基于钢丝绳永久缠绕来控制工业机械的操作的制作方法
【专利说明】基于钢丝绳永久缠绕来控制工业机械的操作
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年1月21日提交的申请号为61/929, 763的美国专利申请的权 益，其全部内容通过引入合并于此。
【背景技术】
[0003] 本申请涉及控制诸如电绳或动力铲的工业机械的操作。
【发明内容】
[0004] 诸如电绳铲的工业机械被用于执行挖掘操作，以从例如矿山的工作面（abankof amine)移除材料。然而，如今存在多种不同的市售的工业机械。由于尺寸、几何形状、作业 能力等的不同，用户必须拥有各种不同的机械用于完成不同的任务。
[0005] 在那些机械当中可能是很多绳1产（ropeshovels)。绳|产通常包括钢丝绳和钢丝绳 所缠绕的提升卷筒。钢丝绳的端部安装有索环，索环将钢丝绳刚性附接到提升卷筒，并且索 环卷曲到钢丝绳的端部上以将索环固定到钢丝绳。然而，索环没有被设计为或能够保持有 效负载的整个重量（例如，铲斗、铲斗内的材料、和其重要至少部分由钢丝绳支撑的机械的 任何其他组件，等等）。相反，有效负载的重量由围绕提升卷筒的永久缠绕负担（即，钢丝绳 围绕提升卷筒持续的旋转）。当负载施加到铲时，永久缠绕围绕卷筒绷紧。卷筒和钢丝绳之 间的摩擦将钢丝绳锚定到卷筒，而铲处于操作中以支撑有效负载。
[0006] 本文中描述的发明的实施例涉及工业机械和用于工业机械的控制系统，控制系统 用于调节或控制例如施加到钢丝绳的马达扭矩和速度，使得扭矩和速度与围绕提升卷筒的 钢丝绳的多个永久缠绕有关（例如，成比例）。控制系统允许共同绳长度在不同机械之间使 用。通过确定围绕提升卷筒的钢丝缠绕的总数目（即，包括永久缠绕和活动缠绕），控制系 统能够确保足够数目的永久缠绕存在用于给定负载，并且马达扭矩和速度被限制直到足够 数目的永久缠绕用于负载。结果，当足够或最小数目的永久缠绕存在于提升卷筒上时，控制 系统仅将峰值负载施加到钢丝绳。
[0007] 另外，通过确保在提升卷筒上总是存在足够数目的钢丝绳永久缠绕，可以使用比 另外要求更短的提升绳，因为仅在存在足够数目的永久缠绕支撑钢丝绳上的负载时施加全 动力。例如，这允许将对于旧机械来说足够长的钢丝绳用在更新、更大的机械上，而不用担 心通过施加钢丝绳和索环不能支撑的负载而可能危害新机械的安全性。
[0008] 在一个实施例中，本发明提供一种工业机械，该工业机械包括铲斗、提升卷筒、连 接在提升卷筒和铲斗之间的钢丝绳、提升马达、传感器、和控制器。传感器生成与钢丝绳的 长度或铲斗的位置有关的信号，由控制器接收所述信号。基于来自传感器的信号，控制器确 定围绕提升卷筒的钢丝缠绕的总数目、钢丝绳的长度、或铲斗的位置中的一个。如果控制 器确定围绕着提升卷筒的永久缠绕数目不足，或铲斗的位置或钢丝绳的长度对应于不足数 目的围绕着提升卷筒的永久缠绕，则控制器设定提升马达的一个或多个参数。所述控制器 将提升马达的所述一个或多个参数中的每一个设定为低于用于所述参数的正常操作值的 值。当控制器确定存在足够数目的围绕提升卷筒的永久缠绕，以向钢丝绳施加正常操作动 力时，控制器将所述一个或多个参数重设为正常操作值。
[0009] 在另一个实施例中，本发明提供一种工业机械，该工业机械包括提升卷筒、铲斗、 连接在提升卷筒和铲斗之间的钢丝绳、马达、传感器、和控制器。马达被配置成对钢丝绳施 加力并且具有至少一个操作参数。传感器生成与钢丝绳的长度有关的信号，由控制器接收 所述信号。基于来自传感器的信号，控制器确定围绕提升卷筒的缠绕钢丝的总数目，并且将 缠绕钢丝的总数目与阈值相比较。如果围绕提升卷筒的缠绕钢丝的总数目大于或等于阈 值，则控制器将马达的所述至少一个运行参数设定为第一操作值。如果围绕提升卷筒的缠 绕钢丝的总数目小于阈值，则控制器将马达的所述至少一个运行参数设定为第二操作值。 第二操作值低于第一操作值。
[0010] 在另一个实施例中，该发明提供一种工业机械，该工业机械包括提升卷筒、铲斗、 连接在提升卷筒和铲斗之间的钢丝绳、具有至少一个操作参数的马达、传感器、和控制器。 钢丝绳具有从提升卷筒延伸的钢丝绳长度。传感器生成与从提升卷筒延伸的钢丝绳的长度 有关的信号，由控制器接收所述信号。基于来自传感器的信号，控制器确定从提升卷筒延伸 的钢丝绳的长度，并且将从提升卷筒延伸的钢丝绳的长度与阈值相比较。如果从提升卷筒 延伸的钢丝绳的长度小于或等于阈值，则控制器将马达的所述至少一个运行参数设定为第 一操作值。如果从提升卷筒延伸的钢丝绳的长度大于阈值，则控制器将马达的所述至少一 个运行参数设定为第二操作值。第二操作值低于第一操作值。
[0011] 在另一个实施例中，该发明提供一种控制工业机械的马达的方法。该工业机械包 括处理器、钢丝绳、和提升卷筒。该方法包括接收与钢丝绳的长度有关的信号，基于钢丝绳 的长度确定围绕提升卷筒的缠绕钢丝的数目，并且将围绕提升卷筒的钢丝缠绕的数目与阈 值相比较。该方法还包括如果围绕提升卷筒的钢丝缠绕的数目大于或等于阈值，则将马达 的所述至少一个操作参数设定为第一操作值。该方法还包括如果围绕提升卷筒的钢丝缠绕 的数目小于阈值，则将马达的所述至少一个操作参数设定为第二操作值。第二操作值低于 第一操作值。
[0012] 在另一个实施例中，该发明提供一种控制工业机械的马达的方法。该方法包括使 用处理器确定在挖掘循环内铲斗的位置，使用处理器确定铲斗的位置是否在挖掘循环的预 定范围内，并且如果铲斗的位置在挖掘循环的预定范围内，则使用处理器将马达的至少一 个操作参数设定为第一操作值。该方法还包括，如果铲斗的位置不在挖掘循环的预定范围 内，则使用处理器马达的所述至少一个操作参数设定为第二操作值。第二操作值大于第一 操作值。
[0013] 在另一个实施例中，该发明提供一种工业机械，该工业机械包括铲斗、提升卷筒、 连接在提升卷筒和铲斗之间的钢丝绳、具有至少一个操作参数的启动装置、和控制器。控制 器被配置成监视工业机械的与围绕提升卷筒的永久缠绕的数目有关的参数，并且基于工业 机械的与围绕提升卷筒的永久缠绕的数目有关的参数来修改启动装置的所述至少一个操 作参数。
[0014] 在详细解释本发明的任何实施例之前，将理解的是，本发明不将其应用限制于以 下说明书阐述或附图中所示的组件的详细布置和配置。本发明可以是其他实施例和以不同 的方式实践和实现。而且，将理解的是本文使用的措辞和术语的目的是描述，并且不应当被 认作是限制性的。使用"包括"、"包含"、或"具有"和本文的其他变形的意思是包括下文列 出的项目及其等同物以及另外的项目。除非另外指出或限制，词组"安装"、"连接"、"支撑"、 和"耦合"及其变形被广泛使用并且包括直接和间接安装、连接、支撑和耦合。
[0015] 此外，应当理解的是，出于讨论的目的，本发明的实施例可以包括硬件、软件、和电 子组件或模块，好像大多数组件仅在硬件中实现一样被说明和描述。然而，本领域普通技术 人员基于对本详细说明书的阅读，将认识到，在至少一个实施例中，本发明基于电子的方面 可以在由一个或多个处理单元执行的软件中实现（例如，存储在永久计算机可读介质上）， 诸如微处理器和/或专用集成电路（"ASIC")。同样的，应当注意的是，多个基于硬件和软 件的装置、以及多个不同结构组件可以用于实