CN1007441B - 控制采掘机采掘臂动作的方法及装置 - Google Patents

Abstract

局部切割式采掘机万能旋转采挖臂运动的控制过程及可实现此过程的装置，其中要测出油缸-活塞装置构成的两个采挖臂驱动装置之一工作所耗时间间隔，和/或测出给各个驱动装置输送的加压液体容量，并根据所需预选采掘深度，在到达为实现此预选采掘深度所必需的驱动装置工作时间间隔后，或达到在预选采掘深度上的位移所需的液体容量后，即可停止对该驱动装置输送加压液体，并仅将加压液体输送给推进驱动装置。

Description

本发明涉及一种借助升降采掘臂的第一组液压作用油缸和在垂直于升降方向可旋转采掘臂的第二组液压作用油缸，控制局部切割式采掘机的万能旋转采掘臂运动的方法，以及实施这种方法的装置。

在本申请人的德国专利GB-PS1，588，730中所公开的，带有万能旋转采掘臂的局部切割式采掘机在大多数情况下含有液压作用油缸以在基本垂直的方向上升降采掘臂以及用来进行旋转驱动。例如，该驱动是通过将液压驱动的齿条与转动机构的齿轮相啮合而实现的。采掘臂旋转时，通常是绕着大体上沿底盘法线方向延伸的轴线旋转的。注意，借助此旋转装置升降采掘臂的液压作用油缸也将围绕基本上是垂直的轴旋转。这样，无论在哪个水平方向的旋转位置上，采掘臂均可升降。

当用局部切割式采掘机在断面上采掘时，在采掘臂的自由端，在垂直于采掘臂纵轴的方向上安装有可转动的两个采掘头。掘进方向大多选择在采掘头做旋转运动的轴向方向。在到达设计断面时，采掘臂将按所谓的预选采掘深度升降，而掘进则沿相反的方向进行，并再次在基本水平的方向上进行。由于受这类采掘机结构的限制，当升降采掘臂以实现新的预选采掘深度时，在采掘臂自由端的两个采掘头中间将形成一条突出的肋条。随后，当采掘臂在基本水平的方向上旋转时，必须去掉此肋条。由于岩石的性质和采掘机的结构，若不采取其他措施，而仅仅靠旋转采掘臂的办法来去除此肋，此肋就显得太大了。在这些情况下，在新的位置上旋转采掘臂是不大可能的，要在相反方向上继续采掘之前，必须靠费力的手工操作才能去除此肋条。

本发明的目的在于提出一种开始时已提到的那种控制方法，用这种 控制方法，特别在已到达设计断面时，可很容易保证变换采掘的方向，而不致出现采掘机在回转时，由于有肋条而被卡住的危险。本发明的目的在于可精确地按照岩石性质，特别在改换采掘方向时，使采掘臂可以偏离推进方向而在任意方向上移动，从而使偏离推进方向的程度是可以自由选择的。

本发明的另一个目的在于提供实施本发明的方法的装置。

为了解决第一个任务，本发明所述之控制方法基本上是，测量两个液压作用油缸之一的工作时间和/或测量给各个液压作用油缸输送的加压液体容量;在达到了为实现采掘深度所必须的液压作用油缸进行操作的时间后，或达到了为实现采掘深度在切割方向上进行移动所必须的加压液体的输送量后将停止对所述液压作用油缸输送加压液体，而仅仅将加压液体输送给正在推压的液压作用油缸。在这个过程中，由于测量了起动某一液压作用油缸的实际时间间隔和/或测量了待输送给或已输送给该液压作用油缸的加压液体容量，可以在不依赖另一个液压作用油缸的情况下，快速或慢速地切割出一定的厚度，此外，在推进时，可较陡或较平地从一行转向另一行。根据时间和/或容积这两个参量，特别在一行终端改变采掘方向时，采掘臂的移动可精确地适配当时所遇到的岩石性质，从而可确定出待切割或待破碎的岩石实际数量。利用时间和/或测出的加压液体容量这二个参数，便可采用电或电磁阀门，以极简单的方式实现所需要的控制。

如果在采掘臂的两个运动方向上都有单独的液压源时，本发明所述之控制方法是非常容易实施的。但是，在只有一个液压源的情况下，也可以很好地适配岩石性质，并且在采掘方向改换时可以很好地接近采掘臂的斜进区的斜率，这种近似性是通过间隙地起动采掘油压作用油缸实现的，因而便可根据采掘深度选择启动时间的总和和/或实际供给的容量的总和。这样一种方法原则上也要有两个液压源，分别调节两个采掘 臂的方向才可实现，即当做推进运动的液压作用油缸连续工作时，向在采掘方向进行操作的第二个液压作用油缸间歇地输送加压液体，便可形成一个阶梯状切割层。如果在这两个驱动方向上只有一个液压源，那么在这种情况下，有可能以简单的方式向两个液压作用油缸交替地，并按时间次序输送加压液体，从而实现一次新的采掘。在这种情况下，当在一个方向起动液压作用油缸时，另一个方向的液压作用油缸就得停止，因而在推进至新的一行之前，所进行的是阶梯状掘进。

只要两个液压作用油缸各自的液压源同时分别与这两个液压作用油缸连接，采掘臂在倾斜的方向上以任意选定的斜度做连续运动，在各种情况下都是能实现的。注意，液压作用油缸用来预选新的采掘深度所花的时间可以用来作为预选采掘深度的一个量度。当然，精确的方法是控制住输送给液压作用油缸由采掘深度确定的加压液体容量，从而可以在预选好加压液体容量时，将既定容量的加压液体输送给液压作用油缸，根据预选的采掘深度确定的所需时间是可以在很大范围内选择的，这样，就可以在很大范围内调节斜区的斜度。

由于本发明所述之控制方法只需简单的电子调节系统，如果测出采挖头的旋转液压作用油缸和/或推进方向的旋转液压作用油缸的功率输入，以及/或者通过测量采掘头的旋转速度和/或推进方向的旋转速度，并且根据这些测量值调节采掘深度，因此这个方法可以成为特别优越的方法而得到进一步发展。遇到较硬的岩石时，用这种方法可以在不使采掘头刀具过载的情况下，预选出相应的较小的采掘深度。相反，通过分别对功率输入或者旋转速度的监控，也可以对特别脆的岩石作出快速反应。当然，遇到特别脆的岩石时，采掘深度可以增大。这同样也分别适用于软的或韧性的岩石。注意，当遇到韧性岩石时，必须选择已切割材料部分相对待破碎材料部分有较大的比例，并且必须相应调高切割速度与推压速度之比。

本发明所述的实施这种控制方法的装置，其特征基本上在于，把电磁阀与液压作用油缸的加压液体管道接通，并且把电或电子的控制装置与所述电磁阀连接起来，从而使加压液体管道内的可调计时器和/或容量计，和/或调节油缸上的位移传感器，可控制一些电磁阀，所述的这些电磁阀是由电或电子控制装置中的一些开关启动的。这样，采用简单的电磁阀就足够了，只要在电或电子的控制单元或控制装置中，包括有至少是可调的计时器和/或计算电路，以对确定采掘深度的液压作用油缸上的容量传感器或位移传感器的测量值进行计算。控制信号仅用于控制电磁阀，是特别简单和安全可靠的阀门。在这里，有利的设计方案是，电磁阀可用作为将加压液体交替地输送给两个液压作用油缸的换向阀。

用本发明所述的装置，可以保证以特别简单的方式全自动地切割设计断面。注意这种装置最好是，推进移动的控制装置有两个开关，在完成一次预选采掘深度后，可锁定实现采掘深度的液压作用油缸，直至将推进移动的方向变换成相反方向为止。这样便可以保证，即便在采掘短暂中断后，不致重新预选采掘深度，而是沿最后的推进方向继续采掘，直至切割方向开始变换为止。只有在按相反的推进方向采掘时，才需重新预选采掘深度。这样一种装置可以简单地与断面或模板控制装置连接起来，当已到达设计断面时，此控制装置可变换开关，以使推进的液压作用油缸变换为相反方向，而在推进方向改变后，第二个液压作用油缸将开始操作，直至达到了预选的采掘深度。

如果把单位时间内供液量可变的一个泵与实现采掘深度的液压作用油缸连接起来，并且将控制装置通过控制管路与液泵的排液量的调节元件连接起来，那么就可以特别简单和安全可靠地获得在工作面上采掘臂运动斜区的各种不同的斜度。

本发明参照下列示意图示出的实施例做了进一步的描述。图1是采 掘机的侧视示意图;图2是图1采掘机的顶视图，图中省略了不重要的细节;图3是本发明所述控制采掘臂运动的装置的电路简图;图4是该装置的另一种电路简图;图5是投影在工作面上的采掘臂运动图。

在图1中，1是采掘机，它的带履带的底盘2可在工作地面上移动。采掘机除了一般都有的装料台3外（它可借助液压油缸-活塞装置4升降），还有一采掘臂5，采掘臂5在转动装置6上，可在高度方向上，沿双向箭头的方向转动（借助液压作用油缸8）。此外，它还可按双向箭头10的方向绕基本上是垂直的轴9回转。图2示出了进行这种水平旋转运动的旋转驱动装置。

采掘臂5的自由端装有可旋转的采掘头11。注意，在采掘臂5内，装有这些采掘头11的旋转驱动装置。

从图2中可以看出，旋转是借助液压作用油缸12，沿双箭头10的方向进行的，也就是说，是在一个基本上是水平方向的平面上进行的。液压作用油缸12，通过齿条13与转动机构6的齿轮14啮合。从图2还可以看出，两个采掘头11可绕基本上垂直于采掘臂纵轴的轴15回转，在这两个采掘头之间有一个间隙16。这种采掘机在采掘时的掘进通常是通过操作液压作用油缸12来实现的，所以能按旋转轴15的方向进行。预选的采掘深度是通过采掘臂5，按图1中双向箭头7的方向升或降得出的。注意，在所采掘的材料特别软的时候，例如，煤、钾盐或类似材料，由于齿轮箱体外壳和间隙16的缘故，并不总是能达到所预选的采掘深度。然而，在任何情况下当采掘臂5在沿双向箭头7的方向升或降时，在岩石中总是会形成一个与间隙16对应的肋状岩层;当随后分别按双箭头10的方向做转动和按采掘头11的旋转轴15的方向移转采掘头掘进时，就必须去掉此肋状层。在岩石很硬时，这常是不可能的。

为了在改变采掘方向时在两个挖头11之间不再出现突出肋状层的情况下实现预选的新采掘深度，特设计了一个系统，其基本元件如图3实 例所示。实例中设有一电磁阀17，用来控制采掘臂的水平旋转运动。加压液体是通过受控于电磁阀17的泵18输送给液压作用油缸的。由操作盘上的按钮19来启动此阀。操作盘上还有一个电位器20，用来预选计时器21的时间常数，靠调节计时器21而使接点22闭合。电磁阀23是根据开关22的闭合时间而启动的，并将泵24输送来的加压液体输送给液压作用油缸，以升降采掘臂，通常以此实现预选的采掘深度。采用这种布置时，需设第二个泵24。这种布置可很简单地，例如，以液压管路驱动采掘机底盘上的履带来实现。由于在预选新的采掘深度时，并不需要履带传动装置工作，所以泵24可做他用。

图4清楚而全面地示出了一种自动控制采掘过程的装置。操作盘25中有图4中未描绘的按钮19以及用来预选时间常数的电位器20。图中的26示意地表示控制装置。为了清楚起见，图4仅仅示出了液压作用油缸8和12各自的压力管道。当然，还配置了回液管道，并简单地示出了电磁阀23和17，对它们必须相应地选定尺寸。

另外，还设有一个泵18，用来通过水平转动机构的液压作用油缸12，实现采掘臂的水平转动。可调节的轴向活塞泵27用于产生第二个方向的运动，特别是用于实现采掘深度。该轴向活塞泵的控制元件28通过控制导管29与控制装置26连接。在所示的实施例中，电磁阀23，根据控制装置26中计时器21的工作情况，同样地会通过控制导管30与控制装置26连接起来。

容量计32安装在管路31中，用于将来自泵27的加压液送至液压作用油缸8。该容量计的信号通过信号导管33传给控制装置26。按同样方式，信号34导管与压力表35连接，该表安装在电磁阀23后面的管路中。电磁阀23可按照来自容量计32或计时器21的信号产生动作。注意，由这两种信号可以得出预置的采掘深度。通过调节轴向活塞泵27的控制元件28，可以改变采掘臂斜移切割区的陡度或斜度，因为通过这种方式可以改变 例所示。实例中设有一电磁阀17，用来控制采掘臂的水平旋转运动。加压液体是通过受控于电磁阀17的泵18输送给液压作用油缸的。由操作盘上的按钮19来启动此阀。操作盘上还有一个电位器20，用来预选计时器21的时间常数，靠调节计时器21而使接点22闭合。电磁阀23是根据开关22的闭合时间而启动的，并将泵24输送来的加压液体输送给液压作用油缸，以升降采掘臂，通常以此实现预选的采掘深度。采用这种布置时，需设第二个泵24。这种布置可很简单地，例如，以液压管路驱动采掘机底盘上的履带来实现。由于在预选新的采掘深度时，并不需要履带传动装置工作，所以泵24可做他用。

图4清楚而全面地示出了一种自动控制采掘过程的装置。操作盘25中有图4中未描绘的按钮19以及用来预选时间常数的电位器20。图中的26示意地表示控制装置。为了清楚起见，图4仅仅示出了液压作用油缸8和12各自的压力管道。当然，还配置了回液管道，并简单地示出了电磁阀23和17，对它们必须相应的地选定尺寸。

另外，还设有一个泵18，用来通过水平转动机构的液压作用油缸12，实现采掘臂的水平转动。可调节的轴向活塞泵27用于产生第二个方向的运动，特别是用于实现采掘深度。该轴向活塞泵的控制元件28通过控制导管29与控制装置26连接。在所示的实施例中，电磁阀23，根据控制装置26中计时器21的工作情况，同样地会通过控制导管30与控制装置26连接起来。

容量计32安装在管路31中，用于将来自泵27的加压液送至液压作用油缸8。该容量计的信号通过信号导管33传给控制装置26。按同样方式，信号34导管与压力表35连接，该表安装在电磁阀23后面的管路中。电磁阀23可按照来自容量计32或计时器21的信号产生动作。注意，由这两种信号可以得出预置的采掘深度。通过调节轴向活塞泵27的控制元件28，可以改变采掘臂斜移切割区的陡度或斜度，因为通过这种方式可以改变 单位时间加压液体的供给量。在工作面前壁上的采掘臂运动图样，如图5所示。图中以线35表示采掘头即采掘臂所做的基本呈水平方向的推进运动。当到达设计断面36的边缘之后，即可以自动地变换为相反的运动方向，注意，首先是，采掘臂将按自由选定的预置角度，在相反的方向上，沿一条大体上倾斜延伸的线段37抬起。同时，以线38表示在相反方向上进行的推进运动。以39表示准备采掘的断面。在采掘臂运动的局部位置37上，采掘臂的运动偏离斜线，而是沿一条台阶状路线，从以线35表示的推进方向，变换为以线38表示的相反方向的推进方向。在这种情况下，前述的两个液压作用油缸必须交替地操作。交替地启动电磁阀就可以很容易地实现这种操作方式。当使液压作用油缸12连续操作，而使液压作用油缸8断续操作时，便会产生台阶状的折线运动，在一很短的时间内，便形成了如图5的线37所示的那种斜线运动。这种操作方法可以很好地与岩石的性质适配，并有利于实现无故障的，全自动的操作。

在这种情况下，将本发明提出的装置，与一自动模板控制装置结合起来，便有可能在到达设计断面边缘，并在切割方向反向时，减少反应时间。这一点很重要，因为仅0.1秒的反应时间就会造成多达20厘米断面宽度的变化。断面宽度20厘米的变化就会造成，根据设计断面不同而不同，每天可生产超过2立方米的固态材料的增量。所以，通过换向的自动控制以及自动预置下一次采掘深度，将会获得巨大的经济效益。

Claims (12)

1、一种对具有升降采掘臂(5)的第一组液压作用油缸(8)和在垂直于升降方向旋转采掘臂(5)的第二组液压作用油缸(12)的局部切割式采掘机(1)，控制其万能旋转采掘臂(5)运动的方法，其特征在于，测量两个液压作用油缸(8，12)之一动作的时间和/或测量给各个液压作用油缸输送的加压液体容量，并且在到达为采掘深度必需的液压作用油缸动作时间后，或到达在采掘深度方向上，进行移动所需的容量后，根据所需采掘深度中断对该液压作用油缸(8)输送加压液体，而仅仅将加压液体输送给推进液压作用油缸(12)。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，间歇地给预选采掘深度的液压作用油缸（8）加压，从而可根据所选的采掘深度，选择动作时间之和，与/或实际输送的液体容量之和。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对两个液压作用油缸（8，12）交替地，并按时间次序输送加压液体，以承担一次新的采掘。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用两个液压源分别向液压作用油缸（8，12）供液。

5、根据权利要求1至3的任一个所述的方法，其特征在于，测量采挖头（11）液压作用油缸和/或推进方向的液压作用油缸（12）的功率输入，以及/或者测量采挖头（11）的旋转速度和/或在推进方向的旋转速度，并且根据测量值调节采掘深度。

6、一种为实施按照权利要求1至5之一所述的方法，控制采掘机采掘臂运动的装置，包括控制采掘臂5沿铅垂方向摆动的液压作用油缸及沿水平方向转动的液压作用油缸，控制油缸动作的阀，以及用以将压力流体分别供给所述液压作用油缸的油泵，其特征在于，把电磁阀（23，17）与液压作用油缸（8，12）的加压液体管道接通，还在于把电控装置（26）分别与所述电磁阀（23，17）连接起来，电控装置（26）中有启动电磁阀（23，17）连接起来，电控装置（26）中有启动电磁阀（23，17）的开关（22），由可调的定时元件（21），和/或加压液体管路中的容量计（32），和/或安装在（8，12）上的位移传感器，控制所述的电磁阀。

7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电磁阀用作将加压液体交替地输送给两个液压作用油缸（8，12）的换向阀。

8、根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，推进移动的控制装置（26）有两个开关，还在于完成一次切割后，可锁住实现采挖深度的液压作用油缸（8），直至推进移动改为相反方向。

9、根据权利要求6或7所述之装置，其特征在于，控制装置（26）与断面或模板控制装置分别连接在一起，使控制推进液压作用油缸（12）的开关在推进到设计断面（36）时，产生变换，并使该液压作用油缸做相反方向的运动，从而使第二个液压作用油缸（8）在改换推进方向后，直至达到预置的采掘深度时，一直进行操作。

10、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，控制装置（26）与断面或模板控制装置分别连接在一起，使控制推进液压作用油缸（12）的开关在推进到设计断面（36）时，产生变换，并使该液压作用油缸做相反方向的运动，从而使第二个液压作用油缸（8）在改换推进方向后，直至达到预置的采掘深度时，一直进行操作。

11、根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，把单位时间内可改变其供液量的一个泵（27），与预选采掘深度的液压作用油缸（8）连接起来，还在于，通过控制导管（29），把控制装置（26）与泵（27）的用于调节供液量的调节元件（28）连接起来。

12、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，把单位时间内可改变其供液量的一个泵（27），与预选采掘深度的液压作用油缸（8）连接起来，还在于，通过控制导管（29），把控制装置（26）与泵（27）的用于调节供液量的调节元件（28）连接起来。

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