CN202828755U - 用于控制采矿系统中的输送机的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于控制采矿系统中的输送机的系统。该输送机包括链轮、链条、液压缸、一个或者多个传感器和控制器。

Description

用于控制采矿系统中的输送机的系统

相关申请

本申请要求在2011年7月22日提交的在先提交的共同待审美国临时专利申请No.61/510，850的利益，其全部内容由此通过引用而被并入。本申请还要求在2011年7月22日提交的在先提交共同待审美国临时专利申请No.61/510，839的利益，其全部内容也由此通过引用而被并入。

技术领域

本实用新型涉及输送机诸如刮板输送机（“AFC”）或者转载机（“BSL”）的控制。

背景技术

其中，长壁采矿系统包括AFC或者BSL，用以将所挖掘的材料（例如煤）从材料正被挖掘的区域输送到用于处理（例如压碎、存储等）的区域。AFC包括例如围绕着设置有链条的第一链轮和第二链轮。链条被一个或者多个马达（例如前马达（maingate motor）、尾马达（tailgatemotor）等）驱动，并且链条围绕链轮的运动引起输送机输送所挖掘的材料。

包括可延伸返回端框架的传统AFC使用预张紧技术用以增加围绕链轮的链条张力并且避免松弛链条或者零张力状态。预张紧技术包括例如使用液压缸来远离第二链轮推动第一链轮。然后，以人工方式在靠近链轮处插入包（packet）或者间隔器，以维持在链条中的高预张力。

如上所述的预张紧链条具有各种缺陷。例如，在链条上实现和维持高预张力（例如30-40吨）增加了链条、链轮等的应变和磨损。另外，当所挖掘的材料被装载到AFC上时，链条的张力进一步增加。这样，当所挖掘的材料被装载到输送机上时，由于高预张紧而已经受到应变的链条受到进一步增加的应变。

发明内容

因此，其中，本实用新型可以总地提供用于控制AFC以通过利用液压缸改变链轮位置而自动地控制链条张力的系统和方法。本实用新型可以与例如AFC相结合地使用，在AFC中，AFC的第一端固定并且AFC的第二端是可延伸的。对于这种AFC，在链条中的张力沿着输送机的长度改变，并且应该避免零张力或者松弛链条状态，从而增大AFC的可靠性。这样，系统的一种构造包括AFC，该AFC具有可延伸返回端框架、第一链轮、第二链轮、一个或者多个液压缸、一个或者多个链条，和控制器。第一链轮和第二链轮中的至少一个包括驱动机构（例如，马达和马达控制器）。驱动机构转动相关联的第一链轮和第二链轮，以将所挖掘的材料从第一位置输送到第二位置，并且控制器使用与AFC相关联的测得的电学特性来自动地控制所述一个或者多个液压缸或者链轮的位置。

例如，控制器利用所存储的、在所述一个或者多个马达的电学特性和所述一个或者多个液压缸的位置、第一或者第二链轮的位置、所述一个或者多个链条的张力、在输送机上装载的所挖掘的材料的数量等之间的关系。基于电学特性，所述一个或者多个液压缸受到控制，以增加或者降低在第一链轮和第二链轮之间的距离，从而对于当在输送机上装载所挖掘的材料时发生的、所述一个或者多个链条的伸展加以考虑。虽然仍然使用了预张紧，但是通过基于电学特性而动态地修改例如所述一个或者多个液压缸的位置，所要求的预张紧的大小能够被从大致30-40吨降低到大致少于10吨（例如5-6吨）。所要求的预张紧大小的降低减小了系统构件上的应变和磨损的大小。在另一种构造中，控制器从链条张力传感器接收所述一个或者多个链条的张力的直接测量值。基于测得的链条张力，所述一个或者多个液压缸受到控制，以增加或者降低在第一链轮和第二链轮之间的距离，以对于所述一个或者多个链条的伸展加以考虑。

在一种实现方式中，本实用新型可以提供一种控制刮板输送机中的液压缸的位置的方法。该刮板输送机包括链轮、链条、液压缸和控制器。该方法可以总地包括感测与刮板输送机相关联的电学特性、基于该电学特性确定与链轮相关联的扭矩、基于该扭矩确定与链条相关联的张力、基于该张力确定链条伸展量，和基于所确定的链条伸展量修改液压缸的位置。

在另一种实现方式中，本实用新型可以提供一种控制刮板输送机中的液压缸的位置的方法。该刮板输送机包括链轮、链条、链条张力传感器、液压缸，和控制器。该方法包括使用链条张力传感器测量或者感测链条张力、产生与所感测的链条张力有关的信号、调节所述与所感测的链条张力有关的信号，基于经调节过的信号确定链条伸展量，和基于所确定的链条伸展量修改液压缸的位置。

在一个实施例中，本实用新型提供一种用于采矿系统的输送机。该输送机包括框架、具有第一位置的第一链轮、具有第二位置的第二链轮、与第一链轮和第二链轮相关联的链条、被配置为用以产生与输送机的电学特性有关的信号的传感器、被联接到第一链轮和第二链轮中的至少一个的驱动机构、液压缸，和控制器。框架具有固定的第一端和可延伸的第二端。第一位置被以一定距离从第二位置分离。驱动机构被配置为用以驱动第一链轮和第二链轮中的至少一个。控制器被配置为用以从传感器接收信号、基于接收信号确定在链条中的链条伸展量、基于所确定的链条伸展量确定液压缸位置，和产生用于将液压缸控制为液压缸位置的控制信号。

在另一实施例中，本实用新型提供一种用于控制采矿系统中的输送机的链条张力的方法。该方法包括分析与链条张力相关联的信号、基于所分析的信号确定链条张力、基于所确定的链条张力确定链条延伸、基于所确定的链条延伸确定用于液压缸的位置，和将液压缸控制为该位置。

在另一实施例中，本实用新型提供一种采矿系统，该采矿系统包括输送机、第一传感器、第二传感器、液压缸，和控制器。第一传感器用于感测链条张力并且被配置为用以产生示意链条张力的第一信号。第二传感器用于感测输送机的电学特性并且被配置为基于输送机的电学特性产生示意链条张力的第二信号。控制器被配置为用以从第一传感器接收第一信号、从第二传感器接收第二信号、基于第一信号和第二信号之一确定链条张力，和基于所确定的链条张力控制液压缸的位置。

通过考虑详细说明和附图，本实用新型的各个独立的方面将变得清楚。

附图说明

图1示意链条输送机的端部框架；

图2示意用于根据本实用新型的构造的AFC的控制器；

图3是示意链条张力沿着AFC的长度改变的方式的图；

图4是示意在采煤机（shearer）位置和在AFC上装载的所挖掘的材料的数量之间的关系的图表；

图5是示意在在AFC上装载的所挖掘的材料的数量和液压缸位置之间的关系的图表；

图6是示意关于在链条上的不同位置的链条张力的变化的图表；

图7是示意与AFC的前马达和尾马达相关联的马达功率的图表；

图8是用于控制液压缸的位置的过程；

图9是用于控制液压缸的位置的另一个过程；

图10是链条输送机的端部框架的透视图；

图11是图10的链条输送机的端部框架的放大视图；

图12是传感器组件的透视图；

图13是图12所示传感器组件的组装视图；

图14是沿着线15-15截取的图12所示传感器组件的截面视图；

图15是图14所示传感器组件的放大截面视图；

图16是图14所示传感器组件的放大截面视图；

图17是弹簧组件的分解视图；

图18是图17所示传感器组件的截面视图；

图19是传感器组件的放大截面视图。

具体实施方式

在详细地解释本实用新型的任何独立实施例之前，应该理解，本实用新型在它的应用方面不被限制为在以下说明中阐述或者在以下附图中示意的构件的构造和布置的细节。本实用新型能够具有其它独立的实施例并且能够被以各种方式实施或者执行。

在这里描述的本实用新型的实现和构造涉及一种长壁链条输送机系统及其控制。该长壁链条输送机系统包括例如刮板输送机（“AFC”）或者转载机（“BSL”）。为了描述性的意图，在这里关于包括AFC的实施例描述了本实用新型。AFC包括例如返回端框架、第一链轮、第二链轮、一个或者多个链条、一个或者多个马达、一个或者多个液压缸、控制器，和用户接口。控制器被配置为用以接收与AFC的电学特性有关的一个或者多个信号并且基于电学特性自动地控制第一链轮或者第二链轮的位置。电学特性例如是电压、电流、功率因数、马达速度、马达扭矩、输入功率、输出功率等。在某些实现中，电学特性与被用于转动第一和第二链轮的一个或者多个马达（例如，尾马达或者前马达）相关联。另外地或者可替代地，控制器被配置为用以接收与感测到的链条张力有关的一个或者多个链条张力信号并且基于链条张力信号自动地控制第一链轮或者第二链轮的位置。基于电学特性或者链条张力信号，控制器确定所期望的返回端框架的延伸、用于所述一个或者多个液压缸的所期望的位置、用于第一链轮的所期望的位置、用于第二链轮的所期望的位置、在AFC上装载的所挖掘的材料的数量、与所述一个或者多个链条相关联的一个或者多个张力、与所述一个或者多个链条相关联的一个或者多个所期望的张力、采煤机位置等。例如，在控制器已经确定了用于所述一个或者多个液压缸的所期望的位置之后，控制器将所述一个或者多个液压缸控制为所期望的位置，以重新定位第一链轮。在某些实现中，用于所述一个或者多个液压缸的位置的确定是基于在电学特性和链轮扭矩、链条张力、在输送机上装载的所挖掘的材料的数量等之间的关系的。

图1示意返回端框架100，其中，该返回端框架包括固定框架部分、可延伸框架部分，和一个或者多个液压缸。返回端框架100是还包括例如采煤机的长壁采矿系统的一个部分。在某些构造中，使用被配置为用以通过整个运动范围测量可延伸框架部分的位置的线性位移传感器，确定可延伸框架部分的位置。可延伸框架部分的位置可以被修改（例如，增加或者减少）以相应地控制所述一个或者多个液压缸、第一链轮、第二链轮等的位置。

图2示意与返回端框架100相关联的控制器200。控制器200被连接或者被耦接到各种另外的模块或者构件，诸如用户接口模块205、一个或者多个指示器210、电源模块215、一个或者多个传感器220、马达参数模块225，和所述一个或者多个液压缸230。所述一个或者多个传感器220例如是在AFC内的被配置为用以测量或者感测电学特性（例如电流、电压、功率因数、扭矩、速度、输入功率、输出功率等）的功率转换器、被配置为用以直接地测量或者感测链条张力的链条张力传感器等。在很多情形中，在AFC中所包括的转换器的使用减少或者消除了对于专门的转换器的需要。在某些构造中，使用了功率转换器和链条张力传感器这两者（例如，一个作为另一个的冗余系统）。另外，功率转换器远离可能导致转换器的损坏或者不断的更换的不利区域定位。控制器200包括其中能够被操作用于控制AFC的操作、控制返回端框架100的位置、致动所述一个或者多个指示器210（例如，LED或者液晶显示器（“LCD”））等的软件和硬件的组合。其中，控制器200包括处理单元235（例如微处理器、微控制器或者另一适当的可编程器件）、存储器240和总线。总线将控制器200的各种构件（包括存储器240）连接到处理单元235。在某些构造中，控制器200还被连接到通信模块，该通信模块被配置为用以经由一个或者多个网络通信。

存储器240包括例如只读存储器（“ROM”）、随机存取存储器（“RAM”）、电可擦可编程只读存储器（“EEPROM”）、闪存、硬盘、SD卡或者另一适当的磁性、光学、物理或者电子存储器器件。处理单元235被连接到存储器240并且执行能够在RAM（例如在执行期间）、ROM（例如在基本永久的基础上）或者另一非易失性计算机可读介质诸如另一存储器或者盘片中存储的软件。另外地或者可替代地，在处理单元235中包括存储器240。控制器200还包括输入/输出（“I/O”）系统245，该输入/输出系统包括用于在控制器200内的构件和AFC的其它构件之间传递信息的程序。在AFC的实现中包括的软件被存储在控制器200的存储器240中。软件包括例如固件、一件或者多件应用程序、程序数据、一个或者多个程序模块和其它可执行指令。其中，控制器200被配置为用以从存储器检索并且执行与在这里描述的控制过程和方法有关的指令。在其它构造中，控制器200包括另外的、更少的或者不同的构件。电源模块215向AFC和在AFC内的构件和模块供应额定AC或者DC电压。例如，电源模块215由经过批准的矿用电源供电。

马达参数模块225被连接到或者与一个或者多个马达或者驱动机构相关联，所述一个或者多个马达或者驱动机构被联接到第一链轮和/或第二链轮。马达参数模块225被连接到或者被包括在例如一个或者多个开关设备中。马达参数模块225被配置为用以接收与一个或者多个马达的一个或者多个参数（例如电流、电压、功率因数、扭矩、速度、输入功率、输出功率等）相关联的信号。在某些实施例中，马达参数模块225接收与马达参数有关的信号。在其它实施例中，马达参数模块225包括或者被连接到用于感测马达参数的所述一个或者多个传感器220。马达由从控制器200或者另一个相关联的控制器诸如开关设备接收到的控制信号控制。所述一个或者多个马达还被联接到减速箱，用以将马达的旋转速度降低为适合于链轮和输送机的旋转速度。在某些实现中，控制器200被配置为用以自主地使用多个传感器和一个或者多个存储的程序或者模块来控制马达和AFC。在其它实现中，控制器200被配置为用以基于人工输入和自动控制的组合来控制马达和AFC。所述一个或者多个液压缸230也从控制器200接收控制信号，并且基于来自控制器200的控制信号而选择性地使返回端框架延伸（例如，改变所述一个或者多个液压缸、第一链轮、第二链轮等的位置）。控制器200还监视所述一个或者多个马达和所述一个或者多个液压缸230以确定相关特性。例如，控制器200能够监视或者感测所述一个或者多个马达的电学特性、所述一个或者多个液压缸230的位置（例如，所述一个或者多个液压缸的延伸）等。虽然示意了单个控制器，但是在其它构造中，控制器200可以被分离成多个控制器。例如，控制器200可以被分离成统一控制单元（“CCU”）、可编程控制单元（“PCU”）、一个或者多个开关设备等。CCU能够被容纳在防爆外罩中并且对长壁输送机系统提供控制。PCU是一种本质上安全的系统，该系统能够与CCU交互，以在其中停止、抑制、断开（tripping）输送机的操作等。所述一个或者多个开关设备被配置为用以控制输送机的起动和停止、向所述一个或者多个马达提供保护、感测或者监视所述一个或者多个马达的一个或者多个参数（例如，电学参数）等。然后能够例如向CCU、控制器200、马达参数模块225等提供来自所述一个或者多个开关设备并且与所述一个或者多个马达参数相关联的信号。

用户接口模块205被用于控制或者监视AFC或者长壁采矿系统。例如，用户接口模块205被操作耦接到控制器200以控制输送机的速度、所述一个或者多个马达的速度等。用户接口模块205能够包括为了实现用于AFC的所期望的控制和监视水平而要求的数字和模拟输入或者输出器件的组合。例如，用户接口模块205能够包括显示器和输入器件，诸如触摸屏显示器、一个或者多个旋钮、表盘、开关、按钮等。显示器例如是液晶显示器（“LCD”）、发光二极管（“LED”）显示器、有机LED（“OLED”）显示器、电致发光显示器（“ELD”）、表面传导电子发射器显示器（“SED”）、场发射显示器（“FED”）、薄膜晶体管（“TFT”）LCD等。在其它构造中，显示器是超级有源矩阵OLED（“AMOLED”）显示器。用户接口模块205还能够被配置为用以实时地或者基本实时地显示与AFC相关联的状态或者数据。例如，用户接口模块205被配置为用以显示AFC的测得的电学特性、AFC的状态、链条张力、故障状态（例如松弛链条、零张力链条等）、在输送机上的所挖掘的材料的数量等。在某些实现中，用户接口模块205被与所述一个或者多个指示器210（例如LED）相结合地受到控制，以提供AFC的状态或者情形的视觉指示。

在某些实施例中，与AFC的操作相关联的信息和数据被发送、传递或者传输到用于远程监视、远程控制、数据记录等的远程或者移动装置。远程或者移动装置例如是个人计算机、膝上型计算机、移动电话、平板计算机、个人数字助理（“PDA”）、电子阅读器、服务器、数据库等。在某些实现中，使用各种通信协议中的任何一种诸如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等而经由无线局域网（“LAN”）、邻域网（“NAN”）、家庭局域网（“HAN”）或者个人局域网（“PAN”）来传递数据。另外地或者可替代地，数据经由广域网（“WAN”）（例如基于TCP/IP的网络、用于移动通信（“GSM”）网络的全球系统、通用分组无线业务（“GPRS”）网络、码分多址（“CDMA”）网络、演变数据优化（“EV-DO”）网络、GSM增强型数据速率演进（“EDGE”）网络、3GSM网络、数字增强无绳通信（“DECT”）网络、数字AMPS（“IS-136/TDMA”）网络、集成数字增强网络（“iDEN”）网络、数字高级移动电话系统（“D-AMPS”）网络等）而被传递到远程或者移动装置。

远程或者移动装置包括例如独立的控制器、用户接口模块、显示器、电源模块和以与上述AFC的相应的构件类似的方式操作的通信模块。远程或者移动装置还包括例如其中能够操作用于控制AFC的操作、控制在显示器上呈现的信息等的软件和硬件的组合。能够通过通信模块接收从AFC接收到的信息，该通信模块包括一个或者多个天线、一个或者多个网络接口卡（“NIC”）等，以经由上述一个或者多个网络通信。

如在前示意地，在某些实现中，控制器200被配置为用以通过使用与AFC相关联的电学特性以自动地控制所述一个或者多个液压缸的位置而防止在一个或者多个链条中的零张力或者松弛链条状态。控制器200还被配置为用以从与所述一个或者多个马达、所述一个或者多个液压缸230、一个或者多个链条或者AFC的其它构件相关联的一个或者多个传感器220接收信号。来自传感器220的信号与例如一个或者多个链条的张力或者所述一个或者多个马达的电压、电流、功率因数、马达速度、马达扭矩、输入功率、输出功率等有关。控制器200然后处理并且分析这些信号以确定基于链条伸展量的所期望的液压缸位置。其中，链条伸展量依赖于在输送机上装载的所挖掘的材料的数量。在某些实现中，使用AFC的总电功率来控制液压缸的位置。在其它实现中，使用所述一个或者多个马达之一（例如，前马达或者尾马达）的功率来控制液压缸的位置。

在某些实现中，控制器200基于在AFC的电学特性（例如功率）和所述一个或者多个液压缸230的位置、第一或者第二链轮的位置、所述一个或者多个链条的张力、在输送机上装载的所挖掘的材料的数量、采煤机位置等之间的一个或者多个关系来控制液压缸的位置。根据电学特性，所述一个或者多个液压缸230受到控制，以增加或者降低在第一链轮和第二链轮之间的距离，以对于当在输送机上装载所挖掘的材料时发生的所述一个或者多个链条的伸展加以考虑。通过基于在AFC的操作期间的电学特性自动地控制液压缸的位置，所要求的预张紧程度能够被显著地降低，这减小了所述一个或者多个链条、链轮等的应变和磨损的大小。在其它实现中，控制器200基于一个或者多个链条的、感测到的张力以类似的方式控制液压缸的位置。另外地，如所描述地，自动地控制液压缸的位置允许控制器200实现用于改进AFC的操作的各种机构。例如，控制器200能够在链条张力损失、液压压力损失、液压缸位置的意外改变、当液压缸的位置已经被修改但是未检测到任何修改时等的情形中关闭AFC。

在某些实现中，链条张力和电学特性这两者均被感测。例如，利用第一或者链条张力传感器直接地测量链条张力，并且利用第二传感器诸如功率转换器测量电学特性。在这种实现中，由第一传感器产生的第一信号和由第二传感器产生的第二信号这两者均由控制器200接收，并且一个信号是另一个信号的备份。例如，当第一信号未被接收到时，控制器200使用第二信号来确定链条张力。可替代地，当第二信号未被接收到时，控制器200使用第一信号来确定链条张力。在某些实现中，第一信号和第二信号能够被相互比较以确定第一传感器或者第二传感器之一是否处于故障状态中。在故障状态期间，控制器200可以不从第一传感器和第二传感器之一（或者这两者）接收信号。例如，如果第一传感器是主传感器，但是控制器200未从第一传感器接收到信号（或者信号有误），则控制器使用来自第二传感器的信号确定链条张力。可替代地，如果第二传感器是主传感器，但是控制器200未从第二传感器接收到信号（或者信号有误），则控制器200使用来自第一传感器的信号确定链条张力。在某些实现中，第一和第二信号这两者均被用于确定链条张力。

图3-7基于测试数据示意与AFC或者长壁采矿系统的操作相关联的各种关系。虽然与图4-7相关联的图表中的一个或者多个可以被组合成单个图表，但是为了示意性的意图，这些图表被分开地示出。这样，一个或者多个图表可以示意在例如在输送机上装载的所挖掘的材料和液压缸的位置之间的关系，但是可以关于长壁采矿系统的另一个特性（例如，采煤机位置）予以示出。这种关系示意在所描述的长壁采矿系统的特性中的各种对应及其依赖性。另外地，图表中的每一个均是关于沿着坐标系统的x轴线的时间（即分钟）示意的。通过在图表之间一致地示意时间，可以更加容易地区别在长壁采矿系统的特性和构件之间的关系。

图3示意包括第一链轮305（例如，返回端尾链轮）和第二链轮310（例如，运送端前链轮）的输送机300。第一和第二链轮305和310被相互隔开并且被链条315连接，该链条315围绕第一链轮305和第二链轮310这两者缠绕。链条315的张力由直线320代表。直线320越远离链条315，在链条315中的张力越高。如在图3中所示，张力在链条315的整个长度上变化并且在第一链轮305（即，尾链轮）的底部部分325和第二链轮310（即，前链轮）的顶部部分330处最高。进一步描述并且在下面关于图6以图形方式示意了与输送机300相关联的张力。

图4是示意在采煤机位置（即，长壁采矿系统的采煤机）和在AFC上装载的所挖掘的材料的数量（即，单位为吨每米[“吨/米”]）之间的关系的图表400。关于壁表面的百分比（%）描绘了采煤机位置。例如，如果采煤机位于长壁采矿系统的最远端处，则采煤机位置的百分比是100%（即，关于采煤机沿着壁端面的整个运动范围）。当采煤机位置增加时，在AFC上装载的所挖掘的材料的数量也相对于采煤机位置增加。

图5是在于输送机300上装载的所挖掘的材料的数量（即，单位为吨/米）和液压缸的位置（即，单位为米[“米”]）之间的关系的图表500。在图表500中示意的关系是关于在前面关于图4示意和描述的采煤机位置示意的。当采煤机位置增加时，在输送机300上装载的所挖掘的材料的数量相应地增加。所挖掘的材料的增加数量增加了在链条315中的伸展量。当链条被伸展时，链轮必须被向外推，以吸收由链条的伸展引起的松弛并且确保AFC的正确操作和可靠性。

图6是在链条315的各种位置处的张力（即，单位为吨）的图表600。例如，图表600包括顶部前张力、顶部尾张力、底部前张力和底部尾张力。张力被以吨为单位给出并且通过与以前的图4和5比较而还与采煤机的位置，在输送机300上装载的所挖掘的材料的数量和液压缸的位置有关。通过与图4和5比较，当在输送机300上装载的所挖掘的材料的数量增加时，在链条315中的张力增加。类似地，当采煤机的位置增加时，在链条中的张力增加。而且，当张力增加时，液压缸被向外推，以吸收与链条315的伸展相关联的松弛。

图7是用于所述一个或者多个马达（例如，与第一链轮305相关联的尾马达和与第二链轮310相关联的前马达）中的每一个的马达功率（即，单位为千瓦[“kW”]）的图表700。由于在两个马达之间的功率分享的精度，在由每一个马达使用的功率之间的差异实际上是不能辨别的。继续参考以上图表400、500和600，前和尾马达的功率与采煤机位置、链条张力、在输送机300上装载的所挖掘的材料的数量和液压缸的位置有关。这样，控制器200能够基于马达功率、AFC的另一个电学特性、感测到的链条张力等而使用这些关系来控制AFC的操作。例如，在前和尾马达的一个或者多个电学特性之间的关系被存储在存储器（例如，存储器240）中。能够作为一个或者多个函数、一个或者多个查寻表（“LUT”）或者作为马达功率或者AFC的另一个特性能够与之进行比较的一系列阈值来存储所述关系。

在某些实现中，使用电学特性值控制液压缸的位置和因此链条315的张力（例如，尾顶部张力）。液压缸的位置与在电学特性值和相应的空载电学特性值之间的差异相关（例如成比例）。能够然后使用在测得的电学特性值和空载电学特性值之间的差异来确定与第一链轮305和第二链轮310中的一个或者多个相关联的扭矩。链轮扭矩被与链条315的已知刚度和链条315的特征伸展相结合地使用，以确定液压缸将要被延伸的距离。液压缸的位置（例如，液压缸的延伸）然后被修改，以对于在链条315中的伸展加以考虑。如在前描述地，修改液压缸的位置修改了第一链轮305和第二链轮310的相对位置。

在包括链条张力传感器的构造中，由链条张力传感器产生的链条张力信号能够被用于控制液压缸的位置。链条张力传感器被配置为用以直接地测量一个或者多个链条的张力。在附录A中描述并且示意了包括链条张力传感器的系统的一个实例。链条张力信号例如是示意与一个或者多个链条相关联的张力大小的低电压信号。控制器200接收链条张力信号。在控制器200内的信号调节器或者信号调节模块被配置为用以通过识别和采样一个或者多个信号峰值、将采样的信号峰值进行平均并且产生示意所述一个或者多个链条的动态张力（例如，单元为吨每链条）的经调节的信号而分析和/或调节低电压链条张力信号。控制器还被配置为用以向用户显示动态张力、向用户显示链条张力传感器的诊断、校准链条张力传感器等。然后能够与链条315的已知刚度和链条315的特征伸展相结合地使用感测到的链条张力（例如示意一个或者多个链条的动态张力的经调节的信号），以确定液压缸将要被延伸的距离。液压缸的位置（例如液压缸的延伸）然后被修改，以对于在链条315中的伸展加以考虑。如在前描述地，修改液压缸的位置修改了第一链轮305和第二链轮310的相对位置。

关于其中使用LUT的本实用新型的实现，用于液压缸位置、链轮位置、链条伸展等的值对应于多个电学特性值或者感测到的链条张力值而被存储在存储器中。在某些实现中，使用8位数字（即256个值）或者16位数字（即65，536个值）识别对应于电学特性值或者感测到的链条张力值的链轮位置、链条张力或者液压缸位置。电学特性值或者链条张力值被用作与在LUT中所存储的数值进行比较的输入值。然后控制器200检索对应于输入值的LUT条目，并且液压缸的位置、链轮位置等被相应地调节。关于使用一个或者多个函数（例如被存储在存储器240中）的本实用新型的实施例，电学特性值或者链条张力值被用作所述一个或者多个函数的输入值，从而控制器200能够计算相应的液压缸位置、链轮位置等。这种计算技术可以允许比使用LUT更加精细地控制液压缸位置。关于使用各种阈值的本实用新型的实现，电学特性值或者链条张力值被顺序地与一系列阈值比较。阈值对应于液压缸位置、链条张力、链轮位置等。在本实用新型的某些实现中，当粗略进行液压位置控制、链条张力控制、链轮位置控制等是可接受的时采用与阈值进行的比较。

图8是用于控制AFC的过程800。在步骤805，用于电学特性的值被确定（例如测量、感测、计算等）。如上所述，电学特性是例如电压、电流、功率因数、马达速度、马达扭矩、输入功率、输出功率等。使用电学特性值，控制器200被配置为用以确定链轮扭矩（步骤810）。作为示意性的实例，能够基于马达的功率值和链轮的旋转速度确定链轮扭矩。使用这些值，扭矩能够计算出来。然后能够基于链轮扭矩来计算链条张力（步骤815）。如在前描述地，链条的张力与在链条中的伸展量有关。使用所存储的在链条张力和链条伸展之间的关系（例如在存储器240中），链条延伸的量能够得以确定（步骤820）。链条延伸量然后被与液压缸的所期望的位置或者液压缸位置的所期望的变化相关联（例如直接地或者间接地）（步骤825）。基于所期望的位置或者液压缸的位置的变化，控制器200产生一个或者多个控制信号，以将液压缸控制为新的位置（步骤830）。虽然在上面关于控制液压缸的位置描述了过程800，但是能够关于AFC或者长壁采矿系统的不同特性（诸如链轮位置、链条张力、采煤机位置、在AFC上装载的煤的数量、框架100的可延伸部分的位置等）类似地执行过程800。

图9示意用于控制AFC的过程900。在步骤905，使用链条张力传感器感测链条张力。链条张力传感器产生示意感测到的链条张力的信号（步骤910）。链条张力信号由控制器200接收，在此处信号调节模块调节该链条张力信号（步骤915）（例如采样、平均等）。经调节的链条张力信号然后被用于识别或者确定在一个或者多个链条中感测到的张力（步骤920）。例如，经调节的链条张力信号可以对应于来自链条张力传感器的平均电压值。在平均电压和链条张力之间的关系然后被用于确定实际的相对应的链条张力。如在前描述地，链条的张力与在链条中的伸展量有关。使用所存储的在链条张力和链条伸展之间的关系（例如在存储器240中），链条的延伸的量能够得以确定（步骤925）。链条延伸量然后被与液压缸的所期望的位置或者液压缸位置的所期望的变化相关联（例如直接地或者间接地）（步骤930）。基于液压缸的所期望的位置或者位置变化，控制器200产生一个或者多个控制信号，以将液压缸控制为新的位置（步骤935）。虽然在上面关于控制液压缸的位置描述了过程900，但是能够关于AFC或者长壁采矿系统的不同特性（诸如链轮位置、链条张力、采煤机位置、在AFC上装载的煤的数量、框架100的可延伸部分的位置等）类似地执行过程900。

图10-11示意长壁输送机1022的一个部分，该长壁输送机包括返回端1026（图11）、在返回端1026和运送端（未示出）之间行进的输送元件或者链条1014，和靠近返回端1026的传感器组件1010。返回端1026包括框架1038、被安装在框架1038上的惰轮或者拾取轴1042，和至少一个液压致动器（未示出）。框架1038通过液压致动器的延伸和缩回而在内部缩回位置和外部延伸位置之间相对于运送端移动。链条1014围绕拾取轴1042经过，从而在运送端和返回端1026之间的连续环路中行进。链条1014包括被安装在链条1014上并且沿着链条1014的行进方向1054被以第一距离隔开的多个刮板部件1050。

如在图12-15中所示，传感器组件1010邻近框架1038的凸缘部分1066的防磨条1062定位并且包括反作用臂1070、主支撑铰链销1074、反作用托架1078（图13-14）、负荷感测针1082（图13-14），和弹簧组件1086。也能够在题目为“链条张力传感器（CHAIN TENSIONSENSOR）”并且在2011年11月15日提交的美国专利申请No.13/297，067和题目为“链条张力传感器（CHAIN TENSION SENSOR）”并且在2012年7月19日提交的美国专利申请No.13/553，487（代理人案号No.051077-9175-US02）中找到传感器组件的实例，这两个申请的全部内容均由此通过引用并入。

在于2011年11月22日授权并且其全部内容由此通过引用并入的、题目为“双传感器链条断裂检测器（DUAL SENSOR CHAIN BREAKDETECTOR）”的美国专利No.8，061，510中公开了传感器组件的另一个实例。

反作用臂1070具有第一端1090、肩台1094、第二端1098（图13），和负荷垫片1102。第一端1090被主支撑铰链销1074以可旋转方式联接到框架1038的辅助支撑板1106。肩台1094靠近第一端1090定位。第二端1098包括沿着纵向方向部分地通过反作用臂1070从第二端1098延伸的孔1122（图13和14）。负荷垫片1102位于第一端1090和第二端1098中间。如在图11中所示，负荷垫片1102平行于防磨条1062定位，以接触经过防磨条1062的刮板部件1050，从而使得反作用臂1070围绕铰链销1074旋转。负荷垫片1102还提供连续引导表面，用以当刮板部件1050围绕拾取轴1042行进时引导刮板部件1050。

铰链销1074被安装到框架1038的辅助支撑板1106并且基本横向于链条1014的行进方向1054定位。除了围绕铰链销1074的旋转（见箭头1130）之外，铰链销1074限制反作用臂1070沿着每一个方向的运动。

如在图13-15中所示，反作用托架1078被安装到框架1038的辅助支撑板1106并且包括狭槽1138。反作用托架1078被配置为用以配合在反作用臂1070的第二端1098内，从而使得狭槽1138与通过反作用臂1070延伸的孔1122相对准。负荷感测针1082位于反作用托架1078的狭槽1138中并且处于反作用臂1070的孔1122内。负荷感测针1082因此基本垂直于铰链销1074定位。负荷感测针1082被附接到感测电缆1150（图14和15）。

如在图16中所示，肩台1094包括端头侧1162、弹簧侧1166，和沿着切向于反作用臂1070的旋转方向1130（即，垂直于铰链销1074）的方向通过反作用臂1070在端头侧1162和弹簧侧1166之间延伸的钻孔1168。参考图16和17，弹簧组件1086包括销或者螺栓1170、螺母1172、多个弹簧垫圈1174，和保持垫圈1178。螺栓1170被联接到防磨条1062并且通过肩台钻孔1168。螺栓1170包括光滑部分1180、肩台1182，和用于螺纹接合螺母1172的螺纹部分1184，该螺母则被拧紧，以关于螺栓1170紧固肩台1094。

弹簧垫圈1174在肩台1094和防磨条1062之间邻近弹簧侧1166围绕螺栓1170定位。在图18所示实施例中，螺栓1170包括空腔凹部1186，以减少在防磨条1062和螺栓1170之间的材料接触，由此降低从防磨条1062到螺栓1170的热传递量。保持垫圈1178位于肩台1094的弹簧侧1166和弹簧垫圈1174之间。保持垫圈1178经过螺栓1170的螺纹部分1184被旋拧到螺栓1170上，从而有效地围绕光滑部分1180“卡住”弹簧垫圈1174。每一个弹簧垫圈1174均具有当弹簧垫圈1174被压缩时产生弹簧作用力的基本截头锥形形状。弹簧垫圈1174的压缩因此向反作用臂1070施加预负载作用力，从而远离框架1038偏压反作用臂1070。保持垫圈1178使最顶部的弹簧垫圈1174关于螺栓1170定中。

在图16所示实施例中，螺母1172被加盖，从而防止螺母1172被顶靠着肩台1094拧紧。这维持了在螺母1172和反作用臂1070之间的间隙，从而允许在负荷感测针1082上施加弹簧垫圈1174的预负载作用力。在另一实施例中（见图17-19），螺母1172开放，以允许螺母1172被顶靠着肩台1094拧紧（图19）。当螺母1172被拧紧时，保持垫圈1178压缩每一个弹簧垫圈1174，并且反作用臂肩台1094被顶靠着保持垫圈1178紧固。紧固螺母1172引起保持垫圈1178变得更加靠近螺栓肩台1182（图18）。一旦保持垫圈1178接触螺栓肩台1182，则螺母1172便不能被进一步拧紧。以此方式，螺栓肩台1182提供机械锁定，从而防止弹簧垫圈1174的过度压缩。

弹簧垫圈1174可以被以多个构造进行堆叠，从而在反作用臂1070上获得所期望的预负载作用力。例如，弹簧垫圈1174可以被交替的组进行堆叠，从而使得两个垫圈1174的“峰部”朝着彼此抵靠，并且相邻垫圈1174的“峰部”关于前面的两个倒转（见图18）。能够在每一组中使用或更多或更少的垫圈1174实现所期望的构造。可替代地，所有的垫圈1174均能够沿着一个方向对准。在另一种替代中，可以使用单一弹簧垫圈1174。在另外的其它构造中，可以使用不同类型或者形状的弹簧。

可以将多个垫板1190（见图19）添加到在保持垫圈1178和空腔凹部1186之间的区域，从而对于在栓接接头中的公差的积聚加以考虑和/或在弹簧垫圈（一个或者多个）1174上施加另外的压缩力。

在操作期间，当刮板部件1050在返回端1026和运送端之间经过时，反作用臂1070的负荷垫片1102接触链条1014的刮板部件1050。以此方式，负荷垫片1102经受链条张力的竖直分量。与刮板部件1050的接触引起反作用臂1070围绕铰链销1074旋转。

参考图14，当反作用臂1070沿着旋转方向1130旋转时，第二端1098向上偏转，从而在负荷感测针1082上施加向上作用力。反作用托架1078抵抗这个偏转，从而在负荷感测针1082上施加向下作用力，由此在销1082上形成剪切负荷状态。负荷感测针1082感测剪切作用力和/或应变的幅度并且通过感测电缆1150向链条控制器（未示出）传输示意作用力或者应变的信号。链条控制器然后使用这项信息以确定链条1014中的张力并且计算出返回端框架1026的位置上的必要的变化，以便于在链条1014中维持所期望的张力。

弹簧组件1086的偏压作用力提供能够被校准的预负载作用力。替代将张力校准为链条1014可能在操作期间经受到的最大负荷（例如，在一个实施例中，大致为五吨；在其它实施例中，这个最大负荷可以大于或者小于这个数值），正的预负载允许链条张力被设为较小的负荷。这可以减轻互连链条的磨损和链轮磨损并且最终增加链条1014的寿命。另外，弹簧垫圈1174的公差“层叠”为反作用臂1070提供了一个大范围的配置和预负载特性。在一个实例中，在200到400.磅的范围中的预负载可以甚至对于非常高的材料负荷提供改进的结果。

在一个实施例中，预负载沿着“正”的方向（即，基本平行于刮板部件1050在反作用臂1070上施加的作用力的方向）作用于反作用臂1070上。正的基本负荷可以促进在应变计传感器中的准确测量，从而增强系统的准确度。另外，正的预负载还可以减少负输出的发生，负输出的发生能够错误地触发系统警报。

由于负荷感测针1082关于铰链销1074的垂直定向，负荷感测针1082仅仅感测在反作用臂1070上施加的作用力的竖直分量（例如，反作用臂1070围绕铰链销1074的旋转）。这有效地将负荷感测针1082与施加到反作用臂1070的负荷垫片1102的冲击隔离开，从而导致可靠性得以改进并且电信号更加准确。

而且，在一个实施例中，负荷垫片1102具有在刮板部件1050之间的距离的相当大的比率的长度。在一个实施例中，负荷垫片1102具有在刮板部件1050之间的距离的大致60%和大致70%之间的范围中的长度。这个相当大的长度在当一个刮板部件1050接触负荷垫片1102时的瞬时和当第二刮板部件1050接触负荷垫片1102时的瞬时之间提供较小的间隙，从而减轻负荷垫片1102（和因此负荷感测针1082）在加载位置和卸载位置之间的振荡。这有助于负荷感测针1082产生光滑的、平坦的（level）信号。

由于刮板部件1050与负荷垫片1102冲击而出现的虚假加载被相对于链条1014的行进方向1054和刮板部件1050这两者均成直角定位的主支撑铰链销1074吸收。另外，负荷感测针1082不与防磨条1062直接地接触，从而减轻了冲击负荷并且将负荷感测针1082与由顶靠着防磨条1062的下侧滑动的刮板部件1050的摩擦接触而引起的热量隔离开。

在可替代的独立实施例中，输送机1022可以包括多个负荷传感器组件1010。例如，输送机1022可以包括在链条1014的每一侧上安装的传感器组件1010，其中每一个传感器1010均独立地测量相关联的链条1014中的张力并且允许操作员检测在任一链条1014中的断裂。因为链条1014被刮板部件1050连接到彼此，所以在链条1014断裂的情形中，在链条1014中的某个大小的张力负荷将是共享的。

虽然所描述的传感器组件1010的位置是有益的，因为传感器组件1010经受较小的直接冲击负荷，但是在可替代实施例中，传感器组件1010可以沿着输送机1022的长度并且在其任一侧上间隔开。

因此，其中，本实用新型可以总地提供一种用于基于电学特性和/或张力传感器来控制采矿系统的操作的系统和方法。

Claims (14)

1.一种用于采矿系统的输送机，其特征在于所述输送机包括：

具有固定第一端和可延伸的第二端的框架；

具有第一位置的第一链轮；

具有第二位置的第二链轮，所述第一位置被以一定距离从所述第二位置分离；

与所述第一链轮和所述第二链轮相关联的链条；

被配置为用以产生与所述输送机的电学特性有关的信号的传感器；

被联接到所述第一链轮和所述第二链轮中的至少一个的驱动机构，所述驱动机构被配置为用以驱动所述第一链轮和所述第二链轮中的所述至少一个；

液压缸；和

控制器，所述控制器被配置为用以

从所述传感器接收信号，

基于所接收的信号确定在所述链条中的链条伸展量，

基于所确定的链条伸展量确定液压缸位置，并且

产生用于将所述液压缸控制为所述液压缸位置的控制信号。

2.根据权利要求1所述的输送机，其特征在于所述电学特性包括电压、电流、功率因数、马达速度、马达扭矩、马达输入功率或者马达输出功率。

3.根据权利要求1所述的输送机，其特征在于所述链条伸展量与在所述输送机上装载的所挖掘的材料的数量有关。

4.根据权利要求1所述的输送机，其特征在于所述液压缸位置控制在所述第一链轮和第二链轮之间的距离。

5.根据权利要求1所述的输送机，其特征在于所述传感器是功率转换器。

6.根据权利要求1所述的输送机，其特征在于所述驱动机构包括马达。

7.根据权利要求1所述的输送机，其特征在于所述控制器进一步被配置为用以基于所确定的链条伸展量确定用于所述第二链轮的第三位置。

8.一种采矿系统，其特征在于包括：

输送机；

用于感测链条张力的第一传感器，所述第一传感器被配置为用以产生示意所述链条张力的第一信号；

用于感测所述输送机的电学特性的第二传感器，所述第二传感器被配置为用以基于所述输送机的所述电学特性产生示意所述链条张力的第二信号；

液压缸；和

控制器，所述控制器被配置为用以

从所述第一传感器接收所述第一信号；

从所述第二传感器接收所述第二信号；

基于所述第一信号和所述第二信号中的一个确定链条张力；并且

基于所确定的链条张力控制所述液压缸的位置。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于所述控制器进一步被配置为用以基于所述第一信号和所述第二信号中的每一个确定所述链条张力。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于所述第二信号与电压、电流、功率因数、马达速度、马达扭矩、输入功率或者输出功率中的至少一个有关。

11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于所述第一传感器是链条张力负荷传感器。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于所述链条张力负荷传感器包括负荷感测针。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于所述负荷感测针被配置为用以感测剪切作用力的大小。

14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于当所述第一信号和所述第二信号中的所述一个未被所述控制器接收到时，所述第一信号和所述第二信号之另一个被用于确定链条张力。

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