工业机器的动态控制制造技术

本发明专利技术涉及工业机器的动态控制。一种控制工业机器的挖掘操作的方法。该工业机器包括铲斗，附接到铲斗的提升绳，移动提升绳和铲斗的提升马达，和具有控制器的计算机。该方法包括监测提升马达的转速，确定提升马达的加速度变化率，将提升马达的加速度变化率与阈值反向因子比较，当加速度变化率小于阈值反向因子时确定冲击情况，并且向提升马达发送反向扭矩控制命令信号。

【技术实现步骤摘要】
工业机器的动态控制相关申请的交叉引用本申请要求2011年11月29日提交的美国临时申请No.61/564,677的优先权，其全部内容通过引用在此并入。
本专利技术涉及控制诸如电绳铲或动力铲的工业机器的挖掘操作。
技术介绍
诸如电绳铲或动力铲、索斗铲等的工业机器用于执行从例如矿山的堆积(bank)中去除物料(material)的挖掘操作。这些机器和/或其组件一般由(一个或多个)电动马达驱动。在一些情况下，在具有铲斗的动力铲的操作期间(例如，当铲的铲斗撞击堆积上的硬物体时)，由于机器的(一个或多个)马达中的一个(例如，提升马达)的突然减速而产生冲击载荷。当载荷突然施加以及当载荷作为冲击载荷施加时，在机器元件上引起的合成应力比逐步施加载荷时的高很多。因此，在提升系统、提升附件、和总的机器结构中的应力由于冲击载荷而增加。这样可以导致整个工业机器上的焊缝破裂及其他应变。因此，限制工业机器的冲击载荷可以增加机器的使用寿命。当动力铲的铲斗撞击硬物体同时提升经过堆积时，物体强迫铲斗立即停止。结果提升马达(例如，电枢、联轴器、和制动器/轮毂)和传动组件(例如，小齿轮和齿轮)突然减速。由于来自物体的施加的载荷，铲的(一个或多个)提升绳开始拉紧，提升马达开始减速。此时，整个机器的大部分惯性集中在移动铲斗的提升马达上。由于该惯性，当提升马达基于施加的载荷而开始具有大的负加速度(即减速度)时，这产生有效地将附加冲击载荷置于提升马达和机器结构上的附加扭矩(例如，在一些情况下冲击载荷为堵转马达扭矩的150％-225％)。同时，提升马达施加它的最大编程扭矩来补偿速度的降低。从提升马达施加的所有这些能量和扭矩都传递给齿轮、提升绳、铲斗、物料、吊杆，以及贯穿整个机器产生增加的应力。传统的铲一般设计成基于历史上已被测试或使用的已知静态吊环拉力(staticbailpull)和期望的“冲击因子”而静态地限制冲击载荷。用于工业机器的冲击控制的一些现有方法包括使用滑动离合器来限制冲击载荷。本专利技术设法摒弃这些已知的原理来动态控制冲击载荷。鉴于此，本专利技术提供一种在突然冲击载荷期间动态补偿工业机器的提升马达的内部载荷的控制系统和方法。在冲击载荷期间，提出的方法使用主动监测提升马达加速度并且主动补偿马达惯性。这样，在正常挖掘周期，系统减少所有机器结构和组件的疲劳载荷，同时还增加额定可允许吊环拉力或提升力。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术提供一种控制工业机器的挖掘操作的方法。该工业机器包括铲斗，附接在铲斗上的提升绳，移动提升绳和铲斗的提升马达，和具有控制器的计算机。该方法包括监测提升马达的转速，确定提升马达的加速度变化率，将提升马达的加速度变化率与阈值反向因子比较，当加速度变化率小于阈值反向因子时确定冲击情况，并且向提升马达发送反向扭矩控制命令信号。在另一实施例中，本专利技术提供一种工业机器。该工业机器包括铲斗，附接在铲斗上的提升绳，可操作以移动提升绳和铲斗的提升马达，和连接到提升马达的控制器。该控制器执行编程指令来监测提升马达的转速，确定提升马达的加速度变化率，将提升马达的加速度变化率与阈值反向因子比较，当加速度变化率小于阈值反向因子时确定冲击情况，并且向提升马达发送反向扭矩控制命令信号。在又一实施例中，本专利技术提供一种控制工业机器的挖掘操作的方法。该工业机器包括铲斗，附接在铲斗上的提升绳，移动提升绳和铲斗的提升马达，和具有控制器的计算机。该方法包括确定提升马达的加速度变化率和扭矩，使用提升马达的加速度变化率和扭矩确定提升马达的吊环拉力，将提升马达吊环拉力与提升马达吊环拉力阈值比较，当提升马达吊环拉力大于提升马达吊环拉力阈值时确定冲击情况，并且向提升马达发送反向扭矩控制命令信号。在又一实施例中，本专利技术提供一种控制工业机器的挖掘操作的方法。该工业机器包括铲斗，附接在铲斗上的牵引绳，移动牵引绳和铲斗的牵引马达，和具有控制器的计算机。该方法包括监测牵引马达的转速，确定牵引马达的加速度，将牵引马达的加速度与阈值反向因子比较，当加速度变化率小于阈值反向因子时确定冲击情况，并且向牵引马达发送反向扭矩控制命令信号。考虑详细说明和伴随附图，本专利技术的其他方面将变得很明显。附图说明图1说明根据本专利技术实施例的工业机器。图2说明根据本专利技术实施例的用于工业机器的控制器。图3说明根据本专利技术实施例的用于工业机器的数据记录系统。图4-8说明根据本专利技术实施例的用于控制工业机器的过程。具体实施方式在详细解释本专利技术的任意实施例之前，应该理解本专利技术的应用并不局限于在以下描述中阐述或者在以下附图中图解的组件的结构和布置的细节。本专利技术可以是其他实施例，也可以用多种方式实施或执行。此外，应该理解在此使用的措辞和术语是用于描述，而不应该看成是限制。在此使用“包括”、“包含”或者“具有”以及其变型意指包括其后列出的项目和其等同物以及额外的项目。广泛使用术语“安装”、“连接”和“耦合”，其包括两者直接和间接安装、连接和耦合。另外，“连接”和“耦合”并不局限于物理或机械连接或耦合，也可以包括电连接或耦合，不管是直接还是间接。此外，电子通信和通知可以使用包括直接连接、无线连接等的任意已知的方式执行。还应该注意，可以使用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构组件实施本专利技术。另外，应该理解本专利技术的实施例可以包括硬件、软件、和电子组件或模块，为了论述，可以将其说明和描述为好像大部分组件仅仅以硬件方式实施。然而，基于对本说明书的阅读，本领域技术人员将认识到在至少一个实施例中，可以通过一个或多个处理器可执行的软件(例如，存储在非暂时的计算机可读介质上)的方式实施本专利技术基于电子的方面。就这点而论，应该注意可以使用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构组件实施本专利技术。此外，如随后段落所述，在附图中说明的具体机械配置旨在例示本专利技术的实施例，而其他替代的机械配置也是可能的。例如，在说明书中描述的“控制器”可以包括标准处理组件，诸如一个或多个处理器、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、和连接组件的各种连接(例如，系统总线)。在此描述的专利技术涉及与基于工业机器的冲击载荷而动态控制工业机器的提升系统相关联的系统、方法、装置、和计算机可读介质。诸如电绳铲或类似的矿山机械的工业机器可操作地执行从堆积中去除有效载荷(即物料)的挖掘操作。当工业机器正在挖掘堆积时，由于铲斗与堆积中的可移动物体(例如大巨石)的冲击所导致的作用在工业机器上的力可以产生冲击载荷，其增加拉铲斗的提升马达的扭矩。作为冲击载荷的结果，工业机器经受结构疲劳和应力，其可以对工业机器的使用寿命产生不利的影响。为了减少工业机器的提升系统经受的冲击载荷，工业机器的控制器动态地修改提升马达的驱动输入信号使提升扭矩反向，从而去除提升马达中储存的动能，以便限制机器的实际吊环拉力的动态增大。具体地，控制器基于工业机器的组件(例如，提升马达)的确定加速度而动态增加最大可允许反向或下降扭矩(例如，超过标准操作值)。在挖掘操作期间用如此方式控制工业机器的操作使得限制在工业机器的操作期间经常出现的冲击载荷的破坏效果。特别地，该控制方法减少作用在提升绳、提升齿轮箱、及工业机器的其他结构元件上的直接应力。另外因为可以控制由提升马达惯性产生的冲击载荷的破坏效果，所以可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制工业机器的挖掘操作的方法，所述工业机器包括铲斗，附接到所述铲斗的提升绳，移动所述提升绳和所述铲斗的提升马达，和具有控制器的计算机，所述方法包括：监测所述提升马达的转速；确定所述提升马达的加速度变化率；将所述提升马达的所述加速度变化率与阈值反向因子比较；当所述加速度变化率小于所述阈值反向因子时确定冲击情况；并且向所述提升马达发送反向扭矩控制命令信号。

【技术特征摘要】
2011.11.29 US 61/564,6771.一种控制工业机器的挖掘操作的方法，所述工业机器包括铲斗，附接到所述铲斗的提升绳，移动所述提升绳和所述铲斗的提升马达，和具有控制器的计算机，所述方法包括：监测所述提升马达的转速；确定所述提升马达的加速度变化率；将所述提升马达的所述加速度变化率与阈值反向因子比较；当所述加速度变化率小于所述阈值反向因子时确定冲击情况；并且基于小于所述阈值反向因子的所述加速度变化率，向所述提升马达发送反向扭矩控制命令信号；其中所述反向扭矩控制命令信号包括提升缓变率，所述提升缓变率包括预定时间周期，在所述预定时间周期内，所述提升马达的所述转速从第一转速变化到第二转速，所述预定时间周期基于所述提升马达的加速度变化率与所述阈值反向因子的比较。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括动态地确定所述提升缓变率。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定所述提升马达的扭矩和转速。4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括将所述扭矩和所述转速与预定提升扭矩和提升转速值比较。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值反向因子是与所述提升马达的加速度相关联的阈值加速度值。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值反向因子是从内存中检索的预定值。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值反向因子由所述控制器动态地确定。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括设置计数器以监测施加所述反向扭矩控制命令信号的时间量。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述反向扭矩控制命令信号增加所述提升马达的最大可允许提升反向扭矩。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述最大可允许提升反向扭矩被设置为对于提升反向扭矩的标准操作极限的大约150％的值。11.一种工业机器，包括：铲斗；提升绳，所述提升绳附接到所述铲斗；提升马达，所述提升马达可操作以移动所述提升绳和所述铲斗；和控制器，所述控制器连接到所述提升马达，所述控制器执行编程指令，以便：监测所述提升马达的转速，确定所述提升马达的加速度变化率，将所述提升马达的所述加速度变化率与阈值反向因子比较，当所述加速度变化率小于所述阈值反向因子时确定冲击情况，并且基于小于所述阈值反向因子的所述加速度变化率，向所述提升马达发送反向扭矩控制命令信号其中所述反向扭矩控制命令信号包括提升缓变率，所述提升缓变率包括预定时间周期，在所述预定时间周期内，所述提升马达的所述转速从第一转速变化到第二转速，所述预定时间周期基于所述提升马达的加速度变化率与所述阈值反向因子的比较。12.根据权利要求11所述的工业机器，其中所述控制器进一步配置为动态地确定所述提升缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·科尔威尔，李武英，
申请(专利权)人：哈尼施费格尔技术公司，
类型：发明
国别省市：