CN106193168B - 大型矿用挖掘机及其起重臂控制保护装置、控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型矿用挖掘机及其起重臂控制保护装置、控制方法，所述起重臂控制保护装置包括连接装置、传动装置、感应装置、移动板和控制装置，连接装置用于与起重臂固定连接；传动装置一端连接于连接装置；移动板连接于传动装置的另一端；感应装置包括在移动板运动方向上不同位置设置的至少两个传感器，所述至少两个传感器包括第一传感器与第二传感器；控制装置连接于至少两个传感器，当第一传感器感测到移动板的移动时，以预限角度的控制策略控制矿用挖掘机的推压速度；当第二传感器感测到移动板的移动时，以极限角度的控制策略控制所述推压速度。本发明能够有效的防止起重臂被过度顶起，减小设备冲击，消除安全隐患。

Description

大型矿用挖掘机及其起重臂控制保护装置、控制方法

技术领域

本发明涉及矿山机械，尤其涉及一种用于大型矿用挖掘机的起重臂控制保护装置、所述起重臂控制保护装置的控制方法和具有该起重臂控制保护装置的大型矿用挖掘机。

背景技术

大型矿用单斗正铲式挖掘机在大型露天矿中有着广泛的应用，但由于各个露天矿爆破条件不同，司机操作水平也各不相同；在挖掘物料时由于局部地面较硬，司机操作不规范，起重臂被顶起的现象经常发生，由于起重臂被过度顶起下放时对整个设备产生很大的冲击，如何避免这种现象发生直接影响设备的可靠性和使用寿命。

现有技术的矿用挖掘机，由于不能很好的解决起重臂不能被过渡顶起的问题，因此存在以下几个方面的缺点：

1.由于起重臂过度顶起突然下放导致绷绳承受冲击力，寿命大大减小；

2.起重臂过度顶起突然下放导致设备产生巨大震动，影响设备机械机构及电气系统的可靠性和使用寿命；

3.起重臂过度顶起突然下放可能导致绷绳突然断裂，造成巨大的安全隐患和财产损失。

因此，需要开发一种能够解决上述技术问题的用于大型矿用挖掘机的相关装置。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种用于大型矿用挖掘机的起重臂控制保护装置，以有效的防止起重臂被过度顶起，减小设备冲击，消除安全隐患，提高设备的可靠性和使用寿命。

本发明的第二个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种本发明起重臂控制保护装置的控制方法，以有效的防止起重臂被过度顶起，减小设备冲击，消除安全隐患，提高设备的可靠性和使用寿命。

本发明的第三个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种具有本发明起重臂控制保护装置的大型矿用挖掘机，以有效的防止起重臂被过度顶起，减小设备冲击，消除安全隐患，提高设备的可靠性和使用寿命。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种起重臂控制保护装置：

一种起重臂控制保护装置，用于大型矿用挖掘机，其特征在于，所述起重臂控制保护装置包括连接装置、传动装置、感应装置、移动板和控制装置，连接装置用于与所述起重臂固定连接；传动装置一端连接于所述连接装置；移动板连接于所述传动装置的另一端；感应装置包括在所述移动板运动方向上不同位置设置的至少两个传感器，所述至少两个传感器包括第一传感器与第二传感器；控制装置连接于所述至少两个传感器，当所述第一传感器感测到所述移动板的移动时，以预限角度的控制策略控制所述矿用挖掘机的推压速度；当所述第二传感器感测到所述移动板的移动时，以极限角度的控制策略控制所述推压速度。

本发明起重臂控制保护装置的控制方法，包括：判断所述起重臂的角度；所述起重臂的角度为预限角度时，执行预限控制步骤；所述起重臂的角度为极限角度时，执行极限控制步骤。

根据本发明的另一方面，提供了一种具有本发明起重臂控制保护装置的大型矿用挖掘机。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：通过加装本发明的起重臂控制保护装置，能够有效防止起重臂被过度顶起，减小由起重臂顶起导致的设备振动，消除安全隐患。保证起重臂被顶后缓慢地下放，实现起重臂“软着路”的同时，通过对推压速度的控制，实现了生产效率的最大化。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。

图1为本发明实施例的起重臂控制保护装置的主视示意图。

图2为本发明实施例的起重臂控制保护装置的俯视示意图。

图3为本发明实施例的起重臂控制保护装置的左视示意图。

图4为图2的B向视图。

图5为图2中I部放大图。

图6为图1的A向视图。

图7为图3中的C-C剖视图。

图8为本发明实施例的起重臂控制保护装置的控制策略框图局部。

图9为本发明实施例的起重臂控制保护装置的控制策略框图局部。

其中，附图标记说明如下：

1 起重臂托架

16 连接架

17 接触板

2 支撑架

3 限位开关罩

4 滚轮

5 柱塞

51 柱塞缸

6 弹簧

7 开关托架

71 底板

72 侧板

8 移动板

80 导轨

81 左本体

82 右本体

83 长孔

9 传感器

91 第一传感器

92 第二传感器

10 调整角钢

101 槽钢

11 起重臂

12 机棚前壁

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

在说明本发明或本发明优选实施例的元件时，词“一”、“一个”、“该”以及“所述”意欲指的是存在着一个或更多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”等意欲是开放性的且指的是除了所列出的元件之外还可存在其它元件。

本发明实施例的起重臂控制保护装置，用于本发明实施例的大型矿用挖掘机。本发明实施例的大型矿用挖掘机，具有本发明实施例的起重臂控制保护装置。本发明实施例的大型矿用挖掘机及其起重臂控制保护装置，利用本发明实施例的控制方法对推压速度进行控制。

如图1所示，本发明实施例的起重臂控制保护装置，也可称为是一种起重臂限位开关装置，其包括连接装置、传动装置、移动板8、感应装置和控制装置。其中，连接装置为起重臂托架1，而传动装置包括滚轮4、柱塞5、弹簧6以及柱塞缸51等，而感应装置包括至少两个传感器9，至少两个传感器9至少包含第一传感器91和第二传感器92。

另外，本发明实施例的起重臂控制保护装置还可包括感应室，感应室可包括支撑架2、限位开关罩3、开关托架7、调整角钢10等，感应室主要由限位开关罩3与开关托架7所围成，移动板8和传感器9等均设置在感应室中。而控制装置例如为PLC，可设置在本发明实施例的大型矿用挖掘机的控制室，也可与传感器9一样设置在感应室中。

其中，起重臂托架1可包括连接架16和接触板17，其中的连接架16可通过螺栓固定在起重臂11上，而接触板17则，用于与滚轮4相互接触，以将起重臂11的转动通过传动装置传递给移动板8。

对于感应室，支撑架2可现场焊接在机棚前壁12上，用于支撑开关托架7，具体的说是从开关托架7的底面支撑开关托架7。开关托架7的横截面呈L形，包括底板71和侧板72，如图4和图6所示。限位开关罩3用于将移动板8、传感器9等罩在开关托架7上，限位开关罩3本身也是设置在开关托架7的上方。开关托架7的底板71由支撑架2支撑，而开关托架7的侧板72则通过螺栓固定在机棚前壁12上。

对于传动机构，图3和图5所示，滚轮4为一对，通过销轴连接于柱塞5的一端。柱塞5的另一端通过螺栓连接移动板8。弹簧6设置在柱塞缸51中，柱塞5移动同时压缩弹簧6。起重臂11被顶起时，起重臂托架1碰到滚轮4，滚轮4随之移动，带动柱塞5移动同时压缩弹簧6，移动板8通过螺栓与柱塞5连接。柱塞缸51固定于开关托架7的侧板72，在侧板72上开设有通孔70，柱塞缸51穿过通孔并被垂直固定在侧板72上。

其中，传感器9可以为多个或多对，用于在移动板8前进方向上的不同位置处感测移动板8的移动，以感测起重臂11的被顶起的状态。本实施例中，只设置有第一传感器91和第二传感器92。其中的第一传感器91的感应表面，距离移动板8的前端面所在的平面的距离例如为S1，而第二传感器92的感应表面，距离移动板8的前端面所在的平面的距离例如为S2，这里S2>S1。

当起重臂11被顶起角度达到A°时，表示起重臂11的角度达到了预限角度A，此时移动板8对应的移动至传感器91的感应位置，第一传感器91感测到移动板8的移动，第一传感器91把信号传递至PLC，控制装置控制执行相应的预限角度的第一控制策略，来控制本发明实施例的大型矿用挖掘机的推压速度。

当起重臂11被顶起角度达到B°时，表示起重臂11的角度达到了极限角度B，此时移动板8移动至第二传感器92的感应位置，第二传感器92把信号传递至PLC，控制装置控制执行相应的极限角度的第二控制策略，来控制本发明实施例的大型矿用挖掘机的推压速度。

起重臂11抬起角度的A°与B°也可根据实际需要通过调整角钢10来调整；如图3所示，第一传感器91和第二传感器92分别设置于一对调整角钢10上，这对调整角钢10的间距可调整，且在移动板8移动方向上的位置也可调整，以便于更灵活的设置传感器9，适应不同的情况。其中，如图3所示，调整角钢10设置在槽钢101上，对调整角钢10的两个方向上的调整主要靠调整槽钢101的位置来实现。

如图3所示，移动板8包括相互连接的左本体81和右本体82，左本体81和右本体83的底端之间具有间隙，间隙内容置有位置可调的导轨80，导轨80的底端固定于所述开关托架7的底板71上。导轨80可由角钢实现，在角钢的底板上可开设有长孔83，以便于固定导轨80以及对导轨80的位置进行调整。导轨80的作用在于导向，同时也能到起到对移动板8移动的限位作用，防止其过渡移动而损害传感器9。

当司机操作电铲斗杆往回缩时，控制装置(通常由程序实现)根据不同的起重臂11角度实施不同的控制策略，在最大效率的前提下保证起重臂11缓慢下放，起重臂托架1离开滚轮4，弹簧6在弹力作用下恢复原状，移动板8离开传感器91的感应位置，而本发明实施例的控制方法的详细的控制策略见图8和图9，其中，图8和图9通过A1、A2、A3三个共同点连接为一个完整的图。

本发明实施例的控制方法，首先需判断起重臂11的角度，以来分别确定所需要执行的步骤，起重臂11的角度为预限角度时，执行预限控制步骤；起重臂11的角度为极限角度时，执行极限控制步骤，在上述控制过程中，也会出现起重臂11的角度是介于预限角度与极限角度之间的情形，此时，也需要有相应的步骤来控制推压速度。

首先，先介绍预限控制步骤。

本步骤中，首先是要进行报警，报警的目的是引起操作者警惕。

然后，对推压速度进行控制，要控制推压速度回收最大不超过额定速度的C％，在起重臂11角度低于预限角度时，则控制推压速度达到额定速度。同时，对于前进时，控制推压速度前进最大不超过额定速度的D％，其中，D<10，以限制起重臂11进一步被顶起。

总之，上述预限控制步骤的目的，就是防止推压速度过快时，起重臂11快速落地，通过控制推压速度，保证起重臂11缓慢放下而起到保护作用，同时又提高了工作效率。

再介绍极限控制步骤。

本步骤中，首先也是要进行报警，报警的目的仍是引起操作者警惕。这时的报警与预限控制步骤中的报警可以有不同的级别，以使操作者能够更加警惕到起重臂11的顶起程度。

然后，对推压速度进行控制，要控制推压速度回收最大不超过额定速度的E％，这里的E，小于之前的C，在起重臂11角度低于预限角度时，则控制推压速度达到额定速度。同时，对于前进时，控制推压速度前进速度为0，以限制起重臂11进一步被顶起。

而起重臂11的角度是介于预限角度与极限角度之间时，控制推压速度回收最大不超过额定速度的C％。

总之，上述极限控制步骤的目的，就是防止推压速度过快时，起重臂11快速落地，通过控制推压速度，保证起重臂缓慢放下而起到保护作用，同时又提高了工作效率。

通过在上述不同角度下实施不同的控制步骤，本发明能够保证被顶起的起重臂11缓慢放下，也即“软着陆”，同时又最大程度上保证了生产效率。

应理解，以上描述的多个示例可沿多个方向(如倾斜、颠倒、水平、垂直，等等)并且以多个构造被利用，而不背离本发明的原理。附图中示出的实施例仅作为本发明的原理的有效应用的示例而被示出和描述，本发明并不限于这些实施例的任何具体的细节。

当然，一旦仔细考虑代表性实施例的以上描述，本领域技术人员就将容易理解，可对这些具体的实施例做出多种改型、添加、替代、删除以及其他变化，并且这些变化在本发明的原理的范围内。因此，前面的详细描述应被清楚地理解为是仅以说明和示例的方式来给出的，本发明的精神和范围仅由所附权利要求书及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种起重臂控制保护装置，用于大型矿用挖掘机，其特征在于，所述起重臂控制保护装置包括：

连接装置，用于与所述起重臂固定连接；

传动装置，一端连接于所述连接装置；

移动板，连接于所述传动装置的另一端；

感应装置，包括在所述移动板运动方向上不同位置设置的至少两个传感器，所述至少两个传感器包括第一传感器与第二传感器；以及

控制装置，连接于所述至少两个传感器，当所述第一传感器感测到所述移动板的移动时，以预限角度的控制策略控制所述矿用挖掘机的推压速度；当所述第二传感器感测到所述移动板的移动时，以极限角度的控制策略控制所述推压速度；

所述预限角度的控制策略包括如下步骤：

报警；

控制推压速度回收为最大不超过额定速度的第一速度；

控制推压速度前进为第二速度，该第二速度小于额定速度的10％；

所述极限角度的控制策略包括如下包括：

报警；

控制推压速度回收为最大不超过额定速度的第三速度，

所述起重臂角度介于所述预限角度与所述极限角度之间时，控制所述推压速度回收为最大不超过额定速度的第一速度，第一速度大于第三速度；

控制推压速度前进速度为0。

2.如权利要求1所述的起重臂控制保护装置，其特征在于，所述连接装置为起重臂托架，所述起重臂托架包括连接架和接触板，所述连接架与所述起重臂固定连接。

3.如权利要求2所述的起重臂控制保护装置，其特征在于，所述传动装置包括滚轮、柱塞、弹簧和柱塞缸，所述滚轮通过销轴连接于所述柱塞的一端，所述柱塞的另一端通过螺栓连接所述移动板，所述弹簧设置在所述柱塞缸中，所述柱塞移动时压缩所述弹簧，所述起重臂移动时触碰所述滚轮带动所述柱塞在所述柱塞缸内移动。

4.如权利要求3所述的起重臂控制保护装置，其特征在于，所述感应装置设置于限位开关罩与开关托架所围成的感应室内，所述开关托架的底板通过支撑架支撑，所述柱塞缸固定于所述开关托架的侧板。

5.如权利要求4所述的起重臂控制保护装置，其特征在于，所述第一传感器和所述第二传感器分别设置于一对间距与在所述移动板移动方向上的位置均可调的调整角钢上，所述移动板包括相互连接的左本体和右本体，所述左本体和所述右本体的底端之间具有间隙，所述间隙内容置有位置可调的导轨，所述导轨的底端固定于所述开关托架的底板上。

6.一种权利要求1-5任一所述起重臂控制保护装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

判断所述起重臂的角度；

所述起重臂的角度为预限角度时，执行预限控制步骤；

所述起重臂的角度为极限角度时，执行极限控制步骤；

所述预限控制步骤包括；

报警；

控制推压速度回收为最大不超过额定速度的第一速度；

控制推压速度前进为第二速度，该第二速度小于额定速度的10％；

所述极限控制步骤包括；

报警；

控制推压速度回收为最大不超过额定速度的第三速度，

所述起重臂角度介于所述预限角度与所述极限角度之间时，控制所述推压速度回收为最大不超过额定速度的第一速度，第三速度大于第一速度；

控制推压速度前进速度为0。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述起重臂角度低于所述预限角度时，控制所述推压速度达到额定速度。

8.一种大型矿用挖掘机，其特征在于，所述大型矿用挖掘机具有权利要求1-5任一所述的起重臂控制保护装置。