專利名稱：用于確定工業(yè)機(jī)械的鞍座塊填墊間隙的系統(tǒng)和方法
用于確定工業(yè)機(jī)械的鞍座塊填墊間隙的系統(tǒng)和方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用該申請(qǐng)要求2012年I月31日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/593，049的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用在此并入。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及動(dòng)力鏟，并且更具體地，涉及具有用于采掘材料的鏟斗的動(dòng)力鏟。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及支撐鏟斗桿或臂的鞍座塊組件。

發(fā)明內(nèi)容
在采礦領(lǐng)域和必須從工地采集和移走大量材料的其他領(lǐng)域中，通常采用工業(yè)機(jī)械，其包括用于從工地鏟起材料的大鏟斗。諸如電動(dòng)繩鏟或者動(dòng)力鏟、拉鏟挖土機(jī)等的工業(yè)機(jī)械被用于執(zhí)行挖掘操作，以從例如采礦工作面(bank)移走材料。在將鏟斗填充材料之后，機(jī)械擺動(dòng)該鏟斗至側(cè)面來(lái)將材料傾卸至材料處理單元，比如傾卸卡車(chē)或者本地處理單元(例如破碎機(jī)、篩分器或者輸送機(jī))。電動(dòng)繩鏟通常包括:鏟吊臂、其樞軸地從吊臂延伸并支撐該鏟斗的斗桿，以及旋轉(zhuǎn)地支撐在吊臂上的滑輪或者皮帶輪。提升繩繞滑輪或者皮帶輪延伸，并與鏟斗 連接來(lái)升降鏟斗，從而產(chǎn)生有效挖掘運(yùn)動(dòng)來(lái)采掘材料工作面。通常通過(guò)使用安裝在鏟軸上的鞍座塊組件來(lái)將斗桿與吊臂附接。當(dāng)操作鏟的同時(shí)，該鞍座塊組件被用來(lái)將斗桿保持在合適位置。在鏟操作期間，在鏟的斗桿上施加沿垂直和水平方向的力。該垂直力是由于挖掘載荷和斗桿上的齒條和推壓小齒輪(crowd pinion)之間的分離力。該水平力起因于該機(jī)械的擺動(dòng)、挖掘載荷以及鏟操作期間產(chǎn)生的慣性。鞍座塊組件的目的是承受這些力并將斗桿保持在與吊臂相對(duì)應(yīng)的位置。部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致鞍座塊與斗桿接觸的表面磨損。因此，該鞍座塊組件還包括可替換的抗磨板。該抗磨板比整個(gè)鞍座塊組件更便宜并更方便維持和替換。通常，在鏟斗桿和將斗桿保持至鏟斗的鞍座塊之間存在間隙。該鞍座塊抗磨板需要定期調(diào)整以維持部件之間的正確間隙。在每次調(diào)整時(shí)不是更換抗磨板，而是重新定位抗磨板來(lái)增加它們的使用壽命。在一些實(shí)施例中，金屬墊片被安裝在抗磨板和鞍座塊組件之間來(lái)維持合適的操作間隙。該鞍座塊填墊間隙是必需的，因?yàn)槿绻摪白鶋K被過(guò)于接近地連接至斗桿，它們可能造成斗桿上的摩擦力和磨損增加。為了最好地操作鏟，鞍座塊和斗桿之間的該間隙應(yīng)該非常小(例如，在0.125英寸至0.5英寸之間)。然而，在鏟的長(zhǎng)期操作期間，該鞍座塊填墊間隙逐漸地增加。如果該間隙增加超出特定參數(shù)，鏟開(kāi)始經(jīng)歷各種問(wèn)題，導(dǎo)致挖掘效率差。第一，在鞍座塊和斗桿之間增加的間隙在鏟的部件移動(dòng)時(shí)造成大的沖擊載荷。第二，大的間隙允許斗桿齒條和推壓小齒輪彼此分離，這極大地增加了輪齒上的載荷，并導(dǎo)致輪齒破壞、操作困難和增加噪音。因此，能夠快速、精確地確定動(dòng)力鏟中存在的鞍座塊填墊間隙是非常重要的?，F(xiàn)有的用于鏟的維修例程需要目測(cè)檢查鞍座塊以及關(guān)于磨損率的標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)。因此，自動(dòng)地、更精確地確定鞍座塊填墊間隙將提供更好的維修反饋并將提高鏟的整體性能。所描述的發(fā)明設(shè)法提供一種可以確定電動(dòng)繩鏟的鞍座塊填墊間隙的控制系統(tǒng)和方法。所提出的方法使用傳感器數(shù)據(jù)和線性計(jì)算來(lái)確定鞍座角(即，該鞍座塊當(dāng)前相對(duì)于鏟或者鏟吊桿所處的角度)和鞍座角間隙。然后，通過(guò)使用與鏟斗桿的高度和鞍座塊的高度相關(guān)的信息，該方法找出用于確定鞍座塊填墊間隙的鞍座角間隙半徑。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種控制工業(yè)機(jī)械操作的方法。該工業(yè)機(jī)械包括:吊臂；鏟斗桿，其附接至吊臂；鞍座塊，其在樞軸點(diǎn)處樞軸地安裝至吊臂；和計(jì)算機(jī)，其具有控制器。該方法包括:利用控制器處理從鞍座角傳感器接收的數(shù)據(jù)；利用控制器，使用來(lái)自鞍座角傳感器的數(shù)據(jù)確定鞍座角和鞍座角間隙；利用控制器確定鏟斗桿的高度。該方法進(jìn)一步包括:利用控制器確定鞍座塊的高度；利用控制器確定鞍座間隙半徑；利用控制器，通過(guò)比較鞍座間隙半徑與斗桿高度來(lái)確定鞍座塊填墊間隙。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種工業(yè)機(jī)械。該機(jī)械包括:吊臂；鏟斗桿，其附接至吊臂；鞍座塊，其在樞軸點(diǎn)處樞軸地安裝至吊臂；和計(jì)算機(jī)，其具有控制器。該控制器執(zhí)行編程指令來(lái):處理從鞍座角傳感器接收的數(shù)據(jù)；使用來(lái)自鞍座角傳感器的數(shù)據(jù)確定鞍座角和鞍座角間隙； 確定鏟斗桿的高度；確定鞍座塊的高度；確定鞍座間隙半徑；以及通過(guò)比較鞍座間隙半徑和斗桿高度確定鞍座塊填墊間隙。在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種控制工業(yè)機(jī)械操作的方法。該機(jī)械包括:吊臂；鏟斗桿，其附接至吊臂；鞍座塊，其在樞軸點(diǎn)處樞軸地安裝至吊臂；和計(jì)算機(jī)，其具有控制器。該方法包括:利用處理器處理從鞍座角傳感器接收的數(shù)據(jù)；利用處理器，使用來(lái)自鞍座角傳感器的數(shù)據(jù)確定鞍座角和鞍座角間隙；利用處理器確定鞍座塊何時(shí)移位到樞軸點(diǎn)的水平面上方或下方；利用控制器，緊接在鞍座塊移位之前和之后存儲(chǔ)傳感器角度數(shù)據(jù)。該方法還包括:在鞍座塊移位時(shí)確定在水平面處的平均鞍座角速度；通過(guò)使用平均鞍座角速度和鞍座塊移位之前和之后的傳感器角度數(shù)據(jù)生成鞍座角位置的線性近似；利用控制器確定鏟斗桿的高度。該方法進(jìn)一步包括:利用控制器確定鞍座塊的高度；利用控制器確定鞍座間隙半徑；利用控制器，通過(guò)比較鞍座間隙半徑與斗桿高度來(lái)確定鞍座塊填墊間隙。


圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的工業(yè)機(jī)械。圖2是圖1的鞍座塊和齒條小齒輪推壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿圖1中的線2-2截取的剖視圖。圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的工業(yè)機(jī)械的控制器。圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的確定工業(yè)機(jī)械的鞍座塊填墊間隙的過(guò)程。圖5圖示了確定工業(yè)機(jī)械的鞍座塊填墊間隙的過(guò)程的額外步驟。
具體實(shí)施例方式在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于下文說(shuō)明或圖示的部件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其它實(shí)施例并能夠以多種方式實(shí)踐或者進(jìn)行。此外，還應(yīng)當(dāng)理解為此處使用的措辭和專有名詞是用于說(shuō)明的目的，不應(yīng)該被認(rèn)為是限制性的。此處使用的“包括”、“包含”或“具有”及其它們的變形意味著包含其后所列的對(duì)象及其等同物以及附加對(duì)象。術(shù)語(yǔ)“安裝”、“連接”和“耦合”被廣泛使用并包含直接和間接安裝、連接和耦合兩者。另外地，“連接"和”耦合"不是限于物理或機(jī)械的連接或耦合，并可以包括電的連接或耦合，無(wú)論直接或間接。此外，電子通信和通知可以使用任何已知的手段進(jìn)行，包括直接連接、無(wú)線連接等等。也應(yīng)注意到，多個(gè)基于硬件和軟件的裝置，以及多個(gè)不同結(jié)構(gòu)部件可能用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。另外，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例可以包括硬件、軟件、和電子部件或模塊，為了討論，其可能被圖示和描述為仿佛大多數(shù)部件僅以硬件實(shí)現(xiàn)。然而，本領(lǐng)域的并且基于閱讀該發(fā)明內(nèi)容的技術(shù)人員將承認(rèn)，在至少一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的基于電子的方面可以以由一個(gè)或多個(gè)處理器可執(zhí)行的軟件(例如，被存儲(chǔ)在非瞬時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中)實(shí)現(xiàn)。因而，應(yīng)當(dāng)注意到，多個(gè)基于硬件和軟件的裝置，以及多個(gè)不同的結(jié)構(gòu)部件可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。此外，如下面段落中描述的，圖中所示的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)配置意圖例示本發(fā)明的實(shí)施例，并且其他替代的機(jī)械結(jié)構(gòu)配置是可能的。例如，在說(shuō)明書(shū)中描述的”控制器”可以包括標(biāo)準(zhǔn)處理部件，比如一個(gè)或多個(gè)處理器、一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)模塊、一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出接口，和各種連接部件的連接(例如，系統(tǒng)總線)。此處描述的本發(fā)明涉及與精確確定工業(yè)機(jī)械的鞍座塊填墊間隙關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)、方法、裝置、和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì) 。諸如電動(dòng)繩鏟或者類(lèi)似采礦機(jī)械的工業(yè)機(jī)械可操作地以執(zhí)行挖掘操作來(lái)從工作面移走有效載荷(即材料)。在機(jī)械操作期間，機(jī)械的斗桿頻繁地推壓或者縮回以便挖掘進(jìn)材料工作面中或者擺動(dòng)該機(jī)械。機(jī)械部件間的運(yùn)動(dòng)造成在機(jī)械操作期間支撐斗桿的鞍座塊(以及其元件)磨損。增加的鞍座塊填墊間隙可以導(dǎo)致大的沖擊載荷和應(yīng)力，這對(duì)工業(yè)機(jī)械的操作壽命產(chǎn)生不利影響。為了在不中斷機(jī)械操作的情況下快速和精確地確定準(zhǔn)確的鞍座塊填墊間隙，工業(yè)機(jī)械的控制器使用來(lái)自傳感器(例如，傾斜計(jì))的信息來(lái)確定鞍座角，該鞍座角然后被用來(lái)計(jì)算機(jī)械的鞍座塊填墊間隙。該鞍座角是鞍座塊當(dāng)前相對(duì)于鏟所處的角度。具體地，該控制器使用傳感器數(shù)據(jù)和線性計(jì)算來(lái)確定鞍座角和鞍座角間隙(即，將來(lái)自鞍座塊中的傾斜計(jì)的數(shù)據(jù)與來(lái)自鏟基座中的傾斜計(jì)的數(shù)據(jù)比較來(lái)確定鞍座角)。然后，控制器使用與鏟斗桿的高度和鞍座塊的高度有關(guān)的信息來(lái)找到鞍座角間隙半徑，該鞍座角間隙半徑被用來(lái)確定鞍座塊填墊間隙。以這樣的方式確定工業(yè)機(jī)械的鞍座塊填墊間隙提高了鏟斗位置測(cè)量并提供關(guān)于何時(shí)需要調(diào)整和替換鞍座塊墊片的精確的反饋。除了別的之外，工業(yè)機(jī)械的控制和鞍座塊填墊間隙的確定包括:工業(yè)機(jī)械的定向、工業(yè)機(jī)械的部件的位置、工業(yè)機(jī)械的部件相對(duì)于彼此的相對(duì)角度。例如，該工業(yè)機(jī)械可以包括一個(gè)或多個(gè)傾斜計(jì)(例如鞍座角傳感器)，其可以用于確定例如鞍座塊、鏟斗桿、吊臂或工業(yè)機(jī)械的其它部件的傾斜。工業(yè)機(jī)械的部件的傾斜能夠?yàn)榱朔雷?、有效載荷確定、位置檢測(cè)等的目的而被與工業(yè)機(jī)械有關(guān)的各種控制系統(tǒng)使用。在一個(gè)實(shí)施例，傾斜計(jì)可以包括被安裝或以其他方式耦合至工業(yè)機(jī)械的部件的磁鐵(例如，永久磁鐵)陣列?？拷盆F設(shè)置圓形磁性傳感器陣列(例如，霍爾效應(yīng)傳感器或其它磁性檢測(cè)器陣列)。該傳感器陣列檢測(cè)與磁鐵關(guān)聯(lián)的特征(例如，磁通量)，并與控制器連接，該控制器接收與該特征有關(guān)的、來(lái)自磁性傳感器陣列的信號(hào)?？刂破魅缓筇幚韽脑搨鞲衅麝嚵薪邮盏男盘?hào)?；趥鞲衅麝嚵兄心男﹤鞲衅鳈z測(cè)到與該磁鐵有關(guān)的特征，控制器確定或者計(jì)算工業(yè)機(jī)械的部件的傾斜。這樣，基于工業(yè)機(jī)械的部件的線性移動(dòng)、部件的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)或者部件的線性和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的組合，傾斜計(jì)能夠確定工業(yè)機(jī)械的部件的傾斜。應(yīng)當(dāng)理解，任何其他類(lèi)型的傾斜計(jì)也可以在工業(yè)機(jī)械的操作中使用。雖然此處描述的本發(fā)明可以被應(yīng)用于各種工業(yè)機(jī)械(例如，繩鏟、具有提升和牽引運(yùn)動(dòng)的拉鏟挖土機(jī)、液壓機(jī)械等)、由工業(yè)機(jī)械執(zhí)行、或者與工業(yè)機(jī)械結(jié)合使用，但在這里描述的本發(fā)明實(shí)施例是關(guān)于電動(dòng)繩鏟或者動(dòng)力鏟，諸如圖1所示的動(dòng)力鏟10。該動(dòng)力鏟10包括用于支撐地面上移動(dòng)的移動(dòng)框架14、驅(qū)動(dòng)履帶18、吊臂22、鏟斗桿26、鞍座塊和齒條小齒輪推壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30、鞍座塊31、樞軸點(diǎn)33、鏟斗38、滑輪46、提升纜索50、絞車(chē)卷筒54和鞍座角傳感器或傾斜計(jì)35。在圖示的實(shí)施例，絞車(chē)卷筒54被鏟10的殼體覆蓋。移動(dòng)框架14是被安裝在諸如驅(qū)動(dòng)履帶18的移動(dòng)底座上的可旋轉(zhuǎn)殼體。固定吊臂22自框架14向上和向外延伸。鏟斗桿26被安裝在吊臂22上來(lái)繞鞍座塊和齒條小齒輪推壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30移動(dòng)。鏟斗桿26可操作地繞通常水平的鏟斗桿軸32相對(duì)于吊臂22樞軸地移動(dòng)。另外，鏟斗桿26可操作以相對(duì)于吊臂22平移(非樞軸)移動(dòng)。鏟斗桿26具有前端34。鏟斗38安裝在鏟斗桿26的前端34上。在吊臂22的外端42上具有滑輪46。( 一條或多條)提升纜索或繩50從安裝在框架14上的絞車(chē)卷筒54延伸越過(guò)滑輪46。鏟斗38通過(guò)(一條 或多條)提升繩50從吊臂22懸掛。提升繩50包繞滑輪46并在保險(xiǎn)銷(xiāo)(bail pin)處與鏟斗38附接。提升繩50錨定在移動(dòng)框架14的絞車(chē)卷筒54。如上所述，在圖示的實(shí)施例中，絞車(chē)卷筒54被鏟10的殼體覆蓋。當(dāng)絞車(chē)卷筒54旋轉(zhuǎn)時(shí)，提升繩50被降低來(lái)降低鏟斗38或者被拉入來(lái)升起鏟斗38。鏟斗38還包括與其剛性附接的鏟斗桿或鏟斗臂26。鏟斗臂26可滑動(dòng)地支撐在鞍座塊和齒條小齒輪推壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30的鞍座塊31中。鞍座塊31在樞軸點(diǎn)33處被樞軸地安裝至吊臂22。鏟斗桿26在其上包括齒條齒構(gòu)造，該齒條齒構(gòu)造與被安裝在鞍座塊31中的驅(qū)動(dòng)小齒輪嚙合。驅(qū)動(dòng)小齒輪由電機(jī)和傳動(dòng)單元(未示出)驅(qū)動(dòng)來(lái)相對(duì)于鞍座塊31伸出或縮回伊斗臂26。電源(未顯示)被安裝至移動(dòng)框架14，來(lái)為一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)提升電機(jī)提供電能來(lái)驅(qū)動(dòng)絞車(chē)卷筒54、向一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)推壓電機(jī)提供電能來(lái)驅(qū)動(dòng)鞍座塊傳動(dòng)單兀、向一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)擺動(dòng)電機(jī)提供電能來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)框架14。每一個(gè)推壓、提升、和擺動(dòng)電機(jī)由其自己的電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)，或者對(duì)應(yīng)于操作員的命令響應(yīng)控制電壓和電流來(lái)驅(qū)動(dòng)。圖2更詳細(xì)地圖示了該鞍座塊和齒條小齒輪推壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)30。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明能夠使用其它類(lèi)型的鞍座塊并且鞍座塊31僅被示出為一個(gè)可能的例子。在一些實(shí)施例中，鏟10的斗桿26包括兩個(gè)支腿68，其位于吊臂22的任一側(cè)上。該斗桿26還包括齒輪齒條62，其附接至每個(gè)支腿68的底部。具有軸線58的傳送軸66也水平地通過(guò)吊臂22被安裝，來(lái)將鞍座塊組件31固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩＞哂谢ㄦI74的兩個(gè)小齒輪70附接到傳送軸66。在斗桿支腿68上的齒輪齒條62與小齒輪齒輪花鍵74嚙合。電機(jī)和傳動(dòng)(未顯示)轉(zhuǎn)動(dòng)該傳送軸和小齒輪，這樣，使斗桿和齒條從吊臂推壓和縮回。全部鞍座塊組件幫助在鏟操作期間將斗桿26維持在合適位置。該鞍座塊組件31包括可替換的抗磨板78。在鏟10的日常維修期間，該抗磨板78比整個(gè)鞍座塊組件更易替換。例如，在抗磨板78到達(dá)一定厚度后，將它們報(bào)廢并安裝新的。這保留了鞍座塊組件的完整性不變。如上所述，為了維持鏟部件之間的正確間隙，該鞍座塊抗磨板78需要定期調(diào)整。在一些實(shí)施例中，代替在每次調(diào)整時(shí)設(shè)置抗磨板78，將它們重新定位來(lái)增加其使用壽命。金屬墊片80和82被安裝在抗磨板78和鞍座塊組件之間來(lái)維持鞍座塊31和斗桿26之間合適的操作間隙。
圖3圖示了與圖1的動(dòng)力鏟10關(guān)聯(lián)的控制器200。應(yīng)當(dāng)理解，控制器200能夠被用于除鏟10之外的各種工業(yè)機(jī)械(例如，拉鏟挖土機(jī)、液壓機(jī)械、建筑機(jī)械等等)?？刂破?00與鏟10的各種模塊或部件通信。例如，圖示的控制器200與一個(gè)或多個(gè)指示器205、用戶界面模塊210、一個(gè)或多個(gè)提升電機(jī)和提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)器215、一個(gè)或多個(gè)推壓電機(jī)和推壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)器220、一個(gè)或多個(gè)擺動(dòng)電機(jī)和擺動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器225、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)庫(kù)230、電源模塊235、一個(gè)或多個(gè)傳感器240和網(wǎng)絡(luò)通信模塊245。該控制器200包括硬件和軟件的組合，除了別的之外，其可操作地用于控制動(dòng)力鏟10的操作，控制吊臂22、鏟斗臂26、鏟斗38等等的位置，激活一個(gè)或多個(gè)指示器205(例如液晶顯示器["IXD"])、監(jiān)測(cè)鏟10的操作等。除了別的之外，該一個(gè)或多個(gè)傳感器240包括位置傳感器、速度感傳器、轉(zhuǎn)速傳感器、加速度傳感器、傾斜計(jì)35、一個(gè)或多個(gè)電機(jī)磁場(chǎng)模塊(motor field module)等。例如,該位置傳感器被配置為檢測(cè)鏟10的位置、鏟斗桿26和鏟斗38的位置，以及向控制器200提供該信息。另外，傾斜計(jì)35被配置為檢測(cè)斗桿26相對(duì)于鞍座塊31的位置并向控制器200提供該信息。在一些實(shí)施例中，控制器200包括多個(gè)電氣部件或電子部件，其向控制器200和/或鏟10內(nèi)的部件和模塊提供電源、操作控制以及保護(hù)。例如，除了別的之外，控制器200包括處理單元250 (例如微處理器、微控制器，或者其他適合的可編程裝置)、存儲(chǔ)器255、輸入單元260和輸出單元265。除了別的之外，該處理單元250包括控制單元270、算術(shù)邏輯單元(“ALU”)275和多個(gè)寄存器280 (如圖2中所示的一組寄存器)，并使用已知的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。處理單元250、存儲(chǔ)器255、輸入單元260和輸出單元265以及連接到控制器200的各種模塊通過(guò)一個(gè)或多個(gè)控制和/或數(shù)據(jù)總線(例如公共總線285)連接。該控制和/或數(shù)據(jù)總線為了說(shuō)明目的在圖3中被一般地示出。鑒于在這里描述的本發(fā)明，使用一個(gè)或多個(gè)控制和/或數(shù)據(jù)總線用于在各種模塊或部件之間互相連接對(duì)所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是熟知的。在一些實(shí)施例中，控制器200被部分地或全部地實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體(例如，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列[“FPGA”]半導(dǎo)體)芯片上，諸如通過(guò)寄存器傳送級(jí)(“RTL”)設(shè)計(jì)過(guò)程開(kāi)發(fā)的芯片。 存儲(chǔ)器255例如包括不同類(lèi)型存儲(chǔ)器的組合，諸如只讀存儲(chǔ)器(“ROM”)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“RAM”)(例如動(dòng)態(tài)RAM[ “DRAM”]、同步DRAM[ “SDRAM”]等等)、電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(“EEPR0M”)、閃速存儲(chǔ)器、硬盤(pán)、SD卡、或者其它合適的磁性的、光學(xué)的、物理的、或者電子存儲(chǔ)裝置。處理單元250連接至存儲(chǔ)器255并執(zhí)行軟件指令，該軟件指令能夠被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器255中的RAM中(例如，在執(zhí)行期間)、存儲(chǔ)器255的ROM中(例如，通常永久地)、或者諸如另一個(gè)存儲(chǔ)器或者盤(pán)的另一非瞬時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。實(shí)現(xiàn)鏟10中包括的軟件能夠被存儲(chǔ)在控制器200的存儲(chǔ)器255中。該軟件包括，例如:固件、一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用、程序數(shù)據(jù)、過(guò)濾器、規(guī)則、一個(gè)或多個(gè)程序模塊、和其他可執(zhí)行指令?？刂破?00被配置為從存儲(chǔ)器檢索并除了別的之外執(zhí)行與這里描述的控制過(guò)程和方法有關(guān)的指令。在其他構(gòu)造中，控制器200包括額外的、更少的、或者不同的部件。本網(wǎng)絡(luò)通信模塊245可連接到網(wǎng)絡(luò)290并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)290能夠通信。在一些實(shí)施例中，該網(wǎng)絡(luò)為，例如，廣域網(wǎng)(“WAN”)(例如，基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)，諸如，例如，全球數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng)[“GSM”]網(wǎng)絡(luò)、通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)[“GPRS”]網(wǎng)絡(luò)、碼分多址[“CDMA”]網(wǎng)絡(luò)、演變-數(shù)據(jù)優(yōu)化[“EV-D0”]網(wǎng)絡(luò)、用于GSM演變的增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率[“EDGE”]網(wǎng)絡(luò)、3GSM網(wǎng)絡(luò)、4GSM網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字增強(qiáng)無(wú)線電通訊[“DECT”]網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字AMPS[ “ IS-136/TDMA” ]網(wǎng)絡(luò)、或者集成數(shù)字增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)[“iDEN”]等等)。在其它實(shí)施例，網(wǎng)絡(luò)290為，例如，局域網(wǎng)(“LAN”)、鄰域網(wǎng)(“NAN”)、家域網(wǎng)(“HAN”)、或者個(gè)域網(wǎng)(“PAN”)，其使用任何一種通信協(xié)議，諸如W1-F1、藍(lán)牙、ZigBee等?？梢允褂靡粋€(gè)或多個(gè)加密技術(shù)來(lái)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信模塊245或者控制器200通過(guò)網(wǎng)絡(luò)290的通信，諸如用于端口基網(wǎng)絡(luò)安全性在IEEE802.1標(biāo)準(zhǔn)中提供的那些技術(shù)、預(yù)共享密匙、可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議(“ΕΑΡ”)、有線網(wǎng)等效加密(“WEP”)、暫時(shí)密鑰完整協(xié)議(“TKIP”)、W1-Fi保護(hù)入口(“WPA”)等。網(wǎng)絡(luò)通信模塊245和290之間的連接為，例如，有線連接、無(wú)線連接或者有線或無(wú)線的組合。同樣地，控制器200和網(wǎng)絡(luò)290或者網(wǎng)絡(luò)通信模塊245之間的連接為有線連接、無(wú)線連接或者有線或無(wú)線的組合。在一些實(shí)施例中，控制器200或者網(wǎng)絡(luò)通信模塊245包括一個(gè)或多個(gè)通信端口，例如，以太網(wǎng)、串行高級(jí)技術(shù)附件[“SATA”]、通用串行總線[“USB”]、集成驅(qū)動(dòng)器電子電路[“IDE”]等等)，用來(lái)傳遞、接收或者存儲(chǔ)與鏟10或者鏟10的操作有關(guān)的數(shù)據(jù)。電源模塊235向控制器200或者鏟10的其它部件或模塊提供額定AC或者DC電壓。該電源模塊235通過(guò)例如具 有在100V和240V AC之間的額定線電壓和近似50_60Hz的頻率的電源供電。該電源模塊235還被配置為向操作控制器200或者鏟10內(nèi)的操作電路和部件提供較低電壓。在其它構(gòu)造中，控制器200或者鏟10內(nèi)的其它部件和模塊由一個(gè)或多個(gè)電池或電池組、或者另一獨(dú)立于電網(wǎng)的電源(例如，發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)電池板等)供電。用戶界面模塊210用來(lái)控制或者監(jiān)測(cè)該力鏟10。例如，用戶界面模塊210被可操作地耦合到控制器200以控制鏟斗38的位置、吊臂22的位置、鏟斗桿26的位置等。另外，用戶界面模塊210被可操作地耦合到控制器200以請(qǐng)求確定鏟10 (例如，鞍座塊填墊間隙)的各種參數(shù)。用戶界面模塊210包括為獲得所需水平的用于鏟10的控制和監(jiān)測(cè)所要求的數(shù)字和模擬輸入或輸出裝置的組合。例如，用戶界面模塊210包括顯示器(例如，主顯示器、副顯示器等)，以及輸入裝置，諸如觸屏顯示器，多個(gè)旋鈕、刻度盤(pán)、開(kāi)關(guān)、按鈕等。例如，顯示器為液晶顯示器(“IXD”)、發(fā)光二極管(“LED”)顯示器、有機(jī)LED( “0LED”)顯示器、電致發(fā)光顯示器(“ELD”)、表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器(“SED”)、場(chǎng)發(fā)射顯示器(“FED”)、薄膜晶體管(“TFT”)IXD等。用戶界面模塊210也可以被配置為實(shí)時(shí)或基本實(shí)時(shí)地顯示與動(dòng)力鏟10有關(guān)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)。例如，用戶界面模塊210被配置為顯示動(dòng)力鏟10的測(cè)量的電特性、動(dòng)力鏟10的狀況、鏟斗38的位置、鏟斗桿26的位置、斗桿26和鞍座塊31之間的鞍座角等。在一些實(shí)現(xiàn)中，用戶界面模塊210與一個(gè)或多個(gè)指示器205(例如，LED、揚(yáng)聲器等)結(jié)合來(lái)提供動(dòng)力鏟10的狀況或狀態(tài)的視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)指示?？刂破?00的處理器250發(fā)送控制信號(hào)來(lái)控制鏟10的操作。例如，除了別的之夕卜，控制器200可以控制鏟10的挖掘、傾卸、提升、推壓、和擺動(dòng)操作。另外，控制器200可以分析鏟10的各種操作參數(shù)并確定何時(shí)對(duì)鏟10的特定元件需要調(diào)整和/或維修。在一個(gè)實(shí)施例中，由控制器200發(fā)送的控制信號(hào)與請(qǐng)求信號(hào)關(guān)聯(lián)，以確定鏟10或者其部件的各種狀態(tài)。例如，控制器200可以確定提升、擺動(dòng)或者推壓電機(jī)的操作狀況、鞍座角、鞍座塊的高度、鏟斗桿的高度、提升繩包角、提升電機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(“1 ^”)、推壓電機(jī)1 ^、提升電機(jī)的加速度/減速度等。如上所述的鏟10的控制器200和控制系統(tǒng)被用來(lái)控制鏟10的操作。具體地，控制器200用來(lái)確定鏟斗操作時(shí)鏟10的鞍座塊填墊間隙。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器200被配置為分析當(dāng)斗桿26穿過(guò)相對(duì)于樞軸點(diǎn)33位于90度處的近似水平面(未顯示)時(shí)接收自鞍座角傳感器35的數(shù)據(jù)。如下面更詳細(xì)地描述，控制器200被配置為確定鞍座角和鞍座角間隙，并使用該信息計(jì)算鞍座塊填墊間隙。在確定鞍座塊填墊間隙以后，該控制器200可以向鏟操作員提供該鞍座塊填墊間隙(例如，通過(guò)使用用戶界面模塊210)。與鞍座塊填墊間隙有關(guān)的信息允許操作者確定鏟10是否需要立即維修，并且增加了鏟的生產(chǎn)力，因?yàn)殓P無(wú)須日常維修檢查而中斷操作。控制鏟10操作以及為鏟10確定鞍座塊填墊間隙的過(guò)程300的實(shí)現(xiàn)在圖4中圖示。過(guò)程300與挖掘操作以及在挖掘操作期間確定鏟10的鞍座塊填墊間隙關(guān)聯(lián)，并且在這里與之相關(guān)地描述。該過(guò)程300說(shuō)明了用于確定鞍座塊填墊間隙的方法的實(shí)施例，并可以由控制器200執(zhí)行。此處與過(guò)程300有關(guān)地描述的各種步驟能夠被同時(shí)、并行、或者以與圖示的串行執(zhí)行方式不同的順序來(lái)執(zhí)行。該過(guò)程300還能夠使用額外的或者比圖示實(shí)施例更少的步驟執(zhí)行。如圖4所示，過(guò)程300首先接收來(lái)自鞍座角傳感器35的信息(在步驟305)。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，鞍座角傳感器是傾斜計(jì)。在控制器200接收來(lái)自傾斜計(jì)35的信息后，控制器處理來(lái)自鞍座角傳感器的信息(在步驟310)。接下來(lái)，當(dāng)斗桿26“搖動(dòng)”或者穿過(guò)相對(duì)于樞軸點(diǎn)33位于90°的水平面(在步驟312)時(shí)，控制器200使用線性計(jì)算(在下面關(guān)于圖5更詳細(xì)地描述)來(lái)確定鞍座角和鞍座角間隙。“搖動(dòng)”量取決于鞍座塊和斗桿之間的填墊間隙量。確定鞍座角和鞍座角間隙的過(guò)程由圖5所示，并在下面更詳細(xì)地描述。接下來(lái)，控制器確定鏟斗桿26的高度(在步驟315)。在一些實(shí)施例中，通過(guò)從鏟10的存儲(chǔ)器中檢索信息(即，當(dāng)鏟斗桿的準(zhǔn)確高度存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中時(shí))來(lái)執(zhí)行確定鏟斗桿26的高度。在其它實(shí)施例中，控制器200進(jìn)行計(jì)算來(lái)確定鏟斗桿26的高度。在步驟320，控制器200確定鞍座塊31的高度。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)從鏟10的存儲(chǔ)器中檢索信息來(lái)確定鞍座塊31的高度。替代地，鞍座塊31的高度可以通過(guò)控制器200來(lái)計(jì)算。在步驟325，控制 器200確定鞍座角間隙的徑向長(zhǎng)度(即，該鞍座間隙半徑)。例如，通過(guò)使用關(guān)于斗桿高度的信息及關(guān)于鞍座角間隙的信息來(lái)確定鞍座間隙半徑。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器200利用以下公式計(jì)算鞍座間隙半徑。在下面的公式中，鞍座間隙半徑由rs表示，斗桿高度由rh表示，并且鞍座角間隙由cos ( Θ gap)表示。接下來(lái)，控制器200通過(guò)比較鞍座間隙半徑rs和斗桿高度rh來(lái)確定準(zhǔn)確的鞍座塊填墊間隙rgap(在步驟330)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器使用下面的公式計(jì)算鞍座塊填墊間隙:rgap = rs-rh圖5圖示了用于確定鏟10的鞍座角和鞍座角間隙的過(guò)程400。該過(guò)程400說(shuō)明了用于確定鞍座角和鞍座角間隙方法的實(shí)施例，并且可以由控制器200執(zhí)行。此處關(guān)于過(guò)程400描述各種步驟能夠同時(shí)、并行、或者以與圖示的串行執(zhí)行方式不同的順序來(lái)執(zhí)行。該過(guò)程400還能夠使用額外的或者比圖示實(shí)施例更少的步驟執(zhí)行。如圖5所示，過(guò)程400首先處理和估算從鞍座角傳感器35接收的信息(在步驟405)。在一些實(shí)施例中，狀態(tài)監(jiān)測(cè)器(即，存儲(chǔ)在控制器200的存儲(chǔ)器內(nèi)的軟件代碼)識(shí)別鞍座塊31何時(shí)由于鞍座塊填墊間隙而向前或向后移位。這通過(guò)監(jiān)測(cè)鞍座角的加速度變化來(lái)實(shí)現(xiàn)(在步驟410)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器200確定鞍座角位置、鞍座角速度和鞍座角加速度(在步驟415)。特別地，控制器200的狀態(tài)監(jiān)測(cè)器在鏟斗操作期間的多個(gè)時(shí)間接收來(lái)自鞍座角傳感器35的與鞍座角位置有關(guān)的信息。使用關(guān)于在各個(gè)時(shí)間的鞍座角位置的信息，狀態(tài)監(jiān)測(cè)器進(jìn)行計(jì)算來(lái)確定鞍座角速度何鞍座角加速度。θ =鞍座角位置
權(quán)利要求
1.一種控制工業(yè)機(jī)械操作的方法，所述工業(yè)機(jī)械包括:吊臂；鏟斗桿，所述鏟斗桿附接至所述吊臂；鞍座塊，所述鞍座塊在樞軸點(diǎn)處樞軸地安裝至所述吊臂；和計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)具有控制器，所述方法包括: 利用所述控制器，處理從鞍座角傳感器接收的數(shù)據(jù)； 利用所述控制器，使用來(lái)自所述鞍座角傳感器的數(shù)據(jù)確定鞍座角和鞍座角間隙； 利用所述控制器，確定所述鏟斗桿的高度； 利用所述控制器，確定所述鞍座塊的高度； 利用所述控制器，確定鞍座間隙半徑；以及 利用所述控制器，通過(guò)比較所述鞍座間隙半徑與所述鏟斗桿的高度來(lái)確定鞍座塊填墊間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鞍座間隙半徑表示所述鞍座角間隙的徑向長(zhǎng)度，并且，其中通過(guò)使用關(guān)于所述鏟斗桿的高度的信息和關(guān)于所述鞍座角間隙的信息來(lái)確定所述鞍座間隙半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鞍座角是所述鞍座塊當(dāng)前相對(duì)于所述鏟所處的角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述鏟斗桿穿過(guò)相對(duì)于所述樞軸點(diǎn)位于90度的近似水平面時(shí)，對(duì)從所述鞍座角傳感器接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
5.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的方法，其中確定所述鏟斗桿的高度包括從所述鏟的存儲(chǔ)器檢索信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述鏟斗桿的高度包括利用所述控制器進(jìn)行計(jì)算。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述鞍座塊的高度包括從所述鏟的存儲(chǔ)器檢索信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述鞍座角和所述鞍座角間隙包括: 利用所述控制器，處理從所述鞍座角傳感器接收的數(shù)據(jù)； 利用所述控制器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)器，監(jiān)測(cè)所述鞍座角的加速度變化；以及 利用所述控制器，確定鞍座角位置、鞍座角速度、和鞍座角加速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中確定所述鞍座角和所述鞍座角間隙進(jìn)一步包括: 利用所述控制器，確定所述鞍座塊何時(shí)移位到所述樞軸點(diǎn)的水平面上方或下方； 利用所述控制器，緊接在所述鞍座塊移位之前和之后存儲(chǔ)傳感器角度數(shù)據(jù)； 確定在所述鞍座塊移位時(shí)在所述水平面處的平均鞍座角速度； 通過(guò)使用所述平均鞍座角速度和在所述鞍座塊移位之前和之后的所述傳感器角度數(shù)據(jù)生成所述鞍座角位置的線性近似； 計(jì)算所述鞍座角位置的差；以及 使用所述鞍座角位置的所述差確定所述鞍座角間隙。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括向所述工業(yè)機(jī)械的操作員發(fā)送關(guān)于所述鞍座塊填墊間隙的信息。
11.一種工業(yè)機(jī)械，包括: 吊臂；鏟斗桿，所述鏟斗桿附接至所述吊臂； 鞍座塊，所述鞍座塊在樞軸點(diǎn)處樞軸地安裝至所述吊臂；和 計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)具有控制器，所述控制器執(zhí)行編程指令來(lái): 處理從鞍座角傳感器接收的數(shù)據(jù)， 使用來(lái)自所述鞍座角傳感器的數(shù)據(jù)確定鞍座角和鞍座角間隙， 確定所述鏟斗桿的高度， 確定所述鞍座塊的高度， 確定鞍座間隙半徑，以及 通過(guò)比較所述鞍座間隙半徑與所述鏟斗桿的高度來(lái)確定鞍座塊填墊間隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工業(yè)機(jī)械，其中所述鞍座間隙半徑表示所述鞍座角間隙的徑向長(zhǎng)度，并且，其中通過(guò)使用關(guān)于所述鏟斗桿的高度的信息和關(guān)于所述鞍座角間隙的信息，所述控制器執(zhí)行編程指令來(lái)確定所述鞍座間隙半徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工業(yè)機(jī)械，其中所述鞍座角是所述鞍座塊當(dāng)前相對(duì)于所述鏟所處的角度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工業(yè)機(jī)械，其中所述控制器在所述鏟斗桿穿過(guò)相對(duì)于所述樞軸點(diǎn)位于90度的近似水平面時(shí)執(zhí)行編程指令來(lái)處理從所述鞍座角度傳感器接收的數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工業(yè)機(jī)械，其中所述控制器通過(guò)從所述鏟的存儲(chǔ)器檢索信息而執(zhí)行編程指令來(lái)確定所述鏟斗桿的高度。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工業(yè)機(jī)械，其中所述控制器通過(guò)進(jìn)行計(jì)算而執(zhí)行編程指令來(lái)確定所述鏟斗桿的高度。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工業(yè)機(jī)械，其中所述控制器通過(guò)從所述鏟的存儲(chǔ)器檢索信息而執(zhí)行編程指令來(lái)確定所述鞍座塊的高度。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工業(yè)機(jī)械，其中所述控制器進(jìn)一步執(zhí)行編程指令來(lái): 處理從所述鞍座角傳感器接收的數(shù)據(jù)； 監(jiān)測(cè)所述鞍座角的加速度變化；以及 確定鞍座角位置、鞍座角速度、和鞍座角加速度。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工業(yè)機(jī)械，其中所述控制器進(jìn)一步執(zhí)行編程指令來(lái): 確定所述鞍座塊何時(shí)移位到所述樞軸點(diǎn)的水平面上方或下方； 在所述鞍座塊移位之前和之后存儲(chǔ)傳感器角度數(shù)據(jù)； 確定在所述鞍座塊移位時(shí)在所述水平面處的平均鞍座角速度； 通過(guò)使用所述平均鞍座角速度和在所述鞍座塊移位之前和之后的所述傳感器角度數(shù)據(jù)生成所述鞍座角位置的 線性近似； 計(jì)算所述鞍座角位置的差；以及 使用所述鞍座角位置的所述差確定所述鞍座角間隙。
20.—種控制工業(yè)機(jī)械操作的方法，所述工業(yè)機(jī)械包括:吊臂；鏟斗桿，所述鏟斗桿附接至所述吊臂；鞍座塊，所述鞍座塊在樞軸點(diǎn)處樞軸地安裝至所述吊臂；和計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)具有控制器，所述方法包括: 利用所述控制器，處理從鞍座角傳感器接收的數(shù)據(jù)；利用所述控制器，使用來(lái)自所述鞍座角傳感器的數(shù)據(jù)確定鞍座角和鞍座角間隙； 利用所述控制器，確定所述鞍座塊何時(shí)移位到所述樞軸點(diǎn)的水平面上方或下方； 利用所述控制器，緊接在所述鞍座塊移位之前和之后存儲(chǔ)傳感器角度數(shù)據(jù)； 確定在所述鞍座塊移位時(shí)在所述水平面處的平均鞍座角速度； 通過(guò)使用所述平均鞍座角速度和在所述鞍座塊移位之前和之后的所述傳感器角度數(shù)據(jù)生成所述鞍座角位置的線性近似； 利用所述控制器，確定所述鏟斗桿的高度； 利用所述控制器，確定所述鞍座塊的高度； 利用所述控制器，確定鞍座間隙半徑；以及 利用所述控制器，通過(guò)比較所述鞍座間隙半徑與所述鏟斗桿的高度來(lái)確定所述鞍座塊填墊間隙 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制工業(yè)機(jī)械操作的方法。該工業(yè)機(jī)械包括吊臂、連接至吊臂的鏟斗桿、在樞軸點(diǎn)處樞軸地安裝至吊臂的鞍座塊、和具有控制器的計(jì)算機(jī)。該方法包括利用控制器處理從鞍座角傳感器接收的數(shù)據(jù)；利用控制器，使用來(lái)自鞍座角傳感器的數(shù)據(jù)確定鞍座角和鞍座角間隙；利用控制器確定鏟斗桿的高度。該方法進(jìn)一步包括利用控制器確定鞍座塊的高度；利用控制器確定鞍座間隙半徑；以及通過(guò)比較鞍座間隙半徑與斗桿高度，利用控制器來(lái)確定鞍座塊填墊間隙。
文檔編號(hào)E02F9/26GK103225327SQ20131011113
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者韋斯利·P·泰勒, 查爾斯·D·佩恩 申請(qǐng)人:哈尼施費(fèi)格爾技術(shù)公司