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CN113165532A - 地下采矿机中的布置结构和方法 - Google Patents

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CN113165532A
CN113165532A CN201980079505.2A CN201980079505A CN113165532A CN 113165532 A CN113165532 A CN 113165532A CN 201980079505 A CN201980079505 A CN 201980079505A CN 113165532 A CN113165532 A CN 113165532A
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reel
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valve
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萨米·海伊基厄
海基·阿霍
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Sandvik Mining and Construction Oy
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Sandvik Mining and Construction Oy
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Abstract

一种地下移动式采矿机(M)的布置结构和方法，用于线缆卷取。该布置结构包括卷轴(1)和液压部件，该液压部件包括：液压马达(5)，该液压马达连接到所述卷轴并用于使所述卷轴旋转；张力控制阀歧管(4)，该张力控制阀歧管被构造用以控制线缆的张力；泵(8)，该泵通过卷入管线(26)和卷出管线(27)液压地联接到所述液压马达(5)，该泵被布置用以控制压力流体流量和方向；控制设备(10)，该控制设备被布置用以控制所述泵(8)的排量和泵送方向；泵比例阀(11)，该泵比例阀被布置用以控制所述泵(8)的排量和输送量并且连接到所述控制设备(10)；第一节流阀(22)，该第一节流阀被布置在所述泵比例阀(11)与所述控制设备(10)之间；第二节流阀(23)，该第二节流阀连接到所述控制设备(10)。所述液压部件建立闭合的液压系统，并且所述泵(8)连接到如下系统(33)，该系统被构造用以生成制动力矩，该制动力矩抵消由线缆(25)从所述卷轴(1)退绕而引起的力矩。

Description

地下采矿机中的布置结构和方法
技术领域
本发明涉及一种地下移动式采矿机的布置结构，用于线缆卷取。
本发明还涉及一种用于电驱动的地下采矿机的线缆卷取的方法。
背景技术
在电驱动的地下采矿机中，控制线缆卷取(即，卷绕和退绕从该机器延伸到动力源的线缆)具有重要的作用。
传统上，地下采矿机中的线缆卷取是通过开放式或半开放式液压回路系统实现的。在这些系统中，不能直接控制卷轴速度。卷轴速度是张力控制的结果。某些条件是有问题的，例如驱动的开始和驱动方向的逆反以及机器的突然加速。在这些情况下，卷轴的机械摩擦和惯性可能扰乱该控制。
使用来自机器运动的机械反馈来控制线缆卷取也是已知应用。在这些应用中，由于线缆速度与机器的传动有关，所以难以进行精确的控制。例如，如果轮子打滑的话，则线缆速度与机器的地面速度不匹配，而是与打滑的车轮的速度匹配。这将会引起线缆的过度张紧，或者取决于驱动方向而松开松弛的线缆。
张力控制的不准确引起线缆中不必要的伸长和磨损，这减少了昂贵线缆的寿命。
当松弛的线缆被张紧时，卷轴的不良可控性也可能引起鞭打效应。通常，这会在激活卷取系统并且在开始驱动之前卷取松弛的线缆时发生。鞭打效应将会引起线缆击中线缆附近人员的风险。线缆击中隧道壁和附近可能的装备可能损坏线缆。当卷轴最初静止不动时会发生鞭打。启动卷取所需的扭矩高于运行条件下的扭矩。需要相当高的压力水平以启动卷轴的旋转。然后，当旋转启动时，扭矩和摩擦条件改善，从而造成卷轴的不期望的旋转加速。这导致不受控制的鞭打。
发明内容
从第一方面来看，能够提供一种地下移动式采矿机的布置结构，用于线缆卷取，该布置结构包括卷轴和液压部件，所述液压部件包括：液压马达，该液压马达连接到卷轴并用于使该卷轴旋转；张力控制阀歧管，该张力控制阀歧管被构造用以控制线缆的张力；泵，该泵通过卷入管线和卷出管线液压地联接到液压马达，该泵被布置用以控制压力流体流量和方向；控制设备，该控制设备被布置用以控制泵的排量和泵送方向；泵比例阀，该泵比例阀被布置用以控制泵的排量和输送量并且连接到控制设备；第一节流阀，该第一节流阀被布置在泵比例阀与控制设备之间；第二节流阀，该第二节流阀连接到控制设备；所述液压部件建立闭合的液压系统，并且其中，泵连接到构造用以生成制动力矩的系统，该制动力矩抵消由线缆从卷轴退绕而引起的力矩。
由此，可以实现提供以下优点中的至少一个优点的布置结构：精准的可控制性；避免鞭打效应；在不张紧线缆的情况下退绕卷轴的可能性；低能耗；以及布置结构的紧凑结构。
从另一方面来看，能够提供一种用于电驱动地下采矿机的线缆卷取的方法，在该方法中，通过由被联接到卷轴的液压马达使卷轴在第一方向上旋转来卷绕线缆，液压马达由泵加压，并通过使用液压马达作为液压泵而允许卷轴在制动条件下在相反方向上旋转来从卷轴退绕线缆，该方法包括：
-在退绕期间，对液压马达中的压力流体生成液压，
-将所述加压的压力流体接收在泵中，以用于驱动泵，
-由泵操作被构造用以生成制动力矩的系统，以及
-在所述系统中将所述液压转换为电能、机械能和/或压力流体能。
因此，可以实现提供以下优点中的至少一个优点的方法：精准的可控制性；避免鞭打效应；将线缆从卷轴自由退绕的可能性；以及低能耗。
该布置结构和方法的特征在于独立权利要求中所述的内容。一些其它实施例的特征在于其它权利要求中所述的内容。在本专利申请的说明书和附图中还公开了创造性的实施例。本专利申请的创造性内容也可以通过与所附权利要求书中限定的方式不同的其它方式来限定。创造性内容也可以由若干单独的发明构成，特别是如果根据已表达出来的或隐含的子任务或鉴于已获得的权益或权益组对发明进行审查的话。考虑到单独的创造性构思，所附的权利要求书中包含的限定中的某些限定可以是不必要的。在基本创造性构思的范围内，本发明的不同实施例的特征可以应用于其它实施例。
相同的控制原理可以在移动式采矿机械的其它卷取解决方案中使用，例如收存在卷轴上并布置用于供应流体(诸如空气、水等)的软管。
该布置结构的液压回路基本上是静液压闭环回路。在所述回路中，通过调节泵的控制活塞来控制流体的流量和方向。可以使用具有带有泵制水板角度(pump washplateangle)的机械或电反馈联动装置的电动泵控制器。在一些实施例中，根本没有反馈联动装置。另一阀系统被添加到泵控制，以用于生成张力控制。张力控制阀系统生成控制压力，该控制压力用于调节泵控制活塞角度。该调节具有从最大正值到最大负值的范围，从而提供使压力流体的流动方向逆反的装置。
当期望的线缆张力得到满足时，该阀系统优先于速度控制。张力控制阀优选地是电比例阀，该电比例阀使得可以随着机器的驱动条件来微调张力。
当通过机器从线缆锚定点行驶离开而从卷轴拉出线缆时，生成制动力矩。所述制动力矩是利用作为液压马达操作的泵以及用于生成制动力矩并由泵驱动的系统来生成的。用于生成制动力矩的所述系统可以包括例如能够回收制动能的发电机或机械传动装置。在实施例中，操作泵的电马达也被布置用以作为用于回收制动能的发电机操作。
在机器的正常驱动期间，将泵控制器(速度控制)设定为最大向内卷轴速度。当达到了线缆张力水平时，张力控制然后将优先于速度控制。找到速度与张力控制之间的平衡，并且这设定卷轴的正确速度。在机器行进方向的逆反期间，来自张力控制阀的控制压力迫使泵逆反压力介质流，以维持上述平衡。
压力水平可以通过机器的驱动条件(诸如速度、加速度等)来调节。此外，卷轴的直径随着卷轴上的线缆量的变化而变化。可以通过改变系统的压力水平来实现补偿，以维持线缆中的恒定张力。
在机器的加速和减速期间，通过改变压力水平来补偿卷轴的旋转惯性。由卷轴马达生成的扭矩与马达上的系统压差成正比。
该布置结构和方法可以具有非常精准的速度控制，该非常精准的速度控制对压力和马达扭矩的变化是不敏感的。这可能需要来自泵控制设备的反馈。可以在该布置结构的维修期间(例如，当更换线缆时)使用该特征。在启动扭矩和启动摩擦水平不影响控制的情况下，可以通过精准的速度控制在两个方向上旋转线缆卷轴。这是通过(例如，利用操纵杆)控制泵比例阀并将线缆张力设定为非常高但仍安全的水平来达到的。
附图说明
在附图中更详细地描述了例示本公开的一些实施例，在附图中图1是用于控制线缆卷取的布置结构和方法的示意图。
在图中，为了清楚起见，简化示出了一些实施例。在图中，相似的部分标有相同的参考标记。
具体实施方式
图1是用于控制地下移动式采矿机M的线缆卷取的布置结构和方法的示意图。
地下移动式采矿机M可以是任何类型的采矿车辆或建筑车辆。在矿场和其它工作场所，使用了不同类型的车辆。车辆可以设置有用于在工作场所执行所设计的工作任务的一个或多个工作设备。例如，车辆可以是轮式装载机、运输车辆或自卸车、岩钻机、挖掘机或起重机。
地下移动式采矿机M是包括至少一个电马达35的电驱动机器，所述至少一个电马达35通过电缆25连接到电力源(未示出)。
用于控制所述线缆25的卷取的布置结构100包括卷轴1和液压部件，在卷轴1中附着有所述线缆。
卷轴1的旋转轴36水平地布置。水平轴允许线缆以更宽的角度进入卷轴，即使从机器的前方也是如此。
然而，在另一些实施例中，旋转轴36可以竖直地布置。竖直布置的轴通常需要收存卷筒和绕线系统。
液压马达5连接到卷轴1并用于使卷轴1在卷绕方向和退绕方向上旋转。
张力控制阀歧管4被构造用以控制线缆25的张力并将张力保持在预定范围的张力值内，并且如果需要，用阀20释放卷轴。
泵8液压地联接到液压马达5，以用于通过卷入管线26和卷出管线27来驱动液压马达5。泵8被布置用以在液压马达5中生成压力流体流。泵由驱动单元24(诸如电马达)驱动。在实施例中，电马达35被布置用以作为驱动单元24操作。
控制设备10(诸如控制活塞或控制叶片)被布置用以控制泵8的排量和泵送方向。在图1中所示的实施例中，控制设备10是控制活塞。泵比例阀11连接到控制活塞的第一腔室，以用于通过控制活塞来对泵8的排量和因此泵8的输送量进行控制。
在实施例中，该布置结构还可以包括第二泵比例阀12，该第二泵比例阀12与(第一)泵比例阀11并行地布置并连接到控制设备10。在图1中所示的实施例中，第二泵比例阀12连接到控制活塞的第二腔室。
第一节流阀22可以被布置在泵比例阀11与控制活塞的第一腔室之间。在包括第二泵比例阀12的实施例中，第二节流阀23可以被连接在第二泵比例阀12与控制活塞的与第一腔室相对的第二腔室之间。
在实施例中，泵8、控制设备10、比例阀11、12以及节流阀22、23布置在单个元件3中，该单个元件3可以被称为泵组件。
液压部件建立闭合的液压系统。泵8连接到如下系统33，该系统33被构造用以生成制动力矩，该制动力矩抵消由线缆25从卷轴1退绕而引起的力矩。在实施例中，系统33由包括电马达的驱动单元24实现，该电马达能够作为发电机发挥功能。在另一实施例中，系统33包括用于将制动能转换成电能的单独的发电机。在又一实施例中，系统33包括用于将制动能转换成机械能或压力流体能的传动装置。因此，系统33可以将制动能转换成可用形式的能量，而不是将其全部浪费为热量。
在图中所示的实施例中，张力控制阀歧管4包括张力控制阀18，该张力控制阀18连接到卷入管线26。第三节流阀28被布置在张力控制阀18与卷入管线26之间。张力控制阀18监测并限制卷入管线26中的压力。所述压力与线缆25的张力成比例。因此，张力控制阀18以预定张力值限制最大线缆张力。
张力控制阀歧管4还可以包括一个或多个压力测量设备，诸如适于测量卷入管线26中的压力的第一压力测量设备29和适于测量卷出管线27中的压力的第二压力测量设备30。
在另一实施例中，压力测量设备29、30具有电发送器和用于生成与相应压力成比例的电信号的装置31。泵比例阀11是电控阀，并且被电连接到所述第一压力测量设备29和第二压力测量设备30中的至少一个压力测量设备。在该实施例中，可以不包括张力控制阀18。
根据一方面，该布置结构可以包括长度监测装置32，该长度监测装置32被构造用以监测卷轴上的线缆25的量。长度监测装置32被构造用以基于卷轴上的线缆25的量来生成长度信息(诸如电信号)。基于该长度信息，该布置结构的控制单元34适于改变液压马达5的压力水平。
根据一方面，在该方法中，线缆25通过由与卷轴1联接的液压马达5使卷轴1在第一方向上旋转而被卷绕在卷轴1上。液压马达5由泵8运行。
当线缆25从卷轴1退绕时，允许卷轴1不是自由地而是在制动条件下在相反的方向上旋转。在退绕期间，液压马达5作为液压泵起作用，该液压泵对液压马达5中的压力流体生成液压。所述加压的压力流体驱动泵8，该泵8操作如下系统33，该系统33被构造用以生成用于约束卷轴1的旋转并张紧线缆25的制动力矩。该系统将液压转换成电能、机械能和/或压力流体能。
在该方法的实施例中，在线缆25的退绕期间，用于驱动泵8的压力流体从泵8返回至液压马达5。
在该方法的实施例中，在将线缆25卷绕在卷轴1上期间，首先泵8以其最大流量被驱动，以用于使马达提供高速度，以便进行卷取。在达到了线缆25的期望的张力水平之后，对泵8的输送量进行限制和控制，使得实现并维持所述输送量与所述张力之间的平衡。
根据一方面，该布置结构可以具有至少两个操作阶段：用于在地下移动式采矿机M的采矿操作期间卷绕和退绕线缆25的正常操作阶段；以及维修阶段。在维修阶段中，线缆卷轴1可以以受控的方式旋转并且在维修操作期间由操作员直接控制。
在实施例中，在维修阶段中对卷轴1的速度的控制是通过泵比例阀11、12来实现的，该泵比例阀11、12通过例如操纵杆(未示出)来控制。
在实施例中，冲洗滑阀(flushing spool)6和冲洗溢流阀7被包括在该布置结构中，以用于选择工作回路的低压侧(卷取管线26、27)来进行冲洗。冲洗滑阀6和冲洗溢流阀7可以与液压马达5一起被布置在单个马达组件2中。
在实施例中，该布置结构包括增压泵9，该增压泵9用于生成先导压力并填充静液压回路。
该布置结构可以包括增压溢流阀13，该增压溢流阀13用于设定静液压回路的增压侧和低压侧的压力水平。
在实施例中，该布置结构包括压力截止阀14、15，该压力截止阀14、15被布置用以通过迫使控制活塞10朝向其中点并因此朝向泵8中的较小排量来限制最大工作压力。
该布置结构优选地是包括高压溢流阀16、17，该高压溢流阀16、17在系统过载或截止阀14、15故障的情况下保护该布置结构免于突然的过度加压。
控制压力溢流阀19可以用于限制最大控制压力。
在实施例中，该布置结构包括自由循环阀20，该自由循环阀20使得释放卷轴1使其自由旋转成为可能。
该布置结构优选地是包括过滤器21，该过滤器21被构造用以过滤在该布置结构中循环的压力流体。
本发明不仅限于上述实施例，而是相反，在由所附权利要求书限定的创造性构思的范围内，许多变型是可能的。在创造性构思的范围内，不同实施例和应用的特性可以与另一实施例或应用的特性结合使用或替换。
附图和相关描述仅旨在说明本发明的思想。在所附权利要求书中限定的创造性构思的范围内，本发明可以在细节上变化。
参考标号
1 卷轴
2 马达组件
3 泵组件
4 张力控制阀歧管
5 液压马达
6 冲洗滑阀
7 冲洗溢流阀
8 泵
9 增压泵
10 控制设备
11 泵比例阀
12 第二泵比例阀
13 增压溢流阀
14 压力截止阀
15 先导溢流阀
16 高压溢流阀
17 高压溢流阀
18 张力控制阀
19 控制压力溢流阀
20 自由循环阀
21 过滤器
22 第一节流阀
23 第二节流阀
24 驱动单元
25 线缆
26 卷入管线
27 卷出管线
28 第三节流阀
29 第一压力测量设备
30 第二压力测量设备
31 用于生成电信号的装置
32 长度监测装置
33 用于生成制动力矩的系统
34 控制单元
35 电马达
36 卷轴的轴
100 布置结构
M 地下移动式采矿机

Claims (9)

1.一种地下移动式采矿机(M)的布置结构，用于线缆卷取，所述布置结构包括
-卷轴(1)和液压部件，所述液压部件包括：
-液压马达(5)，所述液压马达(5)连接到所述卷轴并用于使所述卷轴旋转，
-张力控制阀歧管(4)，所述张力控制阀歧管(4)被构造用以控制所述线缆的张力，
-泵(8)，所述泵(8)通过卷入管线(26)和卷出管线(27)被液压地联接到所述液压马达(5)，所述泵被布置用以控制压力流体流量和方向，
-控制设备(10)，所述控制设备(10)被布置用以控制所述泵(8)的排量和泵送方向，
-泵比例阀(11)，所述泵比例阀(11)被布置用以控制所述泵(8)的排量和输送量并且被连接到所述控制设备(10)，
-第一节流阀(22)，所述第一节流阀(22)被布置在所述泵比例阀(11)与所述控制设备(10)之间，
-第二节流阀(23)，所述第二节流阀(23)被连接到所述控制设备(10)，
-所述液压部件建立闭合的液压系统，并且其中
-所述泵(8)被连接到如下系统(33)，所述系统(33)被构造用以生成制动力矩，所述制动力矩抵消由线缆(25)从所述卷轴(1)退绕而引起的力矩。
2.根据权利要求1所述的布置结构，其中，所述地下移动式采矿机(M)是电驱动机器，并且所述线缆(25)是布置用于供应电能以供所述采矿机(M)使用的电缆。
3.根据权利要求1所述的布置结构，其中，所述线缆(25)是用于供应流体并被收存在卷轴上的软管。
4.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构，包括第二泵比例阀(12)，所述第二泵比例阀(12)被布置用以控制所述泵(8)的排量和输送量并且被连接到所述控制设备(10)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的布置结构，其中，所述控制设备(10)包括控制活塞，
-所述泵比例阀(11)被连接到所述控制活塞的第一腔室，
-所述第一节流阀(22)被布置在所述泵比例阀(11)与所述控制活塞(10)的所述第一腔室之间，并且
-所述第二节流阀(23)被连接到所述控制活塞的与所述第一腔室相对的第二腔室。
6.一种用于电驱动地下采矿机的线缆卷取的方法，在所述方法中，通过由被联接到卷轴(1)的液压马达(5)使所述卷轴(1)在第一方向上旋转来卷绕所述线缆(25)，所述液压马达(5)由泵(8)加压，并通过使用所述液压马达(5)作为液压泵而允许所述卷轴(1)在制动条件下在相反方向上旋转来从所述卷轴(1)退绕所述线缆(25)，所述方法包括
-在退绕期间，对所述液压马达(5)中的压力流体生成液压，
-将所述加压的压力流体接收在所述泵(8)中，以用于驱动所述泵(8)，
-由所述泵(8)操作被构造用以生成制动力矩的系统(33)，以及
-在所述系统(33)中将所述液压转换成电能、机械能和/或压力流体能。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述线缆(25)的退绕期间，所述方法包括：
-使用于驱动所述泵(8)的压力流体从所述泵(8)返回至所述液压马达(5)。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在将所述线缆(25)卷绕在所述卷轴(1)上期间，所述方法包括：
-首先以所述泵(8)的最大输送量驱动所述泵(8)，
-当达到所述线缆(25)的期望的张力水平时，限制所述泵的输送量，以及
-在所述输送量与所述张力之间维持平衡。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，包括
-在维修阶段中变换对所述卷轴(1)的控制，以及
-在所述维修阶段中，通过泵比例阀(11、12)控制所述卷轴(1)的速度。
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