数量和位置的驱动部的甩驱动作。

6.根据权利要求5所述的矿用单轨吊机车的控制方法，其特征在于，所述牵引力的计算公式为：F＝(G₀+G₁)sinθ+μ(G₀+G₁)cosθ

其中，F为牵引力，G₀为单轨吊车自重，G₁为被运载货物重量，μ是摩擦系数，θ是坡度。

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