控制采矿系统内的输送机的制作方法

本申请涉及控制采矿系统内的输送机。

背景技术：

本发明涉及的输送机例如为刮板输送机(armored face conveyor,“AFC”)或梁式分段装载机(beam stage loader,“BSL”)。

技术实现要素：

除了其他方面以外，长壁采矿系统包括用于从物料被开采的区域运送所开采的物料(例如，煤)到用于加工(例如，破碎，存储等等)区域的输送机，例如AFC或BSL。AFC包括例如周围设置有链条的第一链轮和第二链轮。所述链条被一个或更多马达(例如，主门马达、尾门马达等)驱动，而链条的围绕链轮的运动导致输送机运送所开采的物料。包括可延长的返回机尾架(return end frame)的传统的输送机使用预张紧技术(Pre-tensioning techniques)来增加围绕链轮的链条张力以及避免松驰链(slack chain)或零张力情况(比如，链条在整个长度上同等地张紧)。例如，预张紧技术包括使用液压缸将第一链轮推离第二链轮。随着输送机装载上所开采的物料，输送机的链条受到应力和应变，其将导致链条的某种程度的松弛。

传统的张紧技术依赖于链张力的直接测量(例如利用荷载销)或者链张力的间接测量，链张力的间接测量例如使用驱动装置的马达功率或其他特征来确定估算的链张力。由于传感器损坏或者不精确，这些技术不可靠，并且实施它很昂贵。结果，对链条中的张力的控制也不可靠并且实施它也很昂贵。

本发明涉及一种改进的技术，其用于相对第二链轮的位置控制第一链轮的位置，以控制输送机中的多余链条量(比如松弛的链条)。本发明包括多种系统和方法，其用于确定采矿系统中的输送机链条的或输送机的一部分的多余链条量。控制器然后基于所确定的多余链条量来调节(即，增加或减少)所述第一链轮和第二链轮之间的距离，以调节链条张力。所述多余链条量可以根据第一链轮的角位置和第二链轮的角位置之间的相对相位差来进行确定。在多余链条量被确定后，第一链轮和第二链轮之间的距离被调节以收紧所述多余链条量。

在一个实施例中，本发明提供了一种用于采矿系统的输送机。该输送机包括：第一链轮；第二链轮；链条；驱动装置；第一传感器；第二传感器；和控制器。所述链条与所述第一链轮和第二链轮相关联。所述驱动装置联接至所述第一链轮或第二链轮并适于驱动所述第一链轮或第二链轮。所述第一传感器适于产生有关所述第一链轮的角位置的第一信号。所述第二传感器适于产生有关所述第二链轮的角位置的第二信号。所述控制器包括处理器和存储器并适于：从所述第一传感器接收所述第一信号；基于所述第一信号，确定用于所述第一链轮的角位置的值；从所述第二传感器接收所述第二信号；基于所述第二信号，确定用于所述第二链轮的角位置的值。所述控制器还适于：确定所述第一链轮的角位置与所述第二链轮的角位置之间的相对相位差；基于所述第一链轮的角位置与所述第二链轮的角位置之间的相对相位差，确定在所述输送机中的多余链条量；和基于所述多余链条量，产生用于控制所述第一链轮和第二链轮之间的距离的控制信号。

在另一个实施例中，本发明提供了一种控制采矿机械的输送机中的第一链轮和第二链轮之间的距离的方法。该方法包括：接收来自第一传感器的、有关所述第一链轮的角位置的第一信号；基于所述第一信号，确定用于所述第一链轮的角位置的值；接收来自第二传感器的、有关所述第二链轮的角位置的第二信号；基于所述第二信号，使用所述处理器确定用于所述第二链轮的角位置的值；确定所述第一链轮的角位置与所述第二链轮的角位置之间的相对相位差；基于所述第一链轮的角位置与所述第二链轮的角位置之间的相对相位差，确定在所述输送机中的多余链条量；和基于所述多余链条量，产生用于控制所述第一链轮和第二链轮之间的距离的控制信号。

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解，在本申请中，发明不限于在以下说明书中所阐述或附图中所显示的组件的构造和布局细节。本发明可以其他实施例和形式来实现，或者以各种不同的方式实施。另外，应当理解，本文中所用的词组和术语用于说明目的但不应被视为是限定性的。在本文中，使用“包括”，“包含”或“具有”以及它们的各种变形意在包括下文列出的项目以及其他项目。除非另外说明或限定，术语“安装”，“连接”，“支撑”和“联接”以及它们的变形概括地使用，并且包括直接和间接的安装、连接、支撑和联接。

另外，应当理解，本发明的实施例可包括硬件、软件以及电子组件或模块，为讨论之目的，将把这些硬件、软件以及电子组件或模块显示和描述成好像大部分组件仅以硬件方式实施那样。然而，本领域的普通技术人员在阅读了该详细说明以后应当意识到，在至少一个实施例中，本发明的基于电子的各方面可以用可由一个或多个处理单元执行的软件来实施(例如存储在非易失计算机可读介质中)，所述处理单元例如为微处理器和/或专用集成电路(“ASIC”)。为此，应当注意，多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同的结构布局可以用于实施本发明。例如，本说明书中描述的“服务器”和“计算装置”可以包括一个或多个处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出界面、以及各种连接各组件的连接器(例如，系统总线)。

本发明的各独立方面通过考虑具体实施方式和附图将会变得清楚。

附图说明

图1示出了包括机尾架(end frame)的链式输送机的一部分。

图2示出了用于根据本发明一个实施例的链式输送机的控制器。

图3A、3B和3C为示出了一般化的输送机和该输送机的“危险区域”的示意图。

图4-9示出了基于链轮相位而对输送机中的多余链条量的控制。

图10是用于基于链轮相位来控制输送机中的多余链条量的流程。

具体实施方式

本申请描述的发明涉及采矿系统中对输送机的控制。输送机包括：例如刮板输送机(“AFC”)或者梁式分段装载机(“BSL”)。为了描述的目的，本申请中针对包括AFC的实施例来描述本发明。AFC包括第一链轮、第二链轮、链条、一个或多个驱动机构(例如，马达)、一个或者多个液压缸、以及控制器。控制器可以被操作或者配置成：基于第一链轮与第二链轮的相对链轮相位，确定或计算输送机内的多余链条的量。可以相对于每个链轮的上死点(“TDC”)位置来确定第一链轮和第二链轮中的每一个的相位。利用每个链轮的、相对于TDC的相位角，可以确定第一链轮和第二链轮之间的相位差。相位的相对差被用于确定或计算链条底部的伸展。基于与第一链轮相关联的扭矩，以及位于第一链轮与输送机的承载点之间的距离，可以确定或计算链条底部的伸展。输送机内的总的多余长度被确定或计算成链条的顶部伸展与链条的底部伸展的总和。控制器也可以被操作或设置成：基于确定的多余链条的量，自动控制第一链轮和第二链轮的相对位置。

图1示出了长壁输送机100的一部分。输送机100包括：返回端105，在长壁采矿系统的返回端105和卸料部分之间运动的传送元件或链条110，以及邻近返回端105的传感器组件115。链条110被与卸料部分相连的驱动机构所驱动，比如被变速马达驱动。返回端105包括架体120、安装于架体120上的链轮或卷绕轴125，以及至少一个液压缸(图中未示出)。架体120基于液压缸的伸展和收缩而相对于卸料部分运动。链条110绕着卷绕轴125在卸料部分和返回端105之间以连续环形运动。该链条110包括多个安装于链条110上的刮板构件或刮板条130，该多个刮板构件或刮板条130以第一距离在链条110的行程方向135上被间隔开。

图2示出与输送机100连接的控制器200。控制器200被连接或联接于各种附加的模块或组件，例如用户界面模块205、一个或多个指示器210、电源模块215、一个或多个传感器220、一个或多个液压缸225、驱动机构或马达参数模块230、数据存储或数据库235、第一驱动机构和驱动器240(例如，与主门连接)、以及第二驱动机构和驱动器245(例如，与尾门连接)。在一些实施例中，第一驱动机构和驱动器240包括第一马达和第一马达驱动器，第二驱动机构和驱动器245包括第二马达和第二马达驱动器。在一些实施例中，第一马达和第一马达驱动器240以及第二马达和第二马达驱动器245中的每一个均包括开关设备组件。本申请中描述的本发明的实施例将针对作为马达和马达驱动器的驱动机构和驱动器来描述。一个或多个传感器220包括：例如设置成测量或检测第一链轮和/或第二链轮的特征(例如，链轮旋转位置、链轮旋转速度、链轮旋转加速度等)的转速计；设置成测量或检测链条的特征(例如链条位置、链条速度、链条加速度等)的近距离传感器；设置为测量或检测电气特征(比如，电流、电压、功率因数、扭矩、速度、输入功率、输出功率等)的输送机内的功率传感器；负荷传感器等等。控制器200包括硬件和软件的结合，并且除了其他方面之外，可以被编程、设置和/或操作成控制输送机100的运行，控制一个或多个液压缸225的位置，激活一个或多个指示器210(例如液晶显示器“LCD”)，监测输送机100的运行等等。

在一些实施例中，控制器200包括向控制器200和/或输送机100内的元件和模块提供电力、操作控制、以及保护的多个电气和电子元件。例如，除了其他方面以外，控制器200包括处理单元250(例如，微处理器、微控制器、或其他合适的可编程器件)、存储器255、输入单元260、以及输出单元265。除了其他方面以外，处理单元250包括控制单元270、算术逻辑单元(“ALU”)275、以及多个寄存器280(在图2中以一组寄存器的方式示出)，并利用例如改进的哈佛结构(modified Harvard architecture)、冯诺依曼结构等已知的计算机结构来实施。处理单元250、存储器255、输入单元260、输出单元265以及被连接到控制器200的各种模块通过一条或多条控制和/或数据总线(例如公用总线285)来连接。为了示例的目的，控制和/或数据总线在图2中概括性地示出。鉴于本文所描述的发明，使用一条或多条控制和/或数据总线来实现各个模块和部件之间的互相连接和相互通讯对于本领域技术人员而言是已知的。在一些实施例中，控制器200部分或完全地在半导体芯片上实施，该半导体芯片是现场可编程阵列半导体(“FPGA”)、专用集成电路(“ASIC”)等。

存储器255例如包括程序储存区和数据储存区。程序储存区和数据储存区可以包括不同类型的存储器的组合，诸如只读存储器("ROM")、随机存取存储器("RAM")(例如动态RAM["DRAM"]、同步DRAM["SDRAM"]等)、电可擦可编程只读存储器("EEPROM")、闪存、硬盘、SD卡或其它合适的磁性、光学、物理或电子存储器装置或其他数据结构。处理单元250被连接到存储器255并执行被存储在存储器255的RAM(例如在执行期间)、存储器255的ROM(例如在基本永久基础上)或诸如其它存储器或磁盘的其它非暂时性计算机可读介质中的软件指令。包括在输送机100的实施中的软件和指令可以被储存在控制器200的存储器255中。软件例如包括固件、一个或多个应用程序、程序数据、筛选程序、规则、一个或多个程序模块以及其它可执行指令。其中，控制器200被构造成从存储器取回并执行涉及本文描述的控制流程和方法的指令。在其它结构中，控制器200包括另外的、更少的或不同的部件。

驱动机构或马达参数模块230被连接到或关联到马达和驱动器240、245，马达和驱动器240、245被耦接于第一链轮和/或第二链轮。参数模块230被设置成接收与一个或多个马达240、245的参数(例如，电流、电压、功率因子、扭矩、速率、输入功率、输出功率等)相关的信号。在一些实施例中，参数模块230接收与马达参数相关的信号。在其他的实施例中，参数模块230包括或被连接于一个或多个用于感应马达参数的传感器220。

马达240、245被从控制器220接收到的控制信号所控制。马达240、250也被耦接于齿轮减速箱或变速箱，以将马达的旋转速度降低至适合于链轮和输送机100的旋转速度。在一些实施例中，控制器200利用传感器220和一个或多个存储的程序或模块独立地控制马达和输送机100。在其他的实施例中，控制器200被设置成基于人工输入和自动控制的组合来控制马达和输送机100。一个或多个液压缸225也接收来自于控制器200的控制信号，并且基于来自于控制器200的控制信号选择性地伸展或回缩返回端(例如，改变第一链轮、第二链轮等的位置)。控制器200也监控马达和一个或多个液压缸225，以确定相关的特征。例如，控制器200可以监控或感应一个或多个马达的电学特征、一个或多个液压缸225的位置(例如，一个或多个液压缸的伸长)等。虽然只显示了单个控制器，但是在其他的结构中，控制器200可以被分成多个控制器。例如，控制器200可以被分成综合控制单元(“CCU”)、可编程控制单元(“PCU”)等。CCU可以被安装于防爆外壳内并且提供对输送机系统的控制。PCU是本质上安全系统，其可以与CCU配合，除了其他方面以外，以用于停止、抑制、启动(tripping)输送机100的运行等。

用户界面模块205用来控制或监视输送机100或采矿系统。例如，用户界面模块205能够可操作地耦接到控制器200，以控制输送机的速度、一个或多个马达的速度等。用户界面模块205包括用于实现对输送机100进行期望水平的控制和监视所需的数字和模拟输入或输出装置的组合。例如，用户界面模块205包括显示器和输入装置，诸如触摸屏显示器、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")、表面传导电子发射体显示器("SED")、场致发射显示器("FED")、薄膜晶体管("TFT")LCD等。在其他的结构中，显示器是超级主动矩阵OLED(“AMOLED”)显示器。用户界面模块205还能够被构造成实时或大致实时地显示与输送机100相连接的状态或数据。例如，用户界面模块205被构造成显示所测定的输送机100的电特征、输送机100的状况、链条张力、故障情况(例如，松链，零张力链条等)、在输送机开采的物料的数量等。在一些实施例中，可以对用户界面模块205和一个或多个指示器210(例如LED等)进行联合控制，以提供输送机100的状态或状况的视觉指示。

如前所示，在一些实施例中，控制器200被设置成，通过自动控制一个或多个液压缸225的线性位置来控制链条内的张力，从而减小输送机100内的多余链条的量。控制器200也被设置成接收来自一个或多个传感器220的信号，其中一个或多个传感器220与一个或多个马达、一个或多个液压缸225、一个或多个链条或者输送机100的其它组件相联系。来自传感器220的信号例如与链轮旋转位置、马达扭矩、液压缸位置等相关联。控制器200于是处理并分析信号，以确定输送机100内的多余链条的量，如下所述。

在一些实施例中，控制器200确定输送机100内的多余链条的量，并且基于多余链条的量来控制一个或多个液压缸225的位置。基于输送机内确定的多余链条的量，一个或多个液压缸225被控制用于增加或减小第一链轮和第二链轮之间的距离以解决多余链条的量。通过基于确定的多余链条的量来自动控制一个或多个液压缸225的位置，输送机100内的多余链条可以被减小或消除。

图3A示出了用于采矿系统的输送机300的一般视图。输送机300包括第一链轮或主门链轮305、第二链轮或尾门链轮310、链条315、第一液压缸320、第二液压缸325、以及监测区域或“危险区域”330。区域330示意性地被示出在第二链轮310的上死点(top-dead-center，“TDC”)335和装载点340(例如，在链条顶部上的、物料被装载到输送机上的点)之间的区域。区域330表示链条315的最可能遭受松链(例如低张力)情况的部分。在区域330的链条315内的多余或松动的量可以被确定，并且被用于控制第一链轮305和第二链轮310的相对位置。通过控制第一液压缸320和/或第二液压缸325可以变更链轮的相对位置。图3B和3C示出了基于本发明实施例的输送机，该输送机包括一个液压缸，该液压缸与第一链轮305或者第二链轮310中的一个连接。

图4-9示出了对第一链轮305和第二链轮310的相对位置的控制。如图3A在上面描述的那样，图4-9中示出的输送机300包括第一液压缸320和第二液压缸325。在一些实施例中，如图3B和3C在上面描述的那样，输送机300只包括第一液压缸320和第二液压缸325中的一个。除了上面对输送机300的描述之外，在图4-9中示出的输送机300还包括由第一或主门链轮305向链条315施加的力的指示345、由第二或尾门链条310向链条315施加的力的指示350，以及链条315上装载材料的长度355(例如，从装载点340到主门链轮305)。在示出的实施例中，第一链轮305和第二链轮310以逆时针的方式旋转。图4示出了未装载情况下的输送机300，此时没有材料被装载在链条315上。

图5示出了在链条315的装载点340上装载材料之后的输送机300。在链条315上装载材料的结果是：第一链轮305的旋转会遭受更大的抵抗。对第一链轮305的旋转的抵抗会使得第一链轮305的旋转速度略低于第二链轮310。该速度差异的结果在于：对于给定的时间段，第二链轮310相对于第一链轮305而言，会旋转通过更大的角距离。在第一链轮305和第二链轮310之间的角度旋转的量的差异，对应于第一链轮305和第二链轮310之间的相对角度相位Φ的差异。相对角度相位Φ的差异会导致图6中示出的在区域330中呈现的多余链条360。

如下所述，控制器200可以检测多余链条360。在控制器200已经检测到多余链条360并且已经确定存在多少多余链条之后，控制器200会生成控制信号来控制第一液压缸320和第二液压缸325中的一个或全部，从而修改(例如，增加)第一链轮305和第二链轮310之间的距离。修改第一链轮305和第二链轮310之间的距离拉紧了多余链条360，如图7中示出的那样。同样如图7所示，第一链轮305和第二链轮310之间的相对相位差Φ也被消除了。在一些实施例中，修改第一链轮305和第二链轮310之间的距离具有自动移除相位差Φ的功能(即，机械校正使得相位差大约归零)。在其它实施例中，修改第一链轮305和第二链轮310之间的距离不会机械地校正相位差。不如说，在第一链轮和第二链轮之间的距离被修改从而拉紧多余链条360之后，第二链条310的TDC被重新限定在其当前位置。因此，第一链轮305和第二链轮310彼此之间再一次同相位。控制器200继续确定是否还需要修改第一链轮305和第二链轮310之间的距离。

在上面有关图6和7所述的相位校正之后，当输送机300装载变少或者没有装载时，第一链轮305和第二链轮310之间可能会再次出现相位差。然而在这种情况下，相位差的方向会与当输送机从未装载情况变为装载情况时相反。图8中示出了该相位差为相位差-Φ。可以通过与上面有关图6和7描述的内容相似的方法完成相位差-Φ的校正。在确定多余链条的量之后(例如，对应于链条315中过大的张力，多余链条的量可以是负值)，可以修改(例如，减小)第一链轮305和第二链轮310之间的距离。修改第一链轮305和第二链轮310之间的距离减小了链条315的张力并且消除了第一链轮305和第二链轮310之间的相对相位差-Φ，如图9所示。在一些实施例中，修改第一链轮305和第二链轮310之间的距离具有自动移除相位差-φ的功能(即，机械校正使得相位差大约归零)。在其它实施例中，修改第一链轮305和第二链轮310之间的距离不会机械地校正相位差。不如说，在第一链轮和第二链轮之间的距离被修改之后，第二链条310的TDC被重新限定在其当前位置。因此，第一链轮305和第二链轮310彼此之间再一次同相位。控制器200继续确定是否还需要修改第一链轮305和第二链轮310之间的距离。

图10提供了流程400，流程400用于计算或确定输送机100中的多余链条的量，以及相应地控制两个链轮之间的距离。在此描述的有关流程400的各种步骤能够被同时地、并行地执行，或者其被执行的顺序与示出的执行连续方式不同。执行流程400的步骤可以比示出的实施例中显示的步骤更少。

流程400开始于确定第一或主门链轮305和第二或尾门链轮310的相位(步骤405)。可以使用转速计来确定第一链轮305或第二链轮310的相位或角度位置。转速计向控制器200提供信号，该信号有关链轮已经转过的角距。可以相对于每个链轮的TDC来测量角距。可以用弧度、角度来确定角距，或者角距可以被转变成米(例如，旋转的弧长)。在确定了相对于TDC的每个链轮的相位之后，可以通过控制器200确定或计算第一链轮305和第二链轮310之间的相对相位差(步骤410)。例如可以通过用第一链轮305的相位减去第二链轮310的相位来确定第一链轮305和第二链轮310之间的相对相位差。在确定第一链轮305和第二链轮310之间的相对相位差之后，控制器200就确定或计算链条315的底部的伸展(步骤415)。使用等式1可以确定或计算链条315的底部的伸展：

其中Eb是链条315的底部的伸展，Δ_sa是第二链轮310的相位相对于第一链轮305的相位的相对差，而D_s是第一链轮305和第二链轮310的链条节圆直径。本领域的技术人员可以理解链条节圆直径，并且根据等式2可以确定链条节圆直径：

其中N是第一链轮305或第二链轮310上的齿的数量，Dw是缆线的直径，其中链条315的水平链节由该缆线制造而成，Pitch是链条315内一对相邻链节之间的距离或间隔(即，一个链条节距是一个水平链节的内侧端和与其配对的垂直链节的相对外侧端之间的距离)。

在确定链条底部的伸展之后，确定第二或尾门链轮310的扭矩输入(步骤420)。可以使用已知的技术并基于扭矩传感器、电流传感器、功率换能器等，通过控制器200确定或计算第二链轮310的扭矩输入T_tg。步骤420之后，确定第一链轮305和第二链轮310之间的距离L_s。除了液压油缸的从液压缸320和/或液压缸325伸展出来的线性量之外，距离L_s还对应于第一链轮305和第二链轮310之间的架体近距离。使用第二链轮的输入扭矩T_tg、距离L_s、链条底部的伸展E_b，可以用下面显示的等式3来计算链条的状态C_c(步骤430)：

步骤430之后，确定第一或主门链轮305的扭矩输入(步骤435)。通过控制器200可以确定或计算第一链轮305的扭矩输入，如下的等式4所示：

其中T_i是来自马达驱动器的用于第一链轮305的扭矩输入，F_bc是在第一链轮305上的底部链条的力，而D_s是来自等式2的链条节圆直径(假设第一链轮305和第二链轮310的链条节圆直径相同，并且不需要确定新的链条节圆直径)。在第一链轮305上的底部链条的力F_bc被确定或计算成在第二链轮310上的力减去摩擦力的损耗(步骤440)。可以使用对第二链轮的输入扭矩T_tg和链轮310的直径来确定或计算在第二链轮310上的力。摩擦损失来源于链条314的相互作用，也就是底部链条部分和输送机300的刮板条以及输送机300底盘的底部滚道之间的摩擦。在一些实施例中，摩擦损失近似恒定，并且可以在输送机300的设计期间被确定。

使用等式4确定或计算对第一链轮305的扭矩输入之后，可以计算或确定链条顶部的伸展E_t，如下等式5所示(步骤445)：

其中T_mg是对第一链轮305的扭矩输入，C_c是链条的状态(参考等式3)，而L_l是第一链轮305和装载点340之间的距离。例如可以基于输送机的蛇装位置(snake loading position)和采矿系统的剪切机的位置，通过控制器200确定或计算第一链轮305和装载点340之间的距离L_l。使用等式5的序列可以计算第一链轮305和装载点340之间的距离，L_l的单位是米。如等式5所示，从M＝1加到M＝L_l的指出的函数被用于确定链条顶部的伸展E_t。装载点340显示在图4-9中的相同位置。然而，在正常操作过程中，随着剪切机沿着采矿面移动并且输送机300被蛇形装载，输送机300的装载点340会持续变化。可以贯穿剪切机的一个操作周期来执行流程400，以用于装载点340的多个位置(例如，装载点340的每一米的移动均执行流程400)。

步骤445之后，确定或计算在第二链轮310上的链条的总的多余长度L_tg，即为链条底部伸展E_b和链条顶部伸展E_t的和，如下等式6所示(步骤450)：

L_tg＝E_b+E_t 等式6

在步骤450确定链条的总的多余长度L_tg之后，控制器200控制液压缸320和/或325的线性位置，以修改第一链轮305和第二链轮310的相对位置(步骤455)(例如，增加第一链轮305和第二链轮310之间的距离)。修改或调整第一链轮305和第二链轮310之间的距离拉紧了多余链条L_tg，从而移除了上面有关图6描述的松动链条360。相同的流程400可以被用于彼此拉近第一链轮305和第二链轮310(例如，从输送机100移除装载之后，并且链条张力可以被减小)。

因此，除了其它方面，本发明大致提供的系统和方法可以用于确定输送机中多余链条的量，并且基于相对的链轮相位角相应地控制第一链轮和第二链轮之间的距离。本发明的各种特征和优点将在权利要求书中阐明。