工業機器的動態控制制造技術

本發明專利技術涉及工業機器的動態控制。一種控制工業機器的挖掘操作的方法。該工業機器包括鏟斗，附接到鏟斗的提升繩，移動提升繩和鏟斗的提升馬達，和具有控制器的計算機。該方法包括監測提升馬達的轉速，確定提升馬達的加速度變化率，將提升馬達的加速度變化率與閾值反向因子比較，當加速度變化率小于閾值反向因子時確定沖擊情況，并且向提升馬達發送反向扭矩控制命令信號。

【技術實現步驟摘要】
工業機器的動態控制相關申請的交叉引用本申請要求2011年11月29日提交的美國臨時申請No.61/564,677的優先權，其全部內容通過引用在此并入。
本專利技術涉及控制諸如電繩鏟或動力鏟的工業機器的挖掘操作。
技術介紹
諸如電繩鏟或動力鏟、索斗鏟等的工業機器用于執行從例如礦山的堆積(bank)中去除物料(material)的挖掘操作。這些機器和/或其組件一般由(一個或多個)電動馬達驅動。在一些情況下，在具有鏟斗的動力鏟的操作期間(例如，當鏟的鏟斗撞擊堆積上的硬物體時)，由于機器的(一個或多個)馬達中的一個(例如，提升馬達)的突然減速而產生沖擊載荷。當載荷突然施加以及當載荷作為沖擊載荷施加時，在機器元件上引起的合成應力比逐步施加載荷時的高很多。因此，在提升系統、提升附件、和總的機器結構中的應力由于沖擊載荷而增加。這樣可以導致整個工業機器上的焊縫破裂及其他應變。因此，限制工業機器的沖擊載荷可以增加機器的使用壽命。當動力鏟的鏟斗撞擊硬物體同時提升經過堆積時，物體強迫鏟斗立即停止。結果提升馬達(例如，電樞、聯軸器、和制動器/輪轂)和傳動組件(例如，小齒輪和齒輪)突然減速。由于來自物體的施加的載荷，鏟的(一個或多個)提升繩開始拉緊，提升馬達開始減速。此時，整個機器的大部分慣性集中在移動鏟斗的提升馬達上。由于該慣性，當提升馬達基于施加的載荷而開始具有大的負加速度(即減速度)時，這產生有效地將附加沖擊載荷置于提升馬達和機器結構上的附加扭矩(例如，在一些情況下沖擊載荷為堵轉馬達扭矩的150％-225％)。同時，提升馬達施加它的最大編程扭矩來補償速度的降低。從提升馬達施加的所有這些能量和扭矩都傳遞給齒輪、提升繩、鏟斗、物料、吊桿，以及貫穿整個機器產生增加的應力。傳統的鏟一般設計成基于歷史上已被測試或使用的已知靜態吊環拉力(staticbailpull)和期望的“沖擊因子”而靜態地限制沖擊載荷。用于工業機器的沖擊控制的一些現有方法包括使用滑動離合器來限制沖擊載荷。本專利技術設法摒棄這些已知的原理來動態控制沖擊載荷。鑒于此，本專利技術提供一種在突然沖擊載荷期間動態補償工業機器的提升馬達的內部載荷的控制系統和方法。在沖擊載荷期間，提出的方法使用主動監測提升馬達加速度并且主動補償馬達慣性。這樣，在正常挖掘周期，系統減少所有機器結構和組件的疲勞載荷，同時還增加額定可允許吊環拉力或提升力。
技術實現思路
在一個實施例中，本專利技術提供一種控制工業機器的挖掘操作的方法。該工業機器包括鏟斗，附接在鏟斗上的提升繩，移動提升繩和鏟斗的提升馬達，和具有控制器的計算機。該方法包括監測提升馬達的轉速，確定提升馬達的加速度變化率，將提升馬達的加速度變化率與閾值反向因子比較，當加速度變化率小于閾值反向因子時確定沖擊情況，并且向提升馬達發送反向扭矩控制命令信號。在另一實施例中，本專利技術提供一種工業機器。該工業機器包括鏟斗，附接在鏟斗上的提升繩，可操作以移動提升繩和鏟斗的提升馬達，和連接到提升馬達的控制器。該控制器執行編程指令來監測提升馬達的轉速，確定提升馬達的加速度變化率，將提升馬達的加速度變化率與閾值反向因子比較，當加速度變化率小于閾值反向因子時確定沖擊情況，并且向提升馬達發送反向扭矩控制命令信號。在又一實施例中，本專利技術提供一種控制工業機器的挖掘操作的方法。該工業機器包括鏟斗，附接在鏟斗上的提升繩，移動提升繩和鏟斗的提升馬達，和具有控制器的計算機。該方法包括確定提升馬達的加速度變化率和扭矩，使用提升馬達的加速度變化率和扭矩確定提升馬達的吊環拉力，將提升馬達吊環拉力與提升馬達吊環拉力閾值比較，當提升馬達吊環拉力大于提升馬達吊環拉力閾值時確定沖擊情況，并且向提升馬達發送反向扭矩控制命令信號。在又一實施例中，本專利技術提供一種控制工業機器的挖掘操作的方法。該工業機器包括鏟斗，附接在鏟斗上的牽引繩，移動牽引繩和鏟斗的牽引馬達，和具有控制器的計算機。該方法包括監測牽引馬達的轉速，確定牽引馬達的加速度，將牽引馬達的加速度與閾值反向因子比較，當加速度變化率小于閾值反向因子時確定沖擊情況，并且向牽引馬達發送反向扭矩控制命令信號。考慮詳細說明和伴隨附圖，本專利技術的其他方面將變得很明顯。附圖說明圖1說明根據本專利技術實施例的工業機器。圖2說明根據本專利技術實施例的用于工業機器的控制器。圖3說明根據本專利技術實施例的用于工業機器的數據記錄系統。圖4-8說明根據本專利技術實施例的用于控制工業機器的過程。具體實施方式在詳細解釋本專利技術的任意實施例之前，應該理解本專利技術的應用并不局限于在以下描述中闡述或者在以下附圖中圖解的組件的結構和布置的細節。本專利技術可以是其他實施例，也可以用多種方式實施或執行。此外，應該理解在此使用的措辭和術語是用于描述，而不應該看成是限制。在此使用“包括”、“包含”或者“具有”以及其變型意指包括其后列出的項目和其等同物以及額外的項目。廣泛使用術語“安裝”、“連接”和“耦合”，其包括兩者直接和間接安裝、連接和耦合。另外，“連接”和“耦合”并不局限于物理或機械連接或耦合，也可以包括電連接或耦合，不管是直接還是間接。此外，電子通信和通知可以使用包括直接連接、無線連接等的任意已知的方式執行。還應該注意，可以使用多個基于硬件和軟件的裝置以及多個不同的結構組件實施本專利技術。另外，應該理解本專利技術的實施例可以包括硬件、軟件、和電子組件或模塊，為了論述，可以將其說明和描述為好像大部分組件僅僅以硬件方式實施。然而，基于對本說明書的閱讀，本領域技術人員將認識到在至少一個實施例中，可以通過一個或多個處理器可執行的軟件(例如，存儲在非暫時的計算機可讀介質上)的方式實施本專利技術基于電子的方面。就這點而論，應該注意可以使用多個基于硬件和軟件的裝置以及多個不同的結構組件實施本專利技術。此外，如隨后段落所述，在附圖中說明的具體機械配置旨在例示本專利技術的實施例，而其他替代的機械配置也是可能的。例如，在說明書中描述的“控制器”可以包括標準處理組件，諸如一個或多個處理器、一個或多個計算機可讀介質模塊、一個或多個輸入/輸出接口、和連接組件的各種連接(例如，系統總線)。在此描述的專利技術涉及與基于工業機器的沖擊載荷而動態控制工業機器的提升系統相關聯的系統、方法、裝置、和計算機可讀介質。諸如電繩鏟或類似的礦山機械的工業機器可操作地執行從堆積中去除有效載荷(即物料)的挖掘操作。當工業機器正在挖掘堆積時，由于鏟斗與堆積中的可移動物體(例如大巨石)的沖擊所導致的作用在工業機器上的力可以產生沖擊載荷，其增加拉鏟斗的提升馬達的扭矩。作為沖擊載荷的結果，工業機器經受結構疲勞和應力，其可以對工業機器的使用壽命產生不利的影響。為了減少工業機器的提升系統經受的沖擊載荷，工業機器的控制器動態地修改提升馬達的驅動輸入信號使提升扭矩反向，從而去除提升馬達中儲存的動能，以便限制機器的實際吊環拉力的動態增大。具體地，控制器基于工業機器的組件(例如，提升馬達)的確定加速度而動態增加最大可允許反向或下降扭矩(例如，超過標準操作值)。在挖掘操作期間用如此方式控制工業機器的操作使得限制在工業機器的操作期間經常出現的沖擊載荷的破壞效果。特別地，該控制方法減少作用在提升繩、提升齒輪箱、及工業機器的其他結構元件上的直接應力。另外因為可以控制由提升馬達慣性產生的沖擊載荷的破壞效果，所以可本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種控制工業機器的挖掘操作的方法，所述工業機器包括鏟斗，附接到所述鏟斗的提升繩，移動所述提升繩和所述鏟斗的提升馬達，和具有控制器的計算機，所述方法包括：監測所述提升馬達的轉速；確定所述提升馬達的加速度變化率；將所述提升馬達的所述加速度變化率與閾值反向因子比較；當所述加速度變化率小于所述閾值反向因子時確定沖擊情況；并且向所述提升馬達發送反向扭矩控制命令信號。

【技術特征摘要】
2011.11.29 US 61/564,6771.一種控制工業機器的挖掘操作的方法，所述工業機器包括鏟斗，附接到所述鏟斗的提升繩，移動所述提升繩和所述鏟斗的提升馬達，和具有控制器的計算機，所述方法包括：監測所述提升馬達的轉速；確定所述提升馬達的加速度變化率；將所述提升馬達的所述加速度變化率與閾值反向因子比較；當所述加速度變化率小于所述閾值反向因子時確定沖擊情況；并且基于小于所述閾值反向因子的所述加速度變化率，向所述提升馬達發送反向扭矩控制命令信號；其中所述反向扭矩控制命令信號包括提升緩變率，所述提升緩變率包括預定時間周期，在所述預定時間周期內，所述提升馬達的所述轉速從第一轉速變化到第二轉速，所述預定時間周期基于所述提升馬達的加速度變化率與所述閾值反向因子的比較。2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括動態地確定所述提升緩變率。3.根據權利要求1所述的方法，進一步包括確定所述提升馬達的扭矩和轉速。4.根據權利要求3所述的方法，進一步包括將所述扭矩和所述轉速與預定提升扭矩和提升轉速值比較。5.根據權利要求1所述的方法，其中所述閾值反向因子是與所述提升馬達的加速度相關聯的閾值加速度值。6.根據權利要求1所述的方法，其中所述閾值反向因子是從內存中檢索的預定值。7.根據權利要求1所述的方法，其中所述閾值反向因子由所述控制器動態地確定。8.根據權利要求1所述的方法，進一步包括設置計數器以監測施加所述反向扭矩控制命令信號的時間量。9.根據權利要求1所述的方法，其中所述反向扭矩控制命令信號增加所述提升馬達的最大可允許提升反向扭矩。10.根據權利要求9所述的方法，其中所述最大可允許提升反向扭矩被設置為對于提升反向扭矩的標準操作極限的大約150％的值。11.一種工業機器，包括：鏟斗；提升繩，所述提升繩附接到所述鏟斗；提升馬達，所述提升馬達可操作以移動所述提升繩和所述鏟斗；和控制器，所述控制器連接到所述提升馬達，所述控制器執行編程指令，以便：監測所述提升馬達的轉速，確定所述提升馬達的加速度變化率，將所述提升馬達的所述加速度變化率與閾值反向因子比較，當所述加速度變化率小于所述閾值反向因子時確定沖擊情況，并且基于小于所述閾值反向因子的所述加速度變化率，向所述提升馬達發送反向扭矩控制命令信號其中所述反向扭矩控制命令信號包括提升緩變率，所述提升緩變率包括預定時間周期，在所述預定時間周期內，所述提升馬達的所述轉速從第一轉速變化到第二轉速，所述預定時間周期基于所述提升馬達的加速度變化率與所述閾值反向因子的比較。12.根據權利要求11所述的工業機器，其中所述控制器進一步配置為動態地確定所述提升緩...

【專利技術屬性】
技術研發人員：約瑟夫·科爾威爾，李武英，
申請(專利權)人：哈尼施費格爾技術公司，
類型：發明
國別省市：