NO309209B1 - Kontinuerlig styresystem for gruvedrift- eller tunneldannelsesmaskin, samt en slik gruvedrift- eller tunneldannelsesmaskin - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører et kontinuerlig styresystem for en gruvedrifts- eller tunneldannelsemaskin, samt en slik maskin som

enten a) har en bom med et kuttehode som strekker seg mot flaten som skal kuttes montert ved en ende av bommen, og som har middel for å rotere nevnte kuttehode ved en eller flere omdreiningstall (RPM) verdier, idet nevnte bom ved sin andre ende er vippbart forbundet med et roterbart tårn for rotasjon med dette og der midler er tilveiebragt for å rotere nevnte tårn, idet bommen vippes ved hjelp av minst en hydraulisk sylinder med et stempel glidbart deri, idet nevnte minst ene hydrauliske sylinder er forbundet ved én ende med tårnet og ved den andre enden til bommen for derved å vippe samme når nevnte stempel føres frem ut av eller trekkes tilbake inn i den hydrauliske sylinderen,

eller b) har en bom med et kuttehode ved en av sine ender og der kuttehodet drives av en elektrisk motor, idet nevnte hode strekker seg ut mot flaten som skal kuttes og nevnte bom ved sin andre ende er vippbart forbundet med et roterbart tårn som er tilpasset til å bli rotert ved hjelp av hydrauliske drivinnretninger, hvorved bommen også roteres når tårnet roteres, idet nevnte bom er vippbar ved hjelp av minst en hydraulisk sylinder med et stempel glidbart deri, idet nevnte minst ene hydrauliske sylinder er koblet ved en ende til tårnet og ved den andre enden til bommen for derved å vippe samme når nevnte stempel strekker seg ut fra eller trekker seg inn i den hydrauliske sylinder.

Slike maskiner er generelt kjent som retningsmaskiner eller veigravere eller bombaserte gruve- eller tunneldannelsemaskiner.

Forskjellige styresystemer er tidligere blitt foreslått for gruvedrifts- og tunneldannelsemaskiner. Et slikt system er eksempelvis beskrevet i internasjonal patentsøknad (PCT) WO 91/18184 som er publisert 28. november 1991. Maskinen som er omtalt der er av en bestemt type med et stort roterbart kuttehjul som beveges sideveis når det roterer, hvorved kuttes en flate som har en høyde som i alt vesentlig tilsvarer diamteren av kuttehjulet. Styresystemet for en slik maskin kan ikke lett tilpasses gruvedrifts eller tunneldannelsemaskiner av bomtypen, der bommen er både vippbar og dreibar for å oppnå ønsket profil av kutter, der "profil" betyr en hvilken som helst bane som bommen dirigeres til å ta, begrenset kun av de mekaniske begrensninger eller maskinen.

Andre kjente systemer muliggjør kuttingen av en forutbestemt profil, men uten en kontinuerlig styring av operasjonen som muliggjør passende korrigeringer å bli foretatt når flaten kuttes og mens maskinen opererer. Slike kjente styresystemer er rudimentære ved at styring av individuelle bevegelser (for eksempel via styring av individuelle hydrauliske kretser eller elektriske motorer) foretas på en i alt vesentlig åpen-sløyfemåte, dvs. selv om der en viss overvåkning av posisjonen av sump, bom og tårnrotasjon, er systemet ikke i stand til å reagere på den informasjonen annet enn på en diskontinuerlig måte. For profilkutting kan en kam eller en særlig, enkel kamalgoritme for et gitt sett av profildimensjoner anvendes til å frembringe diskrete, separate bevegelser av bom og tårn ved visse avstandsintervaller med hensyn til bevegelse av den ene eller den andre av bom-dreining eller tårn-rotasjon. Dette frembringer en profil som er nøyaktig innenfor en eller to grader av bevegelse av bommen og/eller tårnet (av størrelsesorden høyst 3-5 cm med hensyn til selve profilen). Mangel på kontinuerlig styring i kjente maskiner resulterer i ikke bare unøyaktighet med hensyn til posisjon og endring av posisjon (bevegelse) i sump, bom-dreining og tårn-dreining, men konsekvent med det unøyaktighet, et stort potensiale for variasjon i bevegelsestakten gjennom bergmassen og således et lignende stort potensiale for variasjon i krefter som erfares av kuttehodet og verktøyet. Ved eksempelvis kutting i hardt fjell resulterer denne mangel på kontinuerlig og nøyaktig styring av posisjon, bevegelse og kraft i, i beste fall, en unøyaktig profil, og en temmelig nedkortet verktøylevetid og, i verste tilfelle en praktisk talt fullstendig mangel på å kunne trenge gjennom og kutte bergarten. I masser med flere sprekker kan slik ukontrollert kutting også resultere i at uønskede steinblokker rives eller trekkes fra omkretsen av en utgravet åpning, hvorved bergmassestyreproblemene forverres. En ytterligere ulempe ved de tidligere systemer er at for enhver endring i profildimensjoner vil et fullstendig nytt sett av tilsvarende bomvinkel og tårnvinkelverdier måtte genereres eksternt og så programmeres inn i maskinens beregningssystem.

Således synes intet tilfredsstillende system for kontinuerlig styring å eksistere for en maskin av bomtypen, slik som nevnt ovenfor, der bommen er vippbar og roterbar, og der kuttehodet også roteres ved å anvende en separat motor eller hydrauliske drivinnretning for det formålet.

GB1-A-2 124407 omhandler de trekk som fremgår av ingressen i krav 1, mens EP-A-204424 omhandlerkun en hastighetsstyring for gruvedrift-komponenter som er i stand til å bli drevet i to komponentretninger samtidig.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe et nytt system for kontinuerlig styring av en gruvedrifts- eller tunneldannelsemaskin av den type som det er referert til ovenfor, nemlig som har en vippbar og roterbar bom og et kuttehode som roteres ved hjelp av en separat elektrisk motor eller hydraulisk drivinnretning.

Et annet formål med oppfinnelsen er å optimalisere styresystemet slik at de riktige korrigeringer kontinuerlig foretas for å kutte en forutvalgt profil med en forutbestemt dybde hva angår kutt og fremføringstakt.

Andre formål og fordeler ved oppfinnelsen vil bli åpenbart fra den etterfølgende beskrivelse av denne.

I hovedsak tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse således et kontinuerlig styresystem for en gruvedrifts- eller tunneldannelsemaskin, samt slik gruvedrift- eller tunneldannelsemaskin som angitt innledningsvis, og

som ifølge alternativ a^ omfatter:

en første vinkelkoder for kontinuerlig å måle bommens helningsvinkel,

en andre vinkelkoder for kontinuerlig å måle tårnets rotasjonsvinkel,

en lineær koder for kontinuerlig å måle lineær posisjon av kuttehodet,

en datamaskin som reagerer på utgangssignaler fra nevnte kodere og konfigurert til kontinuerlig å behandle nevnte signaler ifølge et forutbestemt datamaskinprogram, og en styreenhet som reagerer på nevnte datamaskin, hvilken styrer proporsjonale ventilmidler som, i sin tur, styrer flyt av hydraulisk fluid inn i nevnte minst ene hydrauliske sylinder, og dessuten styrer rotasjonshastigheten av tårnet samt den lineære fremføring av kuttehodet, for derved kontinuerlig å styre bommens vinkelmessige posisjon, den vinkelmessige posisjon av tårnet, og kuttehodets lineære posisjon, for derved å kutte en forutvalgt profil med en forutbestemt kuttedybde og fremføringstakt, og som ifølge alternativ b) omfatter:

en første vinkelkoder for kontinuerlig å måle bommens helningsvinkel,

en andre vinkelkoder for kontinuerlig å måle tårnets rotasjonsvinkel,

en lineær koder for kontinuerlig å måle kuttehodets lineære posisjon,

middel for å måle trykk i de hydrauliske drivinnretninger som roterer tårnet,

middel for å måle trykk ved hver ende av nevnte minst ene hydrauliske sylinder som anvendes for å vippe bommen,

middel for å velge omdreiningstall (RPM) for kuttehodet som drives av den elektriske motoren,

en datamaskin som reagerer på utgangssignaler fra nevnte kodere og nevnte trykkmålingsmidler, konfigurert til kontinuerlig å behandle nevnte signaler ifølge et forutbestemt datamaskinprogram, og

en styreenhet som reagerer på nevnte datamaskin, hvilken styrer proporsjonale ventilmidler som, i sin tur, styrer flyt av hydraulisk fluid inn i nevnte minst ene hydrauliske sylinder, og inn i tårnets hydrauliske drivinnretninger, og dessuten styrer

lineær fremføring av kuttehodet, for derved å styre bommens vinkelmessige posisjon, den vinkelmessige posisjon av tårnet og den lineære posisjonen av kuttehodet, for derved å kutte en forutvalgt profil ved en forutbestemt kuttedybde og fremføringstakt.

Ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen vil fremgå av de vedlagte, uselvstendige krav 3-10 relatert til styresystemet og 13-16 relatert til maskinen, samt av den etterfølgende beskrivelse.

Omdreiningstallet (RPM) for kuttehodet kan forutinnstilles med en konstant takt eller en variabel hastighetsdirvanordning kan tilveiebringes for å styre nevnte RPM (omdreiningstall) med en variabel takt. Det bør bemerkes at når datamaskinen anvendes for å styre den variable hastighetsdirvinnretning, blir hastigheten, ved et hvilket som helst tidspunkt, satt av datamaskinprogrammet som virker på valgte og/eller målte parametre, slik som inngangseffekt for kuttehodets motor eller bomvibrasjonsamplitude og/eller frekvens.

Systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse for kontinuelig styring kan anvendes på maskiner der det roterbare tårnet roteres om en horisontal akse eller en vertikal akse. I maskiner med tårn som har en horisontal rotasjonsakse følges disse av et ikke-roterbart hus der de hydrauliske drivinnretninger eller motorer for å rotere tårnet er montert. Dette hus kan beveges fremover eller tilbake ved hjelp av sumpingssylindre og midler kan tilveiebringes for å måle hydrauliske trykk deri, hvilke kan således anvendes til å styre den lineære posisjon av kuttehodet. Bevegelsen av huset strekker seg over en bestemt distanse (for eksempel en meter), mens maskinen holdes stasjonær, eksempelvis ved hjelp av passende stabiliseirngsmidler, slik som stolper (stakers), gripere, avstivere (stells) eller stabilisatorer. Disse maskiner har en teleskopisk utvidbar bom som også ville tilveiebringe et middel for å styre den lineære posisjon til kuttehodet. Slik lineær posisjon kan også kontinuerlig måles ved hjelp av en passende lineær koder, hvis signaler så sendes til datamaskinen og inngår i datamaskinprogrammet som en av funksjonene som skal styres.

Vinkelmessige og lineære kodere for kontinuerlig å måle de vinkelmessige eller lineære posisjoner er velkjente innenfor teknikken. Disse er vanligvis opto-elektroniske anordninger som gir lesninger hver brøkdel av et sekund, eksempelvis ti til tyve ganger pr. sekund, hvilket her benevnes som en kontinuerlig operasjon. Signalene fra koderne blir vedvarende sendt til datamaskinen og behandles derved i henhold til et forutvalgt datamaskinprogram, hvilket kan innbefatte passende tabeller eller algoritmer. Uttrykket "koder" slik det er anvendt her, er derfor et generelt uttrykk som innbefatter en hvilken som helst anordning som er egnet for å utføre kontinuerlige vinkelmessige eller lineære målinger og overføring av resulterende signaler til datamaskinen.

Midlene for kontinuerlig å måle de forskjellige trykk består av trykktransdusere som også er velkjente innenfor teknikken. Med hensyn til den elektriske motoren for å drive kuttehodet, kan denne styres ved hjelp av en variabel hastighetsdirvinnretning. Imidlertid kunne også omdreiningstallet (RPM) for kuttehodet forutinnstilles av operatøren på en eller flere omdreiningstallverdier og opprettholdes i alt vesentlig konstant på den verdien. Selvfølgelig kunne omdreiningstallet også vedvarende styres ved hjelp av datamaskinen og den variable hastighetsdrivinnretningen som del av det totale programmet. Variabel hastighetsdrivinnretningen tilveiebringer typisk variabel effekt for å kjøre motoren som driver kuttehodet med en hastighet eller takt mellom ca. 3 og 10 omdreininger pr. minutt (RPM) i hardt eller sterkt fjell og ved hva som kan være langt høyere takter i mykt eller svakt fjell.

Styreenheten omfatter normalt et flertall av PK) (proporsjonal integral derivert) styreenheter som kontinuerlig styrer de forskjellige funksjoner i maskinen i henhold til instruksjonene fra datamaskinprogrammet. Fortrinnsvis er datamaskinprogrammet basert på en matematisk algoritme som tar i betraktning de forskjellige målte parametre og beregner de nødvendige betingelser for å oppnå en ønsket profil ved den beste fremføringshastighet mens verktøyets slitasje minimaliseres. Dette foretas normalt i en lukket-sløyfeoperasjon.

Maskinene som styres i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan opereres med et hydraulisk system som dekker alle fremføringstakter eller med et hydraulisk system bestående av to eller flere delsystemer, som hver dekker et bestemt område av fremføringstakter. Således kan en typisk oppstilling for kutting av hard bergart bestå av et hydraulisk delsystem for nøyaktig å tillate fremføringstakter lik 20-100 mm/min., og et andre delsystem for nøyaktig å tillate fremføringstakter lik 100-1500 mm/min. De ovennevnte fremføringstakter refererer seg til den lineære fremføring av kuttehodet. Styresystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse vil, under slike omstendigheter, tilveiebringe to separate sett av ventilmidler parallelt for flyten av hydraulisk fluid inn i bomsylindrene og tårnets hydrauliske drivinnretninger, et for den lave fremføringstakten og et for den høye fremføringstakten. Denne takt av bomfremføring kan representeres ved den følgende ligning: FREMFØRINGSTAKT = KUTTEDYBDE/VERKTØY/OMDREINING x ANTALL AV VERKTØY/LINJE x HODE OMDREINTNGSTALL (RPM)

Antallet og type av verktøy pr. linje og antallet av verktøylinjer på kuttehodet kan variere i avhengighet av maskinen og dens ønskede bruk. Fordelen med et hydraulisk system med flere delsystemer for å dekke forskjellige fremføringstakter er at individuelle komponentdeler, særlig ventiler, kan velges til å operere med flyt og trykkområder over hvilke de vil oppføre seg mest nøyaktig.

I sin foretrukne utførelsesform er således det nye styresystemet et posisjonssystem som er kontinuerlig med lukket sløyfe og PID (proporsjonal, integral derivert), hvorved settpunkter ("ønske"-verdier for bomvinkel, tårnvinkel og lineær sumpposisjon) kontinuerlig genereres av en datamaskin, typisk i størrelsesorden ti til tyve ganger pr. sekund (faktisk frekvens avhenger av valgte komponentdeler og beregningstid, men er fast og kjent ved et hvilket som helst tidspunkt). Faktisk posisjonsmessig informasjon på hver bomvinkel, tårnvinkel og lineær sumpposisjon blir faktisk mottatt på en frekvens som er større enn sett-punktgenereirngsfrekvensen, eksempelvis større enn tyve ganger pr. sekund. Forskjellen mellom faktiske og "ønske"-verdier blir kontinuerlig reagert på av beregningsevnen og ved særlig valgte hydrauliske drivinnretninger, ventiler og pumper med det konstante siktemål å drive den forskjellen (feil) til null. Denne prosess utføres for både individuell bevegelse av sump, tårn-rotasjon og bom-dreining og for en hvilken som helst kombinasjon av disse bevegelser. Resultatet er et meget nøyaktig, posisjonsmessig styresystem (typisk feil innenfor ca. ± 1 mm for lineær sump og innenfor ca. ± 0,04 grader for hver bomvinkel og tårnvinkel). Fordi takten med hvilken sett-punkter genereres også er konstant og er meget hurtig, blir systemet et meget nøyaktig hastighetsstyresystem for hver bevegelse eller kombinasjon av bevegelser og derved for endene av bommen til hvilken kuttehodet er festet, og følgelig med den nøyaktige hastighet for traversering av kuttehodet og en (forutinnstilt) konstant rotasjonshastighet for hodet eller styrt variabel hastighet, dybden av tatt kutt og kreftene som erfares av de individuelle verktøy for den dybden av kutt i en gitt bergarttype, blir omhyggelig styrt likeså. Også i bergarter som har mange sprekker, blir forstyrrelsen til omkretsen av en åpning minimalisert. En ytterligere fordel med det nye systemet er at, på grunn av en gitt profil er beskrevet matematisk innenfor maskinens beregningssystem, forskjellige profiler eller åpningsdimensjoner eller former (innbefattende de former som er asymmetriske i forhold til maskinens senterlinje) kan bli initiert ganske enkelt og hurtig ved å endre et meget lite antall av numeriske verdier innenfor beregningssystemet. Maskinen vil så utføre de nye, valgte baneinstruksjoner automatisk.

En annen utførelsesform av styresystemet vedrører den kontinuerlige overvåkning av kuttehodets motorinngangseffekt, og de hydrauliske trykk i hvert av sump, tårnroterings-og bom-dreiningssystemene. Denne informasjon kan anvendes på flere måter: a) å innstille diskrete nivåer av effekt og trykk, idet overskridelsen av disse nivåer under en valgt tidsperiode automatisk resulterer i en angitt reduksjon i takten av

posisjonsmessig endring av bommens ende (dvs. en reduksjon i

hodetraverseringshastighet). Denne reduksjon i traverseirngstakt krever de systemer som bestemmer over takten (sump og/eller tårn-rotasjon og/eller bom-dreining) for å virke på samme koordinerte måte som beskrevet ovenfor. Dette oppnås på den samme måte med hensyn til å sammenligne ønskede posisjonsmessige verdier og faktiske posisjonsmessige verdier på en kontinuerlig basis og kontinuerlig å strebe etter å drive feilen til null;

b) en utvidelse til det ovenstående er den automatiske gjenopptagelse av den tidligere traverseirngstakt eller adapteringen av en annen takt dersom effekt og/eller trykkverdier

forblir under et bestemt nivå for en bestemt tidsperiode;

c) en ytterligere utvidelse til ovenstående er den kontinuerlige justering av endringstakten for kuttehodets (bomendens) posisjon når effekt og trykknivåer opprettholdes på

bestemte nivåer eller innenfor bestemte områder.

En enda ytterligere utførelsesform av det nye styresystemet tilveiebringer middel for kontinuerlig å overvåke bomvibrasjonsamplitude og/eller frekvens, eksempelvis gjennom bruken av akselerometre eller hastighetsmålere anbrakt på eller hosliggende bommen, og automatisk justering av bomtraverseringstakt og/eller kuttehodehastighet for å opprettholde nevnte vibrasjonsamplitude og/eller frekvens innenfor forutbestemte grenser for optimaliseringen av verktøy og maskinkomponentlevetid.

En ytterligere utvidelse av styresystemet ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringer middel for kontinuerlig å overvåke verktøytemperatur og/eller verktøykraft og den automatiske justering av den ene eller begge av bomtraverseringstakt og hodehastighet for å opprettholde verktøytemperaturen og/eller verktøykraften innenfor forutbestemte grenser for å optimalisering av verktøylevetiden. Verktøytemperaturen kan eksempelvis overvåkes ved å anvende termoelementer og verktøykraften anvender strekkmålere. Datamaskinprogrammet kan eksempelvis baseres på de følgende formler som beskriver sett-punktgenerering eksempelvis når tre operasjonsmåter for maskinen opptrer samtidig og en konstant endringstakt for posisjon (dvs. konstant hastighet) for bommen oppnås. De tilfeller som er nevnt er horisontal profilering med sump, og vertikal profilering med sump (profilering involverer både rotasjon av tårn og bevegelse av bom-dreiningen (bom-pivoten).

Basis

Godta at resulterende bomhastighet,

der VP = profileringshastighet for bommen

og VS = sumpingshastighet for bommen

Velg "V", og ønsket forhold mellom VP og VS (for eksempel "N"), og da vil

Sett- punktgenerering

1) Horisontal bevegelse

Rotasjons sett-punkt er gitt ved:

Elevasjons sett-punkt gitt ved:

Sump sett-punkt gitt ved:

2) Vertikal bevegelse

Rotasjons sett-punkt gitt ved:

Elevasjons sett-punkt gitt ved: og Sump sett-punkt gitt ved:

der:

er nåværende tårnvinkel

<j)j er tårnvinkel sett-punkt

Øi er elevasjonsvinkel sett-punkt

L er bomlengde

F er sett-punktgenereringsfrekvens

A er nåværende sumpposisjon

A\ er sumpposisjon sett-punkt og,

for horisontal bevegelse:

r er radius av storsirkel beskrevet av horisontal bevegelse av kuttehode y er vertikal distanse mellom plan for storsirkel og bomdreiepunkt

B0 er foreliggende vinkel med storsirkel for bomprojisering på horisontalplan

13c er vinkelmessig endring innenfor storsirkel pr. tidsintervall mellom sett-punkter, og for vertikal bevegelse: r er radius av storsirkel som beskrives av kuttehodets vertikalbevegelse x er horisontal distanse mellom storsirkels plan og bommens dreiepunkt ac er foreliggende vinkel innenfor storsirkel ved bomprojisering på vertikalplan ac er vinkelmessig endring innenfor storsirkel pr. tidsintervall mellom sett-punkter.

På basis av ovenstående ligninger tilveiebringes en passende algoritme for å konfigurere datamaskinen for å styre maskinens operasjon.

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med henvisning til de vedlagte tegninger, der: fig. 1 er et sideriss i elevasjon av en maskin som kan styres i henhold til den foreliggende oppfinnelse, og

fig. 2 er en skjematisk fremstilling over en foretrukket utførelsesform av det nye styresystemet for maskinen i fig. 1.

Idet det vises til fig. 1, viser denne en maskin 10 som kan forsynes med et styresystem ifølge den foreliggende oppfinnelse. Denne maskin har en bom 12 hvor det ved en ende av denne er et kuttehode 14 som er forbundet med bommen 12 via en kuttehodeutveksling 16. Kuttehodet 14 har kutteverktøy 15 og drives gjennom utvekslingen 16 av en motor 18 som roterer kuttehodet med en ønsket hastighet, eksempelvis mellom 3 og 10 omdreininger pr. minutt (RPM) for kutting i hardt fjell. Ved den andre enden er bommen 12 forbundet med et roterbart tårn 20 som kan vippes på bommens dreieledd (pivot) 22 ved hjelp av hydrauliske sylindre 24 og 26 som har stempler 28 og 30 som er glidbare deri. Ved en ende er disse hydrauliske sylindre koblet til tårnet 20 ved punkter 32 og 34 og ved den andre enden til bommen 12 ved punkter 36 og 38, for derved å vippe bommen 12 når stempelet 28 enten trekker seg tilbake eller strekker seg og stempel 30 enten strekker seg eller trekker seg tilbake inn i/fra sine respektive sylindre 24, 26. Vippingen av bommen 12 varierer typisk mellom 0 og 43° i slike maskiner, men dette er på ingen måte begrensende. Helningsvinkelen for bommen 12 blir kontinuerlig målt av en vinkelkoder 40 som normalt er plassert på bommens dreiedel (pivot) 22.

Det roterbare tårn 20 følges av et ikke-roterbart hus 42 der de hydrauliske drivinnretninger for å rotere tårnet er plassert. En vinkelkoder 44 er tilveiebrakt for kontinuerlig å måle rotasjonsvinkelen for tåraet 20 og således den for bommen 12 på tårnet. Denne vinkel måles med referanse til en forutbestemt linje, vanligvis den vertikale aksen for tårnet 20, og kan variere fra 0 til 360°. Datamaskin og styreenhetsystemet 46, 47 blir normalt plassert ved maskinens bakside, men operatørgrensesnittet 48 kan imidlertid tilveiebringes i operatørstasjonen 50. Maskinen beveger seg på belter (larve føtter) 52, men denne type av maskin kan også fikseres sideveis til veggene ved hjelp av stolper 54 og til taket ved hjelp av stolper 56 for å tilveiebringe stabilitet under operasjon. Under slike omstendigheter, for å føre kuttehodet 14 frem under kutting av bergflaten 58, blir huset 42 ført frem en forutbestemt distanse, for eksempel 1 meter, slik som vist ved 60, ved bruk av sumpingssylindre 62, 64 som kan oppnås i to separate 0,5 m bevegelser. Den samme distansen er vist ved fronten for hodefremføring 66. Så snart dette slag eller fremføring er oppnådd og hele flatearealet er kuttet, blir stolpene 54, 56 frigjort, huset 42 bringes tilbake til sin startposisjon, maskinen føres frem på belter 52 med den ovenfor nevnte distanse, og kutteprosessen startes på ny. Fremføringen av huset 42 og således hodet 14 blir også kontinuerlig overvåket ved hjelp av en lineær koder og anvendes av datamaskinen til å tilveiebringe det nødvendige trykk på bergflaten 58 under kutteoperasjonen. Maskinen er også forsynt med et lasteforkle 68 med passende samlearmer for å laste stein som er kuttet, hvilken stein så beveges ved hjelp av transportør 70 til baksiden av maskinen for å bli trukket vekk.

Idet der vises til fig. 2 der de samme trekk er representert med de samme henvisningstall som i fig. 1, viser denne bommen 12 der det ved en ende av denne er tilveiebrakt kuttehodet 14 forbundet med bommen 12 via en utveksling 16. Kuttehodet 14 er forsynt med kutteverktøy 15, slik som hakker eller skåler. Elektrisk motor 18 anvendes til å drive hodet 14 med en forutbestemt hastighet som kan være konstant eller variabel.

Ved sin andre ende er bommen 12 vippbart forbundet med tårnet 20 som, i dette tilfellet, er vist å bli rotert i retningen av pilen 21. Det kan også roteres i den motsatte retning dersom dette er ønskelig. Vippingen av bommen 12 foretas om bommens dreieledd eller pivot 22 ved hjelp av hydrauliske sylindre 24, 26 som har stempler 28, 30 som strekker seg ut derfra. Disse sylindre er festet ved en ende til det roterbare tårn 20 ved punkter 32, 34 og ved den andre enden via stemplene 28, 30 til bommen 12 ved punkter 36, 38.

Etter det roterbare tårn 20 er der tilveiebrakt et ikke-roterbart hus 42 som også av og til er benevnt som en ikke-roterbar del av tårnet. Hydrauliske drivinnretninger 41, 43 er montert i huset 42. De roterer tårnet 20 i retningen av pilen 21. Dette foretas via utvekslinger 37, 39 og pinjonger 33, 35 som danner inngrep med en enkelt, stor dreiering som er hosliggende pinjongene 33, 35 som roterer tårnet. Der finnes typisk fire hydrauliske drivinnretninger som anvendes for dette formål. Tårnet 20 roterer i sin tur aksel 45 i retning av pilen 49, den samme som den for pil 21.

Huset 42 er lineært bevegelig i retningen av pil 51 (eller i motsatt retning, om ønskelig) mens maskinen opprettholdes stasjonært. Dette foretas ved hjelp av hydrauliske sylindre 62, 64, hvilke vanligvis benevnes som sumpingssylindre. På denne måte kan kuttehodet 14 også beveges i den samme retning som vist ved pil 53.

Styringen av utgravingen ved hjelp av kuttehodet 14 utføres som følger:

en første vinkelmessig koder 40 er tilveiebrakt ved bomdreieleddet eller pivoten 22 for kontinuerlig å måle helningsvinkelen for bommen 12,

en andre vinkelmessig koder 44 er tilveiebrakt ved enden av akselen 45 for kontinuerlig å måle rotasjonsvinkelen for tårnet 20, hvilket normalt roterer meget langsomt. Eksempelvis kan mindre enn to fullstendige rotasjoner være ønsket for å utgrave en fullstendig flate eller åpning til en dybde av kuttehodet,

en lineær koder 55 er tilveiebrakt for vedvarende å måle den lineære posisjon av huset 42 og således av kuttehodet 14,

trykktransdusere Pj og P2 er tilveiebrakt for kontinuerlig å måle trykket ved hver ende av minst en hydraulisk sylinder (for eksempel 26) anvendt for å vippe bommen 12, trykktransdusere P3 og P4 er også tilveiebrakt for kontinuerlig å måle trykket ved hver ende av de hydrauliske drivinnretninger 41, 43 som anvendes for å rotere tårnet 20, trykktransdusere P5 og Pé anvendes for kontinuerlig å måle trykket ved hver ende av sumpingssylindre 62, 64 som anvendes for å bevege huset 42 i den lineære retning av pil 51 og således å bevege hodet 14 i den samme retning som representert ved pil 53, og effekttransdusere 57, vist hosliggende sleperingenhet 59, anvendes for å måle effektinnmatningen til motor 18 som driver hodet 14.

Signalene fra samtlige ovenstående måleanordninger sendes til datamaskinen 46 som angitt med stiplede linjer på fig. 2. Et passende program eller algoritme innmates i datamaskinen ved hjelp av programanordning 63 og det ønskede program for en gitt bergarthardhet eller en gitt utgravningshastighet eller lignende kan velges av operatøren gjennom operatørgrensesnittet 48. Datamaskinen behandler de forskjellige signaler i henhold til det forutvalgte program på en kontinuerlig basis (for eksempel ti til tyve ganger pr. sekund) og sender, også på en kontinuerlig basis, instruksjoner til styreenheten 47, vanligvis bestående av et flertall av PID-styreenheter som styrer de forskjellige funksjoner på maskinen.

For det dobbelte hydrauliske system som er angitt tidligere vil styreenheten således styre den hydrauliske fluids innmatning og utmatning inn i ventil 67 eller 69 avhengig av hvorvidt fremføringen utføres med en lav takt eller en høy takt og dette vil styre helningsvinkelen 0 for bommen 12 ved et hvilket som helst gitt tidspunkt. Den samme styring vil bli utført på hydrauliske drivinnretninger 41, 43 ved å styre hydraulisk fluidinnmatning og utmatning inn i ventiler 71 eller 73, igjen avhengig av fremføringstakten. Dette vil styre rotasjonsvinkelen <j) for tårnet 20 ved et hvilket som helst gitt tidspunkt. Med disse to styringer kan en ønsket profil bli kuttet med stor presisjon.

Takten av sumpingsrfemføring kan styres ved kontinuerlig å styre den hydrauliske fluidinnmatning og utmatning inn i ventil 72 som i sin tur vil styre operasjonen av sylindrene 62 og 64 som frembringer en ønsket fremføringstakt av huset 42 og derved av kuttehodet 14.

Til sist kan datamaskinen også styre rotasjonshastigheten av kuttehodet 14 gjennom en drivinnretning 74 som har variabel hastighet. Det bør også bemerkes at dette er en valgfri styremulighet, ettersom rotasjonshastigheten av hodet 14 også kan forutinnstilles for å kjøre med et ønsket, konstant omdreiningstall. Som det vil sees fra fig. 2, tilveiebringer styresystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse en kontinuerlig, lukket-sløyfe styring av maskinen, hvilket setter den i stand til å kutte en forutvalgt profil ved en forutbestemt kuttedybde og fremføringstakt.

For dessuten å tilveiebringe slik automatisk og kontinuerlig styring, kan de forskjellige trykk, slik som Pi, P2, P3, P4, P5 og P6 programmeres til å operere innenfor forutbestemte grenser, og dersom eksempelvis disse grenser overskrides i et eller flere tilfeller, vil datamaskinen justere en eller annen funksjon, for eksempel redusere fremføringstakten, slik at de forutbestemte grenser gjeninnføres. Dette setter maskinen i stand til å operere på den beste fremføringstakten mens verktøyets slitasje minimaliseres for en hvilken som helst gitt bergarttype eller annen situasjon.

Det bør forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til et styresystem for maskiner slik som vist i fig. 1. Der finnes et antall av maskiner som har et roterbart tårn med vertikal akse og til hvilket bommen er vippbart forbundet. Det nye styresystemet kan lett tilpasses også slike maskiner. Videre er der maskiner med teleskopiske bommer for å tilveiebringe sumpingsoperasjonen og det nye styresystemet kan igjen lett anvendes med slike maskiner. Videre er der maskiner som har to eller flere bommer i stedet for en og styresystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse vil være like anvendbart på slike maskiner med små åpenbare justeringer. Dessuten kunne den elektriske motoren som driver kuttehodet erstattes av en hydraulisk drivinnretning. I et slikt tilfelle ville middel bli tilveiebrakt for å måle trykket i nevnte drivinnretning og de resulterende utgangssignaler ville bli behandlet av datamaskinen som allerede beskrevet med henvisning til de hydrauliske drivinnretninger som driver tårnet. Dessuten kan der finnes maskiner der tårnet drives av elektriske motorer i stedet for hydrauliske drivinnretninger. Slike maskiner kan like godt styres ved å anvende styresystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse, hvor det i stedet for måling av trykket i de hydrauliske drivinnretninger vil bli tilveiebrakt midler for å måle effektinnmatningen til og omdreiningstallet (RPM) for de elektriske motorer og de resulterende signaler ville bli behandlet av datamaskinen i alt vesentlig som allerede beskrevet med henvisning til den elektriske motoren som anvendes for å drive kuttehodet.

Til sist, idet det vises til fig. 2, bør det bemerkes at ikke alle maskiner og alle operasjoner nødvendigvis vil kreve samtlige av målingene og styringene som er angitt der. Visse maskiner vil ikke kreve to fremføringstakter og noen kan kreve kun en trykkmåling på de forskjellige sylindre og ventilmidler, i stedet for to som er vist i det foreliggende tilfellet. Det hele vil avhenge av den ønskede operasjonsnøyaktighet og bruken som maskinen vil bli gjenstand for. I andre tilfeller kan man ønske å styre visse tilleggsfunksjoner, slik som eksempelvis bomvibrasjonsamplitude og/eller frekvens eller verktøytemperatur og/eller verktøykraft, eller takstolper og sidestolpesylindertrykk. Således kan mange modifikasjoner som er åpenbare for fagfolk foretas uten å avvike fra denne oppfinnelses idé og omfang slik det er definert i de etterfølgende patentkrav. Det er åpenbart også at en hvilken som helst maskin som har det nye kontinuerlige styresystem ligger innenfor omfanget av den foreliggende oppfinnelse.

Claims (16)

1. Kontinuerlig styresystem for en gruvedrift- eller tunneldannelsemaskin (10) som har en bom (12) med et kuttehode (14) som strekker seg mot flaten som skal kuttes montert ved en ende av bommen (12), og som har middel for å rotere nevnte kuttehode ved en eller flere omdreiningstall (RPM) verdier, idet nevnte bom (12) ved sin andre ende er vippbart forbundet med et roterbart tårn (20) for rotasjon med dette og der midler er tilveiebragt for å rotere nevnte tårn (20), idet bommen (12)vippes ved hjelp av minst en hydraulisk sylinder (24, 26) med et stempel (28, 30) glidbart deri, idet nevnte minst ene hydrauliske sylinder (24, 26) er forbundet ved én ende med tårnet (20) og ved den andre enden til bommen (12) for derved å vippe samme når nevnte stempel (28, 40) føres frem ut av eller trekkes tilbake inn i den hydrauliske sylinderen (24, 26), karakterisert ved at styresystemet omfatter: en første vinkelkoder (40) for kontinuerlig å måle bommens (12) helningsvinkel, en andre vinkelkoder (44) for kontinuerlig å måle tårnets (20) rotasjonsvinkel, en lineær koder (55) for kontinuerlig å måle lineær posisjon av kuttehodet (14), en datamaskin (46) som reagerer på utgangssignaler fra nevnte kodere (40, 44, 53) og konfigurert til kontinuerlig å behandle nevnte signaler ifølge et forutbestemt datamaskinprogram, og en styreenhet (47) som reagerer på nevnte datamaskin (46), hvilken styreenhet styrer proporsjonale ventilmidler som, i sin tur, styrer flyt av hydraulisk fluid inn i nevnte minst ene hydrauliske sylinder (24, 26), og dessuten styrer rotasjonshastigheten av tårnet (20) samt den lineære fremføring av kuttehodet, hvorved det skjer kontinuerlig styring av bommens (12) vinkelmessige posisjon, den vinkelmessige posisjon av tårnet (20), og kuttehodets (14) lineære posisjon, for derved å kutte en forutvalgt profil ved en forutbestemt kuttedybde og fremføringstakt.

2. Kontinuerlig styresystem for en gruvedrift- eller tunneldannelsemaskin (10) som har en bom (12) med et kuttehode (14) ved én av sine ender og der kuttehodet drives av en elektrisk motor (18), idet nevnte hode (14) strekker seg ut mot flaten som skal kuttes og nevnte bom (12) ved sin andre ende er vippbart forbundet med et roterbart tårn (20) som er tilpasset til å bli rotert ved hjelp av hydrauliske drivinnretninger (41, 43), hvorved bommen (12) også roteres når tårnet (20) roteres, idet nevnte bom (12) er vippbar ved hjelp av minst én hydraulisk sylinder (24, 26) med et stempel (28, 30) glidbart deri, idet nevnte minst ene hydrauliske sylinder (24, 26) er koblet ved en ende til tårnet (20) og ved den andre enden til bommen (12) for derved å vippe samme når nevnte stempel (28, 30) strekker seg ut fra eller trekker seg inn i den hydrauliske sylinder (28, 30), karakterisert ved at styresystemet omfatter: en første vinkelkoder (40) for kontinuerlig å måle bommens (12) helningsvinkel, en andre vinkelkoder (44) for kontinuerlig å måle tårnets (20) rotasjonsvinkel, en lineær koder (55) for kontinuerlig å måle kuttehodets (14) lineær posisjon, middel for å måle trykk (P^P-t) i de hydrauliske drivinnretninger (41, 43) som roterer tårnet, midler for å måle trykk (Pi, P2) ved hver ende av nevnte minst ene hydrauliske sylinder (24, 26)) som anvendes for å vippe bommen (12), og midler for å velge omdreiningstall (RPM) for kuttehodet (14) som drives av den elektriske motoren (18), en datamaskin (46) som reagerer på utgangssignaler fra nevnte kodere (40, 44, 45) og nevnte trykkmålingsmidler, konfigurert til kontinuerlig å behandle nevnte signaler ifølge et forutbestemt datamaskinprogram, og en styreenhet (47) som reagerer på nevnte datamaskin (46), hvilken styrer proporsjonale ventilmidler som, i sin tur, styrer flyt av hydraulisk fluid inn i nevnte minst ene hydrauliske sylinder (24, 26) og inn i tårnets hydrauliske drivinnretninger (41, 43), og dessuten styrer lineær fremføring av kuttehodet (14), for derved kontinuerlig å styre bommens (12) vinkelmessige posisjon, den vinkelmessige posisjon av tårnet (20), og den lineære posisjonen av kuttehodet (14) , for derved å kutte en forutvalgt profil ved en forutbestemt kuttedybde og fremføringstakt.

3. Styresystem som angitt i krav 1, karakterisert ved at midlene for å rotere kuttehodet (14) omfatter en hydraulisk drivinnretning, og midler er tilveiebrakt for å måle trykk i nevnte hydrauliske drivinnretning, med datamaskinen (46) reagerende på utgangssignaler fra nevnte trykkmålingsmiddel for kontinuerlig å behandle nevnte signaler i henhold til et forutbestemt datamaskinprogram.

4. Styresystem som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at en drivinnretning (74) med variabel hastighet er tilveiebrakt for å styre omdreiningstallet (RPM) for kuttehodet (14), der datamaskinen (46) kontinuerlig styrer nevnte drivinnretning (74) som har variabel hastighet i henhold til et forutbestemt datamaskinprogram.

5. Styresystem som angitt i krav 1, karakterisert ved at midlene for å rotere nevnte tårn (20) omfatter elektriske motorer, og midler er tilveiebrakt for å måle effektinnmatning til og omdreiningstall for nevnte elektriske motorer, der datamaskinen (46) reagerer på utgangssignaler fra nevnte effekt og omdreiningstall (RPM) målemidler for kontinuerlig å behandle nevnte signaler i henhold til et forutbestemt datamaskinprogram.

6. Styresystem som angitt i krav 2, karakterisert ved at maskinen (10) opererer i et flertall av områder av fremføringstakt, og at de proporsjonale ventilmidler som styrer flyten av hydraulisk fluid inn i bomsylindrene (24, 26) og inn i tårnets hydrauliske drivinnretninger (41, 43), består av flere sett av ventiler (67, 69, 71, 73) i parallell, der hvert sett anvendes for et forskjellig område av fremføringstakt for maskinen (10).

7. Styresystem som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert ved dessuten å omfatte midler for kontinuerlig å overvåke verktøyets (15) temperatur og/eller verktøyets (15) kraft på kuttehodet (14), der datamaskinen (46) reagerer på nevnte overvåkning for kontinuerlig å justere verktøytemperaturen og/eller verktøykratfverdiene, for å opprettholde samme innenfor forutbestemte grenser for optimaliseringen av verktøyets (15) levetid.

8. Styresystem som angitt i et hvilket som helst av krav 1-7, karakterisert ved dessuten å omfatte midler for kontinuerlig å overvåke bommens (12) vibrasjonsamplitude og/eller frekvens, der datamaskinen (46) reagerer på nevnte overvåkning for derved å opprettholde bommens (12) vibrasjonsamplitude og/eller frekvensverdier innenfor forutbestemte grenser, for optimaliseringen av verktøy og maskinkomponentlevetid.

9. Styresystem som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at styreenheten (47) består av et flertall av PID-styreenheter.

10. Styresystem som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-9, karakterisert ved at datamaskinen (46) er konfigurert til å gi en lukket-sløyfeoperasjon, idet det kontinuerlig anvendes signaler fra de forskjellige målte parametre og kontinuerlig beregnes de ønskede betingelser for å oppnå en ønsket profil ved den bestse fremføringstakten mens slitasje på verktøyet (15) minimaliseres, og kontinuerlig å sende passende kommandoer til styreenheten (47).

11. Gruvedrift- eller tunneldannelsemaskin (10) som har en bom (12) med et kuttehode (14) som strekker seg mot flaten som skal kuttes montert ved en ende av bommen (12), og som har middel for å rotere nevnte kuttehode ved én eller flere omdreiningstall (RPM) verdier, idet nevnte bom (12) ved sin andre ende er vippbart forbundet med et roterbart tårn (20) for rotasjon med dette og der midler er tilveiebragt for å rotere nevnte tårn (20), idet bommen (12) vippes ved hjelp av minst én hydraulisk sylinder (24, 26) med et stempel (28, 30) glidbart deri, idet nevnte minst ene hydrauliske sylinder (24, 26) er forbundet ved én ende med tårnet (20) og ved den andre enden til bommen (12) for derved å vippe samme når nevnte stempel (28, 40) føres frem ut av eller trekkes tilbake inn i den hydrauliske sylinderen (24, 26), idet maskinen (10) har et styresystem, karakterisert ved en første vinkelkoder (40) for kontinuerlig å måle bommens (12) helningsvinkel, en andre vinkelkoder (44) for kontinuerlig å måle tårnets (20) rotasjonsvinkel, en lineær koder (55) for kontinuerlig å måle lineær posisjon av kuttehodet (14), en datamaskin (46) som reagerer på utgangssignaler fra nevnte kodere (40, 44, 55) og konfigurert til kontinuerlig å behandle nevnte signaler ifølge et forutbestemt datamaskinprogram, og en styreenhet (47) som reagerer på nevnte datamaskin (46), hvilken styreenhet styrer proporsjonale ventilmidler som, i sin tur, styrer flyt av hydraulisk fluid inn i nevnte minst ene hydrauliske sylinder (24, 26), og dessuten styrer rotasjonshastigheten av tårnet (20) samt den lineære fremføring av kuttehodet (14), hvorved det skjer kontinuerlig styring av bommens (12) vinkelmessige posisjon, den vinkelmessige posisjon av tårnet (20), og kuttehodets (14) lineære posisjon, for derved å kutte en forutvalgt profil ved en forutbestemt kuttedybde og fremføringstakt.

12. Gruvedrift- eller tunneldannelsemaskin (10) som har en bom (12) med et kuttehode (14) ved én av sine ender og der kuttehodet drives av en elektrisk motor (18), idet nevnte hode (14) strekker seg ut mot flaten som skal kuttes og nevnte bom (12) ved sin andre ende er vippbart forbundet med et roterbart tårn (20) som er tilpasset til å bli rotert ved hjelp av hydrauliske drivinnretninger (41, 43), hvorved bommen (12) også roteres når tårnet (20) roteres, idet nevnte bom (12) er vippbar ved hjelp av minst én hydraulisk sylinder (24, 26) med et stempel (28, 30) glidbart deri, idet nevnte minst ene hydrauliske sylinder (24, 26) er koblet ved en ende til tårnet (20) og ved den andre enden til bommen (12) for derved å vippe samme når nevnte stempel (28, 30) strekker seg ut fra eller trekker seg inn i den hydrauliske sylinder (28, 30), idet nevnte maskin (10) har et styresystem, karakterisert ved en første vinkelkoder (40) for kontinuerlig å måle bommens (12) helningsvinkel, en andre vinkelkoder (44) for kontinuerlig å måle tårnets (20) rotasjonsvinkel, en lineær koder (55) for kontinuerlig å måle kuttehodets (14) lineære posisjon, middel for å måle trykk (P3, P4) i de hydrauliske drivinnretninger (41, 43) som roterer tårnet, midler for å måle trykk (Pi, P2) ved hver ende av nevnte minst ene hydrauliske sylinder (24, 26) som anvendes for å vippe bommen (12), og midler for å velge omdreiningstall (RPM) for kuttehodet (14) som drives av den elektriske motoren (18), en datamaskin (46) som reagerer på utgangssignaler fra nevnte kodere (40, 44, 45) og nevnte trykkmålingsmidler, konfigurert til kontinuerlig å behandle nevnte signaler ifølge et forutbestemt datamaskinprogram, og en styreenhet (47) som reagerer på nevnte datamaskin (46), hvilken styrer proporsjonale ventilmidler som, i sin tur, styrer flyt av hydraulisk fluid inn i nevnte minst ene hydrauliske sylinder (24, 26) og inn i tårnets hydrauliske drivinnretninger (41, 43), og dessuten styrer lineær fremføring av kuttehodet (14), for derved kontinuerlig å styre bommens (12) vinkelmessige posisjon, den vinkelmessige posisjon av tårnet (20), og den lineære posisjonen av kuttehodet (14), for derved å kutte en forutvalgt profil ved en forutbestemt kuttedybde og fremføringstakt.

13. Gruvedrift-eller tunneldannelsemaskin som angitt i krav 11 eller 12, karakterisert ved at den har et tårn (20) som er roterbart om en horisontal akse etterfulgt av et ikke-roterbart hus (42) der midler er montert for rotering av tårnet (20).

14. Gruvedrift- eller tunneldannelsemaskin som angitt i krav 13, karakterisert ved at den lineæer posisjonen av kuttehodet (14) kontinuerlig justeres ved hjelp av sumpingssylindre (62, 64) som beveger det ikke-roterbare huset (42) i en lineær retning, hvilken posisjon måles av den lineære koderen (55), idet nevnte justering foretas via ventilmidler som styres av styreenheten (47).

15. Gruvedrift- eller tunneldannelsemaskin som angitt i et hvilket som helst av kravene 11-14, karakterisert ved at den dessuten er forsynt med stabiliseirngsmidler (54, 56) for å forbedre maskinens (10) stabilitet under kuttingsoperasjonen.

16. Gruvedrift-eller tunneldannelsemaskin som angitt i krav 11 eller 12, karakterisert ved at den har et tårn (20) som er roterbart om en vertikal akse.