CN105908798B - 控制工业机械的挖掘操作 - Google Patents

Abstract

控制工业机械的挖掘操作。用于控制包括一个或多个部件的工业机械的操作的系统、方法、设备和计算机可读介质。一种控制工业机械的方法，包括：在挖掘操作期间确定工业机械的一个或多个部件中的至少一个部件的位置；基于一个或多个部件中的该至少一个部件的位置以及部件位置和提升释放拉力之间的关系来确定提升释放拉力设定；以及将提升释放拉力水平设定为绳索提升释放拉力设定。在挖掘操作早期的提升释放拉力水平大于在挖掘操作后期的提升释放拉力水平。

Description

控制工业机械的挖掘操作

本申请是申请日为2011年8月31日、申请号为201180071765.9(国际申请号为PCT/US2011/050024)、发明名称为“控制工业机械的挖掘操作”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月29日提交的在先提交的共同待审查美国临时专利申请第61/480,603号的权益，其全部内容通过引用而并入本文。

技术领域

本发明涉及控制诸如电动绳索挖掘机或动力挖掘机的工业机械的挖掘操作。

背景技术

诸如电动绳索挖掘机或动力挖掘机、索斗铲等的工业机械被用来执行从例如矿藏中移除材料的挖掘操作。在困难的采矿环境中，工业机械沿向前方向倾覆的程度影响工业机械所经受的结构疲劳。限制工业机械的最大向前倾覆力矩和CG偏移因此能够增加工业机械的操作寿命。

发明内容

因而，本发明提供工业机械的控制，使得在挖掘操作期间使用的提升力或提升释放拉力(hoist bail pull)受到控制，以防止工业机械的增加的或过度的向前倾覆。这在通过动态增加在挖掘操作的挖掘包络低处的提升释放拉力水平来增加工业机械的生产力的同时被实现。当工业机械在挖掘操作期间并关于挖掘包络继续时，控制器将提升释放拉力水平从最大水平逐步减小到更低的或标准操作值。提升释放拉力水平被减小，使得在挖掘操作后期，提升释放拉力水平已经达到标准操作值。挖掘周期时间通过增加提升释放拉力而相应地降低，挖掘操作低处的有效载荷被增加，并且工业机械上的结构疲劳被维持在或低于没有增加提升释放拉力的工业机械的水平。

在一个实施例中，本发明提供一种控制工业机械的挖掘操作的方法。该工业机械包括铲斗和提升马达驱动装置。该方法包括：确定铲斗的关于挖掘包络的第一位置；基于铲斗的第一位置以及铲斗位置和提升释放拉力之间的关系来确定第一提升释放拉力设定；以及将提升马达驱动装置的第一提升释放拉力的水平设定为第一提升释放拉力设定。该方法还包括：确定铲斗的关于挖掘包络的第二位置；基于铲斗的第二位置以及铲斗位置和提升释放拉力之间的关系来确定第二提升释放拉力设定；以及将提升马达驱动装置的第二提升释放拉力水平设定为第二提升释放拉力设定。铲斗的第一位置与铲斗的第二位置相比对应于在挖掘包络中的更低位置，并且第一提升释放拉力水平大于第二提升释放拉力水平。

在另一个实施例中，本发明提供一种包括铲斗、提升马达驱动装置和控制器的工业机械。铲斗被连接到一个或多个提升绳。提升马达驱动装置被构造成向提升马达提供一个或多个驱动信号，并且提升马达可操作用以当铲斗在挖掘操作期间移动时向一个或多个提升绳施加力。控制器被连接到提升马达驱动装置，并且被构造用于：确定与挖掘操作相关联的铲斗的第一位置；基于铲斗位置和提升释放拉力之间的关系来确定第一提升释放拉力设定；以及将提升马达驱动装置的第一提升释放拉力水平设定为第一提升释放拉力设定。控制器还被构造用于：确定与挖掘操作相关联的铲斗的第二位置；基于铲斗位置和提升释放拉力之间的关系来确定第二提升释放拉力设定；以及将提升马达驱动装置的第二提升释放拉力水平设定为第二提升释放拉力设定。铲斗的第一位置与铲斗的第二位置相比对应于在挖掘操作中更早的位置，并且第一提升释放拉力水平大于第二提升释放拉力水平。

在另一个实施例中，本发明提供一种控制包括一个或多个部件的工业机械的挖掘操作的方法。该方法包括：确定在挖掘操作期间的该工业机械的一个或多个部件中的至少一个部件的位置；基于所述一个或多个部件中的该至少一个部件的位置以及部件位置和提升释放拉力之间的关系来确定提升释放拉力设定；以及将提升释放拉力水平设定为所述提升释放拉力设定。在挖掘操作早期的提升释放拉力水平大于在挖掘操作后期的提升释放拉力水平。

本发明的其它方面通过考虑详细描述和附图将会变得显而易见。

附图说明

图1示意根据本发明的实施例的工业机械。

图2示意根据本发明的实施例的工业机械的控制器。

图3示意根据本发明的实施例的工业机械的控制系统。

图4示意用于控制根据本发明的实施例的工业机械的流程。

图5-8是示出提升释放拉力和释放速度之间关系的曲线图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解，本发明的应用不限于以下说明书中阐述或附图中示意的结构细节和部件布置。本发明能够具有其它实施例并可以其它方式实践或实施。此外，应理解，本文所采用的措辞和术语是为说明的目的，而不应认为是限制。本文中“包括”、“包含”、“具有”以及其变型的使用意思是包含此后列出的项目和其等同物以及另外的项目。术语“安装”、“连接”、“联接”广泛地被使用并且包含直接和间接安装、连接和联接。此外，“连接”和“联接”不管是直接还是间接，不限于物理或机械连接或联接，并且可以包括电连接或联接。此外，电子通讯和通知可使用包括直接连接、无线连接等的任何已知方式来实施。

应该注意的是，多个硬件和基于软件的装置以及多个不同的结构部件可用来实施本发明。此外，如随后段落中描述，附图中所示的具体构造旨在例示本发明的实施例，并且其它替代构造是可能的。除非另作说明，术语“处理器”、“中央处理单元”以及“CPU”是可互换的。这里术语“处理器”或“中央处理单元”或“CPU”被用作标识实施具体功能的单元，应该理解的是，除非另作说明，这些功能能够通过单个处理器或以任何方式布置的多个处理器，包括并行处理器、串行处理器、串联处理器或云处理/云计算构造来实施。

本文所述的本发明涉及与基于例如工业机械的铲斗、铲斗杆或其它部件的位置动态地控制提升力或提升释放拉力相关联的系统、方法、设备和计算机可读介质。诸如电动绳索挖掘机或类似的采矿机械的工业机械可操作用以执行挖掘操作，以从矿藏移除有效载荷(即材料)。当工业机械挖掘到矿藏中时，由铲斗杆的延伸引起的在工业机械上的力和有效载荷的重量能够沿向前方向在工业机械上产生倾覆力矩和重心("CG")偏移。CG偏移的量值部分地取决于所施加的提升释放拉力的水平。通常，提升释放拉力的水平越大，沿向前方向的CG偏移就越大。作为CG偏移的结果，工业机械经受能够对工业机械操作寿命造成不利影响的周期结构疲劳和应力。为了增加工业机械的生产力而不增加工业机械经受的CG偏移，工业机械的控制器动态地在挖掘操作的挖掘包络低处增加提升释放拉力的水平。当工业机械在挖掘操作期间并关于挖掘包络继续时，控制器将提升释放拉力的水平从最大水平逐步减小到更低的或标准操作值。提升释放拉力的水平被减小，使得在挖掘操作后期，提升释放拉力水平已达到例如标准操作值或小于标准操作值。挖掘周期时间被相应地减小，在挖掘操作早期和在挖掘包络低处的有效载荷被增加，并且工业机械的结构负载维持在或低于不使用增加的提升释放拉力的类似工业机械的水平。

虽然本文描述的本发明能够应用到各种工业机械(例如绳索挖掘机、索斗铲、AC机械、DC机械、液压机械等)、由各种工业机械实施或与各种工业机械结合使用，但本文描述的本发明的实施例是相对于诸如图1中所示的动力挖掘机10的电动绳索挖掘机或动力挖掘机描述的。挖掘机10包括移动基座15、驱动履带20、转台25、机械甲板30、悬臂35、下端40、滑轮45、拉索50、背撑条55、支柱结构60、铲斗70、一根或多根提升绳75、绞盘鼓筒80、铲斗臂或杆85、鞍状块90、枢转点95、传动单元100、释放销(bail pin)105、倾斜计110以及滑轮销115。在所示意的实施例中，挖掘机10还具有与挖掘操作相关联的挖掘包络，该挖掘包络被划分成三个区域：内部区域125("区域A(REGION-A)")、中间区域130("区域B(REGION-B)")和外部区域("区域C(REGION-C)")。

移动基座15由驱动履带20支承。移动基座15支承转台25和机械甲板30。转台25能够绕机械甲板30相对于移动基座15旋转360度。悬臂35在下端40被可枢转地连接到机械甲板30。悬臂35通过锚固到支柱结构60的背撑条55的拉索50而被保持成相对于甲板向上和向外延伸。支柱结构60刚性地安装在机械甲板30上，并且滑轮45被可旋转地安装在悬臂35的上端上。

铲斗70通过提升绳75而从悬臂35悬挂。提升绳75缠绕在滑轮45上且在释放销105处附连到铲斗70。提升绳75被锚固到机械甲板30的绞盘鼓筒80。当绞盘鼓筒80旋转时，提升绳75被放出以降低铲斗70或被拉进以提升铲斗70。铲斗杆85还被刚性地附连到铲斗70。铲斗杆85被可滑动地支承在鞍状块90中，并且鞍状块90在枢转点95处被可枢转地安装到悬臂35。铲斗杆85包括在其上的齿条齿型构，该齿条齿型构接合安装在鞍状块90中的驱动小齿轮。驱动小齿轮通过电动马达和传动单元100来驱动，以相对于鞍状块90延伸或缩回铲斗臂85。

电源被安装到甲板30，以向用于驱动绞盘鼓筒80的一个或多个提升电动马达、用于驱动鞍状块传动单元100的一个或多个推挤电动马达以及用于转动转台25的一个或多个摆动电动马达提供电力。推挤、提升和摆动马达中的每一个均能够由其自身的马达控制器驱动或响应来自控制器的控制信号来驱动，如下所述。

图2示意与图1的动力挖掘机10相关联的控制器200。控制器200与挖掘机10的各个模块或部件电连接和/或通信连接。例如，所示控制器200被连接到一个或多个指示器205、用户界面模块210、一个或多个提升马达和提升马达驱动装置215、一个或多个推挤马达和推挤马达驱动装置220、一个或多个摆动马达和摆动马达驱动装置225、数据存储或数据库230、功率供应模块235、一个或多个传感器240以及网络通信模块245。控制器200包括其中可操作用以控制动力挖掘机10的操作、控制悬臂35、铲斗臂85、铲斗70等的位置、致动一个或多个指示器205(例如液晶显示器["LCD"])、监测挖掘机10的操作等的硬件和软件的组合。其中，所述一个或多个传感器240包括负载销应变计、倾斜计110、吊架销(gantry pin)、一个或多个马达现场(field)模块等。负载销应变计包括例如沿X方向(例如水平地)定位的一组应变计和沿Y方向(例如垂直地)定位的一组应变计，使得能够确定作用在负载销上的合力。在一些实施例中，除了推挤马达驱动装置外，能够使用推挤驱动装置(例如用于单腿杆、操纵杆、液压缸等的推挤驱动装置)。负载销应变计包括例如沿X方向(例如水平地)定位的应变计组和沿Y方向(例如垂直地)定位的应变计组，使得能够确定在负载销上的合力。

在一些实施例中，控制器200包括提供电力、操作控制和保护控制器200和/或挖掘机10内的部件和模块的多个电气和电子部件。例如，其中，控制器200包括处理单元250(例如微处理器、微控制器或其它合适可编程装置)、存储器255、输入单元260和输出单元265。其中，处理单元250包括控制单元270、算术逻辑单元("ALU")275和多个寄存器280(图2中示为一组寄存器)，并且使用诸如改进的哈佛体系结构(Harvard architecture)、冯·诺伊曼体系结构等的已知计算机体系结构来实施。处理单元250、存储器255、输入单元260、输出单元265以及被连接到控制器200的各个模块通过一条或多条控制和/或数据总线(例如公用总线285)连接。为示例目的，控制和/或数据总线在图2中概括地示出。鉴于本文所描述的本发明，一条或多条控制和/或数据总线用于各个模块和部件之间的互相联络和相互连接对于本领域技术人员而言是众所周知的。在一些实施例中，控制器200部分地或完全地在半导体(例如，现场可编程门阵列["FPGA"]半导体)芯片上实现，所述半导体芯片诸如通过寄存器传输级("RTL")设计过程开发的芯片。

存储器255包括例如程序储存区和数据储存区。程序储存区和数据储存区可以包括不同类型的存储器的组合，诸如只读存储器("ROM")、随机存取存储器("RAM")(例如动态RAM["DRAM"]、同步DRAM["SDRAM"]等)、电可擦可编程只读存储器("EEPROM")、闪存、硬盘、SD卡或其它合适的磁性、光学、物理或电子存储器装置。处理单元250被连接到存储器255并执行可以被存储在存储器255的RAM(例如在执行期间)、存储器255的ROM(例如在大体永久基础上)或诸如其它存储器或磁盘的其它非暂时性计算机可读介质中的软件指令。包括在挖掘机10的实施中的软件可以被储存在控制器200的存储器255中。所述软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、筛选程序、规则、一个或多个程序模块以及其它可执行指令。其中，控制器200被构造成从存储器取回并执行涉及本文描述的控制流程和方法的指令。在其它结构中，控制器200包括另外的、更少的或不同的部件。网络通信模块245被构造成连接到网络290并通过网络290通信。网络通信模块245和网络290之间的通信例如是有线连接、无线连接或无线和有线连接的组合。类似地，控制器200和网络290或网络通信模块245之间的通信是有线连接、无线连接或无线连接和有线连接的组合。

功率供应模块235向控制器200或挖掘机10的其它部件或模块提供额定AC或DC电压。功率供应模块235例如由具有100V和240V AC之间的额定线电压和大约50-60Hz的频率的电源供电。功率供应模块235还被构造成提供较低电压，以操作控制器200或挖掘机10内的电路和部件。在其它结构中，控制器200或挖掘机10内的其它部件和模块由一个或多个电池或电池组，或其它不依赖电网的电源(例如发电机、太阳能板等)供电。

用户界面模块210用来控制或监测动力挖掘机10。例如，用户界面模块210可操作地联接到控制器200，以控制铲斗70的位置、悬臂35的位置、铲斗杆85的位置、传动单元100等。用户界面模块210包括实现对挖掘机10进行期望水平的控制和监测所需的数字和模拟输入或输出装置的组合。例如，用户界面模块210包括显示器(例如主显示器、第二显示器等)和输入装置，诸如触摸屏显示器、多个旋钮、表盘、开关、按钮等。显示器例如是液晶显示器("LCD")、发光二极管("LED")显示器、有机LED("OLED")显示器、电致发光显示器("ELD")、表面传导电子发射体显示器("SED")、场致发射显示器("FED")、薄膜晶体管("TFT")LCD等。用户界面模块210还可以被构造成实时或大致实时地显示与动力挖掘机10相关联的状态或数据。例如，用户界面模块210被构造成显示所测量的动力挖掘机10的电特征、动力挖掘机10的状况、铲斗70的位置、铲斗杆85的位置等。在一些实施方式中，联合控制用户界面模块210和一个或多个指示器205(例如LEDs、扬声器等)，以提供动力挖掘机10的状态或状况的视觉或听觉指示。

图3示意用于动力挖掘机10的更详细控制系统400。例如，动力挖掘机10包括主控制器405、网络交换机410、控制箱415、辅助控制箱420、操作员驾驶室425、第一提升驱动模块430、第二提升驱动模块435、推挤驱动模块440、摆动驱动模块445、提升现场模块450、推挤现场模块455和摆动现场模块460。控制系统400的各个部件由例如使用用于工业自动化的一个或多个网络协议的光纤通信系统连接并通过该光纤通信系统通信，所述光纤通信系统诸如过程现场总线("PROFIBUS")、以太网、控制网、基金会现场总线、INTERBUS、控制器局域网("CAN")总线等。控制系统400可以包括以上参照图2所述的部件和模块。例如，一个或多个提升马达和/或驱动装置215对应于第一和第二提升驱动模块430和435，一个或多个推挤马达和/或驱动装置220对应于推挤驱动模块440，并且一个或多个摆动马达和/或驱动装置225对应于摆动驱动模块445。用户界面210和指示器205可以被包括在操作员驾驶室425等中。负载销应变计、倾斜计110和吊架销能够将电信号提供到主控制器405、控制箱415、辅助控制箱420等。

第一提升驱动模块430、第二提升驱动模块435、推挤驱动模块440和摆动驱动模块445能够被构造成从例如主控制器接收控制信号，以控制挖掘机10的提升、推挤和摆动操作。所述控制信号与用于挖掘机10的提升、推挤和摆动马达215、220和225的驱动信号相关联。当驱动信号被施加到马达215、220和225时，马达的输出(例如，电气和机械输出)被监测并被反馈回到主控制器405(例如，经由现场模块450-460)。马达的输出包括例如马达速度、马达转矩、马达功率、马达电流等。基于与挖掘机10相关联的这些和其它信号(例如，来自倾斜计110的信号)，主控制器405被构造成确定或计算挖掘机10或其部件的一个或多个操作状态或位置。在一些实施例中，主控制器405或辅助控制箱420确定铲斗位置、铲斗杆角度或位置、提升绳包角、提升马达每分钟转数("RPM")，推挤马达RPM、铲斗速度、铲斗加速度等。

优化挖掘机10在挖掘操作期间的性能能够改进挖掘机10的有效负载能力，而没有例如增加挖掘机10上的结构负载和疲劳、减少挖掘机10的操作寿命或增加挖掘机10的成本。作为例示性实例，控制器200或主控制405被构造成基于铲斗70、铲斗杆85等的位置来实施优化挖掘控制(“ODC”)。例如，当实施ODC时，控制器200被构造成确定铲斗70在空间中的位置或相对于挖掘机10的其它部件的位置，并基于铲斗70的确定的位置动态地控制提升力。提升力的动态控制包括：当挖掘机10执行挖掘操作时，关于铲斗70的位置主动地控制提升释放拉力的水平。ODC在挖掘包络120(见图1)内的特定区域处限制挖掘机的挖掘能力，但相对于完整挖掘操作增加挖掘机10的总体负载能力。例如，ODC被构造成在挖掘包络120的特定区域中增加提升释放拉力，与在整个范围限制提升释放拉力相反。在一些实施例中，ODC在挖掘包络120低处增加提升释放拉力，并在挖掘包络120中较高处逐步地减小提升释放拉力。由于提升释放拉力的增加，所以挖掘机10的填充因子增加，并且挖掘机10的挖掘周期时间减小(例如，更早地从矿藏拉开铲斗70)。在一些实施例中，ODC还被构造成控制提升释放拉力以用于延伸的操作范围，以允许使用更长的铲斗杆来用于延伸的倾卸范围(例如，朝向堆、朝向货车等)。例如，通过使得能够使用更长的铲斗杆，货车的定点范围能够被延伸，以简化大货车的装载。在一些实施例中，ODC利用周期时间分解来确定挖掘机10是否已完成挖掘操作，并且通过进一步限制提升释放拉力(例如低于标准操作值)而允许延伸的推挤范围。

在图4中示出并参照图4描述相对于铲斗70的位置来控制提升释放拉力的水平的流程的示意性实例。具体地，图4示出流程500，该流程500具有能够由例如控制器200或主控制器405执行，以基于铲斗70的位置来控制提升释放拉力水平的相应计算机可读指令。在步骤505，确定铲斗70的位置。基于例如一个或多个旋转变压器、倾覆计的使用、提升绳包角等来确定铲斗位置。在一些实施例中，使用一个或多个旋转变压器来确定铲斗杆85的位置(例如径向位置)，并且铲斗杆85的位置被单独地或与铲斗位置联合使用，以控制提升释放拉力的水平。在铲斗70的位置已被确定之后，将铲斗70的位置与区域A 125(参见图1)进行比较(步骤510)。如果，在步骤510，铲斗70的位置处于区域A内，则将提升释放拉力设定为第一提升限值("HL1")(步骤515)。流程500接着返回到步骤505和部分A，其中再次确定铲斗70的位置。如果，在步骤510，铲斗的位置70不处于区域A内，则流程500进行到步骤520。在步骤520，如果铲斗70的位置处于区域B130(参见图1)内，则将提升释放拉力设定为第二提升限值("HL2")(步骤525)。流程500接着返回到步骤505和部分A，其中再次确定铲斗70的位置。如果，在步骤520，铲斗的位置70不处于区域B内，则流程500进行到步骤530。在步骤530，如果铲斗70的位置处于区域C 135(参见图1)内，则将提升释放拉力设定为第三提升限值("HL3")(步骤535)。流程500接着返回到步骤505和部分A，其中再次确定铲斗70的位置。如果，在步骤530，铲斗70的位置不处于区域C内，那流程500进行到步骤540，其中将提升释放拉力设定为第四提升限值("HL4")(步骤540)。流程500接着返回到步骤505和部分A，其中再次确定铲斗70的位置。能够基于例如工业机械的类型、挖掘机的类型或型号等来设定、建立或确定区域A 125、区域B 130和区域C 135的限值。

如以上示意性实例中描述，挖掘机10的挖掘操作的挖掘包络120被划分成与区域A125、区域B 130和区域C 135对应的三个部分。区域A 125对应于挖掘操作的挖掘包络的最低部分或内部部分，并且相对于其余区域具有最大相对提升释放拉力设定。在挖掘包络120中，区域B 130与区域A 125相邻，并且与区域A 125相比具有更低的提升释放拉力设定，但与区域C 135相比具有更大的提升释放拉力设定。区域C 135对应于挖掘操作的挖掘包络的最高部分或外部部分，并且相对于其它区域具有最低提升释放拉力设定。

与挖掘包络120的区域对应的提升释放拉力限值HL1、HL2、HL3和HL4能够被设定为用于提升驱动模块430和435的各种数值或水平。作为示意性实例，HL1、HL2、HL3和HL4从超过标准提升释放拉力的水平(例如，提升释放拉力≈标准提升释放拉力的120％)降低到对应于提升释放拉力的正常最大操作值(例如，额定值)的标准提升释放拉力(即，≈100％)。在一个实施例中，HL1≈120％、HL2≈110％、HL3≈100％并且HL4≈100％。在一些实施例中，HL4能够被设定为低于大约100％提升释放拉力的值，以使挖掘机10能够使用更长的铲斗杆。在其它实施例中，HL1、HL2、HL3和HL4能够采取不同的数值。然而，与HL1、HL2、HL3和HL4采取的具体数值或范围无关地，限值的相对量值之间的关系保持相同(即，HLl>≈HL2>≈HL3>≈HL4)。在一些实施例中，提升释放拉力限值HL1、HL2、HL3和HL4中的每一个提升释放拉力限值在挖掘机10上产生大约相同的向前倾覆力矩和CG偏移。在一些实施例中，提升释放拉力还能够被设定为比提升释放拉力的正常操作限值的大约120％大。在这样的实施例中，提升释放拉力限于例如一个或多个提升马达215的操作特征(例如，一些马达与其它马达相比能够允许更大的额外提升释放拉力)。这样，基于一个或多个提升马达215的特征，能够将提升释放拉力设定为正常操作限值的大约75％和大约150％之间的数值。

通过增加在挖掘包络低处的提升释放拉力，铲斗70在挖掘操作早期产生更大的有效载荷，并增加铲斗70在挖掘操作早期切割穿过矿藏的速度和施加到其上切割力。吊架销负载和其它结构载荷也随着增加的有效载荷而增加。然而，由于在挖掘包络低处增加提升释放拉力，并且在挖掘包络中较高处将提升释放拉力减少至大约标准操作值，所以挖掘操作产生的倾覆力矩产生了挖掘机10的CG偏移，该CG偏移不大于(即，小于或大约等于)使提升释放拉力在挖掘操作期间保持在标准操作值的情况下挖掘机10所经受的CG偏移。

在一些实施例中，挖掘包络120被划分成提升释放拉力水平为其改变的另外的(例如，多于三个)或更少的(即，两个)部分。在其中挖掘包络120被划分成多于三个部分的本发明的实施例中，能够被使用的部分的数目能够大致大于三个(例如，几百个)。例如，挖掘包络被划分成的部分的数目越大，提升释放拉力设定的改变就变得越精确和平缓。在一些实施例中，挖掘包络被划分成的部分的数目是基于提升释放拉力能够被控制的精确水平的。在其它实施例中，挖掘包络不被划分成各个部分。相反地，使用函数来基于铲斗70或铲斗杆85的位置计算提升释放拉力设定。在这样的实施例中，能够对提升释放拉力设定进行的改变大致是连续的。在其它实施例中，查找表("LUT")能够被用来基于所确定的或计算的铲斗70或铲斗杆85的位置查找提升释放拉力设定。

图5-8示意包括为其设定或改变提升释放拉力的三个区域的本发明的实施例的提升释放拉力对释放速度的曲线。图5示意以上分别描述的对于区域A 125、区域B 130和区域C 135中的每一个的曲线605、610和615。图6-8分别示意对应于区域A 125、区域B 130和区域C 135中的每一个的各个曲线605、610和615。如图5-8中所示，最大相对提升释放拉力在区域A 125中提供。对区域B 130和区域C 135设定较低水平的提升释放拉力水平。对于低于大约175每分钟英尺("FPM")的释放速度(bail speed)，提升释放拉力设定的间隔是大致恒定的(即，线性的)。当释放速度增加时，每个区域中的提升释放拉力的水平被逐步地减少(例如，作为最大马力的函数)，直到在每个区域中提升释放拉力的水平大约相同的速度达到为止。由于在挖掘矿藏时铲斗70所遭遇的阻力，所以这样情形是罕见的。通常，在挖掘操作过程中由矿藏提供的阻力经常阻止释放速度增加大致超过所示意的扭矩-速度曲线的线性部分。

虽然图5-8中提供的扭矩速度曲线被示出提升释放拉力设定的范围在0-600lbs(x1000)之间，但是实际提升释放拉力设定能够根据例如挖掘机的类型、尺寸或型号、提升马达HP等而变化。例如，在一些实施例中，扭矩-速度曲线的范围从0-800lbs(x1000)、0-1000lbs(x1000)等，对于每个区域的提升释放拉力的水平还能够基于挖掘条件、挖掘机型号、挖掘机类型、挖掘机使用年限、铲斗类型等来设定。例如，在一个实施例中，区域C 135中的提升释放拉力被设定为500lbs(x1000)，区域B 130中的提升释放拉力被设定为550lbs(x1000)，并且区域A 125中的提升释放拉力被设定为600lbs(x1000)。然而，提升释放拉力的这样的水平是示例性的，并且能够在本发明的实施例之间变化。

因此，本发明尤其是提供用于控制工业机械的挖掘操作的系统、方法、设备和计算机可读介质。本发明的各种特征和优势在权利要求书中阐述。

Claims (29)

1.一种控制工业机械的挖掘操作的方法，所述方法包括：

当所述工业机械的部件在挖掘操作期间处于第一位置时，基于所述工业机械的部件处于挖掘包络的低处，利用处理器确定提升驱动装置的第一提升力设定；

利用所述处理器，将所述提升驱动装置的第一提升力水平设定为所述第一提升力设定；

当所述工业机械的所述部件在挖掘操作期间处于第二位置时，基于所述工业机械的部件处于挖掘包络的高处，利用处理器确定所述提升驱动装置的第二提升力设定，所述部件的第一位置与所述部件的第二位置相比对应于所述挖掘操作中的更早位置；以及

利用所述处理器，将所述提升驱动装置的第二提升力水平设定为所述第二提升力设定；

其中，所述第一提升力水平大于所述第二提升力水平。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一提升力水平超过提升力的正常操作值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工业机械是绳索挖掘机。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述挖掘操作期间监测所述工业机械的重心(“CG”)偏移。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述部件是铲斗。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第一位置处的所述工业机械的倾覆力矩大约等于在所述第二位置处的所述工业机械的所述倾覆力矩。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述工业机械是液压机械。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述提升驱动装置被构造为基于所述第一提升力水平向提升马达提供第一驱动信号，并基于所述第二提升力水平向所述提升马达提供第二驱动信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述提升驱动装置是提升马达驱动装置。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述提升马达产生提供给所述部件的提升力，所产生的提升力被限制为所述第一提升力水平或所述第二提升力水平中的一个。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述提升力是由所述提升马达产生的提升马达扭矩。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述提升马达扭矩驱动绞盘鼓筒以放出或拉进提升绳，从而降低或提升所述部件。

13.一种工业机械，包括：

提升驱动装置，所述提升驱动装置被构造成当铲斗通过挖掘操作而移动时，产生与被施加到所述铲斗的力相关的信号；以及

控制器，所述控制器连接到所述提升驱动装置，所述控制器包括处理器和存储在计算机可读介质中的可执行指令，所述控制器被构造用于取回并执行所述指令，从而：

当所述工业机械的铲斗在挖掘操作期间处于第一位置时，基于所述工业机械的铲斗处于挖掘包络的低处，确定第一提升设定；

将所述提升驱动装置的第一提升水平设定为所述第一提升设定；

当所述工业机械的铲斗在所述挖掘操作期间处于第二位置时，基于所述工业机械的铲斗处于挖掘包络的高处，确定第二提升设定，所述铲斗的第一位置与所述铲斗的第二位置相比对应于所述挖掘操作中的更早位置；以及

将所述提升驱动装置的第二提升水平设定为所述第二提升设定；

其中，所述第一提升水平大于所述第二提升水平。

14.根据权利要求13所述的工业机械，其中，所述工业机械是绳索挖掘机。

15.根据权利要求13所述的工业机械，其中，所述第二提升水平对应于提升的正常操作值。

16.根据权利要求15所述的工业机械，其中，在所述第一位置处的所述工业机械的倾覆力矩大约等于在所述第二位置处的所述工业机械的所述倾覆力矩，并且其中，所述倾覆力矩小于或大约等于第二工业机械的倾覆力矩，对于所述第二工业机械，所述第一提升水平和所述第二提升水平每个均被设定为提升的正常操作值。

17.根据权利要求16所述的工业机械，其中，所述控制器还被构造用于在所述挖掘操作期间监测所述工业机械的所述倾覆力矩。

18.根据权利要求13所述的工业机械，其中所述提升驱动装置被构造为基于所述第一提升水平向提升马达提供第一驱动信号，并基于所述第二提升水平向所述提升马达提供第二驱动信号。

19.根据权利要求18所述的工业机械，其中所述提升驱动装置是提升马达驱动装置。

20.根据权利要求18所述的工业机械，其中所述提升马达产生施加给所述铲斗的力，所产生的力被限制为所述第一提升水平或所述第二提升水平中的一个。

21.根据权利要求20所述的工业机械，其中所述力是由所述提升马达产生的提升马达扭矩。

22.根据权利要求21所述的工业机械，其中所述提升马达扭矩驱动绞盘鼓筒以放出或拉进提升绳，从而降低或提升所述铲斗。

23.一种控制工业机械的操作的方法，所述方法包括：

当所述工业机械的部件在挖掘操作期间处于第一位置时，基于所述工业机械的部件处于挖掘包络的低处，利用处理器确定所述部件的提升力设定；以及

利用所述处理器将提升力水平设定为所述提升力设定，

其中，所述部件在所述挖掘操作期间处于第一位置时与所述部件在所述挖掘操作期间处于第二位置时相比，所述提升力水平具有更大的值，并且

其中所述第一位置与所述第二位置相比，对应于所述挖掘操作中更早的位置。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述部件是铲斗杆。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述部件是铲斗。

26.根据权利要求23所述的方法，其中，所述工业机械是绳索挖掘机。

27.根据权利要求23所述的方法，其中，在所述挖掘操作早期的所述提升力水平超过提升力的正常操作值。

28.根据权利要求23所述的方法，其中，所述挖掘包络被划分成对应于不同的提升力水平的两个或更多个部分。

29.根据权利要求23所述的方法，还包括在所述挖掘操作过程中监测所述工业机械的倾覆力矩。