CN107324075A - 基于堆料机横行运动的堆料方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于堆料机横行运动的堆料方法，其包括：首先根据规划的堆料路径，在规划的矩形堆料区域里面，从靠近堆场外侧且大车位置靠前的位置开始第一个料堆堆料；料堆达到预定高度后，往堆场内侧横行移动到下一个堆料点；第二个料堆达到预定高度后，继续横行移动到下一个堆料点，如此直至达到本列最后一个堆料点；随后单独运行大车，切换到下一列堆场点，堆料机按与上一列横行移动相反的方向横行移动，达到下一个堆料点，如此反复直至堆料完成。本发明采用堆料机按列堆料法，在场地规划时只要留足空间，堆料完成后，空缺的场地可以进行其他批次的堆料，不会造成场地空间浪费。另外，这种场地规划简单，且一般一次规划即可。

Description

基于堆料机横行运动的堆料方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种基于堆料机横行运动的堆料方法。

背景技术

在现有技术中，堆料机是将散装物料(煤，铁矿石等)从地面流程皮带上转运并按照一定规程堆放在码头堆场上的起重运输机械。21世纪以来，国内外各码头堆场堆料设备发展迅速。

传统的堆料机堆料一般采用堆料机优先沿着大车轨道方向移动切换堆料点 (按行堆料法)，只有达到规划区域的边界位置才改变回转角度，并切换到下一行堆料。当下一行第一个堆料点达到堆料的预定高度后，同样仅移动大车位置，切换到下一个堆料点。如此，只有在边界位置才操作回转机构，在同一行切换堆料点时仅移动大车。因为堆料机沿着大车轨道方向运行时，司机仅需操作一个大车机构，臂架头部的抛料点及堆场上落料点也能保证在一条直线上移动，堆出的料堆美观整齐，且操作简单。但对于场地昂贵而紧张的堆场而言，这种堆料方法场地规划困难。

因为同一批次的物料一般需要堆放在一起，而不同批次的物料是沿着大车轨道方向互相隔离的，假如规划的堆料场地长度过短(沿着大车轨道方向)，则会导致规划的场地用完而物料还未堆完，将需进行第二次甚至第三次规划。假如规划的堆料场地长度过长，则将导致靠近轨道一侧的场地，因为本批次物料已经堆完，又无法堆其他批次物料而浪费。因此，这种堆料方法的规划困难且空间利用率低，是不可忽视的缺陷，且多次规划对码头全自动实现产生障碍。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中堆料方法的规划困难且空间利用率低等缺陷，提供一种基于堆料机横行运动的堆料方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种基于堆料机横行运动的堆料方法，其特点在于，所述堆料方法包括：

首先根据规划的堆料路径，在规划的矩形堆料区域里面，从靠近堆场外侧且大车位置靠前的位置开始第一个料堆堆料；

料堆达到预定高度后，往堆场内侧横行移动到下一个堆料点；

第二个料堆达到预定高度后，继续横行移动到下一个堆料点，如此直至达到本列最后一个堆料点；

随后单独运行大车，切换到下一列堆场点，堆料机按与上一列横行移动相反的方向横行移动，达到下一个堆料点，如此反复直至堆料完成。

根据本发明的一个实施例，堆料机横行移动时回转与大车的速度联动关系为：

其中，落料点的回转半径为达到预堆高度时，圆锥料堆的锥顶点距离堆料机回转中心线的距离。

根据本发明的一个实施例，所述大车与回转联动时回转最大速度的速度限制为：

根据本发明的一个实施例，所述落料点的回转半径的取值为：

落料点回转半径＝L₂+L₁·cosθ₁+v₁cosθ₁·(2v₁sinθ₁/g+T₂)，

其中：T₂为物料在竖直向下方向，且速度为v₁sin(θ₁)点到料堆锥顶点位置的抛料经过的时间；

L₁为臂架上的皮带抛料点距俯仰铰点的长度；L₂为回转中心距离俯仰铰点的水平距离；v₁为皮带运行速度；θ₁为俯仰角度；g为重量加速度；H₀为臂架水平时皮带上抛料点距堆场地面的高度；H₁为物料预堆高度。

根据本发明的一个实施例，所述俯仰角度设定为：

根据本发明的一个实施例，所述横行移动大车运行方向给定：

当臂架在堆场右侧时，回转向左，则所述横向移动大车向后移动；回转向右，则所述横向移动大车向前移动。

当臂架在堆场左侧时，回转向左，则所述横向移动大车向前移动，回转向右，则所述横向移动大车向后移动。

本发明的积极进步效果在于：

本发明基于堆料机横行运动的堆料方法是一种按列堆料法，其有效克服了场地利用率低的问题。采用堆料机按列堆料法，在场地规划时只要留足空间，堆料完成后，空缺的场地可以进行其他批次的堆料，不会造成场地空间浪费。另外，这种场地规划简单，且一般一次规划即可。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为本发明基于堆料机横行运动的堆料方法中堆料机横行堆料的示意图。

图2为本发明基于堆料机横行运动的堆料方法中堆料机抛料示意图。

附图标记

堆料机 10

堆料机悬臂 20

合成后的实际速度 30

回转速度分量 40

大车速度分量 50

大车轨道 60

料堆堆料点 70

堆料机位置1 80

堆料机位置2 90

臂架皮带机 11

后臂架及配重 12

俯仰机构 13

前臂架 14

回转机构 15

门座架 16

行走机构 17

俯仰角点 A

臂架上皮带抛料点 B

物料抛物线上与B点垂直方向速率相同的点 B’

锥顶D上加上安全余量的虚拟预堆点 C

料堆锥顶 D

俯仰角度 θ₁

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

图1为本发明基于堆料机横行运动的堆料方法中堆料机横行堆料的示意图。图2为本发明基于堆料机横行运动的堆料方法中堆料机抛料示意图。

如图1和图2所示，本发明公开了一种基于堆料机横行运动的堆料方法，其中，所述堆料方法包括：

首先根据规划的堆料路径，在规划的矩形堆料区域里面，从靠近堆场外侧且大车位置靠前的位置开始第一个料堆堆料；

料堆达到预定高度后，往堆场内侧横行移动到下一个堆料点；

第二个料堆达到预定高度后，继续横行移动到下一个堆料点，如此直至达到本列最后一个堆料点；

随后单独运行大车，切换到下一列堆场点，堆料机按与上一列横行移动相反的方向横行移动，达到下一个堆料点，如此反复直至堆料完成。

堆料机横行运行有两种模式：第一种模式是手动操作控制，在横行移动模式下，堆料机司机仅操作回转给定手柄，堆料机大车速度按照横行联动关系算法跟随回转给定速度，保证最终臂架头部的抛料点及场地上落料点在垂直于大车轨道的方向上移动切换堆料点。

达到场地内侧或外侧边界位置时，操作大车手柄，切换到下一列堆料。达到下一列位置时，释放大车手柄。下一列堆料达到预定堆料高度后，反方向操作回转手柄，堆料机与上一列横行移动方向相反的方向移动切换堆料点。如此直到边界位置，再切换到下一列。如此反复直到物料堆完。

第二种模式为自动模式，在自动模式下，回转与大车的速度给定由程序根据设定的算法自动控制，不用人工操作手柄，回转与大车的速度遵循横行算法的速度联动关系。在没有其它(如电缆卷盘过电缆坑等)速度限制的情况下，回转与大车联动时，速度给定以达到回转或大车的任意一个各自最高限值为限。

在自动模式下用按列堆料法堆料，堆料机行进的轨迹与手动堆料时一致。自动堆料时，堆料机移动的轨迹比人工操作更为精确。由于每个堆料点的定位都根据预先设定的目标位置精确定位，且运行起来速度更为平稳。另外，堆料高度的判断通过(超声波或激光扫描仪等)传感器判断起来也更为精确，堆出来的料堆相比人工操作更为堆料整齐美观。

如图1所示，堆料机10从远离大车轨道60的第一堆位置开始堆料(位置 P1)，第一个料堆达到堆料高度后切换到第二个堆料位置P2，第二个料堆达到堆料高度后切换到第三个料堆位置P3，如此直到P6位置。然后，移动大车切换到第二列P7位置，再切换堆料点方向与上一列方向相反到P8，以此类推直至料堆堆完或场地利用完(到达边界点)。

图1中料堆切换是指料堆堆料点70(落料点)，落料点从P1到P2，从P2 到P3......从P5到P6......从P16到P17......这些同一列中料堆切换的情况需要回转与大车联动运行，落料点从P6到P7，从P12到P13这些不同列料堆切换时仅需移动大车。

如图2所示，假设料堆预堆高度为H₁，安全余量为H₂，则虚拟预堆高度 H₃＝H₁+H₂，假设俯仰角度为θ₁(先假设θ₁>0，即俯仰抬起)，皮带运行速度 v₁，臂架20水平时皮带抛料点B距堆场地面高度H₀，臂架20上皮带抛料点B 距俯仰角点A长度为L₁，则皮带上抛料点B距离俯仰角点A垂直高度

H₄＝L₁·sin(θ₁)，

皮带上抛料点B距离堆场地面高度H₅＝H₀+H₄＝H₀+L₁·sin(θ₁)，

则皮带上抛料点B距离料堆锥顶D上方C点(C点为锥顶D上加上安全余量的物料抛物线经过的虚拟预堆点)的垂直高度

H₆＝H₅-H₃＝H₀+L₁·sinθ₁-H₁-H₂，

令H₆＝0，即物料抛出到锥顶刚好够安全高度，则H₀+L₁·sinθ₁-H₁-H₂＝0，则俯仰角度θ₁应设定为：

把物料抛出速度沿着水平和垂直方向分解，则水平方向速度v₁cos(θ₁)，垂直方向速度v₁sin(θ₁)，则垂直方向由重力影响减速到0再加速到v₁sin(θ₁)，经过的时间T₁为2v₁sin(θ₁)/g。假设由垂直方向速度为v₁sin(θ₁)处B’点到锥顶处D 点位置经过的时间为T₂，则B’与D点垂直高度

H₇＝v₁·sinθ₁·T₂+0.5g·T₂ ²，又H₇＝H₅-H₁＝H₀+L₁·sinθ₁-H₁，则B’到D点的飞行时间T₂为

(取正根，其中g为重量加速度)。

L₁为臂架上的皮带抛料点距俯仰铰点的长度；L₂为回转中心距离俯仰铰点的水平距离；v₁为皮带运行速度；θ₁为俯仰角度；g为重量加速度；H₀为臂架水平时皮带上抛料点距堆场地面的高度；H₁为物料预堆高度。

所述俯仰角度设定为：

假设回转中心距离俯仰角点的水平距离为L₂，则物料抛料点B距离回转中心水平距离L₃＝L₂+L₁*cos(θ₁)，则落料点回转半径R₁为：

R₁＝L₃+v₁cosθ₁·(T₁+T₂)＝L₂+L₁·cosθ₁+v₁cosθ₁·(2v₁sinθ₁/g+T₂)

其中：T₂为物料在竖直向下方向，且速度为v₁sin(θ₁)点到料堆锥顶点位置的抛料经过的时间；

假设联动时回转角度为α₁(-π/2＜α₁＜π/2)，假定臂架在堆场左侧时，α₁＞0；臂架在堆场右侧时，α₁＜0。

堆料机横行切换堆料点，大车与回转联动时回转最大速度遵循速度限制:

大车限制速度为特殊工况下，如电缆过坑时的限制速度。

大车限制速度＝lim{0，大车额定速度}

联动时回转速度给定百分比限制：

回转速度给定百分比＝lim{0，回转源给定速度百分比，回转最大速度百分比} 联动时大车速度给定百分比：

其中，落料点的回转半径为达到预堆高度时，圆锥料堆的锥顶点距离堆料机回转中心线的距离。

优选地，为了保证横行效果，可以进一步加入闭环控制。根据大车、回转及俯仰的位置编码器(绝对值编码器)计算落料点的坐标。把落料点坐标经坐标变换对应到大车与回转，俯仰的位置，横行时根据坐标变换对应的实际大车位置与目标大车位置，微调大车给定速度，保证落料点移动轨迹始终垂直大车轨道。

例如，假定X方向为大车轨道方向，Y方向为水平面上垂直于大车轨道的方向，Z方向为垂直水平面的方向。则堆料机10横行时引进大车实际位置反馈，根据实际大车位置与目标大车位置，微调大车给定速度，从而保证落料点在X 方向的坐标值不变。

在臂架20基本平行大车轨道60，即|α₁|很小时，将出堆场内侧边界，且大车与回转跟随性很差，联动效果不好，故设置联动回转角度死区角度β₁(π/2＞β₁＞0)，则α₁∈(-π/2,-β₁]∪[β₁,π/2)。

另外，大车运行方向的给定如下：

当π/2＜α₁≤-β₁，即臂架在堆场右侧时，回转向左，则大车向后移动；回转向右，则所述横向移动大车向前移动。

当β₁≤α₁＜π/2，即臂架在堆场左侧时，回转向左，则大车向前移动，回转向右，则所述横向移动大车向后移动。

综上所述，本发明基于堆料机横行运动的堆料方法是一种按列堆料法，其有效克服了场地利用率低的问题。采用堆料机按列堆料法，在场地规划时只要留足空间，堆料完成后，空缺的场地可以进行其他批次的堆料，不会造成场地空间浪费。另外，这种场地规划简单，且一般一次规划即可。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于堆料机横行运动的堆料方法，其特征在于，所述堆料方法包括：

首先根据规划的堆料路径，在规划的矩形堆料区域里面，从靠近堆场外侧且大车位置靠前的位置开始第一个料堆堆料；

料堆达到预定高度后，往堆场内侧横行移动到下一个堆料点；

第二个料堆达到预定高度后，继续横行移动到下一个堆料点，如此直至达到本列最后一个堆料点；

随后单独运行大车，切换到下一列堆场点，堆料机按与上一列横行移动相反的方向横行移动，达到下一个堆料点，如此反复直至堆料完成。

2.如权利要求1所述的基于堆料机横行运动的堆料方法，其特征在于，堆料机横行移动时回转与大车的速度联动关系为：

其中，落料点的回转半径为达到预堆高度时，圆锥料堆的锥顶点距离堆料机回转中心线的距离。

3.如权利要求2所述的基于堆料机横行运动的堆料方法，其特征在于，所述大车与回转联动时回转最大速度的速度限制为：

4.如权利要求2所述的基于堆料机横行运动的堆料方法，其特征在于，所述落料点的回转半径的取值为：

落料点回转半径＝L₂+L₁·cosθ₁+v₁cosθ₁·(2v₁sinθ₁/g+T₂)，

其中：T₂为物料在竖直向下方向，且速度为v₁sin(θ₁)点到料堆锥顶点位置的抛料经过的时间；

(取正根)

L₁为臂架上的皮带抛料点距俯仰铰点的长度；L₂为回转中心距离俯仰铰点的水平距离；v₁为皮带运行速度；θ₁为俯仰角度；g为重量加速度；H₀为臂架水平时皮带上抛料点距堆场地面的高度；H₁为物料预堆高度。

5.如权利要求3所述的基于堆料机横行运动的堆料方法，其特征在于，所述俯仰角度设定为：

6.如权利要求1-5任意一项所述的基于堆料机横行运动的堆料方法，其特征在于，所述横行移动大车运行方向给定：

当臂架在堆场右侧时，回转向左，则所述横向移动大车向后移动；回转向右，则所述横向移动大车向前移动。

当臂架在堆场左侧时，回转向左，则所述横向移动大车向前移动，回转向右，则所述横向移动大车向后移动。