礦用卡車及其再生制動策略的制作方法
【專利摘要】操作具有再生制動機構(gòu)(46)和摩擦制動機構(gòu)(52，54)的能夠電車輔助的礦用卡車(10)包括：接收指示電力網(wǎng)(102)對于來自所述礦用卡車(10)的再生電力需求的變化的數(shù)據(jù)；以及指令制動所述礦用卡車(10)，使得以響應(yīng)于所述數(shù)據(jù)的方式向所述再生制動機構(gòu)(52，54)分配施加減速扭矩。還披露了礦用卡車(10)和獲取通過施加減速扭矩再生的電力的方法。
【專利說明】礦用卡車及其再生制動策略
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及礦用卡車中的再生制動，更具體地涉及響應(yīng)于電力網(wǎng)中的電力需求以再生方式制動礦用卡車。
【背景技術(shù)】
[0002]材料的大規(guī)模開采通常盡可能的能量集中。在許多露天礦中，一隊大型礦用卡車幾乎連續(xù)操作，以將礦石和/或載料從開采區(qū)域運輸?shù)絻A倒或加工地點。很多這種礦用卡車通過柴油動力發(fā)動機運轉(zhuǎn)。直接驅(qū)動的柴油發(fā)動機和柴油-電驅(qū)動系統(tǒng)都已經(jīng)使用多年。由于具有很多其他重型設(shè)備系統(tǒng)，礦用卡車的燃料成本很高。此外，很多礦位于偏遠地區(qū)，將燃料運輸至采礦地點的成本嚴重增加了運轉(zhuǎn)費用。盡管不考慮成本，獲得足夠的燃料供應(yīng)也是具有挑戰(zhàn)性的。由于這些及其他原因，采礦行業(yè)的工程師及采礦設(shè)備制造商一直在尋找降低燃料消耗的方法。由于例如礦產(chǎn)材料和石油燃料商品的歷史價格反復(fù)變動以及礦山地點的地質(zhì)和構(gòu)型的變化，使得用于采礦行為的能量供應(yīng)和消耗的經(jīng)濟性變得復(fù)雜且多變。
[0003]幾十年來，采礦操作者們經(jīng)歷了使用現(xiàn)場發(fā)電或供自公共網(wǎng)的電力來向采礦設(shè)備供電?，F(xiàn)場發(fā)電與通過石油燃料直接向設(shè)備供給燃料具有相似的成本和可行性考慮。由于很多礦山偏遠以及其他因素，已經(jīng)證明即使對于相對遠的距離，與僅依靠石油燃料相比，來自電網(wǎng)的電力供應(yīng)至少對于某些礦山具有一貫的優(yōu)勢。盡管如此，電力成本會由于市場波動而變化，同時取決于礦山之間在礦石燃料、地?zé)?、或水電、或用于發(fā)電的其他本地或可用能源方面的區(qū)域可行性而變化。因此，盡管采礦設(shè)備的電力供電可行，仍保持足夠的動機以盡可能高效的利用，在面對不確定的經(jīng)濟狀況時不僅控制成本而且優(yōu)化可預(yù)測性。
[0004]數(shù)十年前最先建議的，在礦山地點使用電力的當時的實例是具有高架電車線的電車系統(tǒng)以提供電力，用以輔助礦用卡車，特別是在上坡階段負載行進時。很多露天礦包括從礦石開采地點延伸至遠處的傾倒地點或加工位置的拖運道路。在這些地方使用的礦用卡車可能需要在拖運道路的上坡階段行進幾公里長或可能更長距離?？梢岳斫馐褂貌裼突蚱渌腿剂蟻硗苿訑y載標稱上百噸礦石的礦用卡車上坡會需要很高的成本，因此近年來電車系統(tǒng)重新受到關(guān)注。
[0005]除了從高架電車線吸收電力，已經(jīng)建議很多不同策略用來在對礦用卡車減速時獲取能量。具體而言，某些礦用卡車裝備有車載儲能裝置，使得在制動車輛期間再生的電能能夠存儲起來以備日后使用。Johnston等人的美國專利N0.5，351，775涉及一種用于柴油-電力越野運輸機的供電和控制的設(shè)備和方法，其中，運輸機驅(qū)動輪由直流電機驅(qū)動和減速。Johnston等人建議使用可控硅類型的轉(zhuǎn)換器在減速模式中供應(yīng)由車輪電機產(chǎn)生的電流，以盡可能地利用電力來替代柴油發(fā)動機車輛的負載要求。由Johnston等人建議的策略看起來可應(yīng)用于如下的情況，其中通常驅(qū)動柴油發(fā)動機以提供用于車輛上負載的電力，其不能由來自電車線的電力供電。其他策略建議車載存儲電能，并且一旦車載儲能裝置充滿電后將多余的電能傳送至電力網(wǎng)。存在與這些已知的再生策略和電力分配策略相關(guān)的各種缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一方面，提供一種操作能夠電車輔助的礦用卡車的方法，該礦用卡車具有再生制動機構(gòu)和摩擦制動機構(gòu)，其各自構(gòu)造為向礦用卡車的接地車輪施加減速扭矩。所述方法包括接收指示電力網(wǎng)對于來自所述礦用卡車的再生電力需求的變化的數(shù)據(jù)，所述電力網(wǎng)包括與拖運道路一致的高架電車線，該拖運道路在裝載地點與傾倒地點之間延伸。該方法還包括指令制動所述礦用卡車，使得以響應(yīng)于所述數(shù)據(jù)的方式向所述再生制動機構(gòu)分配施加減速扭矩。
[0007]根據(jù)另一方面，一種能夠電車輔助的礦用卡車包括:框架；多個接地車輪，其與所述框架聯(lián)接；以及制動系統(tǒng)，其與所述多個接地車輪聯(lián)接。該制動系統(tǒng)包括摩擦制動機構(gòu)和再生制動機構(gòu)。該礦用卡車還包括線連接機構(gòu)，其構(gòu)造為將所述再生制動機構(gòu)與電力網(wǎng)的高架電車線聯(lián)接。礦用卡車還包括電控單元，其與所述制動系統(tǒng)控制連通，并且構(gòu)造為接收指示電力網(wǎng)中對于再生電力的需求變化的數(shù)據(jù)。所述電控單元還構(gòu)造為指令制動所述礦用卡車，使得以響應(yīng)于所述數(shù)據(jù)的方式向所述再生制動機構(gòu)分配在所述接地車輪上施加減速扭矩。
[0008]根據(jù)另一方面，提供一種控制電力網(wǎng)中電力分配的方法，該電力網(wǎng)具有與拖運道路一致的高架電車線，其中，所述高架電車線構(gòu)造為與多個礦用卡車電連接，各礦用卡車具有摩擦制動機構(gòu)和再生制動機構(gòu)。所述方法包括:接收指示電力網(wǎng)中對于電力的需求變化的數(shù)據(jù)；以及響應(yīng)于所述數(shù)據(jù)，向相應(yīng)的再生制動機構(gòu)分配在至少一個礦用卡車的接地車輪上施加減速扭矩。該方法還包括獲取通過施加減速扭矩再生的電力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)一個實施例的礦用卡車的側(cè)視概略圖；
[0010]圖2是圖1的礦用卡車的控制和制動特征的框圖；
[0011]圖3是電車輔助采礦環(huán)境中礦用卡車隊的概略圖；
[0012]圖4是示出用于電車輔助采礦環(huán)境中幾個特征的電力需求、輸出和能量存儲的圖表;
[0013]圖5是示出用于電車輔助采礦環(huán)境中多個不同操作條件的電力需求、存儲和電網(wǎng)狀態(tài)的圖表；以及
[0014]圖6是示出根據(jù)一個實施例的示例控制過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]參照圖1，其示出根據(jù)一個實施例的能夠電車輔助的礦用卡車10。礦用卡車可包括框架12，框架12具有與框架12聯(lián)接的一組前接地車輪14和一組后接地車輪16。在示出的實施例中，設(shè)置有構(gòu)造為操縱卡車10的一組兩個前車輪14以及用于推進卡車10的在一個軸上的一組兩對后車輪16，但本發(fā)明不限于此。床18與框架12聯(lián)接，并且可以在如所示出的降下位置與升起位置之間傾斜，從而以常規(guī)方式傾倒床18內(nèi)的材料。礦用卡車10還可包括推進系統(tǒng)39，接地輪14和/或16可以為推進系統(tǒng)39的一部分，系統(tǒng)39包括驅(qū)動系40，其具有內(nèi)燃機42和經(jīng)由內(nèi)燃機42提供電力的發(fā)電機44。在實際執(zhí)行策略中，內(nèi)燃機42可包括諸如壓燃柴油發(fā)動機等內(nèi)燃機，在另一些實施例中可包括燃氣渦輪發(fā)動機。推進系統(tǒng)39還可包括一個或多個與后車輪16聯(lián)接的電力推進電機46。推進系統(tǒng)39還可包括安裝至框架12或如所示出的床18的線連接機構(gòu)22，其構(gòu)造為與高架電車線100電連接。
[0016]如上所述，卡車10是能夠電車輔助的。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉在某些實例中采礦卡車構(gòu)造為經(jīng)由來自高架電車線的電力運行。在一個實際執(zhí)行策略中，卡車10可在連接電車模式和切斷電車模式之間轉(zhuǎn)換，在連接電車模式，推進系統(tǒng)39完全或部分地接收來自高架電車線100的電力，在切斷電車模式，完全接收來自發(fā)動機42和發(fā)電機44和/或來自車載儲能裝置(未示出)的電力。也想到如下的實施例，其中在連接電車模式中使用來自電車線100和發(fā)動機42/發(fā)電機44的電力的組合,或者在任一模式中將來自發(fā)動機22的機械功率提供至接地元件16和/或14。根據(jù)下述描述進一步明顯的是，當卡車10與電車線100相連時，卡車10也可操作為將再生電力饋送至電車線100。如下文進一步說明的，推進系統(tǒng)39也可包括電力電子設(shè)備60，已知為直流鏈路，為了接收來自電車線100的電力或者將電力饋送至電車線100，其能夠?qū)崿F(xiàn)卡車10的構(gòu)件之間以及卡車10與電車線100之間的各種電連接。
[0017]可在框架12上安裝駕駛室48，操作者控制站34位于駕駛室48內(nèi)。操作者控制站34可包括多個操作者輸入裝置，用于控制和監(jiān)控卡車10的操作。這些輸入裝置中可包括諸如為按鈕開關(guān)等的啟動開關(guān)36、控制桿或其他操作者操控機構(gòu)，其使操作者能夠在人工制動模式和自動模式之間調(diào)節(jié)卡車10，在人工制動模式中，由操作者確定卡車10的制動方式，在自動模式中，以本文進一步討論的方式自動控制卡車10的制動。制動踏板38也可以位于操作者控制站34處，用于人工制動卡車10。
[0018]在一個實施例中，線連接機構(gòu)22可包括導(dǎo)電弓24，導(dǎo)電弓24具有與基座32聯(lián)接的聯(lián)動裝置28。導(dǎo)電弓24可經(jīng)由致動機構(gòu)30在用于接觸電車線10的連接電車結(jié)構(gòu)和如圖1大致示出的擱置結(jié)構(gòu)之間調(diào)節(jié)。在擱置結(jié)構(gòu)中，聯(lián)動裝置28可以位于降低位置，使得安裝至聯(lián)動裝置28的電觸頭26不與電車線100接觸，然而在電車連接結(jié)構(gòu)中，聯(lián)動裝置28可以升高，使得電觸頭26與電車線100電連接。致動機構(gòu)30包括例如液壓致動器、氣動致動器、或電力致動器，其可與聯(lián)動裝置28聯(lián)接，以可控方式在各結(jié)構(gòu)之間調(diào)節(jié)導(dǎo)電弓24。電觸頭26可以與直流鏈路60聯(lián)接，以能夠?qū)碜噪娷嚲€100的電力供至推進系統(tǒng)39，或者將來自系統(tǒng)39的電力饋送至電車線100，如本文進一步討論的。
[0019]卡車10還可包括制動系統(tǒng)50，其與接地車輪14和16聯(lián)接。制動系統(tǒng)50可包括前摩擦制動機構(gòu)或子系統(tǒng)52和后摩擦制動機構(gòu)或子系統(tǒng)54。制動系統(tǒng)50還可包括再生制動機構(gòu)。在示出的實施例中，再生制動機構(gòu)包括一個或多個電動機46。電動機46可包括車輪電動機，使得一個電動機與兩組兩個后車輪16中每一個聯(lián)接。在其他實施例中，可使用與后軸聯(lián)接的單個推進電動機。還應(yīng)該理解，雖然在卡車10中于發(fā)動機42與任意接地車輪之間沒有設(shè)置直接機械聯(lián)動裝置，在替代實施例中可以使用這種結(jié)構(gòu)。當發(fā)動機42與車輪16和/或14之間存在直接機械聯(lián)動裝置時，驅(qū)動系可用作再生制動機構(gòu)，使得在對卡車10減速過程中運轉(zhuǎn)發(fā)動機，用于再生電力以饋送至高架電車線。根據(jù)上述，可以理解在本發(fā)明的上下文內(nèi)設(shè)想包括各種不同的推進系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。典型地使用至少一個推進電動機，其可在推進模式或減速模式中操作。取決于推進系統(tǒng)39的結(jié)構(gòu)，可使用用于分散多余再生電力的電阻網(wǎng)，和/或可設(shè)置卡車10的車載電能存儲子系統(tǒng)。然而，在實際執(zhí)行策略中，用于再生電力的電阻網(wǎng)和車載存儲裝置都不是必須的。再生電力可饋送至電車線100，并且與某些內(nèi)部已有策略相比，可基于來自電車線100為其一部分的電力網(wǎng)的電力需求而發(fā)生再生電力的饋送。
[0020]在卡車10減速期間對再生電力的控制以對操作者透明的方式進行。為此，卡車10還可包括與前摩擦制動子系統(tǒng)52、后摩擦制動子系統(tǒng)54、電機46、驅(qū)動系40、控制站34處的操作者輸入裝置36和38、以及直流鏈路60中的每一個聯(lián)接的控制系統(tǒng)62?？刂葡到y(tǒng)62也可包括天線64或與其聯(lián)接。天線64可構(gòu)造為接收指示電力網(wǎng)中再生電力需求變化的數(shù)據(jù)，電車線100為電力網(wǎng)的一部分。經(jīng)由本文進一步討論的電控單元，控制系統(tǒng)62可構(gòu)造為指令制動礦用卡車10，以響應(yīng)該數(shù)據(jù)的方式向再生制動機構(gòu)/電機46分配在接地車輪16和/或14上施加減速扭矩。
[0021]現(xiàn)在也參照圖2，示出卡車10的某些構(gòu)件的框圖。如上所述，控制系統(tǒng)62可包括電控單元，其構(gòu)造為接收指示用于再生電力需求變化的數(shù)據(jù)，并且還構(gòu)造為響應(yīng)該數(shù)據(jù)指令制動礦用卡車10。為此，控制系統(tǒng)62可包括第一電控單元70和第二電控單元72，第一電控單元70包括推進控制單元，第二電控單元72包括制動控制單元。各控制單元70和72可包括數(shù)據(jù)處理器，其與存儲計算機執(zhí)行代碼的計算機可讀存儲器聯(lián)接，用于執(zhí)行本文描述的各種控制功能?？刂茊卧?0和72中的任一個可接收并作用于主體數(shù)據(jù)，并且在實際執(zhí)行策略中，控制單元70可經(jīng)由天線64接收數(shù)據(jù)，并向電機46輸出制動控制指令，同時控制單元72可與控制單元70連通，并向子系統(tǒng)52和54輸出制動控制指令?？刂茊卧?0也可利用天線64有目的地發(fā)射信號，從下述描述將變得明了。應(yīng)該理解，為了作用于數(shù)據(jù)和/或控制信號，可以使用彼此連通的分散控制單元的任意組合，以使礦用卡車10能夠響應(yīng)并利用采礦地點變化的條件。
[0022]控制單元70也示出為與驅(qū)動系40、電機46、并與直流鏈路60處于控制連通?？刂茊卧?0也可與導(dǎo)電弓電磁閥25處于控制連通。經(jīng)由來自控制單元70的信號可對閥25進行調(diào)節(jié)，使得其控制將液壓流體從液壓泵供應(yīng)至導(dǎo)電弓24的致動機構(gòu)30，并且還控制液壓流體從致動機構(gòu)30返回容器?？刂茊卧?0以可控方式適當?shù)貥?gòu)造直流鏈路60，用于將電力從發(fā)電機44和/或?qū)щ姽?4傳輸至電機46,也用于經(jīng)由導(dǎo)電弓24向電車線100饋送來自電機46的再生電力。為了控制發(fā)動機42的燃料和其他參數(shù)，控制單元70可與驅(qū)動系40連通，使得發(fā)電機44的輸出可理想地調(diào)制為適應(yīng)系統(tǒng)39的需要。
[0023]制動控制單元72可與啟動開關(guān)36和制動踏板38聯(lián)接?？刂茊卧?2還可與前制動電磁閥53和后制動電磁閥55處于控制連通，前制動電磁閥53構(gòu)造為控制液壓流體從前摩擦制動子系統(tǒng)52供給并返回前摩擦制動子系統(tǒng)52，后制動電磁閥55類似地與后摩擦制動子系統(tǒng)54相關(guān)聯(lián)。前摩擦制動子系統(tǒng)52和后摩擦制動子系統(tǒng)54可分別與前車輪14和后車輪16聯(lián)接?？刂茊卧?2也可與用于致動前摩擦制動子系統(tǒng)52和后摩擦制動子系統(tǒng)54的液壓流體的冷卻系統(tǒng)57聯(lián)接，并且響應(yīng)于冷卻系統(tǒng)57的狀態(tài)(諸如冷卻劑溫度)可中斷或修改任意現(xiàn)有制動策略。在一個實際執(zhí)行策略中，控制單元70可與控制單元72連通，使得經(jīng)由機構(gòu)52和54以及還經(jīng)由電機46在車輪14和/或16上施加的減速扭矩可以響應(yīng)于電力網(wǎng)中的電力需求而分配，并且更特別地響應(yīng)于電力需求的變化而分配。如本文進一步討論的，控制單元70可響應(yīng)于指示電力網(wǎng)電力需求的預(yù)期變化的數(shù)據(jù)而指令制動卡車10，使得在發(fā)生預(yù)期電力需求變化之前，將適當?shù)目刂浦噶畎l(fā)送至閥53和55以及電機46。這種功能能夠進行卡車10的前饋控制，從而主動適應(yīng)電力網(wǎng)的電力需求的變化。
[0024]現(xiàn)在還參照圖3，其示出電車輔助采礦環(huán)境中的多個礦用卡車。電車線100可以為當?shù)仉娏W(wǎng)102的電車線部分，主體電車線部分與拖運道路110的下坡段114 一致。拖運道路110在裝載地點118和傾倒地點116之間延伸。示出多個其他卡車310、410和510經(jīng)過拖運道路110的上坡段112?？ㄜ?10和510示出為連接與上坡段112 —致的另一電車線部分101，而卡車310示出為正好在與電車線部分101連接之前。電車線部分100和101以常規(guī)方式支撐在桿103上。圖3還示出了與當?shù)仉娋W(wǎng)102連接并具有電能存儲介質(zhì)107的電能存儲子系統(tǒng)106。在一個實際執(zhí)行策略中，介質(zhì)107可包括鈉鎳氯化物基的存儲介質(zhì)。當具有相對高的效率時，該存儲介質(zhì)可在幾百華氏度時最佳運行。在采礦地點于車輛外定位該存儲介質(zhì)的優(yōu)點是很明顯的。為了本文進一步討論的目的，天線108示出為位于分站106，用于向各卡車傳送數(shù)據(jù)和從其接收數(shù)據(jù)，但天線108還可位于采礦地點的其他位置。區(qū)域性的電力網(wǎng)104例如經(jīng)由分站106可以與當?shù)鼐W(wǎng)102聯(lián)接。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，可包括其他各種子系統(tǒng)和分站，使當?shù)鼐W(wǎng)102可以接收來自區(qū)域性的網(wǎng)104的電力、供應(yīng)電力至區(qū)域性的網(wǎng)104、并在采礦地點周圍分配電力。同樣地，其他子系統(tǒng)可以電連接方式位于分站106和電車線100和101之間、以及當?shù)鼐W(wǎng)102和區(qū)域性的網(wǎng)104之間。
[0025]在所示實施例中，卡車10經(jīng)過拖運道路110的下坡段114，同時裝載有待在傾倒地點116傾倒的材料。各卡車310、410和510處于未裝載狀態(tài)，并且由此以未裝載狀態(tài)受到從傾倒地點116至裝載地點118的上坡驅(qū)動。在其他采礦環(huán)境中，卡車以裝載狀態(tài)上坡行進并以未裝載狀態(tài)下坡行進，或者拖運道路可以是這樣的，在裝載地點和傾倒地點之間延伸的部分包括上坡段和下坡段。圖3示出的各礦用卡車可構(gòu)造為具有相似的硬件和軟件，以能夠可控地接收來自當?shù)鼐W(wǎng)102的電力、并以相似的方式將再生電力饋送至當?shù)鼐W(wǎng)102。為此，各卡車10、310、410和510典型地包括天線，該天線用于接收無線控制信號和/或采礦地點專有數(shù)據(jù)、全球定位數(shù)據(jù)，并且用于傳送信號至其他礦用車輛和/或計算機。
[0026]在任意情況下，經(jīng)由控制系統(tǒng)62接收的數(shù)據(jù)可指示電力網(wǎng)中電力需求的變化。在圖3中，卡車10可操作為使得施加至車輪14和/或16的減速扭矩的第一部分由摩擦制動子系統(tǒng)52和54提供，而減速扭矩的第二部分經(jīng)由電機46施加。在圖3示出的狀態(tài)下，至少部分地基于卡車410和510的電力需求，當?shù)仉娏W(wǎng)102可具有電力的第一需求。當卡車310與電車線部分101連接時，網(wǎng)102的電力需求可變化。具體而言，電力需求的量級可能變化，典型地增加。在將卡車310與電車線部分101電連接時或在此之前，可調(diào)節(jié)卡車10，使得經(jīng)由電機46施加于車輪14和/或16的減速扭矩的比例增加，而經(jīng)由子系統(tǒng)52和54施加的比例減少，從而允許網(wǎng)102補償增加的需求。如上所述，各卡車10、310、410和510可裝配有諸如全球或當?shù)囟ㄎ幌到y(tǒng)的定位監(jiān)控系統(tǒng)，使得各卡車能夠連通和/或確定其相對于采礦地點的其他特征的位置。因此，剛好在卡車310與電車線部分101電連接之前，卡車10可操作為開始將再生電力增加的量饋送至網(wǎng)102，并使得當電連接卡車310和電車線部分101時滿足電力增加的需求。在某些實例中，控制單元70可指令制動卡車10，使得卡車10在第一制動模式和第二制動模式之間轉(zhuǎn)換，在第一制動模式，至少主要地由摩擦制動子系統(tǒng)52和54施加車輪14和/或16上的減速扭矩，并且在第二制動模式，至少主要地由以其再生模式操作的電機46施加減速扭矩。
[0027]在其他實例中，需求的變化可包括由于饋送電力至區(qū)域性的網(wǎng)104或從其接收電力而導(dǎo)致的需求變化，而不是與礦用卡車與網(wǎng)102電連接相關(guān)的電力增加的需求，或者與從網(wǎng)102電切斷礦用卡車相關(guān)的減少的需求。還在另一些實例中，需求的變化可至少部分地基于儲能子系統(tǒng)106的電荷狀態(tài)，或者將采礦地點的另一臺設(shè)備(諸如繩鏟或拉索)從饋送電力至網(wǎng)104或從網(wǎng)104吸收電力的狀態(tài)轉(zhuǎn)換至相反狀態(tài)。因此可以理解，經(jīng)由在卡車10或其他任意卡車的車輪上施加減速扭矩再生的電力可實現(xiàn)為存儲介質(zhì)107充電、將電力饋送至區(qū)域性的網(wǎng)104、或者用于各種其他目的。
[0028]現(xiàn)在參照圖4,其是不出第一信號200、第二信號205、和第三信號210的圖,第一信號200代表網(wǎng)102中電力的需求，第二信號205代表卡車10的再生電力輸出，第三信號210代表存儲介質(zhì)107的電荷狀態(tài)。在圖4中，Y軸指示時間，而分別與三個信號中的每一個相關(guān)的X軸指示信號值。注意在時刻T1處，信號200增加，其代表網(wǎng)102中增加的電力需求。在隨后的時刻T2處信號200減弱，然后在另一時刻T3處開始增量地增加，再然后隨著接近又一時刻T4，增量地減少。在圖4中，從時刻T1至?xí)r刻T2，增加的電力需求例如是網(wǎng)102中電力需求的結(jié)果，網(wǎng)102中的電力需求是區(qū)域性的網(wǎng)104的電力需求增加的結(jié)果。信號205示出饋送至當?shù)鼐W(wǎng)102的電力量級的相應(yīng)增加。因此，可以理解在時刻T1在卡車10中可指令制動，使得經(jīng)由卡車10再生的電力經(jīng)由電車線100以與需求變化同量的方式饋送至當?shù)鼐W(wǎng)102。如本文所使用的，術(shù)語“同量”代表所提供的電力具有需要的量級或者具有需要的性質(zhì)。理解該原理的另一種方式是當?shù)鼐W(wǎng)102接收其所要求的，不只是大體上與“連接”或“切斷”狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的。簡單地開始再生制動的卡車由于其感知網(wǎng)中更多電力的需要而沒有考慮如何提供電力，可能不會很好地將電力與需求的變化同量饋送，但由于其他原因這種動作也落入本發(fā)明的保護范圍。在時刻T2，當?shù)鼐W(wǎng)102中減少的需求導(dǎo)致從卡車10饋送至當?shù)鼐W(wǎng)102的電力量級減小?？梢韵氲剑c更早期可能的策略相比，以這種總體方式提供電力的能力使得饋送電力至區(qū)域性的網(wǎng)更加可行且更有價值。饋送的電力可具有精確適應(yīng)區(qū)域性的網(wǎng)需求的量級或其他性質(zhì)，諸如相位、噪聲、增加或減少的速率等。與饋送電力至用于當?shù)叵M的當?shù)鼐W(wǎng)關(guān)聯(lián)有相似的優(yōu)點。
[0029]在圖4中，信號210示出儲能子系統(tǒng)106從時刻Ttl至?xí)r刻T1減少的電荷狀態(tài)，電荷狀態(tài)從時刻T1至?xí)r刻T2基本沒有變化，然后從時刻T2至?xí)r刻T3再次減少。在Ttl至T1和T2至T3的各時間間隔內(nèi)，儲能子系統(tǒng)106可將電力饋送至網(wǎng)102，其電力在例如輔助卡車在上坡階段行進時由卡車消耗?；蛘哂捎跊]有卡車與用于電車輔助的網(wǎng)102相連，或者由于來自卡車10的可用再生電力而無需從子系統(tǒng)106吸收電力，在從T1至T2的時間間隔內(nèi)，儲能子系統(tǒng)106的電荷狀態(tài)可基本不變。大約在時刻T3，子系統(tǒng)106的電荷狀態(tài)接近低水平n，在低于該水平處進一步消耗子系統(tǒng)106是非理想的。因此，在時刻T3，理想的是由卡車10再生的電力對存儲介質(zhì)107進行充電。已觀察到對儲能介質(zhì)(諸如介質(zhì)107)逐漸地進行充電和放電是有優(yōu)勢的。換句話說，理想的是相對逐漸地開始充電和放電，而不是急劇加大或減小向儲能介質(zhì)107供電或從其放電。為此，在時刻T3，在網(wǎng)102中由信號200示出的電力需求增量地增加。以對應(yīng)的方式，諸如通過增加向電機46的減速扭矩分配，卡車10的再生電力輸出增量地增加，供至分站106以對存儲介質(zhì)107充電的電力逐漸增加。隨著介質(zhì)107的電荷狀態(tài)朝充滿狀態(tài)或最佳地充電狀態(tài)增加，在n+2處，網(wǎng)102中的電力需求增量地減少，并且卡車10的電力輸出降低。
[0030]現(xiàn)在參照圖5，是替代且額外示出在采礦地點處電力需求和電力再生的不同效果的圖。在圖5中，柱體1-6示出在電車輔助采礦環(huán)境中的多個不同的條件。具體而言，第一信號710代表在礦用卡車和電車線之間電力傳輸?shù)臓顟B(tài)，第二信號720代表在儲能介質(zhì)和電車線之間電力傳輸?shù)臓顟B(tài)，以及第三信號730代表在電車線和區(qū)域性的網(wǎng)之間電力傳輸?shù)臓顟B(tài)。關(guān)于圖5，“電車線”通常是指電車輔助線部分，不必是特定的部分。在柱體I示出的第一條件中，在希望礦用卡車從電車線獲得電力時，所有電力從區(qū)域性的網(wǎng)吸收，其進而從區(qū)域性的網(wǎng)接收電力，并且儲能介質(zhì)的狀態(tài)不變。在柱體2中，沒有從區(qū)域性的網(wǎng)吸收電力，并且替代地從儲能介質(zhì)向礦用卡車供應(yīng)。在柱體3中，礦用卡車接收來自電車線的電力，其初始從儲能介質(zhì)供應(yīng)，但隨著儲能介質(zhì)的電荷狀態(tài)接近低極限η,調(diào)整從儲能介質(zhì)吸收的電力和從區(qū)域性的網(wǎng)吸收的電力，使得存儲介質(zhì)的電荷狀態(tài)漸進地接近低極限η。在柱體4中，礦用卡車向電車線供電，存儲介質(zhì)的電荷狀態(tài)不變，并且將所有電力送入?yún)^(qū)域性的網(wǎng)。在柱體5中，礦用卡車再生，并且所有電力被送入存儲介質(zhì)。在柱體6中，礦用卡車再生，并且所有電力初始被送入存儲介質(zhì)，但與柱體3中條件相似地調(diào)整電力，使得儲能介質(zhì)的電荷狀態(tài)漸近地接近高極限n+2。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解在實際的電車輔助采礦環(huán)境中，有時會出現(xiàn)與圖5示出的不同的多種其他組合。
[0031]工業(yè)實用性
[0032]現(xiàn)在參照圖6，其經(jīng)由流程圖600示出根據(jù)本發(fā)明的控制過程實例。流程圖600的過程從步驟610開始，并前進至步驟620，在步驟620處，控制單元70詢問網(wǎng)102，或以其它方式接收指示電力網(wǎng)102中對于來自礦用卡車10的再生電力需求的數(shù)據(jù)。如本文所討論的，對于再生電力的需求可以是在拖運道路的上坡段的電車輔助行進的準備中另一礦用卡車與網(wǎng)102電連接的結(jié)果。替代地，對于再生電力的需求可以是希望為電能存儲子系統(tǒng)充電的結(jié)果，或者是希望向區(qū)域性的網(wǎng)饋送電力的結(jié)果。可以在卡車10電連接網(wǎng)102之前執(zhí)行步驟620，例如在裝載地點剛好裝載完材料之后。大約如圖3所示，在卡車10與電車線100電連接并已經(jīng)經(jīng)過拖運道路具有下坡階段的一部分的同時，也可以執(zhí)行步驟620。
[0033]該過程從步驟620行進到步驟630，在步驟630處，控制單元70可查詢卡車條件對于饋送電力至網(wǎng)是否正確。在步驟630評估或確定的條件可包括例如制動踏板38是否壓下。如果操作者人工制動卡車10，可推論出應(yīng)當中止對制動的自動控制。在步驟630處考慮的其他因素可包括速度、行進方向、轉(zhuǎn)向、或指示以再生制動模式操作卡車10是否適合的其他動態(tài)參數(shù)。在步驟630處，如果條件不正確，過程可返回以再次開始控制路線，或可以簡單地退出。該過程從步驟630進行至步驟640，在步驟640處，控制單元70可查詢啟動開關(guān)36是否設(shè)定至打開位置。如果不是，過程可循環(huán)回去或退出。如果是，過程可前進至步驟650，在步驟650處，控制單元70可確定指示期望制動比率的數(shù)值。在步驟650，可理解控制系統(tǒng)62確定在任意給出的實例中經(jīng)由摩擦制動子系統(tǒng)52和54施加的相對制動(即，減速扭矩)的量與經(jīng)由電機46施加的減速扭矩的量。
[0034]在很多實例中，制動系統(tǒng)50可構(gòu)造為使得可經(jīng)由磨擦制動子系統(tǒng)52和54施加100%的減速扭矩、可經(jīng)由電機46施加100%的減速扭矩、或可經(jīng)由以上兩種的任意組合施加從O %至100%的減速扭矩。因此所確定的數(shù)值可以包括指示理想比率的數(shù)值。理想制動比率可與來自卡車10的再生電力的需求相稱，意味著理想制動比率是以其所需求的電力來供應(yīng)網(wǎng)102而計算或以其它方式確定的比率。該過程可從步驟650前進至步驟660，在步驟660處，控制系統(tǒng)62可向電機46和電磁閥53和55輸出指令，以通過理想比率對卡車10的車輪分配減速扭矩。如上所述，需求的變化可包括預(yù)期變化。一個實例是預(yù)期變化對應(yīng)指示另一礦用卡車將連接至用于電車輔助的網(wǎng)102的數(shù)據(jù)。因此，卡車310在與電車線部分101電連接之前可輸出信號，其指示預(yù)期的需求變化、以及在變化真正發(fā)生之前經(jīng)由控制系統(tǒng)62輸出的制動控制指令。在任何情況下，為本文所期望的任意目的，可實現(xiàn)從卡車10饋送至網(wǎng)102的電力。該過程從步驟660可循環(huán)回去以再次執(zhí)行，或者可在步驟670結(jié)束。所接收的數(shù)據(jù)可指示對于再生電力需求的變化。因此，每次重復(fù)流程圖600的該過程時，控制系統(tǒng)62可接收指示與上次執(zhí)行過程相比需求變化的數(shù)據(jù)。該總的策略增量地改變制動比率，以增加或降低從卡車10向網(wǎng)102的電力饋送,如示例中所示。
[0035]本發(fā)明僅用于示出的目的，不應(yīng)該解釋為以任何方式縮窄本發(fā)明的范圍。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可對本發(fā)明的實施例進行各種變化，而不偏離本發(fā)明完全且合理的范圍和精神。在研究完所附附圖和權(quán)利要求之后，其他方面、特征和優(yōu)點將變得明顯。
【權(quán)利要求】
1.一種操作能夠電車輔助的礦用卡車(10，310，410，510)的方法，該礦用卡車具有再生制動機構(gòu)(46)和摩擦制動機構(gòu)(52，54)，其各自能夠向所述礦用卡車(10)的接地車輪(14,16)施加減速扭矩,所述方法包括如下步驟: 接收指示電力網(wǎng)(102)對于來自所述礦用卡車(10，310，410，510)的再生電力的需求變化的數(shù)據(jù)，所述電力網(wǎng)(102)包括與拖運道路(110) —致的高架電車線(100，101)，該拖運道路(110)在裝載地點(118)與傾倒地點(116)之間延伸；以及 指令制動所述礦用卡車(10，310，410，510)，使得以響應(yīng)于所述數(shù)據(jù)的方式向所述再生制動機構(gòu)(46)分配施加減速扭矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，指令的步驟還包括在與所述高架電車線(100，101)電連接的同時指令制動所述礦用卡車(10)，并經(jīng)過所述拖運道路(110)中具有下坡階段的部分，以及 所述方法 還包括以與需求的變化同量的方式將來自所述礦用卡車(10)的再生電力饋送至所述高架電車線(100，101)的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括如下步驟: 在第一制動模式和第二制動模式之間轉(zhuǎn)換所述礦用卡車(10)，在所述第一制動模式，至少主要由所述摩擦制動機構(gòu)(52，54)施加減速扭矩，在所述第二制動模式，響應(yīng)于所述指令步驟，至少主要由所述再生制動機構(gòu)(46)施加減速扭矩，以及 在所述轉(zhuǎn)換步驟期間，增加或減少饋送至所述高架電車線(100)的再生電力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)指示對于電力需求的量級的變化，以及其中，量級的變化至少部分地基于與所述電力網(wǎng)(102)聯(lián)接的儲能子系統(tǒng)(106)的電荷狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)指示預(yù)期的需求變化，并且所述指令步驟還包括在預(yù)期的需求變化出現(xiàn)之前向所述制動系統(tǒng)(46，52，54)輸出制動控制指令。
6.一種能夠電車輔助的礦用卡車(10，310，410，510)，包括: 框架(12)； 多個接地車輪(14，16)，其與所述框架(12)聯(lián)接； 制動系統(tǒng)(46，52，54)，其與所述多個接地車輪(14，16)聯(lián)接，并具有摩擦制動機構(gòu)(52，54)和再生制動機構(gòu)(46)； 線連接機構(gòu)(22)，其能夠?qū)⑺鲈偕苿訖C構(gòu)(46)與電力網(wǎng)(102)的高架電車線(100,101)聯(lián)接；以及 電控單元(70，72)，其與所述制動系統(tǒng)(46，52，54)控制連通，并且能夠接收指示所述電力網(wǎng)(102)中對于再生電力的需求變化的數(shù)據(jù)； 所述電控單元(70，72)還能夠指令制動所述礦用卡車(10，310，410，510)，使得以響應(yīng)于所述數(shù)據(jù)的方式向所述再生制動機構(gòu)(46)分配在接地車輪(14，16)上施加減速扭矩。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述礦用卡車(10，310，410，510)，其中，所述再生制動機構(gòu)(46)包括能夠以推進模式或減速模式運轉(zhuǎn)的至少一個推進電機(46)，并且所述線連接機構(gòu)(22)包括導(dǎo)電弓(22)，該導(dǎo)電弓(22)具有擱置結(jié)構(gòu)和與所述高架電車線(100，101)電連接的電車連接結(jié)構(gòu)； 其中，所述數(shù)據(jù)指示預(yù)期的需求變化，并且所述電控單元(70，72)還能夠在出現(xiàn)預(yù)期變化之前通過向所述制動系統(tǒng)(46，52，54)輸出控制指令而指令所述礦用卡車(10，310，.410,510)的制動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的礦用卡車(10)，其中，所述電控單元(70，72)還能夠確定指示與需求變化同量的期望制動比率的值，以及響應(yīng)于所確定的值經(jīng)由輸出制動控制指令來指令制動；以及 其中，所述電控單元(70,72)還能夠經(jīng)由指令制動來增加或減少經(jīng)由所述線連接機構(gòu)(22)饋送至所述高架電車線(100，101)的電力。
9.一種控制電力網(wǎng)(102)中電力分配的方法，該電力網(wǎng)(102)具有與拖運道路(110)一致的高架電車線(100，101)，其中，所述高架電車線(100，101)能夠與多個礦用卡車(10，.310，410，510)電連接，各礦用卡車(10，310，410，510)具有摩擦制動機構(gòu)(52，54)和再生制動機構(gòu)(46),所述方法包括如下步驟: 接收指示所述電力網(wǎng)(102)中對于電力需求的變化的數(shù)據(jù)； 響應(yīng)于所述數(shù)據(jù)，向相應(yīng)的再生制動機構(gòu)(52，54)分配在礦用卡車(10，310，410，510)中的至少一個的接地車輪(14，16)上施加減速扭矩；以及 獲取通過施加減速扭矩而再生的電力。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中: 所述數(shù)據(jù)指示至少部分基于所述電力網(wǎng)(102)的儲能子系統(tǒng)(106)的電荷狀態(tài)的需求的變化，并且還包括經(jīng)由獲取的電力對所述儲能子系統(tǒng)(106)充電的步驟； 所述數(shù)據(jù)指示在將礦用卡車(310，410，510)中的至少另一個電連接至與所述拖運道路(110)的上坡段一致的高架電車線(100，101)的一部分或從其切斷時出現(xiàn)的需求的變化；以及 獲取步驟還包括當電連接至與所述拖運道路(110)的上坡段一致的高架電車線(100，101)的一部分時，從礦用卡車(310，410，510)中的至少一個獲取再生電力。
【文檔編號】E21C47/00GK103998715SQ201280061779
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月16日
【發(fā)明者】B·G·拉默斯 申請人:卡特彼勒公司