抓斗控制系统及抓斗行车的制作方法

1.本实用新型涉及冲渣设备技术领域，尤其涉及一种抓斗控制系统及抓斗行车。


背景技术：

2.炼铁作业部冲渣区域用于存放渣料的水渣池，需要使用抓斗行车将水渣池内的水渣抓取捞出，然后将捞出的水渣卸到装废料的汽车上，由汽车运走。
3.目前，抓斗行车的行进、起升动作和抓斗抓取水渣作业由操作人员在行车驾驶室内操作完成。但由于水渣池处于露天状态，水渣池蒸腾起的雾气很大，能见度很差，且雾气中含有有害刺激性气体，操作人员工作环境十分恶劣。
4.因此，对水渣池所使用的抓斗行车进行无人化、智能化改造，使现场具备行车无人化自动抓渣作业的功能，让一线员工脱离恶劣的作业环境，减小员工劳动强度、提升作业的安全性、降低人员工伤职业病的风险成了急需解决的难题。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例通过提供一种抓斗控制系统及抓斗行车，解决了现有抓斗行车自动化性能差的技术问题，能提升工作效率，优化工作环境，提升作业安全性。
6.本实用新型实施例一方面提供了一种抓斗控制系统，应用于一抓斗行车，包括：
7.起升卷筒及开合卷筒，所述起升卷筒及所述开合卷筒并列设置在所述抓斗行车上；
8.控制装置，所述控制装置依次通过第一离合器、起升电机及所述起升卷筒与所述抓斗相连，所述控制装置依次通过第二离合器、开合电机及所述开合卷筒与所述抓斗相连；
9.第一重力检测装置，所述第一重力检测装置设置在所述起升卷筒上，且与所述控制装置相连；
10.第二重力检测装置，所述第二重力检测装置设置在所述开合卷筒上，且与所述控制装置相连。
11.进一步地，所述控制装置包括：
12.张力转化机构，与所述第一重力检测装置或所述第二重力检测装置相连；
13.高度差保持器，与所述张力转化机构相连；
14.pi调节器，与所述高度差保持器相连，与所述第一重力检测装置或所述第二重力检测装置相连，并，与第一变频器或第二变频器相连。
15.进一步地，当所述张力转化机构与所述第一重力检测装置相连时，所述pi调节器分别与所述第二重力检测装置及所述第二变频器相连；
16.当所述张力转化机构与所述第二重力检测装置相连时，所述pi调节器分别与所述第一重力检测装置及所述第一变频器相连。
17.进一步地，所述第一重力检测装置有两个，分别套接在所述起升卷筒的主轴两端，且与所述起升卷筒支撑座固定连接。
18.进一步地，所述第一重力检测装置为张力传感器或称重机构。
19.进一步地，所述第二重力检测装置有两个，分别套接在所述开合卷筒轴承两端，且与所述开合卷筒支撑座固定连接。
20.进一步地，所述第二重力检测装置为张力传感器或称重机构。
21.进一步地，所述的抓斗控制系统还包括：
22.第一高度检测装置，所述第一高度检测装置设置在所述起升卷筒的主轴的一端，且与所述高度差保持器相连；
23.第二高度检测装置，所述第二高度检测装置设置在所述开合卷筒的主轴的一端，与所述第一高度检测装置相对设置，且与所述高度差保持器相连。
24.进一步地，所述第一高度检测装置及第二高度检测装置为高度编码器。
25.本实用新型实施例另一方面提供了一种抓斗行车，包括上述所述的抓斗控制系统。
26.本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
27.1、本技术通过采用第一张力检测装置及第二张力检测装置的结构设计，可使抓斗行车的4根钢丝绳在任何时刻均带有张力，防止钢丝绳松弛，防止钢丝绳脱出滑轮或脱出卷筒导槽。节约了卷筒钢丝绳防跳槽装置的费用。也可以有效防止在渣斗上升下降过程中渣斗上定滑轮、动滑轮钢丝绳出槽的危险。
28.2、本技术通过采用采用第一张力检测装置及第二张力检测装置的结构设计，使得抓斗在运行过程中，4根钢丝绳均处在受力状态，4根钢丝绳同时分担了抓斗及水渣重力，防止了2根绳独自受力，增长了钢丝绳的使用寿命。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本技术实施例一中抓斗控制系统系统的主视图；
31.图2为图1所示抓斗控制系统系统的俯视图；
32.图3为图1所示抓斗控制系统系统的侧视图；
33.图4为本技术实施例中抓斗控制系统的工作原理图；
34.图5为本技术实施例中抓斗在打开状态下下落时抓斗控制系统的工作原理图；
35.图6为本技术实施例中抓斗在抓斗在关闭状态下下落时抓斗控制系统的工作原理图；
36.图7为本技术实施例中抓斗在打开状态下上升时抓斗控制系统的工作原理图；
37.图8为本技术实施例中抓斗在关闭状态下上升时抓斗控制系统的工作原理图；
38.起升卷筒1，开合卷筒2，抓斗3，第一重力检测装置4，第二重力检测装置5，第一高度检测装置6，第二高度检测装置7。
具体实施方式
39.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
40.此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
41.以目前水渣池工艺流程、设备、管理系统为基础，通过对现有设备改造、升级和新增设备的方式实现水渣池无人化的应用。抓斗行车无人化改造就涉及了抓斗行车起升部分的自动化控制。要想实现抓斗行车起升部分自动运行最要的是实现抓斗行车起升、开合卷筒的四绳平衡控制。因此，本技术实施例提供了一种抓斗控制系统及抓斗行车，可使捞渣行车渣斗的4根钢丝绳在任何时刻均带有张力，防止钢丝绳松弛，防止钢丝绳脱出滑轮或脱出卷筒导槽。
42.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
43.实施例一
44.结合图1-3所示，本技术实施例提供了一种抓斗3控制系统，应用于一抓斗3行车，包括：
45.起升卷筒1、开合卷筒2、控制装置、第一重力检测装置4及第二重力检测装置5，所述起升卷筒1及所述开合卷筒2并列设置在所述抓斗3行车上；所述控制装置依次通过第一离合器、起升电机及所述起升卷筒1与所述抓斗3相连，所述控制装置依次通过第二离合器、开合电机及所述开合卷筒2与所述抓斗3相连；所述第一重力检测装置4设置在所述起升卷筒1上，且与所述控制装置相连；所述第二重力检测装置5设置在所述开合卷筒2上，且与所述控制装置相连。所述第一重力检测装置4有两个，分别套接在所述起升卷筒1的主轴两端，且与所述起升卷筒1支撑座固定连接。所述第二重力检测装置5有两个，分别套接在所述开合卷筒2轴承两端，且与所述开合卷筒2支撑座固定连接。
46.所述控制装置包括：张力转化机构、高度差保持器及pi调节器，张力转化机构与所述第一重力检测装置4或所述第二重力检测装置5相连；高度差保持器与所述张力转化机构相连；pi调节器与所述高度差保持器相连，与所述第一重力检测装置4或所述第二重力检测装置5相连，并，与第一变频器或第二变频器相连。具体的，当张力转化机构与第一重力检测装置4相连时，pi调节器分别与第二重力检测装置5及第二变频器相连；当张力转化机构与第二重力检测装置5相连时，pi调节器分别与第一重力检测装置4及第一变频器相连。
47.抓斗3控制系统还包括：第一高度检测装置6及第二高度检测装置7，所述第一高度检测装置6设置在所述起升卷筒1的主轴的一端，且与所述高度差保持器相连；所述第二高度检测装置7设置在所述开合卷筒2的主轴的一端，与所述第一高度检测装置6相对设置，且与所述高度差保持器相连。
48.实施例二
49.本实施例提供的一种抓斗控制系统，其中一个第一重力检测装置安装在起升卷筒传动侧主轴上，可以选用称重设备或垂直轴向的张力传感器，用于间接检测起升卷筒传动侧钢丝的张力数值。另一个第一重力检测装置安装在起升卷筒非传动侧主轴上，可以选用称重设备或垂直轴向的张力传感器，用于间接检测卷筒非传动侧钢丝张力数值，本实施例中第一重力检测装置采用的是起升卷筒张力传感器。第一高度检测装置安装在起升卷筒非传动侧主轴上，可以选用高度编码器，用于间接检测抓斗的高度，本实施例中第一高度检测装置采用的是起升卷筒高度编码器。
50.其中一个第二重力检测装置安装在开合卷筒传动侧主轴上，可以选用称重设备或垂直轴向的张力传感器，用于间接检测开合卷筒传动侧钢丝的张力数值。另一个第二重力检测装置安装在起升卷筒非传动侧主轴上，可以选用称重设备或垂直轴向的张力传感器，用于间接检测卷筒非传动侧钢丝张力数值，本实施例中第二重力检测装置采用的是开合卷筒张力传感器。第二高度检测装置安装在起升卷筒非传动侧主轴上，可以选用高度编码器，用于间接检测抓斗的高度，本实施例中第二高度检测装置采用的是开合卷筒高度编码器。
51.本实施例提供的一种抓斗控制系统在工作过程中，张力传感器和高度传感器等设备接入plc控制装置，在系统中起升电机和开合电机配置成主从控制，捞渣运行过程中起升和开合卷筒的主从要能灵活切换。
52.在控制过程中，开合卷筒和提升卷筒谁作为主卷筒是动态变化的，主卷筒确定后，另外一个作为从卷筒。主卷筒和从卷筒是控制装置plc里面一个控制状态，可以随时切换。
53.如图4所示，本技术提供的抓斗控制系统在工作过程中，首先，主卷筒根据现场需要以任一速度启动，主卷筒变频器控制主卷筒电机运转，此时张力转化机构通过对主卷筒张力传感器传回的张力值k采用张力值/n的方式进行处理，获得处理后的张力值k1，其中，n为设定值，本技术实施例设定为10，然后将处理后的张力值k1传送至高度差保持器。高度差保持器用于对修改后的张力值k1进行修正来保证抓斗在运动过程中抓斗开闭状态保持不变，要保持抓斗开合状态不变，则需要保证起升卷筒和开合卷筒的高度差保持不变。在抓斗打开状态时，起升卷筒高度值-开合卷筒高度值≥h
open
，在抓斗关闭状态时，开合卷筒高度值-起升卷筒高度值≥h
close
，其中，起升卷筒高度值和开合卷筒高度值在运行过程中永远为正值，抓斗开合动滑轮相对抓斗上起升钢丝绳固定点总的相对位移h＝h
close
+h
open
。为保证起升卷筒和开合卷筒的高度差保持不变，本实施例中pi调节器根据高度差保持器修正后的张力值k2与从卷筒张力传感器传输的实时张力值k3的差值q对从卷筒变频器进行控制，当差值q＝0时，pi调节器输出转矩变化量为0，从卷筒电机保持当前状态，当差值q≠0时，pi调节器根据差值q增大或减小输出转矩控制从卷筒变频器带动从卷筒电机转动，直到k3＝k2，从而达到保证起升卷筒和开合卷筒的高度差保持不变的目的，并且从卷筒钢丝绳保持工作在k2张力状态。
54.本实施例提供的抓斗控制系统具体分为以下四种情况进行控制：
55.抓斗在打开状态下下落时，如图5所示，起升卷筒作为主卷筒，开合卷筒作为从卷筒，起升卷筒高度值-开合卷筒高度值≥h
open
，此时起升卷筒张力传感器传回的起升卷筒张力数值经过张力转换机构转化及高度差保持器进行修正后作为开合卷筒的张力控制的设定值。
56.抓斗在关闭状态下下落时，如图6所示，开合卷筒作为主卷筒，起升卷筒作为从卷
筒，开合卷筒高度值-起升卷筒高度值≥h
close
，此时开合卷筒张力传感器传回的开合卷筒的张力数值经过张力转换机构转化及高度差保持器进行修正后作为起升卷筒的张力控制的设定值。
57.抓斗在打开状态下上升时，如图7所示，起升卷筒作为主卷筒，开合卷筒作为从卷筒，起升卷筒高度值-开合卷筒高度值≥h
open
，此时起升卷筒张力传感器传回的起升卷筒的张力数值经过张力转换机构转化及高度差保持器进行修正后作为开合卷筒的张力控制的设定值。
58.抓斗在关闭状态下上升时，如图8所示，开合卷筒作为主卷筒，起升卷筒作为从卷筒，开合卷筒高度值-起升卷筒高度值≥h
close
，此时开合卷筒张力传感器传回的开合卷筒的张力数值经过张力转换机构转化及高度差保持器进行修正后作为起升卷筒的张力控制的设定值。
59.实施例三
60.本实施例提供了一种抓斗行车，包括实施例一和实施例二所述的抓斗控制系统。
61.本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
62.1、本技术通过采用张力传感器及重力传感器的结构设计，可使抓斗行车的4根钢丝绳在任何时刻均带有张力，防止钢丝绳松弛，防止钢丝绳脱出滑轮或脱出卷筒导槽。节约了卷筒钢丝绳防跳槽装置的费用。也可以有效防止在渣斗上升下降过程中渣斗上定滑轮、动滑轮钢丝绳出槽的危险。
63.2、本技术通过采用张力传感器及重力传感器的结构设计，使得抓斗在运行过程中，4根钢丝绳均处在受力状态，4根钢丝绳同时分担了抓斗及水渣重力，防止了2根绳独自受力，增长了钢丝绳的使用寿命。
64.3、本技术通过采用张力传感器、重力传感器及控制装置的结构设计，实现了抓斗行车无人化自动抓渣作业的功能，提高了工作效率，让一线员工脱离恶劣的作业环境，减小了员工劳动强度、提升了作业的安全性、降低了人员工伤职业病的风险。
65.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
66.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
67.需要说明的是，本技术实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
68.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
69.另外，在本技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
70.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
71.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
72.尽管已经示出和描述了本技术的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。