本發(fā)明涉及取料控制領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于斗輪取料機的自動換層方法及裝置。

背景技術(shù)：

斗輪取料機是現(xiàn)代化工業(yè)大宗散狀物料連續(xù)裝卸的高效設(shè)備，廣泛應(yīng)用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、焦化廠、儲煤廠、發(fā)電廠等散料(礦石、煤、焦碳、砂石)存儲料場的取料作業(yè)。斗輪取料機由斗輪機構(gòu)、行走機構(gòu)、俯仰機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、懸臂皮帶組成。工作時，由斗輪挖取物料放至懸臂皮帶，通過中心漏斗到達地面皮帶，最終送至終點。

在取料作業(yè)中，由于料堆較高，取料機取料時需要對料堆進行分層取料，即每一層料堆取到盡頭時，需要及時換至下一層的起始取料位置進行下一層取料。這其中，主要涉及到三個問題，一是對上一層取料結(jié)束位置的判斷，二是定位至下一層起始取料位置過程中取料量大小的控制，三是對下一層的起始取料位置的判斷。

現(xiàn)有技術(shù)中，斗輪取料機由取料機司機手動控制，整個換層時機的選擇、換層過程中取料量的控制以及下一層起始取料位置的判斷，均由司機人眼觀測所決定，受限于司機水平的高低以及不同天氣情況下的視線問題，往往難以取得很好的換層效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于斗輪取料機的自動換層方法及裝置，該方法及裝置能夠?qū)崿F(xiàn)精確的自動換層控制，更適應(yīng)取料現(xiàn)場的實際情況。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于斗輪取料機的自動換層方法，該方法包括：檢測斗輪取料機前方是否有料；記錄當次回轉(zhuǎn)取料過程的回轉(zhuǎn)周期內(nèi)前方有料狀態(tài)持續(xù)的時間和前方無料狀態(tài)持續(xù)的時間；以及當有料狀態(tài)持續(xù)的時間與無料狀態(tài)持續(xù)的時間的比值達到預定比例閾值時，啟動自動換層過程。

其中，該方法還可以包括：根據(jù)當前取料流量、回轉(zhuǎn)速度、回轉(zhuǎn)角度、進車量、料堆密度計算當前取料高度；將所述當前取料高度與預定料堆高度比較；以及當有料狀態(tài)持續(xù)的時間與無料狀態(tài)持續(xù)的時間的比值達到預定比例閾值時，并且所述當前取料高度低于預定料堆高度時，啟動自動換層過程。

其中，所述根據(jù)回轉(zhuǎn)速度、回轉(zhuǎn)角度、進車量、料堆密度計算當前取料高度可以包括：根據(jù)以下公式計算當前取料高度：

當前取料高度＝1000×當前取料流量/(進車距離×回轉(zhuǎn)角度余弦值×回轉(zhuǎn)速度×臂架長度×3600×物料密度)

其中，所述自動換層過程可以包括：使斗輪取料機的臂架回轉(zhuǎn)至回退角度；斗輪取料機行走回退，當行走至預設(shè)行走位置時，使所述臂架回轉(zhuǎn)至下一層的取料角度；以及檢測斗輪壓力，當斗輪壓力低于預定壓力時，使所述臂架的俯仰角下降至下一層取料的角度。

其中，所述啟動自動換層過程還包括：當斗輪取料機的臂架回轉(zhuǎn)至回退角度時，使俯仰角下降預定角度。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種用于斗輪取料機的自動換層裝置，該裝置包括：物料檢測模塊，用于檢測前方是否有料，記錄前方有料狀態(tài)持續(xù)的時間和前方無料狀態(tài)持續(xù)的時間；以及換層控制模塊，用于當有料狀態(tài)持續(xù)的時間與無料狀態(tài)持續(xù)的時間的比值達到預定比例閾值時，啟動自動換層過程。

其中，該裝置還包括：取料高度確定模塊，用于根據(jù)當前取料流量、回轉(zhuǎn)速度、回轉(zhuǎn)角度、進車量、料堆密度計算當前取料高度；其中，換層控制模塊將所述當前取料高度與預定料堆高度比較；并且當有料狀態(tài)持續(xù)的時間與無料狀態(tài)持續(xù)的時間之間的比值達到預定比例閾值時，并且所述當前取料高度低于預定料堆高度時啟動自動換層過程。

其中，取料高度確定模塊根據(jù)以下公式計算當前取料高度：

當前取料高度＝1000×當前取料流量/(進車距離×回轉(zhuǎn)角度余弦值×回轉(zhuǎn)速度×臂架長度×3600×物料密度)

其中，所述換層控制模塊包括：回轉(zhuǎn)控制模塊，用于使斗輪取料機的臂架回轉(zhuǎn)至回退角度；行走控制模塊，用于控制斗輪取料機行走回退；斗輪壓力檢測模塊，用于檢測斗輪壓力；以及俯仰角控制模塊，用于當所述斗輪壓力低于預定壓力時，使臂架的俯仰角下降至下一層取料的角度；其中，回轉(zhuǎn)控制模塊當斗輪取料機行走至預設(shè)行走位置時，使所述臂架回轉(zhuǎn)至下一層的取料角度；

其中，所述俯仰角控制模塊還用于當斗輪取料機的臂架回轉(zhuǎn)至回退角度時，使俯仰角下降預定角度。

通過上述技術(shù)方案，利用取料過程中的實時參數(shù)實現(xiàn)自動換層控制，并能夠代替人工，并且控制過程不受天氣等客觀因素以及操作人員主觀因素的影響，從而不僅能夠?qū)崿F(xiàn)精確的換層控制，還具有更高的安全性，提高了作業(yè)效率。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于斗輪取料機的自動換層方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于斗輪取料機的自動換層方法的流程圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于斗輪取料機的自動換層方法中，自動換層過程的優(yōu)選實施方式的流程圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于斗輪取料機的自動換層裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于斗輪取料機的自動換層裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于斗輪取料機的自動換層裝置中，換層控制模塊的優(yōu)選實施方式的結(jié)構(gòu)圖；以及

圖7是斗輪取料機回轉(zhuǎn)取料過程的示意圖。

附圖標記說明

100：取料高度確定模塊200：換層控制模塊

210：回轉(zhuǎn)控制模塊220：行走控制模塊

230：斗輪壓力檢測模塊240：俯仰角控制模塊

300：取料高度確定模塊

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于斗輪取料機的自動換層方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟：

在步驟s110中，檢測斗輪取料機前方是否有料。例如，可以在取料機的斗輪兩側(cè)分別安裝雷達，通過雷達向前方發(fā)射激光來檢測斗輪離料堆的距離，在斗輪取料機取料過程的一個回轉(zhuǎn)周期內(nèi)，斗輪前方有料時，雷達將接收到被料堆反射回來的激光，由此可判斷當前斗輪前方有料；反之，如果不能接收到反射回來的激光，或只能接收到很少的反射激光，或當雷達檢測到斗輪離前方有料位置的距離超出一定距離時，可得知當前斗輪前方無料。

在步驟s120是，記錄當次回轉(zhuǎn)取料過程的回轉(zhuǎn)周期內(nèi)前方有料狀態(tài)持續(xù)的時間和前方無料狀態(tài)持續(xù)的時間。

在步驟s130中，判斷有料狀態(tài)持續(xù)的時間與無料狀態(tài)持續(xù)的時間的比值是否達到預定比例閾值。

在步驟s140中，當有料狀態(tài)持續(xù)的時間與無料狀態(tài)持續(xù)的時間的比值達到預定比例閾值時，啟動自動換層過程。

如圖7所示，是斗輪取料機回轉(zhuǎn)取料過程的示意圖。斗輪取料機在單層取料過程中，行走機構(gòu)從行走軌道的行走起點向行走終點行走，同時臂架回轉(zhuǎn)取料。在一個回轉(zhuǎn)周期內(nèi)，臂架由一側(cè)回轉(zhuǎn)至另一側(cè)，從而進行取料，因此在一個回轉(zhuǎn)周期內(nèi)，臂架的回轉(zhuǎn)范圍為扇形區(qū)域。隨著取料過程的進行，在該取料層中，臂架回轉(zhuǎn)所及范圍內(nèi)的物料被取盡(如圖7中的無料區(qū)域)，而臂架回轉(zhuǎn)所及范圍之外的物料還有待取料(如圖7中的有料區(qū)域)。如圖7中上半部分所示，當該物料層還剩有大量物料待取料時，即離換層時間點還有一段時間時，在一個回轉(zhuǎn)周期內(nèi)，檢測到前方有料狀態(tài)持續(xù)的時間將明顯比檢測到前方無料狀態(tài)持續(xù)的時間要長，或者該回轉(zhuǎn)周期內(nèi)始終檢測到前方有料。如圖7的下半部分所示，經(jīng)過多次回轉(zhuǎn)及行走取料后，此時臂架在一個回周期內(nèi)回轉(zhuǎn)時，將只能在部分時間內(nèi)檢測到前方有料，該部分時間即前方有料狀態(tài)持續(xù)的時間，還將有部分時間段檢測到前方無料，該部分時間段即前方無料狀態(tài)持續(xù)的時間。

當在同一取料層的取料過程中物料被取至一定程度時，在臂架的一個回轉(zhuǎn)周期內(nèi)，前方無料狀態(tài)持續(xù)的時間會逐漸增加，而前方有料狀態(tài)持續(xù)的時間會逐漸減小，因此前方有料狀態(tài)持續(xù)的時間與前方無料狀態(tài)持續(xù)的時間的比值也會越來越小，可以設(shè)定當該比值低于預定比例閾值時，例如20％或40％，判斷該層取料結(jié)束。

圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于斗輪取料機的自動換層方法的流程圖。如圖2所示，該自動換層方法可以包括以下步驟：

其中，步驟s210-s230分別同上述步驟s110-s130。

在步驟s240中，當有料狀態(tài)持續(xù)的時間與無料狀態(tài)持續(xù)的時間的比值達到預定比例閾值時，根據(jù)當前取料流量、回轉(zhuǎn)速度、回轉(zhuǎn)角度、進車量、料堆密度計算當前取料高度。其中，可以根根以下公式計算當前取料高度：

當前取料高度＝1000×當前取料流量/(進車距離×回轉(zhuǎn)角度余弦值×回轉(zhuǎn)速度×臂架長度×3600×物料密度)。

在步驟s250中，將所述當前取料高度與預定料堆高度比較。

在步驟s260，判斷當前取料高度是否低于預定料堆高度，如果是則進行步驟s260。

在步驟s260中，當有料狀態(tài)持續(xù)的時間與無料狀態(tài)持續(xù)的時間的比值達到預定比例閾值時，并且所述當前取料高度低于預定料堆高度時，啟動自動換層過程。

預定料堆高度即理論上的當前取料層的高度。當前取料高度是根據(jù)實際取料過程中的參數(shù)計算的當前取料所取至的高度。隨著取料過程的進行，計算出的當前取料高度會降低，當?shù)陀陬A定取料高度時，即表明當前物料層已取盡，因此可以換至下一層繼續(xù)取料。

圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于斗輪取料機的自動換層方法中，自動換層的優(yōu)選實施方式的流程圖。如圖3所示，所述自動換層步驟可以優(yōu)選地包括以下步驟：

在步驟s310中，使斗輪取料機的臂架回轉(zhuǎn)至回退角度?；赝私嵌燃炊份啋叨膺^程的回退角度，達到該角度時，斗輪取料機開始向后回退行走。

在該實施例中，自動換層的過程還可以進一步優(yōu)選地包括步驟s320，在步驟s320中，當斗輪取料機的臂架回轉(zhuǎn)至回退角度時，使俯仰角下降預定角度。

換層過程中，為了減少斗輪空轉(zhuǎn)，盡可能取到更多的物料，通寧波路會在回轉(zhuǎn)取料過程中在最外側(cè)預留一層垛墻。但受在實際情況中，垛墻寬度并不能嚴格保證。為此，為了最大化換層過程中的取料量，在自動換層的回退過程中，當回轉(zhuǎn)角度達到回退角度時，可以將臂架的俯仰下降一定角度，從而使在回退過程中，斗輪提前挖取下一層物料，不僅避免了斗輪空轉(zhuǎn)，也能最大化取料量。

在步驟330中，斗輪取料機行走回退。行走回退即斗輪取料機在該層取料完成后從如圖7所示的取料終點沿著行走軌道向取料起點方向行走回退。

在步驟s340中，判斷取料機的行走機構(gòu)是否行走至預設(shè)行走位置。預設(shè)行走位置根據(jù)料堆的三維模型計算得出，并預先設(shè)定的行走位置，斗輪取料機在每層取料時，需先行走至預設(shè)行走位置。當行走至預設(shè)行走位置時，可將使臂架回轉(zhuǎn)至下一層取料角度，同時繼續(xù)行走回退。

在步驟s350中，檢測斗輪壓力?？梢栽诙份喨×蠙C的液壓馬達處安裝壓力傳感器，當斗輪挖取到物料，或斗輪取料流量較大時，斗輪壓力會比斗輪沒有挖取到物料或斗輪取料流小較小時的斗輪壓力大。據(jù)此可判斷斗輪是否能挖取到物量以及取料流量。

在步驟s360中，判斷斗輪壓力是否低于預定壓力。

在步驟s370中，當斗輪壓力低于預定壓力時，使所述臂架的俯仰角下降至下一層取料的角度。俯仰到位時，自動換層過程結(jié)束，可以開始下一層的正常取料。

在斗輪取料機回退過程中，當斗輪壓力低于預定壓力時，即表示斗輪挖取的物料已從有變化為無，此時可認為已臨近下一層取料位置。此時，可以加入煤堆安息角等因素的計算，從而進一步準確地獲得下一層的起始取料位置。例如，假設(shè)煤堆安息角為α，下一層的取料高度為h，側(cè)可以根據(jù)安息角α的三角函數(shù)計算工式計算下一層物料的最外層輪廓所在的位置，從而也可以獲取下一層取料的工作角度。

圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于斗輪取料機的自動換層裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示，該自動換層裝置包括：物料檢測模塊100，用于檢測前方是否有料，記錄前方有料狀態(tài)持續(xù)的時間和前方無料狀態(tài)持續(xù)的時間，物料檢測模塊例如可以包括雷達；以及換層控制模塊200，用于當有料狀態(tài)持續(xù)的時間與無料狀態(tài)持續(xù)的時間的比值達到預定比例閾值時，啟動自動換層過程。

圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于斗輪取料機的自動換層裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖5所示，所述自動換層裝置還可以優(yōu)選地包括取料高度確定模塊300，用于根據(jù)當前取料流量、回轉(zhuǎn)速度、回轉(zhuǎn)角度、進車量、料堆密度計算當前取料高度；其中，換層控制模塊200將所述當前取料高度與預定料堆高度比較；并且當有料狀態(tài)持續(xù)的時間與無料狀態(tài)持續(xù)的時間之間的比值達到預定比例閾值時，且所述當前取料高度低于預定料堆高度時啟動自動換層過程。

其中，取料高度確定模塊300可以根據(jù)以下公式計算當前取料高度：

當前取料高度＝1000×當前取料流量/(進車距離×回轉(zhuǎn)角度余弦值×回轉(zhuǎn)速度×臂架長度×3600×物料密度)

圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于斗輪取料機的自動換層裝置中，換層控制模塊的優(yōu)選實施方式的結(jié)構(gòu)圖。

如圖6所示，換層控制模塊200可以優(yōu)選地包括：回轉(zhuǎn)控制模塊210，用于使斗輪取料機的臂架回轉(zhuǎn)至回退角度；行走控制模塊220，用于控制斗輪取料機行走回退；斗輪壓力檢測模塊230，用于檢測斗輪壓力；以及俯仰角控制模塊240，用于當所述斗輪壓力低于預定壓力時，使臂架的俯仰角下降至下一層取料的角度；其中，回轉(zhuǎn)控制模塊210還可以當行斗輪取料機行走至預設(shè)行走位置時，使所述臂架回轉(zhuǎn)至下一層的取料角度；

其中，所述俯仰角控制模塊240還用于當斗輪取料機的臂架回轉(zhuǎn)至回退角度時，使俯仰角下降預定角度。

以上結(jié)合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。