采掘车辆及其能量供应方法
【专利摘要】本发明涉及一种采掘车辆及其能量供应的方法。该采掘车辆具有车架、用于移动车架的驱动设备，和至少一个开采工作装置。所述采掘车辆具有用于从矿场的电网向所述开采工作装置供能的连接，和用于将能量供给到所述驱动设备的能量源。使用发电机给所述能量源充电，并且布置用以驱动发电机旋转的机械能从矿场的电网获得，从而来自矿场的电网的电能被转换为机械能，用以驱动发电机旋转。
【专利说明】米掘车辆及其能量供应方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及采掘车辆及用于采掘车辆的能量供应的方法。
【背景技术】
[0002]在矿场中，钻岩机和其它采掘车辆用于在预先计划的工作点，根据开采工作装置的工作循环执行操作。根据工作循环，完成必要的作业，如钻孔的钻凿之后，采掘车辆移动到下一个工作点，新的工作循环开始。尤其是在地下矿井中，通常使用采掘车辆，其中用于根据工作循环的操作的驱动能量是来自矿井的电网的电能。相比而言，工作点之间的转移驱动器借助于通过内燃机、典型地是柴油机获得的驱动能进行，因此电缆等等不会限制转移驱动。然而，来自燃烧发动机的排气和噪声在矿井中造成问题。另外，燃烧发动机需要在车架上的较大空间，并且必需定期维护。燃烧发动机对于矿井的防火安全也具有不利影响，因为其具有热的表面且还需要在车辆和矿井中储存和处理可燃性燃料。
[0003]持续地与矿场的电网相连的采掘车辆在矿井中也有使用。该采掘车辆则具有电动马达，并且通常使用具有恒定转速的电动马达。工作阶段所需功率则可以利用液压部件来调节，并且电动马达从矿场的电网获取电流以及由工作阶段的能耗限定的负载功率。此外，采掘车辆的运动则典型地受约束于电网或至少电缆，所述电缆连到电网并盘绕在采掘车辆中或固定电网上。
[0004]例如，美国专利US7053568提出一种电池驱动的采掘车辆。公布文本中特别描述了电池和作为传动部件的交流电马达的使用和定位。
[0005]美国专利US5293947提出了一种采掘车辆，其从架空总线系统接收电力供给。采掘车辆还具有开关，用以选择采掘车辆所用能量是从电网获得还是从采掘车辆内的辅助能量源，诸如电池或柴油马达获得。当从辅助能量源获取能量时，采掘车辆能够移动短的距离，而无需将采掘车辆连接到架空的电网。
[0006]申请W02010/061058中公开了一种在工作点与外部电网相连的采掘车辆。当车辆在工作点时，车辆的储能器在由挖掘计划定义的工作循环过程中充电。工作循环完成后，从储能器获得的电力用在转移驱动中。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种新型的采掘车辆以及用于其能量供应的方法。
[0008]本发明由独立权利要求的特征限定。本发明的实施方式在从属权利要求中呈现。
[0009]在所提出的解决方案中，采掘车辆具有车架、用于移动车架的驱动设备和至少一个开采工作装置。采掘车辆还具有从矿场的电网向开采工作装置供能的连接和向驱动设备供能的能量源。使用发电机对能量源充电，用于驱动发电机旋转的机械能从矿场的电网中获得，从而在充电过程中，采掘车辆被连接到矿场的电网。在充电过程中，来自矿场的电网的电能被转换成机械能，该机械能用于驱动发电机旋转。虽然在充电过程中，采掘车辆被连接至矿场的电网，但是所提出的解决方案提供了在矿场的电网和发电机之间的电气隔离，因此无需使用隔离变压器或者任何其它用于执行电气隔离的电气装置。因此，能够将采掘车辆中使用的部件数量最小化。此外，开采工作装置的电压必须进行调整，以匹配矿场的电网电压。至于发电机和能量源的电压，它们彼此匹配就足以；它们的电压无需进行调整以匹配矿场的电网电压。
[0010]在一个实施方式中，来自矿场的电网的能量首先转换为动能，该动能转换为压力能，压力能此后转换为动能，以驱动发电机旋转。采掘车辆可包括用于压力能的液压系统。液压系统驱动开采工作装置，也可连接到驱动设备。采掘车辆可包括由能量源供能的液压泵，且此液压泵可以用作液压马达以驱动发电机旋转，以便用于对能量源充电。
[0011]根据一个实施方式，在全功率钻凿过程中，矿场的电网和采掘车辆的能量源均向开采工作装置供能。
[0012]根据另一个实施方式，由矿场的电网供能的电动马达为开采工作装置提供液压，该电动马达以及由能量源供能的电动马达设有用于确定它们的温度的装置，由此所述马达被用于供给最大功率，直至达到它们的最高温度。当已经达到最高温度时，电动马达的功率被降低以防止超出其最高温度。
[0013]根据另一个实施方式，在充电过程中，采掘车辆连接到矿场的电网而且不移动。
[0014]采掘车辆包括如下开采工作装置中的一个或多个:钻岩机，锚杆安装机，喷浆装置，定标装置，注入装置，炮眼装药器，测量装置或用在小型装药挖掘中的钻凿、密封及推进给送设备。钻岩机可以是工作面钻凿装置，或用在钻采孔钻凿中的装置，即以扇形来钻凿孔的深孔钻凿装置。开采工作装置为用于处理未分离岩石的致动器，并根据给定的工作循环进行多个连续操作。通常，在一个工作点，用开采工作装置完成多个类似操作。这些操作可在挖掘计划中进行定义，如钻凿计划、装药计划，或者相应的采掘计划。开采工作装置通常布置在悬臂上，并且装置在工作循环过程中随其移动。另一方面，开采工作装置可布置在采掘车辆中的相应的支撑或支撑结构上，该支撑或支撑结构在工作循环过程中支撑所述装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]本发明的一些实施方式将在附图中更详细地说明，其中
[0016]图1是采掘车辆、在此为钻岩机的示意性侧视图，并且
[0017]图2是采掘车辆的能量供应布置的示意图。
[0018]在附图中，本发明的一些实施方式为清楚起见被简化地示出。在附图中，类似部件被标注为相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0019]图1示出了装备有一个或多个开采工作装置2的钻岩机，以作为采掘车辆I的一个实例。该钻岩机包括可借助于驱动设备4移动的车架3。驱动设备4包括一个或多个驱动马达5,以及用于将驱动功率传输到一个或多个车轮7的一个或多个功率传输装置6。该功率传输装置可包括机械齿轮系统和机械功率传输构件，或者可选的是，驱动功率传输可以是液压方式或者电动方式。车架3上布置有一个或多个悬臂8，所述悬臂可以装备有开采工作装置2。在图1所示的实施方式中，第一悬臂8a为钻臂，在其最外端有包括进给梁10的钻岩单元9，钻岩机11能够借助于进给装置12沿进给梁10移动。钻岩机11可包括用于在工具上产生冲击脉冲的撞击装置13，以及用于驱动工具14绕其纵向轴线旋转的旋转装置15。钻岩机中可具有多个这样的钻臂8a。举例来讲，第二悬臂8b示出为包括锚杆安装装置16，利用该锚杆安装装置16，能够将岩石锚杆布置在预先钻好的钻孔中，以支撑已挖掘的岩洞。在图1的实施方式中，第三悬臂8c装备有用以测量钻好的钻孔的测量装置
17。其它可选的开采工作装置2包括用于将密封材料进给到岩石中的注入装置、喷浆处理装置、定标装置、在小型装药挖掘中使用的装置，用于进给爆炸物的装置。
[0020]采掘车辆I根据矿场18的采掘计划或预先拟定好的相应计划移动到工作点19，开采工作装置2根据工作循环执行操作，其执行需要相对较长的时间。例如，钻岩机的工作循环可包括在工作点19处钻凿多个已在钻孔计划中限定的钻孔。此外，各钻孔的钻凿通常包括多个工作阶段，诸如打眼、实际钻凿、更换延长钻杆和钻头，以及在钻孔后拆除延长钻杆设备等。在工作点19执行钻凿工作循环可能需要几个小时，有时甚至是整个工作班次。相应地，装药、锚杆支护、测量和注入操作通常是相当耗时的操作。一般地，开采工作装置2的使用必然结合钻凿钻孔或进一步处理已完成的孔来进行。这则意味着处理未分离的岩石。
[0021]图1进一步示出矿场18具有电网20，电网20可固定地构建或可包括一个可改变的网络。电网20通常为三相交流电网。当采掘车辆I位于工作点19时，其开采工作装置
2、液压系统和任何必要的辅助系统主要由从外部电网获得的电能驱动。采掘车辆I可通过一条或多条连接电缆21连接到电网20。连接电缆21可置于卷轴22上，且其可装备有可连接到电网20的供电端的合适连接器23。可选的，卷轴22和电缆21可布置在矿场18中，连接电缆21连接至采掘车辆I。采掘车辆I装备有连接装置24，从电网20供应的电力通过连接装置24连接至采掘车辆I的不同装置。
[0022]采掘车辆I还装备有至少一个能量源25。能量源25例如可以是电池、超级电容器或者它们的组合，或是可由发电机充电的其它任何能量源。
[0023]图2非常示意性地示出了采掘车辆的一些部件。
[0024]电动马达26连接至电网20。电动马达26驱动液压泵27旋转。
[0025]图2示意性的示出液压系统28的通道。液压系统28以简化方式示出，如阀29a-29c。当然地，液压系统可以更复杂，并且可以替代地或者在阀29a_29c之外，液压系统28可包括其它的阀，诸如三通阀或四通阀等。
[0026]附图标记30表示将液压供给到开采工作装置2。相应地，附图标记31表示将液压供给到驱动设备的液压系统，例如转向和制动。
[0027]当使用开采工作装置2时，电动马达26驱动液压泵27旋转，液压泵27提供液压。阀29a打开并且阀29b关闭，使得液压如箭头A所示地被供给。
[0028]能量源25通过逆变器32连接至电动马达33。电动马达33驱动液压泵34旋转。例如在全功率钻凿期间，还可以从能量源25向开采工作装置2供能，由此实现增压模式。在该情况下，阀29c关闭并且阀29a和29b打开，由此液压如箭头A和B所示地被供给。
[0029]在增压模式期间，电动马达26的负载可以通过电动马达33也转动以同时对开采工作装置供应能量而被降低，或者电动马达26和33均被加载以向开采工作装置提供比标准能量值甚至更多的能量。
[0030]当在工作循环期间，开采工作装置2的功率需求较低时，可以根据图2中箭头C供给液压。这个阶段可称之为充电模式。在充电模式下，采掘车辆I连接至电网20。在充电模式下，阀29b打开并且阀29a和29c可关闭。在充电模式下，阀29a也可以打开，由此如箭头C和A所示地供给液压。
[0031]在这个阶段，液压用于驱动液压泵34旋转，液压泵34由此充当液压马达。在该情况下，液压泵34可以是能够充当液压马达的齿轮泵。液压泵34驱动电动马达33旋转，电动马达33由此充当发电机。作为发电机的电动马达33通过逆变器32给能量源25充电。
[0032]阀可以是开关阀，并且相应地，所述阀中的一个或多个阀可以是比例阀。在一个实施方式中，至少阀28b是比例阀。此实施方式的特征在于，例如在增压模式期间或者在充电模式期间，液压流可以容易控制。在另一个实施方式中，阀29a和29b为比例阀，而在进一步的实施方式中，全部的阀均是比例阀。比例阀提供了更灵活的控制系统。
[0033]替代齿轮泵，可以使用单独的液压泵来提供液压，并且使用单独的液压马达用于通过从液压系统28获得的液压来驱动电动马达33旋转。也可使用单独的电动马达用于驱动液压泵旋转并且使用单独的发电机用于给能量源25充电。
[0034]相应地，替代所示的电动马达26和液压泵27，可以使用单独的或指定的液压泵来提供液压用于给能量源25充电，并且使用单独的电动马达来驱动该液压泵旋转。
[0035]液压泵可以是固定的或者可变的泵。如上所述，液压泵34可以是齿轮泵。液压泵34也可以是活塞泵。另外，其它类型的泵也是可以的。
[0036]在驱动模式期间，从能量源25向驱动设备供应能量。在驱动模式期间，阀29c打开并且阀29b关闭。从而，如箭头D所示地提供液压。系统还可设置为使得由气动马达驱动发电机33旋转。加压空气可以从压缩机或者甚至从矿场的气压系统供给到气动马达。
[0037]另外也可以将发动机33设置在与电动马达26相同的轴上，由此电动马达26和发电机33机械连接。从而，液压功率组件的电动马达26直接驱动发电机33旋转。
[0038]然而，通过在用于从矿场的电网向开采工作装置供能的连接和发电机33之间使用液压系统，用于供给来自矿场的电网的电能以驱动发电机33旋转，对额外组件的需求被最小化。
[0039]图2还示意性地示出了控制采掘车辆I的设备的控制单元35。电动马达26并且相应地电动马达33可以设有确定电动马达26和33的温度的温度传感器36。电动马达26和33的温度被提供到控制单元35，从而控制单元35用于控制电动马达26和33，以使它们用于提供最大功率，直至达到它们的最高温度。当达到最高温度时，它们的功率被降低以防止超出它们的最高温度。
[0040]在所述系统中，通过使用控制单元35，可以将电动马达26和33的效率因子控制在较高水平。
[0041]所述系统提供了快速充电的可能性。为了快速充电，各发电机33的电动马达优选地是能够每分钟超过5000转的高速马达。在快速充电期间，例如，控制单元35控制电动马达26和33，以使它们用于供给最大功率，直至达到它们的最高温度。
[0042]控制单元35可控制比例阀，以实现流到液压系统的不同回路的所需的油流量。也可控制可变的泵的角度。由此，泵将仅仅输送所需的流量。
[0043]总而言之，所述系统提供好了良好的充电动态特性。此外，该系统的控制相当简单。
[0044]本说明书所述的方案也可用在挖掘隧道的情况。隧道以多轮开凿。工作点为被钻孔且被装药的隧道的工作面。在一轮爆破之前，钻岩机从工作面离开移动到安全位置。在爆破之后，并且在移走爆破的岩石之后，钻岩机从安全位置移回到隧道工作面，以进行另一轮钻凿。隧道以多轮开凿，这意味着作为新工作点的新的钻凿点与作为先前工作点的先前的钻凿点相距与轮的长度相对应的一段距离。转移驱动则从先前的工作点经由安全位置移动到下一工作点。
[0045]在本说明书中应当提到的是，矿场指的是地下矿井和露天矿场。进一步而言，所述方法和采掘车辆可以用在合同工作点，例如挖掘不同的岩石设施时。因此，合同工作点也可被视为一种类型的矿场。在合同工作点，外部电网可以是可更改的，例如是在可移动的载架上的机组。
[0046]在一些情况下，本说明书所述的特征也可以与其它特征无关地照此使用。另一方面，本说明书所述的特征也可以根据需要组合起来，从而提供各种组合。
[0047]附图和相关描述仅用于说明本发明的构思。本发明的细节可在权利要求书书的范围内变化。
【权利要求】
1.一种采掘车辆，具有 车架， 用以移动所述车架的驱动设备， 至少一个开采工作装置， 用以向所述驱动设备提供能量的能量源， 用以给所述能量源充电的发电机，和 用以从矿场的电网向所述开采工作装置供能的连接，并且所述连接设置用以在充电期间将所述采掘车辆连接至矿场的电网， 布置用于在充电期间将电能转换为机械能的装置，从而来自矿场的电网的电能被转换为机械能，并且所述装置布置用以驱动所述发电机旋转。
2.如权利要求1所述的采掘车辆，包括布置用于在充电期间将电能转换为动能的装置，将动能转换为压力能的装置，以及将压力能再次转换为动能以驱动所述发电机旋转的>j-U ρ?α装直。
3.如权利要求1或2所述的采掘车辆，包括液压系统，所述液压系统处在所述连接和所述发电机之间，用于在充电期间供给来自矿场的电网的电能，以驱动所述发电机旋转。
4.如权利要求2或3所述的采掘车辆，其中将压力能转换为动能的所述装置包括被从所述能量源供给能量的液压泵，并且所述液压泵被用作液压马达，以驱动所述发电机旋转，以便为所述能量源充电。
5.如权利要求4所述的采掘车辆，其中液所述压泵为齿轮泵。
6.如权利要求4所述的采掘车辆，其中所述液压泵为活塞泵。
7.如前述权利要求中任一项所述的采掘车辆，其中所述发电机为高速马达，用以对所述能量源快速充电。
8.一种用于采掘车辆的能量供应的方法，所述方法包括对采掘车辆的能量源充电，且所述采掘车辆包括车架、用于移动所述车架的驱动设备、至少一个开采工作装置、用于从矿场的电网向所述开采工作装置供能的连接、用于将能量供给到所述驱动设备的所述能量源和用于对所述能量源充电的发电机，由此所述方法包括:在充电期间将采掘车辆连接到矿场的电网上，以及在充电期间将从矿场的电网供给的电能转换为机械能并且用所述机械能驱动发电机旋转。
9.如权利要求8所述的方法，包括，在充电期间，将来自矿场的电网的电能转换为动能，将所述动能转换为压力能，将所述压力能再次转换为动能并用该动能驱动发电机旋转。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中使用快速充电方式对所述能量源充电，使得在快速充电过程中，测量至少一个充电装置的温度，并且控制所述装置，以供给所述装置的最大功率，直至达到所述装置的最高温度。
【文档编号】H02J7/14GK104228585SQ201410320220
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2013年6月7日
【发明者】萨穆利·科希亚, 米科·科沃 申请人:山特维克矿山工程机械有限公司