CN102797461B - 用于监控线缆铲机的操作的方法和*** - Google Patents

Abstract

一种用于监控线缆铲机的操作的方法和***。用于电动线缆铲的监控***确定铲何时完成挖掘操作及后续的倾倒操作。***包括倾斜计、电流传感器和监控电路。倾斜计安装在铲斗臂上，以便提供指示铲斗臂的倾斜度的输出。电流传感器感测供应到电动机的电流水平。监控电路确定电流传感器何时提供电流水平超过挖掘电流阈值水平持续超过预定周期的时间周期的指示，在该时间周期中，倾斜计指示铲斗臂的倾斜度低于挖掘阈值倾斜度。在该情况下，监控电路提供指示铲已完成挖掘操作的输出。随后的倾倒操作以类似方式监控，其中监控电路的转动和解扣杆的致动被感测。电动线缆铲主体上的GPS接收机提供铲正在挖掘的位置的指示，工地模型被参考以确定被开采的材料。

Description

用于监控线缆铲机的操作的方法和***

技术领域

本发明涉及用于电动线缆铲的监控***，以及操作用于电动线缆铲的监控***的方法。

背景技术

电动线缆铲是广泛用于材料移除操作中的大型挖掘机器，例如应用于采矿业。通常借助使用工地的地形的数字模型而进行从矿山工地移除材料的处理，所述数字模型包括信息，该信息定义工地内的矿床位置，并且定义工地的矿石和拓扑的不同密集度或等级。工地模型可以包括产权边界，不仅是矿山自身的产权边界，而且还有标记可以被独立拥有的矿山部分的任意内部边界。使用这种信息，可以开发出矿山平面图，该平面图定义了从工地移除表土和矿石的方式。在过去，勘探和标桩测定人员通常以标志或标桩标记工地，从而反映所述工地模型。所述工地模型和标桩的位置之后必须被周期性地更新，以便反映所述工地的采矿进展。

为了降低设置标桩的劳动量，并且为了简化电动线缆铲的操作，开发了一些对挖掘处理跟踪的***。在1999年1月26日授予亨德森(Henderson)等人的美国专利No.5,864,060中公开了一个这样的***。Henderson***主要基于机器在各个位置停留的时间来监控工地中的挖掘机的行进。当挖掘机围绕垂直轴线从完成挖掘的位置转动到挖掘机卸货的位置时，所述***确定挖掘机的角速度。所述机器响应于低于指定量的角速度而停止，并且这种情况被检测。机器停止的时间长度被测量。之后基于这种测量确定机器的工作周期。

1998年12月15日授予佛内耳(Fournier)等人的美国专利No.5,850,341中示出了另一种监控***。在Fournier***中，检测在正向和反向之间转换挖掘机的传动的操作。这由所述***获取作为以挖掘机挖掘的指示。Fournier***和其他***不像可能期望的那样直接和简单。近一步地，可期望监控***能够确定被开采的矿石的性质并且将可能具有很少的矿含量或者不具有矿含量的土壤与具有大量矿含量的土壤相区别。

发明内容

用于电动线缆铲的监控***确定铲何时完成挖掘操作。电动线缆铲具有：铲主体，其被安装以在基座上转动；吊杆，其自铲主体向上延伸并在其下端连接到所述主体；安装在所述吊杆上端的滑轮；通过在滑轮上延伸的铲斗线缆而自所述吊杆悬挂的铲斗桶；绞盘，安装在铲主体上并且固定到铲斗线缆，所述绞盘包括绞盘鼓和电动机，所述电动机用于在绞盘鼓上缠绕和展开铲斗线缆，从而提升和降低所述铲斗桶；以及铲斗臂，其固定到铲斗桶并且由臂机构支撑，该臂机构用于向着所述铲主体移动所述臂以及自所述铲主体移走所述臂。所述***包括倾斜计、电流传感器以及监控电路。所述倾斜计安装在铲斗臂上，以便提供指示铲斗臂的倾斜度的输出。电流传感器感测供应到绞盘电动机的电流的水平。最后，监控电路确定电流传感器何时提供电流水平超过预定挖掘电流阈值水平持续超过预定周期的时间周期的指示，并且在这个时间周期中，倾斜计指示铲斗臂的倾斜度低于挖掘阈值倾斜度。在此情况下，监控电路提供输出，该输出指示铲完成了挖掘操作，以材料装满所述铲斗桶。

所述监控***还可以包括安装在铲主体上的一对GPS接收机，以及在臂机构中的传感器，用于确定所述臂关于所述吊杆的延伸。所述监控电路可以响应GPS接收机以及臂机构中的传感器，从而确定电动线缆铲主体的位置和取向，并且确定挖掘操作的位置。

所述监控***可以进一步包括：转动传感器，其用于感测铲的基座上的电动线缆铲主体的转动；以及铲斗桶解扣杆传感器，其用于感测由操作者执行的解扣杆的致动。所述监控电路可以响应转动传感器和解扣杆传感器，以便确定在所述主体的转动经过最小的转动角度后何时倾倒了铲斗桶中的材料的负载。在这种情况下，监控电路提供输出，该输出指示铲完成了倾倒操作。

所述监控***可以进一步包括存储器，该存储器具有存储在其中的工地模型，所述工地模型包括指定所述工地处的矿石的位置和等级的数据。所述监控***将每个挖掘操作与工地模型相比较，从而确定铲斗桶中的材料中的矿石，以便所述桶可以倾倒在适当的运输卡车中。

监控电动线缆铲的操作的方法包括以下步骤：确定铲斗臂的倾斜度；感测供应到电动机的电流水平；确定何时所述电流水平超过挖掘电流阈值水平持续超出预定周期的时间周期，并且在这个时间周期中，铲斗臂低于挖掘阈值倾斜度；以及提供输出，该输出指示铲完成了挖掘操作。所述监控***可以进一步包括安装在铲主体上的一对GPS接收机，或者单个GPS接收机以及指向传感器，并且所述方法可以进一步包括以下步骤：确定所述臂关于所述吊杆的延伸；确定电动线缆铲主体的位置和取向；并且确定挖掘操作的位置。所述电动线缆铲可以进一步包括用于感测电动线缆铲主体的转动的转动传感器，或者所述电动线缆铲可以使用在铲的基座上的GPS接收机以及指向传感器，从而确定转动，并且使用铲斗桶解扣杆传感器，以便感测由操作者执行的解扣杆的致动。所述方法可以进一步包括以下步骤：确定在所述铲主体的转动经过最小的转动角度后何时倾倒了铲斗桶中的材料的负载。所述监控***可以进一步包括存储器，该存储器具有存储在其中的工地模型，所述工地模型具有指定所述工地处的矿石的位置和等级的数据，所述位置包括海拔信息。所述方法可以进一步包括以下步骤：将检测到的每个挖掘操作与工地模型相比较，从而确定由挖掘操作产生的铲斗桶中的材料中的矿石，以便所述铲斗桶可以倾倒在适当的运输卡车中。

附图说明

图1是包括监控***的一个实施例的电动线缆铲的侧视图；

图2是图1中的电动线缆铲的后视图；

图3是简要的侧视图，其说明了铲桶经过挖掘周期的移动以及材料从所述桶排放到卡车用于运输；以及

图4是监控***的简要图示。

具体实施方式

图1和图2分别是包括监控***的实施例的电动线缆铲10的侧视图和后视图。铲10包括铲主体12，该铲主体12被安装以便在基座14上转动。所述基座14包括一对履带16，该履带16由电机(未示出)激励以使铲10可以在矿山的工地周围被驱动。所述电机可以是柴油发动机、多个电动机或自承载在铲上的电机发电机组接收电力的一台电动机。铲10由驾驶室18中的操作者控制。吊杆20(为了简化的目的而在图2中省略)自铲主体12向上延伸并且在其下端连接到所述主体12。在所示的铲结构中，吊杆20被维持在相对于主体12的固定位置，但是还可以具有角度传感器，从而进一步提高计算的桶位置的位置精确度。然而，一些铲具有可以相对于铲主体提升和降低的吊杆。滑轮22被安装在吊杆20的上端上。通过在滑轮22上延伸的铲斗线缆26而自所述吊杆20悬挂铲斗桶24。绞盘28(图4)安装在铲主体12上并且固定到铲斗线缆26。所述绞盘28包括绞盘鼓30和电动机32，所述电动机32用于缠绕和展开绞盘鼓30上的铲斗线缆26。显然的是，这将提升和降低所述铲斗桶24。铲斗臂34固定到铲斗桶24并且由臂机构36支撑，以便向着所述铲10的主体12移动所述臂34以及自所述铲10的主体12移走所述臂34。所述臂机构36包括鞍状结构38和电机40(图4)，以便向着所述铲10的主体12移动所述铲斗臂34以及自所述铲10的主体12移走所述铲斗臂34。转动传感器用于计数电机40或小齿轮的转动，从而允许铲斗臂34在鞍状结构38中的延伸，由此给出所述桶的可计算的位置。注意，转动传感器可以结合齿轮减速，从而使转动传感器范围与要求的铲斗延伸范围相匹配。

所述监控***包括安装在铲斗臂34上的倾斜计42。该倾斜计42提供指示铲斗臂34的倾斜度的输出。如图4所示，监控***还包括电流传感器44，其感测供应到电动机32的电流的水平。监控电路46可以采用计算机处理器的形式，该监控电路46响应倾斜计42和电流传感器44。监控电路基于其输入确定电动线缆铲何时完成挖掘操作。更具体地，监控电路46确定电流传感器44何时提供超过预定挖掘电流阈值水平的电流水平持续超过预定周期的时间周期的指示，并且在这个时间周期中，倾斜计指示铲斗臂的倾斜度低于挖掘阈值倾斜度。这两种情况，足够高的、持续不变的电流水平以及在此期间充分降低的铲斗臂足够监控***断定执行了挖掘操作。所述预定挖掘电流阈值水平可以被设定为一个电流水平，该电流水平小于在常规挖掘期间由电机带来的最大电流，并且大于在铲循环经过挖掘运动而实际上不以材料装填所述桶的情况下由电机带来的电流。作为一个示例，预定挖掘电流阈值水平可以被设定为这两个电流水平的均值。预定周期将被设定为铲完成桶24的一次挖掘运动所需的最小时长。桶24的常规挖掘运动的一个示例大致如图3中的虚线24’所示。被选择作为挖掘倾斜度的铲斗臂的倾斜度可以在垂直(也就是，铲斗臂笔直地向下悬挂)和20度(也就是，铲斗臂低于水平面20度)之间。因此，监控电路46提供输出，该输出指示当电机32产生足够电流持续设定的时间周期，并且铲斗臂34被定位为使得可以进行挖掘的取向(例如在垂直和20度之间)时，铲10已完成挖掘操作。

监控***进一步包括安装在铲主体12上的一对GPS接收机48和50，或者单个GSP和指向传感器，以及在臂机构36中用于感测铲斗臂34相对于吊杆20的延伸的传感器52。所述监控电路46响应于GPS接收机和臂机构中的传感器52，从而确定电动线缆铲主体12的位置和取向，并且基于所述位置和取向，确定在挖掘操作期间桶24的位置。由于自GPS接收机(或单个GSP接收机和指向传感器)和主体俯仰传感器53已知工地上的铲主体12的定位和取向，并且自臂34的取向和延伸、主体俯仰角和吊杆角度已知桶24相对于主体12的相对位置，因此挖掘操作的精确位置同样已知。

电动线缆铲10进一步包括转动传感器54。该传感器54感测铲的基座14上的电动线缆铲10的主体12的转动。可替换地，机器主体的转动可以自GPS接收机的输出或自指向传感器确定。铲斗桶解扣杆56被提供在操作者驾驶室18中，从而允许操作者打开铲斗桶24，如图1所示，从而倾倒在之前的挖掘操作期间在桶24中积累的材料的负载。图3示出了处于自桶24接收材料的负载的位置的卡车58。通常，在矿山工地的挖掘操作期间，一个或多个卡车将被定位到铲10的任一侧。当铲经过挖掘期间并且由此在桶24中承载了一定量的材料后，铲主体将向着卡车转动。所述桶将被定位在卡车之上，杆56致动，并且材料被置于卡车中。铲将转动回到挖掘位置，并且该操作将被重复，直至卡车被装满。此时，空的卡车将移动到位，以便接收被铲挖掘的材料。铲斗桶解扣杆传感器58通过感测由铲操作者执行的解扣杆56的致动，并且向监控电路提供致动的指示。监控电路46响应于转动传感器54和解扣杆传感器58，以便确定在主体12以最小转动角度的转动之后，铲斗桶24中的材料的负载何时被倾倒。最小转动角度可以例如被设定为45度。在挖掘操作之后并且在第二次挖掘操作能够被***确认之前，倾倒操作必须被记录。

将意识到，监控***监控每桶材料自矿山工地的特定位置的挖掘，以及为从矿山中移除而将每桶材料向卡车中的倾倒。所述监控***包括存储器60，其中存储有工地模型。所述工地模型由指定遍布工地的矿石的位置和等级的数据定义。位置信息包括三维数据。通常，工地模型将通过利用多种传统勘探技术中的任意勘探技术对工地进行勘探，并且通过在遍布工地的相间隔的位置处采集矿石标本而获得。利用矿石标本分析矿石的类型以及矿石的质量，并且这种数据与等高线信息相结合，从而完成工地模型。因此，监控***跟踪被开采的矿床的位置，并且同样跟踪矿山表面的修整外形。

如果需要，当被开采的工地的区域具有的矿石质量不足以高到被处理时，监控***可以提供信息到电动线缆铲的操作者。由于每桶材料均挖掘自工地，监控***将参考存储器60中的工地模型。监控***确定桶中的矿石是将被处理还是将被丢弃，并且该信息之后为铲的操作者显示在显示器62上。一些卡车可以定位为与铲相邻，其中一辆卡车保留将被移除和丢弃的材料。操作者之后将根据所显示的信息操作，并且所述材料将被倾倒在适当的卡车中。将意识到，当铲***作，自工地移除材料并且改变工地的轮廓时，工地模型拓扑可以由所述***更新。如果多个铲均在运行中，则将意识到，它们的监控***可以经由无线通信电路64无线地通信，从而维持更新的工地模型，该更新的工地模型反映了由工地上的全部铲执行的挖掘工作。

Claims (14)

1.一种用于电动线缆铲的监控***，所述电动线缆铲具有：铲主体，其被安装以在基座上转动；吊杆，其自所述铲主体向上延伸并在其下端连接到所述主体；安装在所述吊杆上端的滑轮；通过在所述滑轮上延伸的铲斗线缆而自所述吊杆悬挂的铲斗桶；绞盘，其安装在所述铲主体上并且固定到所述铲斗线缆，所述绞盘包括绞盘鼓和电动机，所述电动机用于在所述绞盘鼓上缠绕和展开所述铲斗线缆，从而提升和降低所述铲斗桶；以及铲斗臂，其固定到所述铲斗桶并且由臂机构支撑，该臂机构用于向着所述铲主体移动所述臂以及自所述铲主体移走所述臂，所述监控***包括：

倾斜计，其安装在所述铲斗臂上，以便提供指示所述铲斗臂的倾斜度的输出，

电流传感器，用于感测供应到所述电动机的电流的水平，和

监控电路，用于确定所述电流传感器何时提供电流水平超过挖掘电流阈值水平持续超过预定周期的时间周期的指示，并且在这个时间周期中，所述倾斜计指示所述铲斗臂的所述倾斜度低于挖掘阈值倾斜度，所述监控电路提供输出，该输出指示所述铲已完成挖掘操作，以材料装满所述铲斗桶。

2.如权利要求1所述的用于电动线缆铲的监控***，其中所述监控***进一步包括安装在所述铲主体上的一对GPS接收机，以及在所述臂机构中用于确定所述臂相对于所述吊杆的延伸的传感器，并且所述监控电路响应所述GPS接收机以及所述臂机构中的所述传感器，从而确定所述电动线缆铲主体的位置和取向，并且确定所述挖掘操作的位置。

3.如权利要求2所述的用于电动线缆铲的监控***，其中所述电动线缆铲进一步包括：转动传感器，其用于感测铲的基座上的电动线缆铲主体的转动；以及铲斗桶解扣杆传感器，其用于感测由操作者执行的对所述解扣杆的致动，并且其中所述监控电路响应所述转动传感器和所述解扣杆传感器，以便确定在所述主体的转动经过最小的转动角度后何时倾倒了所述铲斗桶中的材料的负载。

4.如权利要求3所述的用于电动线缆铲的监控***，其中所述监控***进一步包括存储器，该存储器具有存储在其中的工地模型，所述工地模型具有指定所述工地处的矿石的位置和等级的数据，并且其中所述监控***将每个挖掘操作与所述工地模型相比较，从而确定所述铲斗桶中的材料中的矿石，以便所述铲斗桶能够倾倒在适当的运输卡车中。

5.如权利要求1所述的用于电动线缆铲的监控***，其中所述监控***进一步包括安装在所述铲主体上的GPS接收机和指向传感器，以及在所述臂机构中用于确定所述臂相对于所述吊杆的延伸的传感器，所述监控电路响应所述GPS接收机、所述指向传感器以及所述臂机构中的所述传感器，以便确定所述电动线缆铲主体的位置和取向，并且确定所述挖掘操作的位置。

6.如权利要求5所述的用于电动线缆铲的监控***，其中所述电动线缆铲进一步包括铲斗桶解扣杆传感器，其用于感测由操作者执行的对所述解扣杆的致动，并且其中所述监控电路响应由所述GPS接收机和所述指向传感器感测的转动，并且响应所述解扣杆传感器，以便确定在所述主体的转动经过最小的转动角度后何时倾倒了所述铲斗桶中的材料的负载。

7.如权利要求6所述的用于电动线缆铲的监控***，其中所述监控***进一步包括存储器，该存储器具有存储在其中的工地模型，所述工地模型具有指定所述工地处的矿石的海拔、位置和等级的数据，并且其中所述监控***将每个挖掘操作与所述工地模型相比较，从而确定所述铲斗桶中的材料中的矿石，以便所述铲斗桶可以倾倒在适当的运输卡车中。

8.一种监控电动线缆铲的操作的方法，所述电动线缆铲具有：铲主体，其被安装以在基座上转动；吊杆，其自所述铲主体向上延伸并在其下端连接到所述主体；安装在所述吊杆上端的滑轮；通过在所述滑轮上延伸的铲斗线缆而自所述吊杆悬挂的铲斗桶；绞盘，其安装在所述铲主体上并且固定到所述铲斗线缆，所述绞盘包括绞盘鼓和电动机，所述电动机用于在所述绞盘鼓上缠绕和展开所述铲斗线缆，从而提升和降低所述铲斗桶；铲斗臂，其固定到所述铲斗桶并且由臂机构支撑，该臂机构用于向着所述铲主体移动所述臂以及自所述铲主体移走所述臂，所述方法包括以下步骤：

确定所述铲斗臂的倾斜度；

感测供应到所述电动机的电流水平；

确定何时所述电流水平超过挖掘电流阈值水平持续超出预定周期的时间周期，并且在这个时间周期中，所述铲斗臂低于挖掘阈值倾斜度；以及

提供输出，该输出指示所述铲已完成挖掘操作。

9.如权利要求8所述的监控电动线缆铲的操作的方法，其中监控***进一步包括安装在所述铲主体上的一对GPS接收机，并且其中所述方法进一步包括以下步骤：

确定所述臂相对于所述吊杆的延伸；

确定所述主体的俯仰角；

确定所述电动线缆铲主体的位置和取向；以及

确定所述挖掘操作的位置。

10.如权利要求9所述的监控电动线缆铲的操作的方法，其中所述电动线缆铲进一步包括用于感测所述电动线缆铲主体在所述铲的基座上的转动的转动传感器，以及用于感测由操作者执行的对解扣杆的致动的铲斗桶解扣杆传感器，并且其中所述方法进一步包括以下步骤：确定在所述主体的转动经过最小的转动角度后何时倾倒了所述铲斗桶中的材料的负载。

11.如权利要求10所述的监控电动线缆铲的操作的方法，其中所述监控***进一步包括存储器，该存储器具有存储在其中的工地模型，所述工地模型具有指定所述工地处的矿石的位置和等级的数据，并且其中所述方法进一步包括以下步骤：将检测到的每个挖掘操作与所述工地模型相比较，从而确定由挖掘操作得到的所述铲斗桶中的材料中的矿石，以便所述铲斗桶可以倾倒在适当的运输卡车中。

12.如权利要求8所述的监控电动线缆铲的操作的方法，其中监控***进一步包括安装在所述铲主体上的GPS接收机以及指向传感器，并且其中所述方法进一步包括以下步骤：

确定所述臂相对于所述吊杆的延伸；

根据所述GPS接收机和指向传感器的输出，确定所述电动线缆铲主体的位置和取向；以及

确定所述挖掘操作的位置。

13.如权利要求12所述的监控电动线缆铲的操作的方法，其中根据所述GPS接收机和指向传感器的输出确定所述电动线缆铲的转动，其中所述电动线缆铲进一步包括用于感测由操作者执行的对解扣杆的致动的铲斗桶解扣杆传感器，并且其中所述方法进一步包括以下步骤：确定在所述主体的转动经过最小的转动角度后何时倾倒了所述铲斗桶中的材料的负载。

14.如权利要求8所述的监控电动线缆铲的操作的方法，其中监控***进一步包括安装在所述铲主体上的一对GPS接收机，以及用于感测由操作者执行的对解扣杆的致动的铲斗桶解扣杆传感器，并且其中所述方法进一步包括以下步骤：

确定所述臂相对于所述吊杆的延伸；

根据所述GPS接收机的输出确定所述电动线缆铲主体的位置和取向；

根据所述GPS接收机的输出确定所述挖掘操作的位置；

根据所述GPS接收机的输出确定所述铲的转动；以及

确定在所述主体的转动经过最小的转动角度后何时倾倒了所述铲斗桶中的材料的负载。