CN104755172B - 控制矿物材料处理设备的方法和矿物材料处理设备 - Google Patents
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Abstract
一种矿物材料处理设备及其控制方法，该矿物材料处理设备包括：至少一个发动机(104)；至少一个致动器；控制系统(110)；以及用于将所述至少一个致动器的运行速度保持基本不变的装置。该控制系统被配置成以这样的方式控制所述处理设备：识别到达的待处理材料的数量和/或质量的变化；响应于所识别的到达的待处理材料的数量和/或质量的变化，识别发动机(104)的负载；以及响应于所识别的所述发动机(104)的负载，增大或减小所述矿物材料处理设备(100)的所述发动机(104)或多个发动机的运转速度，使得至少一个致动器的运行速度保持基本不变。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制矿物材料处理设备的方法和矿物材料处理设备。本发明尤其涉及但并不仅限于一种移动矿物材料处理设备及其控制。
背景技术
通过爆破或者挖掘从土壤破碎而获得诸如石头等矿物材料。矿物材料还可能包括天然石材、砂砾和建筑垃圾。移动破碎机和固定破碎机的用途都是用于破碎。采用挖掘机(excavator)或装卸机(wheel loader)将要破碎的材料给料到破碎机的进料斗中，从这里要破碎的材料落入破碎机的颚板中，或者给料机或给料机装置向破碎机传送石材。
矿物材料处理设备包括一个或多个破碎机和/或筛网，并且还可以包括诸如输送机等装置。处理设备可以是固定的或移动的。移动处理设备尤其用在城市周围处理诸如建筑垃圾等可循环材料中。
试图以大破碎功率连续地对破碎机加载同时所使用的破碎功率直接产生计划的产品分布的方式从经济上充分地利用处理设备的处理能力(capacity)。处理设备的致动器所需的功率由发动机产生，例如柴油发动机，其转速决定发动机的能量消耗。
本发明的目的是提供一种可以高效节能地使用的矿物材料处理设备。本发明的目的是提供一种可以以各种处理能力使用的矿物材料处理设备。本发明的目的是使破碎或其它处理的时间能够尽可能地长。
发明内容
根据本发明的第一方案，提供一种用于控制矿物材料处理设备的方法，该方法包括：
识别到达的待处理材料的数量和/或质量的变化；
响应于所识别的所述到达的待处理材料的数量和/或质量的变化，识别发动机的负载；以及
响应于所识别的所述发动机的负载，增大或减小所述矿物材料处理设备的所述发动机或多个发动机的运转速度，使得至少一个致动器的运行速度保持基本不变。
优选地，其运行速度保持基本不变的所述至少一个致动器是破碎机或筛网。
优选地，在所述至少一个致动器的运行速度保持基本不变的同时，矿物材料的至少一个输送机的运行速度响应于所述发动机的运转速度的增大或减小而变化。
优选地，所述发动机的运转速度逐级地减小或增大。
优选地，所述发动机的运转速度无级地减小或增大。
优选地，所述发动机的运转速度减小或增大到预定的运转速度。
优选地，通过确保给到所述至少一个致动器的充足液压体积流量来使所述至少一个致动器的运行速度保持基本不变。
优选地，采用可变容量马达或采用泵来确保给到所述至少一个致动器的充足液压体积流量。
优选地，自动地和/或连续地执行所述识别发动机的负载。
根据本发明的第二方案，提供一种矿物材料处理设备，包括：
至少一个发动机；
至少一个致动器；以及
控制系统；
其中，所述矿物材料处理设备还包括：
用于识别到达的待处理材料的数量和/或质量的变化的装置；以及
用于将所述至少一个致动器的运行速度保持基本不变的装置；并且其中
所述控制系统被配置成根据本发明第一方案所述的方法来控制所述处理设备。
优选地，所述至少一个致动器是破碎机或筛网。
优选地，所述矿物材料处理设备包括一用于在所述至少一个致动器的运行速度保持基本不变的同时响应于所述发动机的运转速度的增大或减小来改变至少一个矿物材料输送机的运行速度的装置。
优选地，所述矿物材料处理设备是以下其中之一：固定设备、基于轨道的设备、基于轮的设备。
优选地，所述用于保持所述至少一个致动器的运行速度基本不变的装置包括一用于确保给到所述至少一个致动器的充足液压体积流量的装置。
优选地，所述用于保持所述至少一个致动器的运行速度基本不变的装置包括可变容量马达或泵。
根据本发明的第三方案，提供一种用于控制矿物材料处理设备的控制系统，所述控制系统被配置成根据本发明第一方案所述的方法来控制所述处理设备。
根据本发明的第四方案，提供一种计算机程序，包括计算机可执行程序代码，当被执行时，该程序代码使计算机执行根据本发明第一方案所述的方法。
本发明的不同实施例将被说明，或者已经仅结合本发明的一些方案被说明。本领域技术人员会理解本发明方案的任何实施例可以应用于本发明的同一方案或其它方案。
附图说明
现在将参考附图以举例的方式描述本发明，其中：
图1示出根据本发明优选实施例的矿物材料处理设备的侧视图；
图2示出根据本发明优选实施例的矿物材料处理设备的致动器在各旋转速度下的运行；以及
图3示出根据本发明优选实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，相似的标记表示相似的元件。应该理解的是示出的图形并不完全按比例，并且图形主要用于说明本发明的实施例。
图1示出根据本发明优选实施例的基于移动轨道的矿物材料处理设备100。对于矿物材料处理设备100，在下文中也会使用术语处理设备(processing plant)和破碎设备。处理设备100包括框架101、轨道基座102、给料机103和破碎机120，例如圆锥破碎机、鄂式破碎机或者回转破碎机等。破碎设备100还包括用于驱动破碎机120的发动机单元104和用于将破碎的材料例如传送成堆的输送机(conveyor)。破碎机120可以用作中级处理破碎机或者后级处理破碎机。破碎机120尤其可以用于精细破碎中。移动破碎设备100也可以随诸如轮子、滑轨或支腿等其他工具可移动。破碎设备100也可以是固定的。给料机103可以是振动型的给料机或者带式输送机或薄板输送机。
本领域技术人员会理解除了图1中示出的元件之外，矿物材料处理设备可以包括进一步的元件或者致动器。根据一实施例，包括筛网(screen)的处理设备例如包括两个矿物材料输送机或更多的矿物材料输送机，用于代替输送机105来输送筛过的矿物材料。进一步，矿物材料处理设备可以包括侧输送机、预输送机，其中到达该预输送机上待处理的矿物材料一部分被转移至给料机上。
矿物材料处理设备100还包括控制系统100，采用该系统，矿物材料处理设备100的发动机104的rpm(每分钟转数，也就是转速)、单轮速度(speed per round)或者运转速度(running speed)可以提高或降低。控制系统110包括或者被连接到发动机104的控制系统，从该控制系统可以接收例如与发动机104的负载和运转速度有关的测量信息。
矿物材料处理设备100还包括用于控制液压装置的体积流量(volume flow)的装置115。随着发动机104的运转速度降低，矿物材料处理设备的液压泵的运转速度也降低，此时液压泵产生的体积流量降低。为了在发动机减小的运转速度下使至少预定的致动器能够以它们的正常速度充分地工作，液压装置的体积流量根据需要增大。在优选的实施例中，装置115包括例如用于以发动机104的减小的运转速驱动破碎机120或筛网的可变容量马达(variable-capacity motor)。进一步，根据优选实施例，可以通过经过度量的(dimensioned)一个或多个液压泵保证液压装置的体积流量的充足性，度量的方式使得在发动机104的减小的运转速度下由它们产生的体积流量也是足够的。
本领域技术人员会理解，可以采用本领域技术人员清楚的另外的装置例如皮带传送来驱动矿物材料处理设备的致动器而代替液压驱动。在这种情况下，根据本发明的实施例，当发动机104的运转速度减小时，在致动器以基本正常速度(也就是处理速度)的运转的其余部分，可由诸如变速器(variator)或者具有变频器的电驱动器等另外的可调驱动器来确保。根据本发明的优选实施例，控制系统110包括一装置，通过该装置以下文中描述的方式自动并且连续地控制矿物材料处理设备100的发动机104的运转速度。进一步，根据优选的实施例，可以手动控制矿物材料处理设备的发动机104的运转速度。
图2示出根据本发明优选实施例的矿物材料处理设备100的致动器在一个或多个发动机的转速260下的运行。该图以图表示出矿物材料处理设备100的连续控制，从发动机104以全速Rm1旋转的状态到发动机的运转速度已经以示例的方式减小到速度Rm2和Rm3的减轻处理状态。该图示出破碎机120或者筛网的运转速度250，其在发动机104减小运转速度下也基本保持与处理速度Rf相同。进一步，该图以示例方式示出一些另外的致动器(例如预定的输送机)的运转速度270，其根据优选的实施例响应于发动机104运转速度的变化(也即减小或增大)而变化，同时破碎机的运转速度保持基本相同。图2以示例的方式示出预定致动器(例如侧输送机和输送机105)的运转速度的减小。本领域技术人员会了解响应于发动机104的运转速度的改变而变化的运转速度270不需要严格跟随(例如以相同的相对改变)，但是发动机的运转速度依赖于矿物材料处理设备100的各组成部分和使用状况。
图2的图表的纵轴表示发动机和一个或多个致动器的运转速度，横轴表示时间。
在时间段0…T1期间，矿物材料处理设备以正常处理状态运行，也就是用于驱动矿物材料处理设备100的发动机104以全运转速度Rm1运转，并且破碎机120或者筛网以工作速度(functioning speed)或者处理速度(process speed)Rf运转。另外的致动器也以全工作速度Rk运转。时间段0…T1期间的运行与矿物材料处理设备100的运行状态对应，其中破碎机120或筛网以全处理能力运行，并且发动机104的负载或负载等级高。
当使用矿物材料处理设备100时，会出现多种情况，其中发动机104的负载低，表示发动机104仅利用一部分在使用中以处理速度产生的功率。在这种情况下，所使用的发动机的运转速度可以减小，根据一实施例，减小到更接近于发动机104提供的峰值扭矩的速度。进一步，根据优选的实施例，运转速度减小到与发动机104提供的峰值扭矩的速度不同的运转速度。当减小运转速度时，燃料消耗会减小并且发动机104的运行效率会增大。发动机的运行速度会减小，也就是会变化到所谓的轻处理状态，这时的使用情况出现在矿物材料处理设备100的小负载的情况中。小负载的情况会出现例如是由于比全处理能力少的材料给料到破碎机120或者筛孔，或者是由于待处理的矿物材料容易处理。难处理的矿物材料(例如包括不能破碎材料的循环材料)也会引起其中破碎机120或者筛网可以少于全处理能力被给料的情况，此时发动机104的运转速度会减小。
根据优选实施例，通过测量要处理的材料的数量和/或质量，或者测量在给料机上或向处理设备给料的工作机器上要处理的材料的数量和/或质量的改变来识别轻负载的情况。根据优选的实施例，在给料机装置上的材料采用平面规(surface gauge)测量，例如采用超声传感器、光学传感器和/或辐射传感器等。进一步，根据优选的实施例，例如可以采用输送机秤、应变计等通过测量对给料机装置的张力、推力和/或压力来测量材料的量。进一步，根据优选的实施例，可以采用基于图像的测量通过视频图像等来识别在喂料机装置上的材料的数量和/或质量。本领域技术人员会理解可以使用另外的公知测量装置和/或数个不同测量装置的组合来识别给料装置上的材料。从给料装置接收的识别信息或者测量信息被转送至控制系统110，该系统响应于测量而启动改变发动机的运转速度。
根据优选的实施例，可以利用控制系统110中可用的待处理的材料信息识别待处理的材料的数量和/或质量。矿物材料处理设备例如可以包括数个破碎机和/或筛网，在这种情况下根据优选的实施例，来自前一处理阶段的测量信息用于识别待处理的材料的数量和/或质量，例如与来自预破碎机并到达下一处理阶段的材料的量有关的测量信息。进一步，根据优选的实施例，与矿物材料处理设备的不同处理阶段的材料流有关的测量信息用于识别待处理的材料的数量和/或质量。根据优选的实施例，在控制系统110处接收与材料的体积流量和质量有关的信息，此时也形成对于待给料的材料的质量的估计。
在时间T1之前，在控制系统处已经从给料机装置接收到与到达的待处理材料的量减小有关的测量或识别信息，或者到达的待处理材料容易处理的信息，此时控制系统110响应于测量信息而启动改变发动机的运转速度的处理。在下文中将结合图3更精确地描述改变发动机的运转速度的处理。在时间T1处，基于在控制系统110处从发动机接收到的负载信息是发动机104的负载低，此时发动机的运转速度响应于该识别自动地降低到Rm2。根据优选的实施例，运转速度逐级地降低，使得有一个或多个可能的降低速度。进一步，根据优选的实施例，发动机104的运转速度无级地降低。在时间段T1…T2期间，发动机104的运转速度降低到Rm2。破碎机120或者筛网独立于发动机104的转速以基本上不变的工作速度Rf运转，这样可以保持破碎机或筛网的处理能力。另外的诸如输送机等致动器的运转速度也保持在Rk级和/或预定的致动器的运转速度如之前所述减小，这对于矿物材料处理设备的运行没有重大的影响。例如，输送机运转速度的降低会略微增大输送机上材料的数量，但是对矿物材料处理设备100的运行没有重大的影响。减小输送机的速度会减小输送机及其零件的磨损，减少矿物材料处理设备100的能量消耗，并且减小矿物材料处理设备产生的噪音量。
在时间T2之前，在控制系统处已经从给料机装置接收到与到达的待处理材料的量的增加有关的测量或识别信息，或者到达的待处理材料难以处理的信息，此时控制系统110响应于测量信息而启动改变发动机的运转速度的处理。在时间T2处，识别到发动机104的负载增大并且发动机104的运转速度响应于该识别自动地增大到全速Rfm1。在时间段T2…T3期间，矿物材料处理设备100以处理模式运行。
在时间T3之前，在控制系统处已经如前所述从给料机装置接收到与到达的待处理材料的量的减小有关的测量或识别信息，或者到达的待处理材料容易处理的信息，此时控制系统110响应于测量信息而启动改变发动机的运转速度的处理。在时间T3处，基于在控制系统110处从发动机接收到的负载信息是发动机104的负载低，此时发动机的运转速度响应于该识别自动地降低到Rm2。在时间段T3…T4期间，发动机104的运转速度降低到速度Rm2。破碎机120或者筛网独立于发动机104的运转速度而以基本上不变的工作速度Rf运转，这样可以保持破碎机或筛网的处理能力。另外的诸如输送机等致动器的运转速度保持在Rk级和/或预定的致动器的运转速度如之前所述减小，这对于矿物材料处理设备的工作没有重大的影响。
在时间T4之前，在控制系统处已经再次如前所述从给料机装置接收到与到达的待处理材料的量的减小有关的测量或识别信息，或者到达的待处理材料容易处理的信息，此时控制系统110响应于测量信息而启动改变发动机的运转速度的处理。根据优选的实施例，在控制系统已经启动改变发动机的运转速度的处理之后，该处理持续预定的时间而不接收与到达的待处理材料的数量和/或质量有关的新的测量信息。在时间T4处，基于在控制系统110处从发动机接收到的负载信息是发动机104的负载仍然低，此时发动机的运转速度响应于该识别自动地进一步降低到Rm3。在时间段T4…T5期间，发动机104的运转速度降低到速度Rm3。破碎机120或者筛网独立于发动机104的运转速度而以基本上不变的工作速度Rf运转，这样可以保持破碎机或筛网的处理能力。另外的诸如输送机等致动器的运转速度保持在Rk级和/或预定的致动器的运转速度如之前所述进一步地减小，这对于矿物材料处理设备的工作没有重大的影响。
在时间T2之前，在控制系统处已经从给料机装置接收到与到达的待处理材料的量的增加有关的测量或识别信息，或者到达的待处理材料难以处理的信息，此时控制系统110响应于测量信息而启动改变发动机的运转速度的处理。在时间T5处，识别到发动机104的负载增大并且发动机104的运转速度响应于该识别自动地增大到全速Rf。从时间T5往后，矿物材料处理设备100以处理模式运行。根据优选的实施例，发动机104的运转速度不直接增大到全速Rm1，而是依赖于负载增大到较低的速度，例如运转速度Rm2。
图3示出根据本发明优选实施例方法的流程图。该图主要描述采用一些装置执行的连续控制，这些装置是控制系统110的一部分或者被连接到控制系统110。图3中示出的控制响应于如前所述的检测到给料的材料的数量和/或质量的变化而在步骤300处启动。
在步骤310处，在柴油发动机的优选实施例中，检测发动机104的负载。例如从发动机的控制系统接收负载信息，发动机的控制系统是矿物材料处理设备100的控制系统110的一部分或者与其连接。根据优选的实施例，将预定的阈值或者已经在控制系统110中设置的值与发动机的负载相比较。取决于发动机104的负载与所述阈值的关系，确定负载是低或是高。根据优选的实施例，取决于预定阈值的数量，在检测发动机的负载时可以采用两个以上的级别而发现的负载可位于这些级别中。
当发动机104的负载低时，在步骤322处，检测发动机104的运转速度。例如从发动机的控制系统接收运转速度，发动机的控制系统是矿物材料处理设备100的控制系统110的一部分或者与其连接。根据优选的实施例，将预定的阈值或者已经在控制系统110中设置的值与发动机的运转速度相比较。取决于发动机104的运转速度与阈值的关系，确定运转速度是低或是高。根据优选的实施例，取决于预定阈值的数量，在检测发动机的转速度时可以采用两个以上的级别从而发现的运转速度可位于这些级别中。
当发动机104的负载低而运转速度高时，在步骤330处，发动机的运转速度降低，并且在步骤360处根据需要调整液压系统的体积流量(例如通过减小可变容量马达的角度)，使得破碎机120或筛网的运转速度基本上保持在运行速度Rf，并且另外的致动器的运转速度保持在运行速度和/或预定的致动器(例如输送机)的运转速度以之前所述的不影响矿物材料处理设备100的运行的方式降低。
当发动机104的负载低并且运转速度低时，在步骤350处，发动机104的运转速度不变并且破碎机120或者筛网的运转速度基本保持在运行速度Rf。
当发动机104的负载高时，结合步骤322描述在步骤324处检测发动机的运转速度。
当发动机104的负载高并且运转速度低时，在步骤340处增大发动机的运转速度并且在步骤360处根据需要调整液压装置的体积流量(例如通过增大可变容量马达的角度)，使得破碎机120或者筛网的运转速度基本保持在运行速度Rf并且另外的致动器的运转速度保持在运行速度和/或增大到更接近运行速度。
当发动机104的负载高并且运转速度高时，在步骤350处确定发动机104的运转速度不变并且破碎机102或者筛网的运转速度基本保持在运行速度Rf。
根据优选的实施例，在控制系统110中已经预定发动机104被驱动的运转速度。可选择地，运转速度可以根据情况无级连续地变化。进一步，根据优选的实施例，控制系统110被配置成以运转速度不固定地变化的方式控制发动机的运转速度，也就是例如该控制被配置成在对发动机的负载减少反应之前包括一预定延迟。这可以避免控制来回地发生，也就是运转速度随负载变化而来回地变化。进一步，根据优选的实施例，控制系统110被配置成响应于发动机104的负载增大无延迟地增大发动机104的运转速度，以便于避免例如破碎机的阻塞。
不以任何方式限制本发明的保护范围、解释或可能的应用，本发明不同实施例的技术效果可以被认为是减小矿物材料处理设备的能量消耗和产生的噪音。进一步，本发明不同实施例的技术效果可以被认为是延长矿物材料处理设备组成部件的寿命。进一步，本发明不同实施例的技术效果可以被认为是增大矿物材料处理设备的环境友好性。进一步，由于也可以以较小的处理能力节约成本和能量使用矿物材料处理设备，本发明不同实施例的效果可以被认为是增大矿物材料处理设备的有效使用小时数。
前述的描述提供了本发明一些实施例的非限制性示例。对于本领域技术人员清楚的是本发明不限于展示的细节，本发明可以以其他等同的手段实施。可以使用上述实施例的一些特征而不使用其他的特征来获得益处。
就此而言，前述的描述被视为仅是本发明原理的说明，本发明不限于此，本发明的范围仅由所附的专利权利要求限定。
Claims (16)
1.一种控制矿物材料处理设备(100)的方法，其特征在于，该方法包括：
识别到达的待处理材料的数量和/或质量的变化；
响应于所识别的所述到达的待处理材料的数量和/或质量的变化，识别发动机(104)的负载；以及
响应于所识别的所述发动机(104)的负载，增大或减小所述矿物材料处理设备(100)的所述发动机(104)或多个发动机的运转速度，使得至少一个致动器的运行速度保持基本不变。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，运行速度保持基本不变的所述至少一个致动器是破碎机或筛网。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，同时，随着至少一个致动器的运行速度保持基本不变，矿物材料的至少一个输送机的运行速度响应于所述发动机(104)的运转速度的增大或减小而变化。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机(104)的运转速度逐级地减小或增大。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机(104)的运转速度无级地减小或增大。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机(104)的运转速度减小或增大到预定的运转速度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过确保用于所述至少一个致动器的充足液压体积流量来使所述至少一个致动器的运行速度保持基本不变。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用可变容量马达或泵来确保用于所述至少一个致动器的充足液压体积流量。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，自动地和/或连续地执行所述识别发动机(104)的负载。
10.一种矿物材料处理设备(100)，包括：
至少一个发动机(104)；
至少一个致动器；以及
控制系统(110)；
其特征在于，所述矿物材料处理设备还包括：
一识别装置，用于识别到达的待处理材料的数量和/或质量的变化；以及
一保持装置，用于将所述至少一个致动器的运行速度保持基本不变；并且其中
所述控制系统被配置成根据权利要求1-9中任一所述的方法来控制所述处理设备(100)。
11.根据权利要求10所述矿物材料处理设备(100)，其特征在于，所述至少一个致动器是破碎机或筛网。
12.根据权利要求10或11所述矿物材料处理设备(100)，其特征在于，所述矿物材料处理设备(100)包括一改变装置，用于响应于所述发动机的运转速度的增大或减小来改变至少一个矿物材料输送机的运行速度，同时所述至少一个致动器的运行速度保持基本不变。
13.根据权利要求10所述的矿物材料处理设备(100)，其特征在于，所述矿物材料处理设备是以下其中之一：固定设备、基于轨道的设备、基于轮的设备。
14.根据权利要求10所述的矿物材料处理设备(100)，其特征在于，所述用于保持所述至少一个致动器的运行速度基本不变的保持装置包括一确保装置，用于确保用于所述至少一个致动器的充足液压体积流量。
15.根据权利要求14所述的矿物材料处理设备(100)，其特征在于，所述用于保持所述至少一个致动器的运行速度基本不变的保持装置包括可变容量马达或泵。
16.一种控制系统，用于控制矿物材料处理设备(100)，其特征在于，所述控制系统被配置成根据权利要求1-9中任一所述的方法来控制所述处理设备。
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