专利名称：用于确定工业机械的鞍座块填垫间隙的系统和方法
用于确定工业机械的鞍座块填垫间隙的系统和方法相关申请的交叉引用该申请要求2012年I月31日提交的美国临时申请61/593，049的优先权，其全部内容通过引用在此并入。
背景技术：
本发明涉及动力铲，并且更具体地，涉及具有用于采掘材料的铲斗的动力铲。更具体地说，本发明涉及支撑铲斗杆或臂的鞍座块组件。
发明内容
在采矿领域和必须从工地采集和移走大量材料的其他领域中，通常采用工业机械，其包括用于从工地铲起材料的大铲斗。诸如电动绳铲或者动力铲、拉铲挖土机等的工业机械被用于执行挖掘操作，以从例如采矿工作面(bank)移走材料。在将铲斗填充材料之后，机械摆动该铲斗至侧面来将材料倾卸至材料处理单元，比如倾卸卡车或者本地处理单元(例如破碎机、筛分器或者输送机)。电动绳铲通常包括:铲吊臂、其枢轴地从吊臂延伸并支撑该铲斗的斗杆，以及旋转地支撑在吊臂上的滑轮或者皮带轮。提升绳绕滑轮或者皮带轮延伸，并与铲斗 连接来升降铲斗，从而产生有效挖掘运动来采掘材料工作面。通常通过使用安装在铲轴上的鞍座块组件来将斗杆与吊臂附接。当操作铲的同时，该鞍座块组件被用来将斗杆保持在合适位置。在铲操作期间，在铲的斗杆上施加沿垂直和水平方向的力。该垂直力是由于挖掘载荷和斗杆上的齿条和推压小齿轮(crowd pinion)之间的分离力。该水平力起因于该机械的摆动、挖掘载荷以及铲操作期间产生的惯性。鞍座块组件的目的是承受这些力并将斗杆保持在与吊臂相对应的位置。部件之间的相对运动导致鞍座块与斗杆接触的表面磨损。因此，该鞍座块组件还包括可替换的抗磨板。该抗磨板比整个鞍座块组件更便宜并更方便维持和替换。通常，在铲斗杆和将斗杆保持至铲斗的鞍座块之间存在间隙。该鞍座块抗磨板需要定期调整以维持部件之间的正确间隙。在每次调整时不是更换抗磨板，而是重新定位抗磨板来增加它们的使用寿命。在一些实施例中，金属垫片被安装在抗磨板和鞍座块组件之间来维持合适的操作间隙。该鞍座块填垫间隙是必需的，因为如果该鞍座块被过于接近地连接至斗杆，它们可能造成斗杆上的摩擦力和磨损增加。为了最好地操作铲，鞍座块和斗杆之间的该间隙应该非常小(例如，在0.125英寸至0.5英寸之间)。然而，在铲的长期操作期间，该鞍座块填垫间隙逐渐地增加。如果该间隙增加超出特定参数，铲开始经历各种问题，导致挖掘效率差。第一，在鞍座块和斗杆之间增加的间隙在铲的部件移动时造成大的冲击载荷。第二，大的间隙允许斗杆齿条和推压小齿轮彼此分离，这极大地增加了轮齿上的载荷，并导致轮齿破坏、操作困难和增加噪音。因此，能够快速、精确地确定动力铲中存在的鞍座块填垫间隙是非常重要的。现有的用于铲的维修例程需要目测检查鞍座块以及关于磨损率的标准假设。因此，自动地、更精确地确定鞍座块填垫间隙将提供更好的维修反馈并将提高铲的整体性能。所描述的发明设法提供一种可以确定电动绳铲的鞍座块填垫间隙的控制系统和方法。所提出的方法使用传感器数据和线性计算来确定鞍座角(即，该鞍座块当前相对于铲或者铲吊杆所处的角度)和鞍座角间隙。然后，通过使用与铲斗杆的高度和鞍座块的高度相关的信息，该方法找出用于确定鞍座块填垫间隙的鞍座角间隙半径。在一个实施例中，本发明提供了一种控制工业机械操作的方法。该工业机械包括:吊臂；铲斗杆，其附接至吊臂；鞍座块，其在枢轴点处枢轴地安装至吊臂；和计算机，其具有控制器。该方法包括:利用控制器处理从鞍座角传感器接收的数据；利用控制器，使用来自鞍座角传感器的数据确定鞍座角和鞍座角间隙；利用控制器确定铲斗杆的高度。该方法进一步包括:利用控制器确定鞍座块的高度；利用控制器确定鞍座间隙半径；利用控制器，通过比较鞍座间隙半径与斗杆高度来确定鞍座块填垫间隙。在另一个实施例中，本发明提供了一种工业机械。该机械包括:吊臂；铲斗杆，其附接至吊臂；鞍座块，其在枢轴点处枢轴地安装至吊臂；和计算机，其具有控制器。该控制器执行编程指令来:处理从鞍座角传感器接收的数据；使用来自鞍座角传感器的数据确定鞍座角和鞍座角间隙； 确定铲斗杆的高度；确定鞍座块的高度；确定鞍座间隙半径；以及通过比较鞍座间隙半径和斗杆高度确定鞍座块填垫间隙。在又一个实施例中，本发明提供一种控制工业机械操作的方法。该机械包括:吊臂；铲斗杆，其附接至吊臂；鞍座块，其在枢轴点处枢轴地安装至吊臂；和计算机，其具有控制器。该方法包括:利用处理器处理从鞍座角传感器接收的数据；利用处理器，使用来自鞍座角传感器的数据确定鞍座角和鞍座角间隙；利用处理器确定鞍座块何时移位到枢轴点的水平面上方或下方；利用控制器，紧接在鞍座块移位之前和之后存储传感器角度数据。该方法还包括:在鞍座块移位时确定在水平面处的平均鞍座角速度；通过使用平均鞍座角速度和鞍座块移位之前和之后的传感器角度数据生成鞍座角位置的线性近似；利用控制器确定铲斗杆的高度。该方法进一步包括:利用控制器确定鞍座块的高度；利用控制器确定鞍座间隙半径；利用控制器，通过比较鞍座间隙半径与斗杆高度来确定鞍座块填垫间隙。
图1图示了根据本发明的实施例的工业机械。图2是图1的鞍座块和齿条小齿轮推压驱动机构沿图1中的线2-2截取的剖视图。图3图示了根据本发明的实施例的工业机械的控制器。图4图示了根据本发明的实施例的确定工业机械的鞍座块填垫间隙的过程。图5图示了确定工业机械的鞍座块填垫间隙的过程的额外步骤。
具体实施例方式在详细说明本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明并不局限于下文说明或图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例并能够以多种方式实践或者进行。此外，还应当理解为此处使用的措辞和专有名词是用于说明的目的，不应该被认为是限制性的。此处使用的“包括”、“包含”或“具有”及其它们的变形意味着包含其后所列的对象及其等同物以及附加对象。术语“安装”、“连接”和“耦合”被广泛使用并包含直接和间接安装、连接和耦合两者。另外地，“连接"和”耦合"不是限于物理或机械的连接或耦合，并可以包括电的连接或耦合，无论直接或间接。此外，电子通信和通知可以使用任何已知的手段进行，包括直接连接、无线连接等等。也应注意到，多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同结构部件可能用来实现本发明。另外，应当理解，本发明的实施例可以包括硬件、软件、和电子部件或模块，为了讨论，其可能被图示和描述为仿佛大多数部件仅以硬件实现。然而，本领域的并且基于阅读该发明内容的技术人员将承认，在至少一个实施例中，本发明的基于电子的方面可以以由一个或多个处理器可执行的软件(例如，被存储在非瞬时计算机可读介质中)实现。因而，应当注意到，多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同的结构部件可以被用来实现本发明。此外，如下面段落中描述的，图中所示的具体机械结构配置意图例示本发明的实施例，并且其他替代的机械结构配置是可能的。例如，在说明书中描述的”控制器”可以包括标准处理部件，比如一个或多个处理器、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口，和各种连接部件的连接(例如，系统总线)。此处描述的本发明涉及与精确确定工业机械的鞍座块填垫间隙关联的系统、方法、装置、和计算机可读介质 。诸如电动绳铲或者类似采矿机械的工业机械可操作地以执行挖掘操作来从工作面移走有效载荷(即材料)。在机械操作期间，机械的斗杆频繁地推压或者缩回以便挖掘进材料工作面中或者摆动该机械。机械部件间的运动造成在机械操作期间支撑斗杆的鞍座块(以及其元件)磨损。增加的鞍座块填垫间隙可以导致大的冲击载荷和应力，这对工业机械的操作寿命产生不利影响。为了在不中断机械操作的情况下快速和精确地确定准确的鞍座块填垫间隙，工业机械的控制器使用来自传感器(例如，倾斜计)的信息来确定鞍座角，该鞍座角然后被用来计算机械的鞍座块填垫间隙。该鞍座角是鞍座块当前相对于铲所处的角度。具体地，该控制器使用传感器数据和线性计算来确定鞍座角和鞍座角间隙(即，将来自鞍座块中的倾斜计的数据与来自铲基座中的倾斜计的数据比较来确定鞍座角)。然后，控制器使用与铲斗杆的高度和鞍座块的高度有关的信息来找到鞍座角间隙半径，该鞍座角间隙半径被用来确定鞍座块填垫间隙。以这样的方式确定工业机械的鞍座块填垫间隙提高了铲斗位置测量并提供关于何时需要调整和替换鞍座块垫片的精确的反馈。除了别的之外，工业机械的控制和鞍座块填垫间隙的确定包括:工业机械的定向、工业机械的部件的位置、工业机械的部件相对于彼此的相对角度。例如，该工业机械可以包括一个或多个倾斜计(例如鞍座角传感器)，其可以用于确定例如鞍座块、铲斗杆、吊臂或工业机械的其它部件的倾斜。工业机械的部件的倾斜能够为了防撞、有效载荷确定、位置检测等的目的而被与工业机械有关的各种控制系统使用。在一个实施例，倾斜计可以包括被安装或以其他方式耦合至工业机械的部件的磁铁(例如，永久磁铁)阵列。靠近磁铁设置圆形磁性传感器阵列(例如，霍尔效应传感器或其它磁性检测器阵列)。该传感器阵列检测与磁铁关联的特征(例如，磁通量)，并与控制器连接，该控制器接收与该特征有关的、来自磁性传感器阵列的信号。控制器然后处理从该传感器阵列接收的信号。基于传感器阵列中哪些传感器检测到与该磁铁有关的特征，控制器确定或者计算工业机械的部件的倾斜。这样，基于工业机械的部件的线性移动、部件的旋转移动或者部件的线性和旋转移动的组合，倾斜计能够确定工业机械的部件的倾斜。应当理解，任何其他类型的倾斜计也可以在工业机械的操作中使用。虽然此处描述的本发明可以被应用于各种工业机械(例如，绳铲、具有提升和牵引运动的拉铲挖土机、液压机械等)、由工业机械执行、或者与工业机械结合使用，但在这里描述的本发明实施例是关于电动绳铲或者动力铲，诸如图1所示的动力铲10。该动力铲10包括用于支撑地面上移动的移动框架14、驱动履带18、吊臂22、铲斗杆26、鞍座块和齿条小齿轮推压驱动机构30、鞍座块31、枢轴点33、铲斗38、滑轮46、提升缆索50、绞车卷筒54和鞍座角传感器或倾斜计35。在图示的实施例，绞车卷筒54被铲10的壳体覆盖。移动框架14是被安装在诸如驱动履带18的移动底座上的可旋转壳体。固定吊臂22自框架14向上和向外延伸。铲斗杆26被安装在吊臂22上来绕鞍座块和齿条小齿轮推压驱动机构30移动。铲斗杆26可操作地绕通常水平的铲斗杆轴32相对于吊臂22枢轴地移动。另外，铲斗杆26可操作以相对于吊臂22平移(非枢轴)移动。铲斗杆26具有前端34。铲斗38安装在铲斗杆26的前端34上。在吊臂22的外端42上具有滑轮46。( 一条或多条)提升缆索或绳50从安装在框架14上的绞车卷筒54延伸越过滑轮46。铲斗38通过(一条 或多条)提升绳50从吊臂22悬挂。提升绳50包绕滑轮46并在保险销(bail pin)处与铲斗38附接。提升绳50锚定在移动框架14的绞车卷筒54。如上所述，在图示的实施例中，绞车卷筒54被铲10的壳体覆盖。当绞车卷筒54旋转时，提升绳50被降低来降低铲斗38或者被拉入来升起铲斗38。铲斗38还包括与其刚性附接的铲斗杆或铲斗臂26。铲斗臂26可滑动地支撑在鞍座块和齿条小齿轮推压驱动机构30的鞍座块31中。鞍座块31在枢轴点33处被枢轴地安装至吊臂22。铲斗杆26在其上包括齿条齿构造，该齿条齿构造与被安装在鞍座块31中的驱动小齿轮啮合。驱动小齿轮由电机和传动单元(未示出)驱动来相对于鞍座块31伸出或缩回伊斗臂26。电源(未显示)被安装至移动框架14，来为一个或多个电动提升电机提供电能来驱动绞车卷筒54、向一个或多个电动推压电机提供电能来驱动鞍座块传动单兀、向一个或多个电动摆动电机提供电能来转动移动框架14。每一个推压、提升、和摆动电机由其自己的电机控制器驱动，或者对应于操作员的命令响应控制电压和电流来驱动。图2更详细地图示了该鞍座块和齿条小齿轮推压驱动机构30。应当理解，本发明能够使用其它类型的鞍座块并且鞍座块31仅被示出为一个可能的例子。在一些实施例中，铲10的斗杆26包括两个支腿68，其位于吊臂22的任一侧上。该斗杆26还包括齿轮齿条62，其附接至每个支腿68的底部。具有轴线58的传送轴66也水平地通过吊臂22被安装，来将鞍座块组件31固定在适当的位置。具有花键74的两个小齿轮70附接到传送轴66。在斗杆支腿68上的齿轮齿条62与小齿轮齿轮花键74啮合。电机和传动(未显示)转动该传送轴和小齿轮，这样，使斗杆和齿条从吊臂推压和缩回。全部鞍座块组件帮助在铲操作期间将斗杆26维持在合适位置。该鞍座块组件31包括可替换的抗磨板78。在铲10的日常维修期间，该抗磨板78比整个鞍座块组件更易替换。例如，在抗磨板78到达一定厚度后，将它们报废并安装新的。这保留了鞍座块组件的完整性不变。如上所述，为了维持铲部件之间的正确间隙，该鞍座块抗磨板78需要定期调整。在一些实施例中，代替在每次调整时设置抗磨板78，将它们重新定位来增加其使用寿命。金属垫片80和82被安装在抗磨板78和鞍座块组件之间来维持鞍座块31和斗杆26之间合适的操作间隙。
图3图示了与图1的动力铲10关联的控制器200。应当理解，控制器200能够被用于除铲10之外的各种工业机械(例如，拉铲挖土机、液压机械、建筑机械等等)。控制器200与铲10的各种模块或部件通信。例如，图示的控制器200与一个或多个指示器205、用户界面模块210、一个或多个提升电机和提升电机驱动器215、一个或多个推压电机和推压电机驱动器220、一个或多个摆动电机和摆动电机驱动器225、数据存储器或数据库230、电源模块235、一个或多个传感器240和网络通信模块245。该控制器200包括硬件和软件的组合，除了别的之外，其可操作地用于控制动力铲10的操作，控制吊臂22、铲斗臂26、铲斗38等等的位置，激活一个或多个指示器205(例如液晶显示器["IXD"])、监测铲10的操作等。除了别的之外，该一个或多个传感器240包括位置传感器、速度感传器、转速传感器、加速度传感器、倾斜计35、一个或多个电机磁场模块(motor field module)等。例如,该位置传感器被配置为检测铲10的位置、铲斗杆26和铲斗38的位置，以及向控制器200提供该信息。另外，倾斜计35被配置为检测斗杆26相对于鞍座块31的位置并向控制器200提供该信息。在一些实施例中，控制器200包括多个电气部件或电子部件，其向控制器200和/或铲10内的部件和模块提供电源、操作控制以及保护。例如，除了别的之外，控制器200包括处理单元250 (例如微处理器、微控制器，或者其他适合的可编程装置)、存储器255、输入单元260和输出单元265。除了别的之外，该处理单元250包括控制单元270、算术逻辑单元(“ALU”)275和多个寄存器280 (如图2中所示的一组寄存器)，并使用已知的计算机体系结构实现。处理单元250、存储器255、输入单元260和输出单元265以及连接到控制器200的各种模块通过一个或多个控制和/或数据总线(例如公共总线285)连接。该控制和/或数据总线为了说明目的在图3中被一般地示出。鉴于在这里描述的本发明，使用一个或多个控制和/或数据总线用于在各种模块或部件之间互相连接对所属技术领域的技术人员来说是熟知的。在一些实施例中，控制器200被部分地或全部地实现在半导体(例如，现场可编程门阵列[“FPGA”]半导体)芯片上，诸如通过寄存器传送级(“RTL”)设计过程开发的芯片。 存储器255例如包括不同类型存储器的组合，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”]等等)、电可擦可编程只读存储器(“EEPR0M”)、闪速存储器、硬盘、SD卡、或者其它合适的磁性的、光学的、物理的、或者电子存储装置。处理单元250连接至存储器255并执行软件指令，该软件指令能够被存储在存储器255中的RAM中(例如，在执行期间)、存储器255的ROM中(例如，通常永久地)、或者诸如另一个存储器或者盘的另一非瞬时计算机可读介质。实现铲10中包括的软件能够被存储在控制器200的存储器255中。该软件包括，例如:固件、一个或多个应用、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块、和其他可执行指令。控制器200被配置为从存储器检索并除了别的之外执行与这里描述的控制过程和方法有关的指令。在其他构造中，控制器200包括额外的、更少的、或者不同的部件。本网络通信模块245可连接到网络290并通过网络290能够通信。在一些实施例中，该网络为，例如，广域网(“WAN”)(例如，基于TCP/IP的网络、蜂窝网络，诸如，例如，全球数字移动电话系统[“GSM”]网络、通用分组无线业务[“GPRS”]网络、码分多址[“CDMA”]网络、演变-数据优化[“EV-D0”]网络、用于GSM演变的增强数据速率[“EDGE”]网络、3GSM网络、4GSM网络、数字增强无线电通讯[“DECT”]网络、数字AMPS[ “ IS-136/TDMA” ]网络、或者集成数字增强网络[“iDEN”]等等)。在其它实施例，网络290为，例如，局域网(“LAN”)、邻域网(“NAN”)、家域网(“HAN”)、或者个域网(“PAN”)，其使用任何一种通信协议，诸如W1-F1、蓝牙、ZigBee等。可以使用一个或多个加密技术来保护网络通信模块245或者控制器200通过网络290的通信，诸如用于端口基网络安全性在IEEE802.1标准中提供的那些技术、预共享密匙、可扩展认证协议(“ΕΑΡ”)、有线网等效加密(“WEP”)、暂时密钥完整协议(“TKIP”)、W1-Fi保护入口(“WPA”)等。网络通信模块245和290之间的连接为，例如，有线连接、无线连接或者有线或无线的组合。同样地，控制器200和网络290或者网络通信模块245之间的连接为有线连接、无线连接或者有线或无线的组合。在一些实施例中，控制器200或者网络通信模块245包括一个或多个通信端口，例如，以太网、串行高级技术附件[“SATA”]、通用串行总线[“USB”]、集成驱动器电子电路[“IDE”]等等)，用来传递、接收或者存储与铲10或者铲10的操作有关的数据。电源模块235向控制器200或者铲10的其它部件或模块提供额定AC或者DC电压。该电源模块235通过例如具 有在100V和240V AC之间的额定线电压和近似50_60Hz的频率的电源供电。该电源模块235还被配置为向操作控制器200或者铲10内的操作电路和部件提供较低电压。在其它构造中，控制器200或者铲10内的其它部件和模块由一个或多个电池或电池组、或者另一独立于电网的电源(例如，发电机、太阳电池板等)供电。用户界面模块210用来控制或者监测该力铲10。例如，用户界面模块210被可操作地耦合到控制器200以控制铲斗38的位置、吊臂22的位置、铲斗杆26的位置等。另外，用户界面模块210被可操作地耦合到控制器200以请求确定铲10 (例如，鞍座块填垫间隙)的各种参数。用户界面模块210包括为获得所需水平的用于铲10的控制和监测所要求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、副显示器等)，以及输入装置，诸如触屏显示器，多个旋钮、刻度盘、开关、按钮等。例如，显示器为液晶显示器(“IXD”)、发光二极管(“LED”)显示器、有机LED( “0LED”)显示器、电致发光显示器(“ELD”)、表面传导电子发射显示器(“SED”)、场发射显示器(“FED”)、薄膜晶体管(“TFT”)IXD等。用户界面模块210也可以被配置为实时或基本实时地显示与动力铲10有关的状态或数据。例如，用户界面模块210被配置为显示动力铲10的测量的电特性、动力铲10的状况、铲斗38的位置、铲斗杆26的位置、斗杆26和鞍座块31之间的鞍座角等。在一些实现中，用户界面模块210与一个或多个指示器205(例如，LED、扬声器等)结合来提供动力铲10的状况或状态的视觉或听觉指示。控制器200的处理器250发送控制信号来控制铲10的操作。例如，除了别的之夕卜，控制器200可以控制铲10的挖掘、倾卸、提升、推压、和摆动操作。另外，控制器200可以分析铲10的各种操作参数并确定何时对铲10的特定元件需要调整和/或维修。在一个实施例中，由控制器200发送的控制信号与请求信号关联，以确定铲10或者其部件的各种状态。例如，控制器200可以确定提升、摆动或者推压电机的操作状况、鞍座角、鞍座块的高度、铲斗杆的高度、提升绳包角、提升电机每分钟转数(“1 ^”)、推压电机1 ^、提升电机的加速度/减速度等。如上所述的铲10的控制器200和控制系统被用来控制铲10的操作。具体地，控制器200用来确定铲斗操作时铲10的鞍座块填垫间隙。在一个实施例中，控制器200被配置为分析当斗杆26穿过相对于枢轴点33位于90度处的近似水平面(未显示)时接收自鞍座角传感器35的数据。如下面更详细地描述，控制器200被配置为确定鞍座角和鞍座角间隙，并使用该信息计算鞍座块填垫间隙。在确定鞍座块填垫间隙以后，该控制器200可以向铲操作员提供该鞍座块填垫间隙(例如，通过使用用户界面模块210)。与鞍座块填垫间隙有关的信息允许操作者确定铲10是否需要立即维修，并且增加了铲的生产力，因为铲无须日常维修检查而中断操作。控制铲10操作以及为铲10确定鞍座块填垫间隙的过程300的实现在图4中图示。过程300与挖掘操作以及在挖掘操作期间确定铲10的鞍座块填垫间隙关联，并且在这里与之相关地描述。该过程300说明了用于确定鞍座块填垫间隙的方法的实施例，并可以由控制器200执行。此处与过程300有关地描述的各种步骤能够被同时、并行、或者以与图示的串行执行方式不同的顺序来执行。该过程300还能够使用额外的或者比图示实施例更少的步骤执行。如图4所示，过程300首先接收来自鞍座角传感器35的信息(在步骤305)。如上所述，在一个实施例中，鞍座角传感器是倾斜计。在控制器200接收来自倾斜计35的信息后，控制器处理来自鞍座角传感器的信息(在步骤310)。接下来，当斗杆26“摇动”或者穿过相对于枢轴点33位于90°的水平面(在步骤312)时，控制器200使用线性计算(在下面关于图5更详细地描述)来确定鞍座角和鞍座角间隙。“摇动”量取决于鞍座块和斗杆之间的填垫间隙量。确定鞍座角和鞍座角间隙的过程由图5所示，并在下面更详细地描述。接下来，控制器确定铲斗杆26的高度(在步骤315)。在一些实施例中，通过从铲10的存储器中检索信息(即，当铲斗杆的准确高度存储在存储器中时)来执行确定铲斗杆26的高度。在其它实施例中，控制器200进行计算来确定铲斗杆26的高度。在步骤320，控制器200确定鞍座块31的高度。在一个实施例中，通过从铲10的存储器中检索信息来确定鞍座块31的高度。替代地，鞍座块31的高度可以通过控制器200来计算。在步骤325，控制 器200确定鞍座角间隙的径向长度(即，该鞍座间隙半径)。例如，通过使用关于斗杆高度的信息及关于鞍座角间隙的信息来确定鞍座间隙半径。在一个实施例中，控制器200利用以下公式计算鞍座间隙半径。在下面的公式中，鞍座间隙半径由rs表示，斗杆高度由rh表示，并且鞍座角间隙由cos ( Θ gap)表示。接下来，控制器200通过比较鞍座间隙半径rs和斗杆高度rh来确定准确的鞍座块填垫间隙rgap(在步骤330)。在一个实施例中，控制器使用下面的公式计算鞍座块填垫间隙:rgap = rs-rh图5图示了用于确定铲10的鞍座角和鞍座角间隙的过程400。该过程400说明了用于确定鞍座角和鞍座角间隙方法的实施例，并且可以由控制器200执行。此处关于过程400描述各种步骤能够同时、并行、或者以与图示的串行执行方式不同的顺序来执行。该过程400还能够使用额外的或者比图示实施例更少的步骤执行。如图5所示，过程400首先处理和估算从鞍座角传感器35接收的信息(在步骤405)。在一些实施例中，状态监测器(即，存储在控制器200的存储器内的软件代码)识别鞍座块31何时由于鞍座块填垫间隙而向前或向后移位。这通过监测鞍座角的加速度变化来实现(在步骤410)。在一个实施例中，控制器200确定鞍座角位置、鞍座角速度和鞍座角加速度(在步骤415)。特别地，控制器200的状态监测器在铲斗操作期间的多个时间接收来自鞍座角传感器35的与鞍座角位置有关的信息。使用关于在各个时间的鞍座角位置的信息，状态监测器进行计算来确定鞍座角速度何鞍座角加速度。θ =鞍座角位置
权利要求
1.一种控制工业机械操作的方法，所述工业机械包括:吊臂；铲斗杆，所述铲斗杆附接至所述吊臂；鞍座块，所述鞍座块在枢轴点处枢轴地安装至所述吊臂；和计算机，所述计算机具有控制器，所述方法包括: 利用所述控制器，处理从鞍座角传感器接收的数据； 利用所述控制器，使用来自所述鞍座角传感器的数据确定鞍座角和鞍座角间隙； 利用所述控制器，确定所述铲斗杆的高度； 利用所述控制器，确定所述鞍座块的高度； 利用所述控制器，确定鞍座间隙半径；以及 利用所述控制器，通过比较所述鞍座间隙半径与所述铲斗杆的高度来确定鞍座块填垫间隙。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述鞍座间隙半径表示所述鞍座角间隙的径向长度，并且，其中通过使用关于所述铲斗杆的高度的信息和关于所述鞍座角间隙的信息来确定所述鞍座间隙半径。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述鞍座角是所述鞍座块当前相对于所述铲所处的角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述铲斗杆穿过相对于所述枢轴点位于90度的近似水平面时，对从所述鞍座角传感器接收的数据进行处理。
5.根据权利要 求1所述的方法，其中确定所述铲斗杆的高度包括从所述铲的存储器检索信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述铲斗杆的高度包括利用所述控制器进行计算。
7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述鞍座块的高度包括从所述铲的存储器检索信息。
8.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述鞍座角和所述鞍座角间隙包括: 利用所述控制器，处理从所述鞍座角传感器接收的数据； 利用所述控制器的状态监测器，监测所述鞍座角的加速度变化；以及 利用所述控制器，确定鞍座角位置、鞍座角速度、和鞍座角加速度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述鞍座角和所述鞍座角间隙进一步包括: 利用所述控制器，确定所述鞍座块何时移位到所述枢轴点的水平面上方或下方； 利用所述控制器，紧接在所述鞍座块移位之前和之后存储传感器角度数据； 确定在所述鞍座块移位时在所述水平面处的平均鞍座角速度； 通过使用所述平均鞍座角速度和在所述鞍座块移位之前和之后的所述传感器角度数据生成所述鞍座角位置的线性近似； 计算所述鞍座角位置的差；以及 使用所述鞍座角位置的所述差确定所述鞍座角间隙。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括向所述工业机械的操作员发送关于所述鞍座块填垫间隙的信息。
11.一种工业机械，包括: 吊臂；铲斗杆，所述铲斗杆附接至所述吊臂； 鞍座块，所述鞍座块在枢轴点处枢轴地安装至所述吊臂；和 计算机，所述计算机具有控制器，所述控制器执行编程指令来: 处理从鞍座角传感器接收的数据， 使用来自所述鞍座角传感器的数据确定鞍座角和鞍座角间隙， 确定所述铲斗杆的高度， 确定所述鞍座块的高度， 确定鞍座间隙半径，以及 通过比较所述鞍座间隙半径与所述铲斗杆的高度来确定鞍座块填垫间隙。
12.根据权利要求11所述的工业机械，其中所述鞍座间隙半径表示所述鞍座角间隙的径向长度，并且，其中通过使用关于所述铲斗杆的高度的信息和关于所述鞍座角间隙的信息，所述控制器执行编程指令来确定所述鞍座间隙半径。
13.根据权利要求11所述的工业机械，其中所述鞍座角是所述鞍座块当前相对于所述铲所处的角度。
14.根据权利要求11所述的工业机械，其中所述控制器在所述铲斗杆穿过相对于所述枢轴点位于90度的近似水平面时执行编程指令来处理从所述鞍座角度传感器接收的数据。
15.根据权利要求11所述的工业机械，其中所述控制器通过从所述铲的存储器检索信息而执行编程指令来确定所述铲斗杆的高度。
16.根据权利要求11所述的工业机械，其中所述控制器通过进行计算而执行编程指令来确定所述铲斗杆的高度。
17.根据权利要求11所述的工业机械，其中所述控制器通过从所述铲的存储器检索信息而执行编程指令来确定所述鞍座块的高度。
18.根据权利要求11所述的工业机械，其中所述控制器进一步执行编程指令来: 处理从所述鞍座角传感器接收的数据； 监测所述鞍座角的加速度变化；以及 确定鞍座角位置、鞍座角速度、和鞍座角加速度。
19.根据权利要求11所述的工业机械，其中所述控制器进一步执行编程指令来: 确定所述鞍座块何时移位到所述枢轴点的水平面上方或下方； 在所述鞍座块移位之前和之后存储传感器角度数据； 确定在所述鞍座块移位时在所述水平面处的平均鞍座角速度； 通过使用所述平均鞍座角速度和在所述鞍座块移位之前和之后的所述传感器角度数据生成所述鞍座角位置的 线性近似； 计算所述鞍座角位置的差；以及 使用所述鞍座角位置的所述差确定所述鞍座角间隙。
20.—种控制工业机械操作的方法，所述工业机械包括:吊臂；铲斗杆，所述铲斗杆附接至所述吊臂；鞍座块，所述鞍座块在枢轴点处枢轴地安装至所述吊臂；和计算机，所述计算机具有控制器，所述方法包括: 利用所述控制器，处理从鞍座角传感器接收的数据；利用所述控制器，使用来自所述鞍座角传感器的数据确定鞍座角和鞍座角间隙； 利用所述控制器，确定所述鞍座块何时移位到所述枢轴点的水平面上方或下方； 利用所述控制器，紧接在所述鞍座块移位之前和之后存储传感器角度数据； 确定在所述鞍座块移位时在所述水平面处的平均鞍座角速度； 通过使用所述平均鞍座角速度和在所述鞍座块移位之前和之后的所述传感器角度数据生成所述鞍座角位置的线性近似； 利用所述控制器，确定所述铲斗杆的高度； 利用所述控制器，确定所述鞍座块的高度； 利用所述控制器，确定鞍座间隙半径；以及 利用所述控制器，通过比较所述鞍座间隙半径与所述铲斗杆的高度来确定所述鞍座块填垫间隙 。
全文摘要
本发明涉及一种控制工业机械操作的方法。该工业机械包括吊臂、连接至吊臂的铲斗杆、在枢轴点处枢轴地安装至吊臂的鞍座块、和具有控制器的计算机。该方法包括利用控制器处理从鞍座角传感器接收的数据；利用控制器，使用来自鞍座角传感器的数据确定鞍座角和鞍座角间隙；利用控制器确定铲斗杆的高度。该方法进一步包括利用控制器确定鞍座块的高度；利用控制器确定鞍座间隙半径；以及通过比较鞍座间隙半径与斗杆高度，利用控制器来确定鞍座块填垫间隙。
文档编号E02F9/26GK103225327SQ20131011113
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月31日 优先权日2012年1月31日
发明者韦斯利·P·泰勒, 查尔斯·D·佩恩 申请人:哈尼施费格尔技术公司