CN102642721B - 一种斗轮取料机取料控制方法及斗轮取料机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种斗轮取料机取料控制方法及斗轮取料机，斗轮取料机设置有用于检测斗轮与物料距离的第一检测装置，该方法包括：检测斗轮与物料的距离，并根据所述斗轮与物料的距离、斗轮半径以及所述第一检测装置与水平面的角度，计算斗轮取料水平深度，当所述取料水平深度大于或等于设定的取料深度阀值时，控制斗轮取料机走行机构停止前进，从而可以精确控制斗轮水平进给距离，保证取料料流的稳定性，预防斗轮取料过深造成的过载，避免故障的发生，保障斗轮取料机使用的安全性。

Description

一种斗轮取料机取料控制方法及斗轮取料机

技术领域

本发明涉及工业机械控制领域，尤其涉及一种斗轮取料机取料控制方法及斗轮取料机。

背景技术

斗轮取料机是一种高效率连续式的散状物料堆取设备，主要由斗轮、臂架、变幅机构、回转机构、走行机构、门座、尾车、中心料斗、润滑***、电气***等构成。斗轮取料机取料作业过程为：臂架绕回转中心回转运动，斗轮转动切取物料，并将物料卸到向回转机构中心方向运动的臂架带式输送机上，最后物料经过安装在回转平台及门座上的中心落料斗装置转卸到地面输送机上。当在料堆宽度方向的作业面取料完成后，通过走行机构水平方向前进，带动斗轮取料机前进，进行下一个作业面的取料。

目前，斗轮取料机通过控制斗轮机大车进给距离与回转速度配合来控制斗轮取料流量，即，电流检测模块从斗轮电机电流回路的线电流中检测出相应的微弱交流电压信号，并输送到电流/电压信号转换模块进行信号的整流稳压放大处理，经整流稳压放大处理的所述电压信号被输入到取料自动控制模块，取料自动控制模块根据电压信号的变化，控制回转机构和走行机构动作，而回转机构和走行机构的动作又会影响斗轮机构的电流发生变化。

现有的斗轮取料机通过人为判断或者设定走行机构电机工作时间来控制大车进给距离，精确度较低，且通过测量电机电压信号调节走行机构动作，在发生斗轮取料机已发生过载后，才能够发现并进行处理，此时，有可能已经对斗轮取料机造成了损坏。

因此，亟需一种斗轮取料机取料控制方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斗轮取料机取料控制方法及斗轮取料机，用以实现精确控制斗轮水平进给距离，预防斗轮取料过深造成的过载，确保斗轮取料机使用的安全性。

为此，本发明采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种斗轮取料机取料控制方法，斗轮取料机设置有用于检测斗轮与物料距离的第一检测装置，该方法包括：检测斗轮与物料的距离，并根据所述斗轮与物料的距离、斗轮半径以及所述第一检测装置与水平面的角度，计算斗轮取料水平深度，当所述取料水平深度大于或等于设定的取料深度阀值时，控制斗轮取料机走行机构停止前进。

本发明实施例提供一种斗轮取料机，包括：包括用于取料的斗轮、用于升降所述斗轮的臂架、用于控制斗轮取料机走行构停止前进的控制装置、用于检测斗轮与物料距离的第一检测装置，以及用于检测所述臂架俯仰角度的第二检测装置，所述第二检测装置安装于所述臂架上，所述第一检测装置安装于所述斗轮圆周中心位置；

所述控制装置根据所述斗轮与物料距离、斗轮半径以及所述第一检测装置与水平面的角度，计算斗轮取料水平深度，当所述取料水平深度大于或等于设定的取料深度阀值时，控制斗轮取料机走行机构停止前进；其中，所述第一检测装置与水平面的角度为所述第二检测装置检测到的臂架俯仰角度与所述第一检测装置的初始角度之和。

本发明的上述实施例，利用第一检测装置检测斗轮与物料的距离，并根据斗轮与物料的距离、斗轮半径和第一检测装置与水平面的角度计算斗轮取料水平深度，在判断斗轮取料水平深度大于或等于预设的取料深度阈值时，控制斗轮取料机走行机构停止前进，从而可以精确控制斗轮水平进给距离，保证取料料流的稳定性，预防斗轮取料过深造成的过载，避免故障的发生，保障斗轮取料机使用的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的斗轮取料机结构示意图；

图2为本发明实施例提供的斗轮取料机取料控制流程示意图；

图3a为本发明实施例提供的斗轮取料机取料过程俯视示意图；

图3b为本发明实施例提供的斗轮取料机取料纵向平面示意图；

图4为本发明实施例提供的第一检测装置位置示意图；

图5a、5b为本发明实施例提供的斗轮半径R、斗轮与物料的距离L1以及第一检测装置与水平面的角度β之间的投影关系示意图；

图6为本发明实施例提供的第二检测装置检测臂架俯仰角度的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种斗轮取料机，结构如图1所示，该斗轮取料机包括：第一检测装置11、第二检测装置14、第三检测装置15、控制装置12、参数输入装置13、用于取料的斗轮机构16、用于升降斗轮的变幅机构20、臂皮带机构17、走行机构18和回转机构19。

控制装置12可以通过软件或者硬件或者软件及硬件的结合实现，例如可通过可编程控制器(Programmable Logic Controller，PLC)实现。

第一检测装置11分别设置在斗轮取料机斗轮中轴的两侧，用于实时检测斗轮与物料之间的距离。在本发明实施例中，第一检测装置选用传感器，优选的，选用超声波束传感器。

第二检测装置14用以检测臂架俯仰角度。

第三检测装置15用于检测臂架回转的初始角度以及臂架回转终止角度。

参数输入装置13用于输入预设参数以及同步显示相关检测结果信息，优选的，参数输入装置包括触摸屏。操作人员通过触摸屏可以方便地设定大车进给距离并由PLC根据回转角度计算出斗取料深度的阈值，从而实现对取料流量大小的灵活控制。

控制装置12用于根据第一检测装置11检测到的斗轮与物料的距离，计算斗轮取料水平深度，并与预设的取料深度阈值相比较，控制斗轮取料机走行机构前进或者停止。控制装置12还用于控制斗轮取料机各个机构，进行取料作业。如图所示，控制装置12可以控制斗轮机构16取料，并通过臂皮带机构17运送物料；控制装置12可以控制走行机构18前进，推进取料作业面；在同一取料作业面上，控制装置12可以控制回转机构19回转，在料堆宽度方向取料；控制装置12还可以控制变幅机构20抬升或者降低臂架，对料堆分层取料。

以下结合图2、图3a、图3b、图4详细说明斗轮取料机取料控制方法，首先，对斗轮取料机取料控制装置12初始化，在控制装置12中设定取料深度阈值，取料深度阈值与斗轮取料机的功率和/或物料种类有关，控制装置12中还可以设定臂架回转初始角度以及臂架回转终止角度，臂架回转初始角度以及臂架回转终止角度与料堆宽度、斗轮取料机运行轨道与料堆的距离相关。由于料场规格通常是固定的，料堆宽度、斗轮取料机运行轨道与料堆的距离这些参数通常也是固定的，因此，臂架回转初始角度以及臂架回转终止角度值也是固定的。

当半自动取料条件具备时，将斗轮取料机大车开至料堆初始位置，选择控制方式为半自动，顺序启动臂皮带机构17以及斗轮机构16。

如图所示，该方法包括以下步骤：

步骤21，第三检测装置15检测当前臂架回转角度。

具体的，结合图3a、3b所示，斗轮取料机在取料过程中，回转机构19带动臂架可以在料堆内向外(顺时针方向)或者外向内(逆时针方向)两个方向回转，斗轮机构16按照箭头所指呈S形进行取料。

步骤22，控制装置12判断当前臂架回转角度是否等于预设的臂架回转初始角度或臂架回转终止角度，若当前臂架回转角度等于预设的臂架回转初始角度，或者等于臂架回转终止角度，则执行步骤23；否则执行步骤27。

具体的，控制装置12接收到第三检测装置15检测当前臂架回转角度后，分别与预设的臂架回转初始角度和臂架回转终止角度向比较，若当前臂架回转角度等于预设的臂架回转初始角度，则说明臂架到达料堆内侧边界，若当前臂架回转角度等于臂架回转终止角度，则说明臂架到达料堆外侧边界。当臂架到达料堆内侧边界或者外侧边界时，执行步骤23，计算斗轮取料水平深度L；否则，说明臂架处于回转初始角度终止角度之间的物料区域，执行步骤27，继续控制臂架回转取料。

步骤23，控制装置12控制斗轮取料机走行机构18前进，并利用第一检测装置11检测斗轮与物料的距离L1。

具体的，结合图3a、图4，详细说明发明实施例提供的第一检测装置的位置，如图所示，第一检测装置11包括右超声波传感器111和左超声波传感器112，右超声波传感器111和左超声波传感器112分别设置于斗轮取料机斗轮机构16的中轴的两侧，右超声波传感器111和左超声波传感器112可以分别发射超声波束，用以检测斗轮与物料的距离L1。右超声波传感器111和左超声波传感器112通过发射超声波束检测斗轮与物料的距离L1。

步骤24，控制装置12根据检测到的斗轮与物料的距离L1、斗轮半径R以及第一检测装置与水平面的角度β，计算斗轮取料水平深度L

如图5a及图5b所示，为本发明实施例提供的第一检测装置11检测斗轮与物料距离L1的示意图，如图5a所示，虚线所示轨迹为斗轮前次取料的轨迹，实线所示轨迹为斗轮本次取料的轨迹，斗轮取料水平深度L即为斗轮水平进给距离。斗轮取料水平深度L根据斗轮半径R以及斗轮与物料的距离L1与第一检测装置11与水平面的角度β之间的三角函数关系获得。

具体的，R、L、L1、β之间的关系可以通过公式(1)-(3)表示：

b＝L1*sinβ；   (1)；

b²＝R²-(d+L)²； (2)；

d＝b*cosβ；    (3)；

将公式(1)-(3)变形，可以得到斗轮取料水平深度L的计算公式：

$L=\sqrt{R^2-{(L1*\sin \mathrm{\β})}^2}-L1*\cos \mathrm{\β}---\left(4\right)$

其中，如图6所示，第一检测装置11与水平面的角度β＝第一检测装置11初始角度θ+臂架俯仰角度α。第一检测装置11初始角度θ为当臂架水平时，第一检测装置11与水平面的角度，优选的，第一检测装置11初始角度θ为18～25度。当臂架抬升时，α为负，第一检测装置11与水平面之间的夹角减小；当臂架下降时，α为正，第一检测装置11与水平面之间的夹角增大。

因此，斗轮取料水平深度L的计算公式为：

$L=\sqrt{R^2-{(L1*\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α}))}^2}-L1*\cos (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α})---\left(5\right)$

具体的，上述步骤中的检测到的当前臂架回转角度、斗轮与物料的距离L1、以及计算获得的取料水平深度L可以通过触摸屏显示，方便操作人员及时了解斗轮取料机的工作状况。

步骤25，控制装置12判断计算得到的斗轮取料水平深度L是否大于等于所述预设的取料深度阈值，若否，则执行步骤23，控制斗轮取料机走行机构18继续前进，并检测斗轮与物料的距离L1，否则，执行步骤26。

步骤26，控制装置12控制斗轮取料机走行机构18停止前进。

上述步骤23-26，通过检测前次斗轮与物料的距离L1，计算斗轮取料水平深度L，在斗轮取料水平深度L小于阈值时，可以控制走行机构18继续前进，走行机构18水平进给距离即为斗轮取料水平深度L。在走行机构18前进过程中，实时检测斗轮与物料的距离L1，得到斗轮取料水平深度L(走行机构18的水平进给距离)，并实时判断斗轮取料水平深度L是否大于等于取料深度阈值，直到计算出的斗轮取料水平深度L大于等于该取料深度阈值时，控制走行机构18停止前进。

步骤27，控制装置12控制回转机构19配合斗轮机构16进行取料作业。

具体的，当走行机构18停止前进时，说明斗轮取料机已经前进到下一个取料作业面，此时可以在该取料作业面上进行取料作业，即，可以控制回转机构19配合斗轮进行取料作业。

本发明的上述实施例，利用第一检测装置11检测斗轮与物料的距离L1，并根据斗轮与物料的距离L1、斗轮半径R和第一检测装置11与水平面的角度β计算斗轮取料水平深度L，在判断斗轮取料水平深度L大于或等于预设的取料深度阈值时，控制斗轮取料机走行机构18停止前进，从而可以精确控制斗轮水平进给距离，保证取料料流的稳定性，预防斗轮取料过深造成的过载，避免故障的发生，保障斗轮取料机使用的安全性。

基于相同的构思，本发明实施例还提供一种斗轮取料机，如图1所示，该斗轮取料机包括：用于取料的斗轮机构16、用于升降斗轮的变幅机构20(臂架)、用于控制走行构18停止前进的控制装置12、用于检测斗轮与物料距离L1的第一检测装置11，以及用于检测臂架俯仰角度α的第二检测装置14，第二检测装置14安装于臂架上，该斗轮取料机还包括用于传送物料的臂皮带机构17。其中，第一检测装置11可以安装于斗轮圆周中心位置，第一检测装置11也可以安装于斗轮取料机的其他位置，第一检测装置11的安装位置不同，则斗轮取料水平深度L的计算公式也不同，本发明实施例以第一检测装置11安装于斗轮圆周中心位置为例进行说明。

控制装置12根据斗轮与物料距离L1、斗轮半径R以及第一检测装置11与水平面的角度，计算斗轮取料水平深度L，当取料水平深度大于或等于设定的取料深度阀值时，控制走行机构18停止前进；其中，第一检测装置11与水平面的角度β为第二检测装置14检测到的臂架俯仰角度α与第一检测装置11的初始角度θ之和。

具体的，控制装置12根据斗轮半径R以及斗轮与物料的距离L1与第一检测装置11与水平面的角度(θ+α)之间的三角函数关系获得斗轮取料水平深度L，其中，所述斗轮取料水平深度L为斗轮水平进给距离。

具体的，斗轮取料水平深度L根据前述的公式(5)计算获得。

斗轮取料机还设置有用于检测臂架回转角度的第三检测装置15。若控制装置12判断第三检测装置15检测到的当前臂架回转角度等于预设的臂架回转初始角度或者臂架回转终止角度，则控制第一检测装置11检测斗轮与物料的距离。

当臂架水平时，第一检测装置11与水平面的角度为初始角度，初始角度为18～25度。

取料深度阀值与斗轮取料机的功率和/或物料种类有关。

第一检测装置11优选为超声波传感器。

第二检测装置14优选为角度传感器。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种斗轮取料机取料控制方法，其特征在于，斗轮取料机设置有用于检测斗轮与物料距离的第一检测装置，该方法包括：检测斗轮轴心与物料的距离，并根据所述斗轮轴心与物料的距离、斗轮半径以及所述第一检测装置与水平面的角度，计算斗轮取料水平深度，当所述取料水平深度大于或等于设定的取料深度阀值时，控制斗轮取料机走行机构停止前进；

其中，所述斗轮取料水平深度根据斗轮半径以及斗轮轴心与物料的距离与第一检测装置与水平面的角度之间的三角函数关系获得；

其中，所述斗轮取料机设置有用于检测臂架俯仰角度的第二检测装置，所述第一检测装置与水平面的角度为所述第二检测装置检测到的臂架俯仰角度与所述第一检测装置的初始角度之和；

其中，所述斗轮取料水平深度为斗轮水平进给距离；

所述斗轮取料水平深度通过以下公式获得：

$L=\sqrt{R^2-{(L1*\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α}))}^2}-L1*\cos (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α});$

其中，L为斗轮取料水平深度；R为斗轮半径；L1为斗轮轴心与物料的距离；θ为第一检测装置初始角度；α为第二检测装置检测的臂架俯仰角度；(θ+α)为第一检测装置与水平面的角度。

2.如权利要求1所述的斗轮取料机取料控制方法，其特征在于，

所述斗轮取料水平深度为斗轮水平进给距离。

3.如权利要求1所述的斗轮取料机取料控制方法，其特征在于，斗轮取料机设置有用于检测臂架回转角度的第三检测装置，所述检测斗轮轴心与物料的距离，包括：

若所述第三检测装置检测到的当前臂架回转角度等于预设的臂架回转初始角度或者臂架回转终止角度，检测斗轮轴心与物料的距离。

4.一种斗轮取料机，其特征在于，包括用于取料的斗轮、用于升降所述斗轮的臂架、用于控制斗轮取料机走行构停止前进的控制装置、用于检测斗轮与物料距离的第一检测装置，以及用于检测臂架俯仰角度的第二检测装置，所述第二检测装置安装于所述臂架上，所述第一检测装置安装于所述斗轮圆周中心位置；

所述控制装置根据所述斗轮与物料距离、斗轮半径以及所述第一检测装置与水平面的角度，计算斗轮取料水平深度，当所述取料水平深度大于或等于设定的取料深度阀值时，控制斗轮取料机走行机构停止前进；其中，所述第一检测装置与水平面的角度为所述第二检测装置检测到的臂架俯仰角度与所述第一检测装置的初始角度之和；

其中，所述控制装置根据斗轮半径以及斗轮轴心与物料的距离与第一检测装置与水平面的角度之间的三角函数关系获得所述斗轮取料水平深度；

其中，所述斗轮取料水平深度通过以下公式获得：

$L=\sqrt{R^2-{(L1*\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α}))}^2}-L1*\cos (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α});$

其中，L为斗轮取料水平深度；R为斗轮半径；L1为斗轮轴心与物料的距离；θ为第一检测装置初始角度；α为第二检测装置检测的臂架俯仰角度；(θ+α)为第一检测装置与水平面的角度。

5.如权利要求4所述的一种斗轮取料机，其特征在于，所述斗轮取料水平深度为斗轮水平进给距离。

6.如权利要求4所述的一种斗轮取料机，其特征在于，斗轮取料机设置有用于检测臂架回转角度的第三检测装置；

若控制装置判断所述第三检测装置检测到的当前臂架回转角度等于预设的臂架回转初始角度或者臂架回转终止角度，则控制第一检测装置检测斗轮轴心与物料的距离。

7.如权利要求4所述的一种斗轮取料机，其特征在于，当臂架水平时，所述第一检测装置与水平面的角度为初始角度，所述初始角度为18～25度。

8.如权利要求4-7任一项所述的一种斗轮取料机，其特征在于，所述第一检测装置为超声波传感器；所述第二检测装置为角度传感器。