一种防止同轨运行斗轮机相互干涉的数学计算方法与流程

本发明属于装备制造技术领域，尤其涉及一种防止同轨运行斗轮机相互干涉的数学计算方法。

背景技术：

装备制造行业中，斗轮堆取料机被大量使用在散料装卸料场中。在两台斗轮机同时布置在相同轨道的情况下，斗轮机之间有相互干涉并可能引起损坏的危险。斗轮机避免相互干涉一般在单台斗轮机上使用雷达、激光扫描装置来实现保护，但是雷达、激光扫描装置容易因为环境因素(阳光光线强烈、粉尘浓度高等)影响而失效。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种防止同轨运行斗轮机相互干涉的数学计算方法，通过数学分析、计算并结合斗轮机实际运行情况生成控制策略，防止斗轮机运行中相互干涉并避免引起设备损坏。

本发明提供了一种防止同轨运行斗轮机相互干涉的数学计算方法，包括：

步骤1，基于同轨运行的两台斗轮机上通讯联网的可编程控制器，同步获取对方的斗轮机行程实时数据；所述斗轮机行程实时数据包括大车行走行程数据及回转行程数据；

步骤2，基于获取的斗轮机行程实时数据，根据防干涉计算公式计算得到两台斗轮机的相互距离，根据两台斗轮机的相互距离判断是否存在干涉现象，得到判断结果；

步骤3，根据判断结果，执行相应的斗轮机控制策略，以使同轨运行的两台斗轮机不出现相互干涉的情况。

进一步地，步骤1中所述大车行走行程数据基于安装于大车行走轨道上的大车行走距离检测装置检测得到，所述回转行程数据基于安装于斗轮机回转机构的回转角度检测装置得到的回转角度数据计算得到。

进一步地，所述两台同轨斗轮机的可编程控制器通过光纤或者同轴电缆通信连接。

进一步地，所述步骤2包括：

1)定义两台斗轮机之间的相互距离δx1、δx2，具体情况为：

将1号斗轮机尾车终端到2号斗轮机大车行走前面端部的相互距离，定义为δx1；

将1号斗轮机尾车终端到2号斗轮机悬臂在x轴投影处的相互距离，定义为δx2；

2)计算得出δx1：

以2号斗轮机大车行走后退终端限位处形成坐标轴0点，斗轮机按照坐标轴方向前后运动，形成以0点为参照点的大车行走距离x1和x2；其中，2号斗轮机悬臂头部终端在x轴投影到回转中心距离建立公式为：

x2臂＝l2×cos刅4.(1)

式中：

x2臂为2号斗轮机悬臂终端位置在x坐标轴的投影线距离，单位米；

l2为2号斗轮机悬臂总长度，单位为米；

刅4.为2号斗轮机悬臂回转角度，单位为度；

当2号斗轮机回转角度很大时，悬臂在x轴投影x2臂＜c2时，两台斗轮机的距离为：

δx1＝(x1﹣a1)﹣(x2﹢b2﹢c2)(2)

式中：

δx1为x2臂＜c2时，1号斗轮机与2号斗轮之间的距离，单位为米；

x1为1号斗轮机光电编码器所在行走轮到零点距离，单位为米；

x2为2号斗轮机光电编码器所在行走轮到零点距离，单位为米；

a1为1号斗轮机光电编码器所在行走轮到1号斗轮机尾车后部距离，单位为米；

b2为2号斗轮机光电编码器所在行走轮到回转中心在x轴投影的距离，单位为米；

c2为2号斗轮机回转中心在x轴投影到行走台车最前端的距离，单位为米；

3)计算得出δx2：

当2号斗轮机悬臂在x轴投影x2臂﹥c2时，两台斗轮机的距离为：

δx2＝(x1﹣a1)﹣(x2﹢b2﹢x2臂)(3)

式中：

δx2为x2臂＜c2时，1号斗轮机与2号斗轮之间的距离，单位为米；

x1为1号斗轮机光电编码器所在行走轮到零点距离，单位为米；

x2为2号斗轮机光电编码器所在行走轮到零点距离，单位为米；

a1为1号斗轮机光电编码器所在行走轮到1号斗轮机尾车后部距离，单位为米；

b2为2号斗轮机光电编码器所在行走轮到回转中心在x轴投影的距离，单位为米；

x2臂为2号斗轮机悬臂在x轴投影到回转中心在x轴投影的距离，单位为米；

4)判断是否干涉：

预先设定两台斗轮机允许的接近距离，则当δx1或δx2大于等于预设接近距离时，判定两台斗轮机正常行走和回转，当δx1或δx2小于预设接近距离时，得出1号斗轮机不允许后退，2号斗轮机不允许大车前进和悬臂向轨道方向回转的判断结果。

进一步地，所述步骤3包括：

当判定结果为存在干涉现象时，立刻停止有干涉风险的斗轮机机构向相互靠近的方向运动，并给予操作员声光警告。

借由上述方案，通过防止同轨运行斗轮机相互干涉的数学计算方法，通过对两台同轨运行斗轮机的行程数据进行数学计算并进行控制，实现了防止相互干涉的功能，克服了现有斗轮机防干涉技术(采用激光扫描仪和雷达检测装置)受阳光光线强烈、粉尘浓度高等环境干扰而出现保护失效问题，可以对斗轮机设备在任何时间段、任何环境下都进行自动实时保护。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

附图说明

图1是本发明一实施例中斗轮机的结构示意图；

图2是本发明一实施例中两台斗轮机同轨运行相互干涉的示意图；

图3是本发明一实施例中斗轮机主要结构的俯视图；

图4是本发明一实施例中斗两台斗轮机在同一个轨道上布置及需要向x轴投影的情况示意图；

图5是本发明一实施例中大车行走距离检测装置安装主视图；

图6是本发明一实施例中大车行走距离检测装置安装侧视图；

图7是本发明一实施例中回转角度检测装置安装图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例提供了一种防止同轨运行斗轮机相互干涉的数学计算方法，包括：

步骤1，基于同轨运行的两台斗轮机上通讯联网的可编程控制器，同步获取对方的斗轮机行程实时数据；斗轮机行程实时数据包括大车行走行程数据及回转行程数据。

两台斗轮机的可编程控制器进行通讯连接，根据可编程控制器不同，采取不同的通讯方式，通讯介质可以使用光纤或者同轴电缆等。大车行走行程数据基于安装于大车行走轨道上的大车行走距离检测装置检测得到，回转行程数据基于安装于斗轮机回转机构的回转角度检测装置得到的回转角度数据计算得到。通过大车、回转行程检测，斗轮机主结构位置就能够确定下来，将这两个装置的数据传给斗轮机上的可编程控制器。

步骤2，可编程控制器基于获取的斗轮机行程实时数据，根据防干涉计算公式计算得到两台斗轮机的相互距离，根据两台斗轮机的相互距离判断是否存在干涉现象，得到判断结果。

步骤3，根据判断结果，执行相应的斗轮机控制策略，以使同轨运行的两台斗轮机不出现相互干涉的情况。

该防止同轨运行斗轮机相互干涉的数学计算方法，通过对两台同轨运行斗轮机的行程数据进行数学计算并进行控制，实现了防止相互干涉的功能，克服了现有斗轮机防干涉技术(采用激光扫描仪和雷达检测装置)受阳光光线强烈、粉尘浓度高等环境干扰而出现保护失效问题，可以对斗轮机设备在任何时间段、任何环境下都进行自动实时保护。

下面对本发明作进一步详细说明。

参图1所示，图1中1为斗轮机构，2为大车行走机构，3为尾车机构，4为斗轮机在大车行走轨道，5为回转中心线。

参图2所示，从图2可以看出，当2台斗轮机以两两共轨的方式布置在料场中时：1号斗轮机与2号斗轮机存在以下前后干涉情况：

当1号斗轮机大车行走时，1号斗轮机的尾车机构与2号斗轮机的斗轮机构和2号斗轮机的大车行走机构存在相互干涉的情况。图2中的黑色粗点标识了斗轮机各机构发生干涉时的相应部位。

参图3所示，图3中1为斗轮机构、2为前臂架、3为悬臂胶带机、4为左侧大车行走机构、5为右侧大车行走机构、6为门座、7为电气室、8为尾车、9为大车右侧轨道、10为大车左侧轨道。

参图4所示，两台斗轮机在同一个轨道上布置及需要向x轴投影的情况如下，图4中：1、6为斗轮机尾车后部终端在x坐标轴的投影线；2、7为大车行走光电编码器所在的行走轮在x坐标轴的投影线；3、8为斗轮机回转中心在x坐标轴的投影线；4、9为大车行走机构前部终端在x坐标轴的投影线；5、10为悬臂终端位置在x坐标轴的投影线；11、16为斗轮机尾车后部终端在x坐标轴的投影点；12、17为大车行走光电编码器所在的行走轮在x坐标轴的投影点；13、18为斗轮机回转中心在x坐标轴的投影点；14、19为大车行走机构前部终端在x坐标轴的投影点；15、20为悬臂终端位置在x坐标轴的投影点；24为起始0点(2号斗轮机大车行走后退限位位置)，箭头所示为大车前进方向；34为x坐标轴；35为大车行走左侧轨道；36为大车行走右侧轨道。图4中所示各个部位与计算公式中的变量对应关系为：21—a2；22—b2；23—c2；25—a1；26—b1；27—c1；28—x1；29—x2；30—x2臂；31—δx1；32—x1；33—x1臂。

参图5、6所示，图5、6中：1—钢制弹簧联轴器；2—编码器法兰；3—编码器接轴；4—毡圈；5—大车行走车轮；6—检测箱；7—大车行走距离检测光电编码器；8—支座；9—车轮轴；10—轴承箱；11—轴承；12—闷盖；13—车轮架。

参图7所示，图7中：1—上座圈半体；2—回转驱动减速机；3—回转驱动齿轮；4—转盘下平面；5—回转角度检测箱支撑架；6—回转角度检测箱；7—钢制弹簧联轴器；8—钢套；9—下座圈半体；10—回转大轴承；11—齿轮ⅰ；12—回转角度检测光电编码器；13—齿轮ⅱ；14—衬套；15—轴；16—螺栓。

基于上述斗轮机结构，本实施例提供的防止同轨运行斗轮机相互干涉的计算方法包括如下内容：

1、构建两台斗轮机相互之间行程数据共享的通道，可以用光纤将两台斗轮机的plc(可编程控制器)组网，实现斗轮机相互之间数据同步、可读。当1号斗轮机在前，2号斗轮机在后时，可以将两台斗轮机均以同一个大车后退限位(2号斗轮机大车行走后退限位)作为大车行走距离的起始0点，构建直角坐标系的x轴，完成数学计算。两台斗轮机干涉情况发生在1号斗轮机的尾部和2号斗轮机的行走机构前端及悬臂的斗轮处，计算的目的是解决这两台斗轮机运行过程中相互干涉的问题。

计算步骤一：定义两台斗轮机之间的相互距离δx1、δx2，具体情况为：

①1号斗轮机尾车终端到2号斗轮机大车行走前面端部的相互距离，定义为δx1；

②1号斗轮机尾车终端到2号斗轮机悬臂在x轴投影处的相互距离，定义为δx2。

计算步骤二：计算出δx1

以2号斗轮机大车行走后退终端限位处形成坐标轴0点，斗轮机按照坐标轴方向前后运动，形成以0点为参照点的大车行走距离x1和x2，由于斗轮机结构很大，所以斗轮机上的各个相关部位在x轴上就形成了几个数据段。其中2号斗轮机悬臂头部终端在x轴投影到回转中心距离建立公式为：

x2臂＝l2×cos刅4.(1)

式中：x2臂——2号斗轮机悬臂终端位置在x坐标轴的投影线距离，单位米。

l2——2号斗轮机悬臂总长度，单位为米。

刅4.——2号斗轮机悬臂回转角度，单位为度。

当2号斗轮机回转角度很大时，悬臂在x轴投影x2臂＜c2时，两台斗轮机的距离为：

δx1＝(x1﹣a1)﹣(x2﹢b2﹢c2)(2)

式中δx1——x2臂＜c2时，1号斗轮机与2号斗轮之间的距离，单位为米。

x1——1号斗轮机光电编码器所在行走轮到零点距离，单位为米。

x2——2号斗轮机光电编码器所在行走轮到零点距离，单位为米。

a1——1号斗轮机光电编码器所在行走轮到1号斗轮机尾车后部距离，单位为米。

b2——2号斗轮机光电编码器所在行走轮到回转中心在x轴投影的距离，单位为米。

c2——2号斗轮机回转中心在x轴投影到行走台车最前端的距离，单位为米。

计算步骤三：计算出δx2

当2号斗轮机悬臂在x轴投影x2臂﹥c2时，两台斗轮机的距离为：

δx2＝(x1﹣a1)﹣(x2﹢b2﹢x2臂)(3)

式中：δx2—x2臂＜c2时，1号斗轮机与2号斗轮之间的距离，单位为米。

x1—1号斗轮机光电编码器所在行走轮到零点距离，单位为米。

x2—2号斗轮机光电编码器所在行走轮到零点距离，单位为米。

a1—1号斗轮机光电编码器所在行走轮到1号斗轮机尾车后部距离，单位为米。

b2—2号斗轮机光电编码器所在行走轮到回转中心在x轴投影的距离，单位为米。

x2臂—2号斗轮机悬臂在x轴投影到回转中心在x轴投影的距离，单位为米。

计算步骤四：判断是否干涉。

预先设定两台斗轮机允许的接近距离，例如10米(该距离需要考虑当大车高速行走时，在惯性作用下完全停车所需要的距离)，则当δx1或δx2大于等于10米时，两台斗轮机正常行走和回转，当δx1或δx2小于10米时，1号斗轮机不允许后退，2号斗轮机不允许大车前进和悬臂向轨道方向的回转。两台斗轮机可以向着相互远离的方向运行，当相互间的距离不再存在干涉情况时，设备各个机构运行也不再受斗轮机防干涉功能限制。

2、通过两台斗轮机的行程数据的计算分析，确定两台斗轮机之间在料场中相互行程的安全数据范围，当行程数据超出安全范围时，判定出现干涉风险，予以斗轮机设备停机并给予操作员声光警告。对于斗轮机在料场中的行程定位，大车行走机构采用大车行走距离检测装置进行料场行程定位，通过斗轮机的回转角度检测光电编码器，得出斗轮悬臂梁行程数据。通过防干涉数据处理程序，判断斗轮机各主要机构(斗轮悬臂机构、大车行走机构、尾车机构)的相互之间是否处于安全范围，一旦数据超过安全值，达到设定的干涉风险报警值范围，立刻停止有干涉风险的斗轮机机构向相互靠近的方向运动，此时与干涉相关的机构只能向相反方向运动。

本发明将两台同轨运行的斗轮机上的可编程控制器进行通讯联网，相互读取斗轮机行程的同步实时数据，利用数学计算公式来得到两台斗轮机之间的相互距离，通过在两台斗轮机可编程控制器内编制防止相互干涉的控制程序，来保证两台斗轮机在同一轨道上运行而不出现相互干涉的情况，达到了斗轮机安全稳定运行的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。