专利名称：用于移动式采掘机的架空电网的制作方法
技术领域：
本发明涉及可移动电动机构，且更具体地涉及与可移动电动机械联连接的架空电网。
背景技术：
用于地表采矿和地下“硬质岩石”采矿的重型采掘机通常由柴油机驱动。长期以来存在对降低与在承压地面和地下采矿应用中操作该柴油机相关的健康风险的需要。具体地，柴油机释放有害人体的微粒物质，产生高噪音水平，以及显著增加地下矿山的“热负荷”。此外，高额的柴油燃料成本和柴油机维护费用是额外的缺点。常规的架空电网供电系统，比如轨道运输系统，使用在架空电线上滑动的受电弓。这些系统需要使用基于轨道的引导以保持可移动机械(机车)与架空电线(导体)在可允许程度范围内接近。受电弓系统 已经被尝试用于拖运卡车，但是这种受电弓系统不包括用于转换沿公路或铁路运行的方向的任何“转换”装置，而是要降下受电弓，返回柴油动力以完成换向，然后重新接入受电弓以回到架空电力。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了用来驱动和引导车辆的架空电力结构。该架空电力结构包括取电器、形成取电器沿其运行的导轨的多个大体为管状的平行段、与管状段连接的电源以及电缆，该电缆与取电器连接并且被构造成附属于在地面上运动的车辆。电缆将车辆机械连接并且电连接至取电器。根据本发明的另一个实施例，车辆被构造成与架空电力结构连接。车辆包括底盘和电缆，该电缆与底盘连接并被构造成将车辆机械连接并且电连接至架空电力结构。
图1是连接至根据本发明的实施例的架空电网的移动式采掘机的顶部透视图。图2A是连接至图1中的架空电网的移动式采掘机的局部右侧透视图。图2B是用于图1中的移动式采掘机的专用连接件的平面图。图2C是移动式采掘机的替代实施例的透视图。图3A是用于根据本发明的实施例的架空电网的取电器的透视图。图3B是图3A的主视图。图4是架空电网的分解平面图。图5是包括转换机构的架空电网的透视图。
图6是换向构造中架空电网的替代实施例的俯视平面图。图7是图6的透视图。图8是笔直构造中图6的架空电网的替代施例的俯视平面图。图9是图8的透视图。
具体实施例方式在详细描述本发明的任一实施例之前，应当理解的是本发明并非将其应用限制于随后的说明书中描述的或随后的附图中示出的部件的构造和布置细节。本发明能够是以各种方式执行和实施的其它实施例。并且，应当理解的是文中使用的用语和术语是出于说明的目的而不应认为是限制性的。文中使用“包括”、“包含”或“具有”以及其变体意味着包含其后列出的项目和其等价物以及另外的项目。术语“安装”、“连接”和“联接”使用广泛并且包含直接和间接安装、连接和联接。进一步地，“连接”和“联接”并不仅限于物理或机械连接或联接，而是可以包括电连接或电联接，无论是直接的还是间接的。并且，电子通讯和通知可以通过使用任何已知方式包括直接连接、无线连接等来实施。图1和图2示 出了移动式采掘机100 (比如铲运机，以下称为“LHD”)的采矿操作。LHD100通过取电器10电连接并且机械连接至架空电力结构I。架空电力结构I可以是独立结构或悬浮于矿藏顶部。如图2A和图3中所示,架空电力结构I包括多个大致管状的导体2和轨道段3。外部管是轨道段3，取电器10的导轮11沿该轨道段3运动，内部管是金属导体管2，其形成用于三相交流电网20的导体。电网20可以是多种类型，比如交流、直流、交流三相等。金属导体管2可以由铜或其它导电性金属形成。导体2和轨道段3形成电网结构1，该电网结构I通过拖曳缆110连接至LHD100。如图2A和图3中所示，拖曳缆110从取电器10处垂下并将来自电网20的电力与LHD100连接。拖曳缆110与相关连的取电器10和LHD上的专用连接件120 (以下详述)一起保持地面或矿山地表没有电缆，因此其它设备能够更容易操作，尤其是其它无线设备。如图2B中最佳示出的，拖曳缆110通过可360度旋转的专用连接件120连接至LHD100的底盘101。专用连接件120允许拖曳缆110安全移除而不伤害LHD100、取电器10、电力结构I或矿工。连接件120包括工作在定位器122中的弹簧承载的球121，以将拖曳缆110保持在插座123中。然而，用足够的拉力，拖曳缆110可从连接件120中被拉出。拖曳缆110容易从连接件120中松脱的能力在取电器10出现故障的情况下是重要的，以及对在LHD100运行到超出电缆110到达范围的情况下防止拉下架空电网段2、3是是重要的。在替代实施例中，除了故障情况下允许拖曳缆110从连接件120中松脱之外，取电器10包括控制装置以切断通过拖曳缆110到LHD100的电力。控制装置可包括安装在取电器上的断路器、控制变压器、接触器、接地故障断路器或逻辑控制器。控制装置也可包括指示拖曳缆110的位置或角度(即电缆110并没有大体上竖直悬挂或以超出预定临界角度的某角度被拉拽)的角度传感器或张力传感器。如果传感器确定电缆110的角度超出了最小临界角度，控制装置向电缆盘130(以下详述)发送信号以输出另外的电缆110，或向操作者发送信号以使LHD100刹车。如果没有电缆盘130或电缆盘130中的电缆110已经达到它的最大输出，另外的拉条会附接在LHD100的底盘和取电器10的基座之间以表示电缆110处于最大张力，从而使操作者改为刹车。另外，电力结构I的断路器或接地电路在电缆110达到第二个、更高极限情况下可以切断电网I的电源。如图2C中以及上述讨论所示，LHD100可包括储存拖曳缆110的电缆盘。电缆盘130的存在允许LHD100移动更大跨度的距离，同时依旧保持与架空电力结构I的连接。例如，拖曳缆110足够长，以使LHD100能够到达足够远的其它入口来加载矿石，或执行其它需要的任务，同时保持与架空电网I的连接且不缠在一起。电缆盘130可以附接在LHD或拖运卡车上的任何地方，比如图2C中所示的前侧。电缆110从卷轴130通过联接至电缆盘130的竖直张力管道131被供给。管道131的上部被固定到连接件120，优选以大致稍低于架空电力结构I的导体2和轨道段3的高度固定，以使拖曳缆110与LHDllO的其它部件或操作者之间的干涉最小化。然而，管道131根据不同操作需要可以具有其它高度。如上所述，LHD100通过取电器10连接至电力结构1，取电器10沿着轨道段3行进且与电力结构I连通。如图3A-图3B所示，取电器10包括基座12，基座12在架空电力结构I下方且与之平行地运行。两个凸缘13从基座12的在轨道段3外侧上的相应的侧边上升。一对间隔的上部导轮Ila和下部导轮Ilb固定在每个凸缘13的内侧。然而，上部导轮Ila和下部导轮Ilb的数目和间距可以改变。下部导轮Ilb与上部导轮Ila配合以“挤压”轨道段3，从而确保取电器10在轨道段3上保持恰当的平衡，从而换向器15 (以下详述)与导体2保持适当的对准。继续参考附图3A和图 3B，取电器包括通过换向材料诸如石墨与电网导体2连接的换向器15。拖曳缆110随后将换向器15与LHD100连接。换向器15可包括从LHD100伸出的接地电路，接地电路延伸通过拖曳缆110中的接地线，然后延伸通过骑在架空电网I的外部导轨3上的取电器轮11。“万向节”转环16被设置于取电器10的基座12上，电缆夹17用于将拖曳缆110固定至取电器10。拖曳缆110从夹17垂下并连接至安装在LHD100上的连接件120。如图4和图5所示，本发明的实施例也包括允许从一个矿井入口移动至另一个的转换装置30。参考平面图4，因为架空电网段2、3包括在两个外部管状轨道段3之间的多个导体2 (图4中所示为3个)，段A、B、C可以机械地移动到位。段A可沿平面图4中所示箭头的方向左右滑动以形成转换装置30的笔直部分。段B和段C在主导轨线“上方”以45度角(图中所示的对应箭头的方向)来回滑动，然后降至正确的位置以形成取电器10从图4中的右侧接近时的右转弯或左转弯。在图5所示的实施例中，通过将单独的段降至正确位置的绞车40来实现移动。然而，段的移动可以通过滑动器、凸轮、线性致动器、皮带或现有技术中已知的其它装置实现。可利用控制器(未示出)来电控制段A、B、C的机械致动。与转换装置30类似的装置可用来使LHD100经过另一台采掘机，只要地下或地表通道存在足够的空间即可。在替代的实施例中，取代使用单独的机构将导轨的各个段转换至正确的位置，如图6-图9中所示的转车50执行了导轨段的转换。转车50包括大致圆形的外环51和连接至环51并在其间延伸的支撑构件52。支撑构件52将环51与笔直轨道段和/或弯曲轨道段连接。如图6-图9所示的支撑构件52具有带弧形纵向端侧53的大致矩形形状，弧形端侧53与环51相匹配。支撑构件52包括设置于其上的基座构件54因而转车50可以自顶部悬挂。
转车50可旋转以与弯曲轨道段对齐以使LHD100能够右转或左转(图6_图7)，或将笔直轨道段与导轨固定部分对齐以使LHD100笔直移动(图8-图9)。假如必要，转车50可以改为用在四路交叉口中。具有马达位置传感器等的控制器(未示出)可以用来控制转车的旋转。在运行过程中，当LHD100在地下矿山中沿入口通道移动时，或在地表矿山上沿专用巷道移动时，拖曳缆110沿架空电网系统I拉动取电器10，从而保持与电网20的连接。LHD100能够四处移动或完全地绕圆圈转动而拖曳缆110并不缠绕或接触地面。在LHD100试图移动比拖曳缆110允许的最大距离更远的距离时，与采掘机100的连接包括“分离式”连接件120。移动式采掘机100能够通过“拖”它后部的取电器10在地下矿山入口处来回移动，同时从架空电网结构I处得到电能。根据本发明实施例的用于移动式米掘机100的架空电网I利用了在地表和地下矿山中的电动的采掘机100而没有使用接地拖曳缆和/或电缆盘。通常的带电缆盘的拖曳缆磨损很快并且阻碍了许多电缆盘驱动的机械(其不能越过带电电缆驱动)的通道。架空电网系统I通过提供转换器30和机械可以彼此经过的交叉口消除了这种僵局。例如，假如两辆LHD100接近图3中所示 的交叉口，一辆从图的底部而另一辆从图的右侧靠近,并且都试图朝图的顶部行进，其中一辆LHD100可以停止，等待另一辆经过交叉口，然后在第一辆后面继续前行。如果这些采掘机通过机械安装电缆盘使用了“铺设式”拖曳缆，第二辆LHD100则必须等待第一辆100沿其来时的方向返回并经过转换处，然后第二辆LHD100才能够朝向图顶部的位置前行。用于移动式采掘机100的架空电网I通过减少或完全消除对柴油动力的依赖，相比柴油驱动的机械呈现出了显著的健康和安全优势，因为与电网连接的所有机械都能被电驱动，例如，通过变频驱动器(VFD)和/或开关磁阻电动机(SRD)驱动。利用与架空电网I协同的电子驱动技术也呈现出了需要时能提供更大动力的优势以及将制动功率“再生”回电网的能力，从而优化了能源效率。再生是将电动轮形马达用作发电机以将减速(制动)能转换回同样的电压和频率从而将其泵送回电网I的过程。尽管已经参考某些优选实施例详细描述了本发明，但是在所描述的本发明的一个或更多个独立方面的范围和精神内存在各种改变和变型。
权利要求
1.一种被构造成连接至架空电力结构的车辆，所述车辆包括: 底盘；和 电缆，所述电缆与所述底盘连接，并且所述电缆被构造成将所述车辆机械连接和电连接至所述架空电力结构， 其中，所述底盘包括能360度旋转的连接件，并且所述电缆通过所述连接件与所述底盘连接。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述车辆为采矿车。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述车辆为铲运车。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述连接件包括弹簧承载的球，该弹簧承载的球在定位器中工作以将所述连接件保持在所述底盘的插座中。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述电缆能从所述连接件中松脱。
6.根据权利要求1所述的车辆，所述车辆还包括储存所述电缆的电缆盘。
7.根据权利要求6所述的车辆，所述车辆还包括管道，所述管道在一端处联接至所述电缆盘且在相反端处联接至所述连接件。
8.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述管道大体为竖直的。
9.一种用于车辆的架空电力结构，所述架空电力结构包括: 取电器； 多个大体管状的平行段，所述多个大体管状的平行段形成导轨，所述取电器沿所述导轨运行； 与所述管状段连接的电源；和 电缆，所述电缆与所述取电器连接并且被构造成附接到在表面上运动的车辆，所述电缆将所述车辆机械连接和电连接至所述取电器。
10.根据权利要求9所述的架空电力结构，其中，外部管状段是如下轨道段，所述取电器的导轮沿该轨道段运行。
11.根据权利要求9所述的架空电力结构，其中，内部管状段是形成用于电网的导体的导体管。
12.根据权利要求9所述的架空电力结构，其中，所述电网为三相交流电网。
13.根据权利要求10所述的架空电力结构，其中，所述取电器包括基座，所述基座在所述架空电力结构下方且大体与所述架空电力结构平行地运行。
14.根据权利要求13所述的架空电力结构，其中，两个凸缘从所述基座的在所述轨道段外侧上的相应的侧边向上升起。
15.根据权利要求10所述的架空电力结构，其中，至少一个所述导轮沿外部管状段的上部运行，并且至少一个所述导轮沿所述外部管状段的下部运行。
16.根据权利要求9所述的架空电力结构，所述架空电力结构还包括用于改变所述导轨的一部分的方向的转换装置。
17.根据权利要求9所述的架空电力结构，所述架空电力结构还包括用于改变所述导轨的一部分的方向的转车。
18.根据权利要求17所述的架空电力结构，其中，所述转车包括所述导轨的多个部分，并且所述转车能转动以与所述导轨的选择的一部分对应地改变所述导轨的方向。
19.根据权利要求9所述的架空电力结构，所述架空电力结构还包括确定所述电缆的角度的传感器，且如果所述角度超过预定极限，所述传感器将信号发送至控制装置。
20.根据权利要求9所述的架空电力结构，所述架空电力结构还包括确定所述电缆中的张力的量的传感器 ，且如果所述张力超过预定极限，所述传感器将信号发送至控制装置。
全文摘要
本发明涉及用于移动式采掘机的架空电网，其中提供了一种连接至用来驱动和引导车辆的架空电力结构的车辆。架空电力结构包括取电器、取电器沿其运行的导轨、与导轨连接的电源以及电缆，该电缆与取电器相连并被构造成附属于在地面上运动的车辆。车辆包括底盘和电缆，该电缆与底盘连接并被构造成将车辆机械连接和电连接至架空电力结构。底盘包括能360度旋转的连接件，电缆通过该连接件与底盘连接。
文档编号B60M1/00GK103223878SQ20131009211
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月31日 优先权日2012年1月31日
发明者约瑟夫·J·齐默尔曼, 格瑞特·L·洛曼, 安德鲁·W·斯特拉瑟斯 申请人:乔伊·姆·特拉华公司