本申請屬于申請日為2012年10月08日的中國發(fā)明專利申請201210377737.6的分案申請。

相關(guān)申請

本申請要求2011年9月30日提交的美國臨時專利申請No.61/541,700的優(yōu)先權(quán)，據(jù)此通過引用的方式將該申請的整個內(nèi)容并入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實施方式涉及用于慢速轉(zhuǎn)動切割滾筒以定位切割滾筒來進行諸如更換鉆頭的維護的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

諸如連續(xù)開采機和長壁剪切機的開采機通常包括包含鉆頭的至少一個切割滾筒。這些鉆頭必須進行維護以確保有效的開采。尤其是，鈍的、斷裂的或丟失的鉆頭可對采礦機器的切割性能有嚴重的影響。例如，如果鉆頭被不正確地維護，則它們可能引起開采機執(zhí)行粗切割，這對開采機造成不必要的應(yīng)力。

因為鉆頭通常覆蓋切割滾筒的整個表面，所以切割滾筒必須慢速旋轉(zhuǎn)且旋轉(zhuǎn)少的量以允許維護人員接近滾筒上的每一個鉆頭。一些現(xiàn)有開采機通過減慢切割器馬達來執(zhí)行這種慢速滾筒旋轉(zhuǎn)。然而，因為切割器馬達僅具有快速地轉(zhuǎn)動滾筒的一種速度，所以難以使用切割器馬達將滾筒停止在期望的方位。因而，需要進行很多嘗試來使?jié)L筒停止在期望的方位。另外，美國法律規(guī)定當(dāng)任何人在切割滾筒附近時切割器馬達應(yīng)當(dāng)被打開。因此，為了合法地使用切割器馬達來在鉆頭維護期間旋轉(zhuǎn)滾筒，每當(dāng)滾筒旋轉(zhuǎn)時，所有人員必須離開開采機附近，這進一步增加了進行維護所需的時間和資源。

不是使用切割器馬達直接旋轉(zhuǎn)滾筒，而是一些開采機通過將滾筒降低到地面并向前或向后移動整個開采機來遞增地旋轉(zhuǎn)滾筒。隨著開采機被驅(qū)動，滾筒抵住地板旋轉(zhuǎn)。然而，如果在維護程序期間切割器馬達不打開的話，該方法仍是不合法的。而且，如果切割器馬達意外地被激勵，則開采機和滾筒可能突然地且危險地晃動。

還可通過多人拉鉆頭或鉆頭保持器來手動地旋轉(zhuǎn)滾筒。這通常通過人在滾筒底部附近將其腳放置在鉆頭保持器上并利用其手在滾筒頂部附近抓緊鉆頭保持器來進行。當(dāng)這被進行時，滾筒上的重量足以引起滾筒慢速旋轉(zhuǎn)。然而，因為鉆頭保持器通常是濕的且覆蓋有殘渣，所以旋轉(zhuǎn)滾筒的人可能滑動和掉落，如果鉆頭尖銳則這是危險的。還可通過穿過鉆頭保持器放置桿并使一個或多人拉動桿來轉(zhuǎn)動滾筒。但是，與其它手動方法一樣，該方法對于執(zhí)行旋轉(zhuǎn)的人來說是危險的。外部裝置也可用于旋轉(zhuǎn)滾筒而不使用切割器馬達且不使用手動力。例如，利用安裝在開采機頂部的吊艇機(boat winch)拉動鉆頭。然而，使用這種外部裝置在地下開采中通常是不切實際的，這是因為每次需要更換鉆頭時在開采中安裝外部裝置所需的時間的原因。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

相應(yīng)地，如果在更換鉆頭時存在困難和安全隱患，操作者頻繁地延長鉆頭維護之間的時間超過最佳時間，這可能導(dǎo)致無效的開采并增加安全考慮。因此，本發(fā)明的實施方式提供通過使用連接到切割器馬達的可變頻率驅(qū)動器(“VFD”)慢速轉(zhuǎn)動切割滾筒以允許進行維護的系統(tǒng)和方法。VFD僅用于在鉆頭維護期間慢速轉(zhuǎn)動切割滾筒且不用于正常的切割過程。使用開關(guān)來電聯(lián)接VFD和切割馬達以及將VFD與切割馬達電氣地斷開。而且，VFD可包括允許在達到期望的方位時快速地停止切割滾筒的制動特征。

本發(fā)明的一個實施方式提供一種采礦機器，包括切割滾筒和切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)，在切割滾筒上安裝有多個鉆頭。切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括電源、切割器馬達、開關(guān)和可變頻率驅(qū)動器。開關(guān)具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。第一狀態(tài)電聯(lián)接電源和切割器馬達以使切割滾筒在切割速度下操作，并且第二狀態(tài)電聯(lián)接可變頻率驅(qū)動器和切割器馬達以使切割滾筒在比切割速度低的維護速度下操作。

本發(fā)明的另一實施方式提供切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)，包括電源、切割器馬達、開關(guān)和可變頻率驅(qū)動器。開關(guān)具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。第一狀態(tài)電氣地斷開切割器馬達和可變頻率驅(qū)動器以使切割滾筒在切割速度下操作，并且第二狀態(tài)電聯(lián)接可變頻率驅(qū)動器和切割器馬達以使包括在開采機器中的切割滾筒在比切割速度低的維護速度下操作。

本發(fā)明的又一實施方式提供永久計算機可讀介質(zhì)，包括用于在維護速度下移動開采機器的切割滾筒的可執(zhí)行指令。介質(zhì)包括用于在控制器處從操作者界面接收包括用于啟動在維護速度下轉(zhuǎn)動切割滾筒的信號的輸入信號的指令，和用于響應(yīng)于輸入信號將來自控制器的控制信號傳送到包括在開采機器中的切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)的指令，所述控制信號指令包括在切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)中的開關(guān)電聯(lián)接切割器馬達和可變頻率驅(qū)動器。

通過考慮詳細說明和附圖將使本發(fā)明的其他方面變得顯而易見。

附圖說明

圖1是長壁剪切機的一部分的側(cè)視圖。

圖2示意性地圖示了圖1的長壁剪切機的滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)。

圖3示意性地圖示了包括在圖1的長壁剪切機中的控制器。

圖4是圖示慢速轉(zhuǎn)動切割滾筒以進行鉆頭維護的方法的流程圖。

具體實施方式

在詳細解釋本發(fā)明的任何實施方式之前，應(yīng)理解，本發(fā)明在其應(yīng)用上不限于以下說明書中闡述或附圖中圖示的組件的布置和結(jié)構(gòu)的細節(jié)。本發(fā)明能夠有其他實施方式并且能夠以各種方式實踐或?qū)嵤?。而且，?yīng)理解，此處使用的短語和術(shù)語是用于說明的目的并且不應(yīng)認為是限制性的。此處“包括”、“包含”或“具有”及其變化形式的使用意指包含此后所列的項和其等同物以及額外的項。除非另外指定或限制，否則術(shù)語“安裝”、“連接”、“支撐”和“聯(lián)接”及其變化形式被廣義地使用并且包含直接安裝、連接、支撐和聯(lián)接以及間接安裝、連接、支撐和聯(lián)接兩者。

此外，應(yīng)理解，本發(fā)明的實施方式可包括硬件、軟件和電子組件或模塊，為論述的目的，其可被圖示和描述，就好像大部分組件在硬件中單獨地實現(xiàn)一樣。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員基于該詳細描述的閱讀將認識到，在至少一個實施方式中，基于本發(fā)明方面的電子器件可在軟件中實現(xiàn)(例如，儲存在永久計算機可讀介質(zhì)中)。這樣，應(yīng)注意，多個基于硬件和軟件的裝置，以及多個不同的結(jié)構(gòu)組件可用于實現(xiàn)本發(fā)明。此外，且如在隨后的段落中描述的，附圖中圖示的具體機械構(gòu)造意在舉例說明本發(fā)明的實施方式且其它可替代的機械構(gòu)造是可能的。

圖1圖示了采礦機器或開采機10(圖1僅圖示其一部分)。圖1中圖示的開采機10包括長壁剪切機。然而，應(yīng)理解，開采機10可包括其它類型的開采機，諸如連續(xù)開采機、振蕩盤開采機、徑向切割開采機等。如圖1所示，開采機10包括切割滾筒12、基部16和吊臂18，鉆頭14安裝在滾筒12上的鉆頭保持器15中，吊臂18在基部16和切割滾筒12之間延伸以將滾筒12安裝在基部16上。如圖1示意性圖示的，采礦機器10還包括控制開采機10的一個或多個組件的控制器20。如下面參考圖3描述的，控制器20可包括一個或多個處理器、一個或多個計算機可讀介質(zhì)模塊、一個或多個輸入/輸出接口和/或其它額外的組件或模塊(例如，硬件、軟件、固件或其組合)。再次，控制器20或其各個組件的位置可在整個采礦機器10中改變。而且，由控制器20提供的功能可通過包括在開采機10中的多個控制器來分配。

開采機10還包括與切割滾筒12驅(qū)動連接的切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21。如圖1所示，切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21可包括在吊臂18中。然而，應(yīng)理解，機構(gòu)21可位于開采機10上的其它位置中，并且包括在機構(gòu)21中的組件可分布在整個開采機10中的各種位置中。如下面描述的，切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21以切割速度和維護速度移動(例如，轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn))切割滾筒12?？赏ㄟ^從控制器20接收到的控制信號來控制切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21，并且在一些實施方式中，控制器20可包括在切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21中。替代地，切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21可包括從控制器20接收控制信號的接口。

圖2示意性地更詳細地圖示切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21。如圖2所示，機構(gòu)21包括電源22、開關(guān)24、一個或多個切割器馬達26和可變頻率驅(qū)動器(“VFD”)28。電源22向切割器馬達26提供一種或多種類型的電力，諸如電池電力、交流(“AC”)電力和/或直流(“DC”)電力。在一些實施方式中，切割器馬達26包括三相感應(yīng)馬達。在其它實施方式中，切割器馬達26可包括單相感應(yīng)馬達。

開關(guān)24可包括雙投開關(guān)。開關(guān)24具有至少第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。在第一狀態(tài)中，開關(guān)24將來自電源22的電力路由到切割器馬達26。在第一狀態(tài)中，切割器馬達26使用來自電源22的電力以切割速度移動(例如，轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn))切割滾筒12。而且，在該狀態(tài)，VFD 28可被停用。在第二狀態(tài)中，VFD 28被激活并且開關(guān)24通過VFD 28將電力路由到切割器馬達26。VFD 28控制供應(yīng)到切割器馬達26的電力的頻率。尤其是，VFD 28可改變來自電源22的電力(例如，AC電力)使得較少的電力和頻率被供應(yīng)到切割器馬達26，這導(dǎo)致切割器馬達26以比切割速度慢的維護速度轉(zhuǎn)動切割滾筒12。在一些實施方式中，維護速度可約為每分鐘3.0轉(zhuǎn)，這允許在切割滾筒12上更安全且更有效的維護(例如，更換鉆頭)。在一些實施方式中，機構(gòu)21還包括斷路器，如果當(dāng)開關(guān)24處于第二狀態(tài)時(即，當(dāng)VFD 28被激活時)所供應(yīng)的電力超過預(yù)定的閾值，則斷路器切斷切割器馬達26的電力。

VFD 28可包括以比當(dāng)在切割速度下操作切割滾筒12時更大的精度來移動和停止切割滾筒12的制動特征。這允許將切割滾筒12快速地且精確地停止在預(yù)定的或用戶選擇的位置。如果沒有該特征，則可能需要很多嘗試來在期望的位置停止切割滾筒12以進行維護，這浪費時間和資源(例如，電力)。

應(yīng)理解，在一些實施方式中，不是從電源22接收電力，而是VFD28從輔助電源接收電力。輔助電源可用于在對切割滾筒12維護期間進一步將切割器馬達26與電源22斷開連接。VFD 28還可激勵對切割滾筒12提供機械動力的一個或多個單獨的馬達。使用單獨的馬達進一步在鉆頭維護期間將切割器馬達26與切割滾筒12隔離。

如上面提到的，控制器20控制切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21。尤其是，控制器20可改變開關(guān)24的狀態(tài)并且可激活或停用VFD 28。圖3示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的控制器20。如圖3所示，控制器20包括由一個或多個連接件46連接的處理器40、計算機可讀介質(zhì)42和輸入/輸出(“I/O”)接口44。應(yīng)理解，控制器20可包括多個處理器、額外的計算機可讀介質(zhì)模塊、多個I/O接口和/或其它額外的組件或模塊(例如，硬件、軟件或其組合)。

處理器40提取并執(zhí)行存儲在計算機可讀介質(zhì)42中的指令。處理器40還將數(shù)據(jù)存儲到計算機可讀介質(zhì)42并從計算機可讀介質(zhì)42提取數(shù)據(jù)。計算機可讀介質(zhì)42包括永久計算機可讀介質(zhì)并包括易失性存儲器、非易失性存儲器或其組合。計算機可讀介質(zhì)42存儲操作系統(tǒng)軟件、應(yīng)用和/或指令、數(shù)據(jù)或其組合。尤其是，如下面關(guān)于圖4描述的，計算機可讀介質(zhì)42可存儲用于接收輸入信號、處理輸入信號和基于輸入信號將控制信號傳送到切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21的指令。

I/O接口44接收來自控制器20外面的數(shù)據(jù)并將信息輸出到控制器20外面。具體地，如圖3所示，I/O接口44可從操作者界面50接收輸入信號。操作者界面50可包括位于開采機10上的界面或可包括在身體不必在開采機10處存在的情況下允許操作者控制開采機10的遙控器。操作者界面50可包括允許操作者指定期望的開采機操作的一個或多個選擇機構(gòu)，諸如按鈕、開關(guān)、鍵盤等。在一些實施方式中，操作者界面50還包括向操作者顯示諸如當(dāng)前開采機操作統(tǒng)計資料(例如，切割滾筒轉(zhuǎn)動速度或模式)的信息的顯示器。顯示器還可包括向操作者提供虛擬選擇機構(gòu)的觸摸屏。如圖3所示，I/O接口44還向切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21傳送控制信號。如下面描述的，控制信號可基于從操作者界面50接收到的輸入信號。

圖4圖示了在維護模式下的操作開采機10的方法，在維護模式下切割滾筒以比切割速度慢的維護速度轉(zhuǎn)動。如圖4所示，在一些實施方式中，操作者使用操作者界面50啟動維護模式(在60處)。具體地，為了將開采機10置于維護模式，操作者可選擇包括在操作者界面50中的“開始慢速轉(zhuǎn)動”選擇機構(gòu)。操作者界面50然后可以向控制器20傳送指示操作者的選擇的輸入信號。當(dāng)控制器20接收到指示操作者已經(jīng)選擇了“開始慢速轉(zhuǎn)動”選擇機構(gòu)的輸入信號時，控制器20(執(zhí)行存儲在計算機可讀介質(zhì)42中的指令)處理輸入信號并向切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21傳送控制信號(在62處)。控制信號使開關(guān)24從第一狀態(tài)改變到第二狀態(tài)，這將VFD 28與切割器馬達26電聯(lián)接并激活VFD 28(以及與VFD 28一起使用的任何輔助電源)(在64處)。具體地，控制器20可向切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21發(fā)送控制信號，所述控制信號使開關(guān)24的狀態(tài)改變，使VFD 28激活。一旦激活并聯(lián)接到切割器馬達26，VFD 28調(diào)節(jié)提供給切割器馬達26的電力，這使切割器馬達26以維護速度而不是以切割速度轉(zhuǎn)動切割滾筒12(在66處)。在一些實施方式中，操作者可能必須選擇一個或多個額外的選擇機構(gòu)以在VFD 28被激活之后啟動切割滾筒12的轉(zhuǎn)動。

應(yīng)理解，控制器20可在改變開關(guān)24的狀態(tài)和激活VFD 28之前采取另外的步驟(即，發(fā)出額外的控制信號)。例如，控制器20可發(fā)出停止切割滾筒12并執(zhí)行其它行為以準(zhǔn)備開采機10以便用于維護慢速轉(zhuǎn)動的控制信號。在其它實施方式中，操作者可受到選擇“開始慢速轉(zhuǎn)動”選擇機構(gòu)的限制，直到已經(jīng)停止由開采機10執(zhí)行的所有切割活動。

在一些實施方式中，一旦操作者啟動切割滾筒12的慢速轉(zhuǎn)動，滾筒12以維護速度旋轉(zhuǎn)，直到操作者指示應(yīng)停止切割滾筒12。例如，操作者可能需要在操作者界面50上選擇“停止慢速轉(zhuǎn)動”選擇機構(gòu)以停止切割滾筒12。因此，操作者可手動地開始和停止切割滾筒12的慢速轉(zhuǎn)動。如果操作者可看到切割滾筒12并且可看到切割滾筒12何時達到期望位置，則使用這種手動過程可能是有用的。如上面提到的，VFD28可包括允許與操作者選擇“停止慢速轉(zhuǎn)動”選擇機構(gòu)幾乎同時地停止或制動切割滾筒12的制動特征。

在其它實施方式中，一旦操作者啟動切割滾筒12的慢速轉(zhuǎn)動，滾筒12就以維護速度旋轉(zhuǎn)預(yù)定時間或直到達到預(yù)定位置。例如，在選擇“開始慢速轉(zhuǎn)動”選擇機構(gòu)時，控制器20可激活VFD 28以使切割滾筒12在維護速度下旋轉(zhuǎn)約1/4或約1/3轉(zhuǎn)。使用這種預(yù)編程的過程來旋轉(zhuǎn)切割滾筒12不需要操作者密切觀看切割滾筒12并選擇另一選擇機構(gòu)來使切割滾筒12停止在精確位置，對給定的操作者位置或反應(yīng)時間或者控制器50和/或切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21的反應(yīng)時間，這可能是困難的。如果操作者希望將切割滾筒12移動另一預(yù)定量，則操作者可再次選擇“開始慢速轉(zhuǎn)動”選擇機構(gòu)。在一些實施方式中，操作者界面50可包括允許操作者選擇使用手動慢速轉(zhuǎn)動過程還是預(yù)編程的慢速轉(zhuǎn)動過程的選擇機構(gòu)。

在切割滾筒12已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到期望位置之后(或者當(dāng)切割滾筒12慢速轉(zhuǎn)動時)，執(zhí)行切割滾筒維護，諸如更換鉆頭(在68處)。在已經(jīng)執(zhí)行維護之后，如果希望切割滾筒12的額外的慢速旋轉(zhuǎn)(在70處)，則操作者可重復(fù)以上步驟以將切割滾筒12旋轉(zhuǎn)額外的量(例如，以露出切割滾筒12的不同位置以便進行鉆頭更換)。當(dāng)已經(jīng)執(zhí)行了所有期望的切割滾筒維護時，開關(guān)24可返回到第二狀態(tài)，其中VFD 28從切割器馬達26電氣地斷開(在72處)。具體地，當(dāng)完成了所有維護之后，操作者可通過在操作者界面50上選擇“恢復(fù)切割”選擇機構(gòu)來結(jié)束維護模式。在接收到指示操作者已經(jīng)選擇“恢復(fù)切割”選擇機構(gòu)的輸入信號時，控制器20可向切割滾筒轉(zhuǎn)動機構(gòu)21發(fā)出使開關(guān)24從第二狀態(tài)改變?yōu)榈谝粻顟B(tài)的控制信號，并且在一些實施方式中，使VFD 28停用。在開關(guān)24改變回第一狀態(tài)之后，操作者可能需要選擇額外的選擇機構(gòu)以恢復(fù)利用開采機10切割。

在一些實施方式中，不是或除了允許操作者手動地啟動切割滾筒12的慢速轉(zhuǎn)動之外，控制器20被配置成在預(yù)定的時間或者當(dāng)滿足預(yù)定的條件時自動地啟動切割滾筒12的慢速轉(zhuǎn)動。例如，如果開采機操作條件與鈍鉆頭一致，則控制器20可自動地停止開采機10并啟動切割滾筒12的慢速轉(zhuǎn)動。替代地，控制器20可在確定需要鉆頭維護時自動地停止開采機10，并且可指令操作者(例如，經(jīng)由在操作者界面50上的顯示)啟動慢速滾筒轉(zhuǎn)動以方便鉆頭維護?？刂破?0可限制開采機10的進一步操作，直到操作者啟動慢速滾筒轉(zhuǎn)動并執(zhí)行所建議的維護。

因此，本發(fā)明的實施方式涉及利用VFD來在維護速度下轉(zhuǎn)動切割滾筒，這允許安全且有效的鉆頭維護。可能存在其它情形，其中在比通常的切割速度減小的速度下或與通常的切割速度不同的速度下轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)切割滾筒12可能是理想的，并且可使用VFD 28提供這種轉(zhuǎn)動速度改變。

而且，在一些實施方式中，也使用VFD 28來在切割滾筒12以切割速度轉(zhuǎn)動時向切割器馬達27提供電力。具體地，可在開采機10的切割模式和維護模式期間激活VFD 28。在每種模式中，VFD 28可向切割器馬達26提供不同量的電力以在特定速度下(即，切割速度或維護速度)操作切割器馬達26。因此，當(dāng)操作者啟動維護模式時，控制器20可簡單地指令VFD 28減少提供給切割器馬達26的電力的量。類似地，當(dāng)維護完成且切割恢復(fù)時，控制器20可指令VFD 28增加提供給切割器馬達26的電力的量。

在一些實施方式中，還可使用VFD 28來在各種切割速度下操作切割滾筒12。例如，控制器20可基于諸如安裝在滾筒12上的鉆頭的類型、安裝在滾筒12上的鉆頭的銳度或鈍度、利用滾筒切割的材料的類型等的各種因素來指令VFD 28改變供給到切割器馬達26的電力的量。在一些實施方式中，當(dāng)切割滾筒12基于開采機操作的基本上實時反饋操作時，控制器28還可使用VFD 28改變滾筒12的切割速度。例如，如果控制器20確定鉆頭變鈍，則控制器20可以指令VFD 28增加供給到切割器馬達26的電力以補償鈍的鉆頭。類似地，如果控制器20確定切割滾筒12到達包含較軟物質(zhì)的區(qū)域，則控制器20可以指令VFD28減小供給到切割器馬達26的電力以補償較軟的物質(zhì)。由控制器20改變切割速度所使用的反饋可從紅外傳感器、測力傳感器、應(yīng)變儀或提供切割滾筒12和開采面之間的界面的反饋的其它裝置來獲得。

在其中在切割操作期間使用VFD 28的這些實施方式中，VFD 28可直接地聯(lián)接到切割器馬達26并可在無論何時激活切割器馬達26的情況下激活VFD 28，而不是通過開關(guān)24將VFD 28電聯(lián)接到切割器馬達26。

在所附的權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點。