梁式分段装载机的导入端的制作方法

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本申请要求2019年1月14日提交的美国的临时申请62/792,164的优先权，其全部内容在此通过参考而并入本文。

本文所述实施例涉及长壁开采系统的梁式分段装载机导入端。

背景技术：

长壁采矿梁分段装载机的导入端通常静态定位(即，留在其原始位置)。然而，随着时间的推移，可能需要对导入端进行调整(例如，按照每小时规则地进行)。对导入端的调整可用于确保(1)来自分段装载机的矿物均匀地装载到接口输送机带上(且没有溢出)，以及(2)导入端与输送机结构的接口使输送机不会受到过大的应力。

然而，导入端的操作和位置调整通常需要操作者手动操作。手动操纵导入端包括直接启动液压滑阀或液压缸的按钮控制(例如，电磁操作阀)。操作员还必须根据他/她对导入端位置的解释来控制导入端。这种主观性会促使输送机和相关部件的过度磨损/应力，矿物溢出，并使人员面临人身伤害的风险。潜在的人身伤害可包括存储的液压能量引起的喷注伤害或撞击风险、移动重型设备造成的挤压或卡住风险，以及灰尘引起的呼吸暴露风险。

技术实现要素：

本文描述的实施例涉及基于来自多个传感器的信号来自动控制长壁开采梁式分段装载机导入端。所述来自多个传感器的信号被控制器用于控制导入端。通过导入端的自动操作，可以减少对人体定位控制的需求，改善操作员的安全性。与传统的手动操作导入端相比，导入端的自动操作还提供了额外的优点。例如，自动化的导入端能够实现：(1)将矿物“引诱”到导入端上(例如，进一步减少矿物溢出)；(2)匹配输送机带轨迹并调整带漂移；(3)引导地板/地面的偏差，以确保水平度；(4)接口设备的匹配角度和轮廓(例如，可以将导入端设置在正确的俯仰角和高度，以匹配输送机结构，同时还匹配来自长壁分段装载机的矿物突起)；(5)减少部件磨损并增加输送带寿命；(6)使用升降缸压力确定并均匀分配每个导入端底座处的压力。

本文描述的各实施例提供了一种梁式分段装载机导入端，所述梁式分段装载机导入端包括至少一个升降促动器、升降传感器、角度传感器和控制器，所述至少一个升降促动器被配置为升高或降低所述导入端的一部分。所述升降传感器与所述至少一个升降促动器相关联。所述升降传感器被配置为生成与所述至少一个升降促动器的位置相关的升降传感器输出信号。所述角度传感器被配置为生成与所述导入端的角度相关的角度传感器输出信号。所述控制器连接到所述升降传感器、所述角度传感器和所述至少一个升降促动器。所述控制器包括非暂时性计算机可读介质和处理器。所述控制器包括存储在所述计算机可读介质中用于控制所述导入端操作的计算机可执行指令，以接收所述升降传感器输出信号、接收所述角度传感器输出信号，基于所述升降传感器输出信号和所述角度传感器输出信号确定所述导入端的纵向位置和所述导入端的轴向位置，以及当所述导入端的纵向位置或所述导入端的轴向位置指示所述导入端不是水平时，生成用于所述至少一个升降促动器的控制信号，以调整所述至少一个升降促动器的位置。

在详细解释任何实施例之前，应理解，实施例的应用不限于以下描述中阐述的或在附图中示出的组件的配置和布置的细节。实施例能够以各种方式实践或执行。而且，应该理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该被认为是限制性的。“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另有说明或限制，否则“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”等术语及其变体被广泛使用并且包括直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。

另外，应当理解，实施例可以包括硬件、软件和电子组件或模块，出于讨论的目的，其可以被示出和描述为好像大多数组件仅以硬件实现。然而，本领域普通技术人员基于对此详细描述的阅读，将认识到在至少一个实施例中，基于电子的方面可以用软件实现(例如，存储在非暂时性计算机可读介质上)，可由一个或多个处理单元执行，例如微处理器和/或专用集成电路(“asic”)。这样，应该注意，可以利用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构组件来实现这些实施例。例如，说明书中描述的“服务器”和“计算设备”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/输出接口，以及各种连接组件的连接器(例如，系统总线)。

通过详细描述和附图的考虑，所述实施例的其他方面将变得显而易见。

附图说明

图1和2示出了根据本文描述的实施例的长壁开采系统。

图3示出了根据本文描述的实施例的分段装载机、导入端和输送机的接口。

图4是根据本文描述的实施例的导入端定位功能的图。

图5是示出根据本文描述的实施例的导入端俯仰和翻滚的图。

图6是根据本文描述的实施例的导入端的俯仰和翻滚的自由体受力图。

图7和8是根据本文描述的实施例的用于导入端的偏航的自由体受力图。

图9a，9b和9c示出了导入端前移的自动控制。

图10示出了根据本文描述的实施例的导入端。

图11和12示出了根据本文描述的实施例的升降缸线性换能器。

图13和14示出了根据本文描述的实施例的侧移缸线性换能器。

图15和16示出了根据本文描述的实施例的角度传感器。

图17和18示出了根据本文描述的实施例的带传感器。

图19示出了根据本文描述的实施例的用于图10的导入端的控制器。

图20示出了根据本文描述的实施例的控制图10的导入端的过程。

具体实施方式

图1示出了长壁开采系统100。长壁开采系统100包括顶板支撑件105和采掘机110。顶板支撑件105通过电力和液压连接以与材料面(未示出)平行的方式互连。顶板支撑件105遮蔽采掘机110，使其免受位于其上的地质层影响。在长壁开采系统100中使用的顶板支撑件105的数量取决于被开采的材料面的宽度，因为顶板支撑件105旨在保护材料面的整个宽度不受地层的影响。采掘机110通过刮板输送机(“afc”)115沿着材料面的线传送，刮板输送机115具有用于采掘机110的专用齿条，用于刮板输送机平行于工作面本身和顶板支撑件105之间的材料面延伸行进。afc115还包括平行于采掘机架杆的输送机，使得挖掘的材料可落到输送机上而从工作面送出。afc115的输送机和齿条杆由位于afc115远端处的主门125和后挡板130处的afc驱动器120驱动。afc驱动器120允许afc115连续地将煤朝主门125(图1的左侧)输送，并且允许采掘机110沿着afc115的齿条被双向地牵引横跨材料面。在一些实施例中，根据具体的矿井布局，长壁开采系统100的布局可以与上述不同。例如，主门125可以位于afc115的右远端，并且后挡板130可以位于afc115的左远端。

长壁开采矿系统100还包括垂直布置在afc115的主门125处的梁式分段装载机(“bsl”)135。图2示出了长壁开采系统100的透视图和bsl135的展开图。当由afc115牵引的获得材料到达主门125时，通过90度转弯路由到bsl135上。在一些实施例中，bsl135以倾斜角度(例如，非直角)与afc115对接。然后，bsl135准备并将材料装载到主门输送机(参见图3)上，主门输送机将材料输送到表面。材料被准备好由破碎机或分级机140装载，破碎机或分级机140分解材料以改善主门输送机上的负载。bsl135的输送机由bsl驱动器145驱动。导入端150位于bsl135和主门输送机之间。导入端150包括升降缸155(例如，导入端底座)，前移缸160和侧移缸165。

图3示出了bsl135和导入端150之间的接口，以及导入端150和包括输送机带的输送机结构(例如，主门传送机)之间的接口。

图4示出了导入端150的定位功能。导入端150利用若干功能来控制其定位。所述功能包括升降功能，侧移功能和前移功能。导入端150可以被升高或降低以实现横交调平(例如，通过升降缸155)。升降功能利用在导入端150的各个角部升降缸155(例如，四个升降缸155)来控制高度或补偿地板/地面偏差。导入端150可以被前移(例如，通过前移缸160)。前移功能利用前移缸160相对于bsl135(被机械连接的)和与输送机结构(例如，主门输送机)的接口纵向定位导入端150。导入端150可以被侧移(例如，由侧移缸165横向移动)。侧移功能利用侧移缸165来轴向或横向地(即，从一侧到另一侧)定位导入端150。在一些实施例中，还可以相对于导入端150在道路中相对于预定位置(例如，道路中心线)的空间感来控制导入端150的定位。

图5示出了用于导入端150的在三维空间中的俯仰和翻滚参数。传感器数据可用于描绘导入端150在三维空间中的操作以确定俯仰和翻滚。俯仰对应于纵向位置(通常称为矿井内至矿井外)。翻滚对应于轴向或横向位置(通常称为行走侧至阻挡侧)。

图6示出了可以用于实现俯仰和翻滚控制的导入端150的自由体受力图，其中obs是矿井外部阻挡侧，ows是矿井外部行走侧，ibs是矿井内部阻挡侧，iws是矿井内部行走侧，olh是矿井外部纵向高度，ilh是矿井内部纵向高度，bah是阻挡侧轴向高度，wah是行走侧轴向高度，s1是矿井外部行走侧的缸行程量，s2是矿井外部阻挡侧的缸行程量，s3是矿井内行走侧的缸行程量，s4是矿井内部阻挡侧的缸行程量，θ1是轴矿井外部角，θ2是轴矿井内部角，θ3是纵向行走侧角，θ4是纵向阻挡侧角。

角度传感器(例如，倾角计)和线性换能器的组合可用于确定导入端150的俯仰和翻滚。在一些实施例中，角度传感器信号与缸行程位置进行比较。例如，如果导入端150的行走侧延伸200mm并且导入端150的阻挡侧延伸400mm，但是角度传感器的读数是±0.5°，则可以认为导入端150是水平的。不需要改变导入端150，因为导入端150补偿了局部水平。然而，如果升降缸155处于相同的行程但是角度传感器的读数是3.5°(或者在不同的行程但是倾角计仍然显示3.5°)，则导入端150的行走侧或阻挡侧需要被改变以使导入端150水平。可以对俯仰(即，矿井内部至矿井外部)进行类似的分析。然而，俯仰(或前后)通常由道路坡度决定，可能需要考虑进一步的输入。例如，如果道路坡度为+2°，则可以将其设置为水平值，缸位置可以被补偿到+2°。在一些实施例中，道路的坡度可以被设定为参考点(例如，用于安装在输送带结构上的装置或传感器)。在一些实施例中，可以设置公差以确定导入端150何时是水平的(例如，±0.5°，±1.0°等)。

在一些实施例中，可以从升降缸155确定导入端支座压力(例如，使用压力传感器)并且用于控制导入端150。例如，确定导入端支座压力可用于恶劣的地板条件或与当不允许导入端150贴在地面(即，没有从地板上抬起)时损坏的机器。在bsl135前移序列期间，每个导入端支座处的接触压力也可能改变，因此动态调整导入端支座压力将有助于平衡导入端150。

图7和图8示出了导入端150的偏航参数。偏航涉及导入端150的顺时针/逆时针平面旋转位置(通常称为跟踪)。传感器数据可用于实现导入端150的偏航控制。偏航控制通常对应于检测相对于与传感器或道路内的预定义基准点关联的预定中心线或标称值的带位置的能力。对导入端150的调整基于测量到的带位置和可接受的公差带或滞后。可以重新定位导入端150，使得带边缘或其他基准点落在可接受的限度内。例如，如果接受的标称值在300mm-350mm之间的范围内，则在此范围外的任何测量值将导致导入端位置的改变，从而使带或导入端150返回到该范围内。

图9a、9b和9c示出了导入端150的前移控制。导入端前移缸160使得导入端150能够自动地逐渐前移或缩回，以估计bsl135的正在改变的位置(例如，当前移缸160没有可用的行程)。例如，可以根据采掘机110的切割深度而前移导入端150。作为说明性示例，如果采掘机110的切割深度(即，滚筒腹板深度或贮槽深度)是800mm，则bsl135将随着采掘机110的每个循环推过800mm。如果导入端的推进缸160具有2400mm的缸行程，则可以控制导入端150在需要移动导入端150之前适应三个采煤机循环。在前移缸160已经完全伸出之后，可以缩回前移缸以向前拉动导入端150并且再次最大化与bsl135的重叠。图9a示出了前移缸160完全缩回的导入端150。随着bsl135针对每个采掘机循环前移，前移缸160伸出。图9b示出了前移缸160完全伸出的导入端150。当前移缸160完全伸出时，通过缩回前移缸160向前拉动导入端150。当导入端150被向前拉动时，bsl135和导入端150之间的可用重叠再次最大化，如图9c所示。线性换能器安装在前移缸160的旁边或者集成于前移缸160，用于生成与前移缸160的伸出量相关的信号。如果前移缸160完全伸出，则前移缸160可以被控制缩回并向前拉动导入端150。

图10示出了包括多个传感器的导入端150(例如，作为导入端框架)。传感器包括升降缸线性换能器200，侧移缸线性换能器300，用于倾斜感测的角度传感器400(例如，倾角计)，以及用于跟踪输送机带的顶部和底部行程(例如，输送机带相对于导入端150的横向位置)的带传感器500(例如，超声波传感器)

图11和12示出了升降缸线性换能器或升降传感器200。升降缸线性换能器200包括用于保护内杆和电缆/连接器的保护盖205。升降缸线性换能器200具有例如±1mm的分辨率。升降缸线性换能器200的静态部分210固定到导入端。在一些实施例中，升降缸线性换能器200集成到升降缸中。例如，导入端包括四个升降缸线性换能器(例如，导入端的每个角有一个)。

图13和14示出了侧移线性换能器或侧移传感器300。侧移线性换能器300可以安装在导入端150的行走侧。侧移线性换能器300具有例如±1mm的分辨率。在一些实施例中，侧移线性换能器300集成到侧移缸中。

图15和16示出了安装在导入端150上的角度传感器(例如，倾角计)400。角度传感器400可以安装在导入端150上的一个位置，在所述位置，导入端150受到保护而免受环境影响并且可以进行精确的角度测量。

图17和18示出了用于检测输送带位置的传感器(例如，超声波传感器)500。传感器500可以与输送机带的顶部和底部排列成一直线。

用于导入端150的控制系统600包括控制器605，如图19所示。控制器605被电力和/或通信连接到导入端150的各种模块或组件。例如，控制器605连接到用户接口610，供电模块615(例如，接收ac主电源的ac电源模块)，一个或多个升降致动器620(例如，液压升降缸)，一个或多个侧移致动器625(例如，液压侧移缸)，一个或多个带致动器630(例如，电机)，一个或多个前移致动器635(例如，液压前移缸)和一个或多个前移传感器640(例如，线性换能器)。控制器605还连接到所述一个或多个升降传感器200，所述一个或多个侧移传感器300，所述一个或多个角度传感器400，以及所述一个或多个带传感器500。控制器605包括硬件和软件的组合，其中所述硬件和软件的组合可操作地控制导入端150的操作，控制长壁开采系统100的操作等。

在一些实施例中，控制器605包括多个电力和电子组件，其为控制器605、导入端150和/或长壁开采系统100内的组件和模块提供电力、操作控制和保护。例如，控制器605其中包括处理单元645(例如，微处理器，微控制器或其他合适的可编程设备)，存储器650，输入单元655和输出单元660。处理单元645其中包括控制单元665，算术逻辑单元(“alu”)670和多个寄存器675(如图19的一组寄存器所示)，并且使用已知的计算机架构(例如，改进的哈佛架构、冯诺依曼架构等)。处理单元645、存储器650、输入单元655和输出单元660以及连接到控制器605的各种模块通过一个或多个控制和/或数据总线(例如，公共总线680)连接。控制和/或数据总线总体用于说明目的在图19中示出。基于本文描述的发明，本领域技术人员将知道将一个或多个控制和/或数据总线用于所述各种模块和组件之间的互连和通信。

存储器650是非暂时性计算机可读介质，并且包括例如程序存储区域和数据存储区域。程序存储区域和数据存储区域可以包括不同类型存储器的组合，例如rom、ram(例如，dram、sdram等)、eeprom、闪存、硬盘、sd卡或其他合适的磁、光、物理或电子存储设备。处理单元645连接到存储器650并执行能够存储在存储器650的ram(例如，在执行期间)，存储器650的rom(例如，通常是永久性的)，或另一种非暂时性计算机可读介质(例如另一存储器或光盘)中的软件指令。包括在长壁开采系统100或导入端的实施例中的软件可以存储在控制器605的存储器650中。软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块和其他可执行指令。控制器605被配置为从存储器650检索并执行与本文描述的控制过程和方法有关的指令等。在其他结构中，控制器605包括附加的、更少的或不同的组件。

用户接口610可用于控制和/或监测导入端150。例如，用户接口610可操作地耦合到控制器605，以控制导入端150的前移，导入端150的横交调平，导入端150的侧移等。控制器605被配置为从用户接口模块610接收输入信号。用户接口模块610包括实现期望控制水平所需的数字和模拟输入或输出设备的组合。例如，用户接口模块610包括显示器(例如，主显示器、辅助显示器等)和输入设备，例如触摸屏显示器、操纵杆、多个旋钮、刻度盘、开关、按钮、踏板等。用户接口模块610还可以被配置为实时或基本实时地显示与导入端150相关联的条件或数据。控制器605还从用户界面模块610接收动作命令信号。动作命令信号可操作以控制例如升降致动器620、侧移致动器625、带致动器630、和前移致动器635的一个或多个。

控制器605还被配置为从升降传感器200、侧移传感器300、角度传感器400、带传感器500和前移传感器640中的每一个接收一个或多个信号。基于从传感器接收的所述一个或多个信号，控制器605被配置为自动控制升降致动器620、侧移致动器625、带致动器630和前移致动器635中的一个或多个。例如，基于从传感器接收的所述一个或多个信号，控制器605被配置为生成用于升降致动器620、侧移致动器625、带致动器630或前移致动器635的一个或多个控制信号，以控制导入端150的定位。如上述所述，致动器620、625、630和635用于控制例如导入端150的矿井内至矿井外定位、行走侧至阻挡侧定位、支座压力、前移、侧移和横交调平。

图20是用于自动控制导入端150的过程700。过程700开始于控制器605接收第一传感器输出信号(步骤705)。第一传感器输出信号可以来自升降传感器200、侧移传感器300、角度传感器400、带传感器500或前移传感器640中的任何一个。然后，控制器605接收第二传感器输出信号(步骤710)。第二传感器输出信号可以来自升降传感器200、侧移传感器300、角度传感器400、带传感器500或前移传感器640中的任何一个。在一些实施例中，第一传感器输出信号和第二传感器输出信号由不同类型的传感器接收。然后，控制器605被配置为确定导入端150的一个或多个特性(步骤715)。导入端150的一个或多个特性包括，例如，导入端150的纵向位置、导入端150的轴向或横向位置、导入端150相对于输送带的横向位置、导入端150相对于输送带的纵向位置、升降致动器内的压力、输送带的横向位置等。基于导入端150的一个或多个特性，控制器605被配置为生成一个或多个控制控制导入端150的信号(步骤720)。一个或多个控制信号可以是用于升降致动器620、侧移致动器625、带致动器630或前移致动器635的控制信号。然后，控制器605将所述一个或多个控制信号提供给致动器以相应地控制致动器的操作(例如，改变所述致动器的位置)(步骤725)。

因此，本文描述的实施例尤其提供用于自动控制分段装载机功能的系统和方法。在权利要求中阐述了各种特征和优点。