CN104480985A - 控制工业机械的挖掘操作 - Google Patents

Abstract

控制工业机械的挖掘操作。用于控制工业机械的挖掘操作的系统、方法、装置和计算机可读介质。一种方法，包括：确定与工业机械相关联的提升释放拉力；基于工业机械的所确定的提升释放拉力来确定推挤驱动装置的推挤扭矩限制值；以及将推挤驱动装置的推挤扭矩限值设置成所述推挤扭矩限制值，以将与推挤马达相关联的扭矩限制到所述推挤扭矩限制值。

Description

控制工业机械的挖掘操作

本申请是申请日为2011年8月31日、申请号为201180071749.X(国际申请号为PCT/US2011/049975)、发明名称为“控制工业机械的挖掘操作”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月29日提交的在先提交的共同待审查美国临时专利申请第61/480,603号的权益，其全部内容通过引用而并入本文。

技术领域

本发明涉及控制诸如电动绳索挖掘机或动力挖掘机的工业机械的挖掘操作。

背景技术

诸如电动绳索挖掘机或动力挖掘机、索斗铲等的工业机械被用来执行从例如矿藏中移除材料的挖掘操作。在困难的采矿环境中(例如，硬边角环境)，向外推挤铲斗杆(即，使铲斗杆平移远离工业机械)成撞击矿藏能够导致铲斗意外停止。铲斗的意外停止能够接着导致悬臂顶升。悬臂顶升是整个悬臂由于过度的推挤反作用力而反冲。由铲斗意外停止引起的悬臂顶升或反冲导致工业机械沿向后方向倾斜(即，倾覆力矩或重心["CG"]偏移远离矿藏)。这样的倾覆力矩在工业机械上引起周期应力，这能够导致焊接开裂或其它应变。工业机械沿向前或者向后方向倾斜的程度影响工业机械经受的结构疲劳。限制工业机械的最大向前和/或向后倾覆力矩和CG偏移因此能够增加工业机械的操作寿命。

发明内容

因而，本发明提供工业机械的控制，使得控制在挖掘操作过期间使用的推挤和提升力，以防止或限制工业机械的向前和/或向后倾覆力矩。例如，减少CG偏移量，以减少工业机械上的结构疲劳(例如，在移动基座、转台、机械甲板、下端等上的结构疲劳)并增加工业机械的运行寿命。相对于提升力(例如，提升释放拉力(hoist bail pull))控制推挤力(例如，推挤扭矩或推挤扭矩限值)，使得基于提升释放拉力的水平来设定推挤扭矩或推挤扭矩限值。这样的控制限制在挖掘操作早期能够施加的推挤扭矩，并且在提升释放拉力的水平增加时，逐渐地增加在挖掘操作从头到尾能够施加的推挤扭矩。此外，当工业机械的铲斗撞击矿藏时，基于工业机械的部件(例如，铲斗、铲斗杆等)的所确定的加速度来增加(例如，超过正常或标准操作值)最大允许恢复或缩回扭矩。在挖掘操作器件以这种方式控制工业机械的操作限制或消除能够对工业机械的操作寿命具有不利影响的静态和动态向后倾覆力矩和CG偏移。例如，向前和向后静态倾覆力矩涉及诸如所施加的提升和推挤扭矩的工业机械的操作特征。向前和向后动态倾覆力矩涉及例如由铲斗撞击矿藏等导致的在工业机械上的瞬时力或工业机械的特征。

在一个实施例中，本发明提供一种控制工业机械的挖掘操作的方法。工业机械包括铲斗杆和推挤马达驱动装置。该方法包括：确定铲斗杆的角度；将铲斗杆的角度与一个或多个铲斗杆角度限值进行比较；确定提升释放拉力；以及将提升释放拉力与一个或多个提升释放拉力限值进行比较。该方法还包括：基于铲斗杆的角度与一个或多个铲斗杆角度限值的比较和提升释放拉力与一个或多个提升释放拉力限值的比较来对推挤马达驱动装置设定推挤扭矩限值。

在另一实施例中，本发明提供一种工业机械，该工业机械包括铲斗杆、推挤马达驱动装置和控制器。铲斗杆被连接到铲斗。推挤马达驱动装置被构造成向推挤马达提供一个或多个控制信号，并且推挤马达可操作用以向铲斗杆提供力，以使铲斗杆朝向矿藏移动或移动远离矿藏。控制器被连接到推挤马达驱动装置，并被构造用于：确定铲斗杆的角度；将铲斗杆的角度与一个或多个铲斗杆角度限值进行比较；确定提升释放拉力；和将提升释放拉力与一个或多个提升释放拉力限值进行比较。控制器还被构造用于基于铲斗杆的角度与一个或多个铲斗杆角度限值的比较和提升释放拉力与一个或多个提升释放拉力限值的比较来对推挤马达驱动装置设定推挤扭矩限值。

在另一个实施例中，本发明提供一种控制工业机械的挖掘操作的方法。该方法包括：确定与工业机械相关联的提升释放拉力；基于所确定的工业机械的提升释放拉力来确定用于推挤驱动装置的推挤扭矩限制值；以及将推挤驱动装置的推挤扭矩限值设置成推挤扭矩限制值，以将与推挤操作相关联的扭矩限制到该推挤扭矩限制值。

本发明的其它方面通过考虑详细描述和附图将会变得显而易见。

附图说明

图1示意根据本发明的实施例的工业机械。

图2示意根据本发明的实施例的工业机械的控制器。

图3示意根据本发明的实施例的工业机械的数据记录系统。

图4示意根据本发明的实施例的工业机械的控制系统。

图5-9示意用于控制根据本发明的实施例的工业机械的流程。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解，本发明的应用不限于以下说明书中阐述或附图中示意的结构细节和部件布置。本发明能够具有其它实施例并可以其它方式实践或实施。此外，应理解，本文所采用的措辞和术语是为说明的目的，而不应认为是限制。本文中“包括”、“包含”、“具有”以及其变型的使用意思是包含此后列出的项目和其等同物以及另外的项目。术语“安装”、“连接”、“联接”广泛地被使用并且包含直接和间接安装、连接和联接。此外，“连接”和“联接”不管是直接还是间接，不限于物理或机械连接或联接，并且可以包括电连接或联接。此外，电子通讯和通知可使用包括直接连接、无线连接等的任何已知方式来实施。

应该注意的是，多个硬件和基于软件的装置以及多个不同的结构部件可用来实施本发明。此外，如随后段落中描述，附图中所示的具体构造旨在例示本发明的实施例，并且其它替代构造是可能的。除非另作说明，术语“处理器”、“中央处理单元”以及“CPU”是可互换的。这里术语“处理器”或“中央处理单元”或“CPU”被用作标识实施具体功能的单元，应该理解的是，除非另作说明，这些功能能够通过单个处理器或以任何方式布置的多个处理器，包括并行处理器、串行处理器、串联处理器或云处理/云计算构造来实施。

本文描述的本发明涉及与基于工业机械的提升力或提升释放拉力动态控制工业机械的一个或多个推挤扭矩限值相关联的系统、方法、装置以及计算机可读介质。诸如电动绳索挖掘机或类似的采矿机械的工业机械可操作用以执行挖掘操作，以从矿藏移除有效载荷(即材料)。当工业机械挖掘到矿藏中时，由铲斗与矿藏撞击而导致的作用在工业机械上的力或推挤扭矩和提升释放拉力的相对值能够沿向后方向在工业机械上产生倾覆力矩和重心(“CG”)偏移。CG偏移的量值取决于例如容许推挤扭矩或推挤扭矩限值对提升释放拉力的水平的比以及工业机械在铲斗与矿藏撞击之后消散一个或多个推挤马达的动能的能力。作为CG偏移的结果，工业机械经受能够对工业机械的操作寿命造成不利影响的周期结构疲劳和应力。为了减少工业机械经受的向后倾覆力矩和CG沿向后方向偏移的范围，工业机械的控制器动态地将推挤扭矩限制到相对于提升释放拉力的水平的最佳值，并且还基于工业机械的部件(例如，铲斗、铲斗杆等)的被确定的加速度动态地增加最大容许缩回扭矩或推挤缩回扭矩(例如，超过标准操作值)。在挖掘操作期间以这种方式控制工业机械的操作减少或消除工业机械的静态和动态的向后倾覆力矩和CG偏移。

虽然本文描述的本发明能够应用到各种工业机械(例如绳索挖掘机、索斗铲、AC机械、DC机械、液压机械等)、由各种工业机械实施或与各种工业机械结合使用，但本文描述的本发明的实施例是相对于诸如图1中所示的动力挖掘机10的电动绳索挖掘机或动力挖掘机描述的。挖掘机10包括移动基座15、驱动履带20、转台25、机械甲板30、悬臂35、下端40、滑轮45、拉索50、背撑条55、撑条结构60、铲斗70、一根或多根提升绳75、绞盘鼓筒80、铲斗臂或杆85、鞍状块90、枢转点95、传动单元100、释放销(bail pin)105、倾斜计110以及滑轮销115。在一些实施例中，本发明能够应用到包括例如致动推挤运动的单腿杆、操纵杆(例如管状操纵杆)或液压缸的工业机械。

移动基座15由驱动履带20支承。移动基座15支承转台25和机械甲板30。转台25能够绕机械甲板30相对于移动基座15旋转360度。悬臂35在下端40被可枢转地连接到机械甲板30。悬臂35通过锚固到支柱结构60的背撑条55的拉索50而被保持成相对于甲板向上和向外延伸。支柱结构60刚性地安装在机械甲板30上，并且滑轮45被可旋转地安装在悬臂35的上端上。

铲斗70通过提升绳75而从悬臂35悬挂。提升绳75缠绕在滑轮45上且在释放销105处附连到铲斗70。提升绳75被锚固到机械甲板30的绞盘鼓筒80。当绞盘鼓筒80旋转时，提升绳75被放出以降低铲斗70或被拉进以提升铲斗70。铲斗杆85还被刚性地附连到铲斗70。铲斗杆85被可滑动地支承在鞍状块90中，并且鞍状块90在枢转点95处被可枢转地安装到悬臂35。铲斗杆85包括在其上的齿条齿型构，该齿条齿型构接合安装在鞍状块90中的驱动小齿轮。驱动小齿轮通过电动马达和传动单元100来驱动，以相对于鞍状块90延伸或缩回铲斗臂85。

电源被安装到甲板30，以向用于驱动绞盘鼓筒80的一个或多个提升电动马达、用于驱动鞍状块传动单元100的一个或多个推挤电动马达以及用于转动转台25的一个或多个摆动电动马达提供电力。推挤、提升和摆动马达中的每一个均能够由其自身的马达控制器驱动或响应来自控制器的控制信号来驱动，如下所述。

图2示意与图1的动力挖掘机10相关联的控制器200。控制器200与挖掘机10的各个模块或部件电连接和/或通信连接。例如，所示控制器200被连接到一个或多个指示器205、用户界面模块210、一个或多个提升马达和提升马达驱动装置215、一个或多个推挤马达和推挤马达驱动装置220、一个或多个摆动马达和摆动马达驱动装置225、数据存储或数据库230、功率供应模块235、一个或多个传感器240以及网络通信模块245。控制器200包括其中可操作用以控制动力挖掘机10的操作、控制悬臂35、铲斗臂85、铲斗70等的位置、致动一个或多个指示器205(例如液晶显示器["LCD"])、监视挖掘机10的操作等的硬件和软件的组合。其中，所述一个或多个传感器240包括负载销应变计、倾斜计110、吊架销(gantry pin)、一个或多个马达现场(field)模块等。负载销应变计包括例如沿X方向(例如水平地)定位的一组应变计和沿Y方向(例如垂直地)定位的一组应变计，使得能够确定作用在负载销上的合力。在一些实施例中，除了推挤马达驱动装置外，能够使用推挤驱动装置(例如用于单腿杆、操纵杆、液压缸等的推挤驱动装置)。

在一些实施例中，控制器200包括提供电力、操作控制和保护控制器200和/或挖掘机10内的部件和模块的多个电气和电子部件。例如，其中，控制器200包括处理单元250(例如微处理器、微控制器或其它合适可编程装置)、存储器255、输入单元260和输出单元265。其中，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(图2中示为一组寄存器)，并且使用诸如改进的哈佛体系结构(Harvard architecture)、冯·诺伊曼体系结构等的已知计算机体系结构来实施。处理单元250、存储器255、输入单元260、输出单元265以及被连接到控制器200的各个模块通过一条或多条控制和/或数据总线(例如公用总线285)连接。为示例目的，控制和/或数据总线在图2中概括地示出。鉴于本文所描述的本发明，一条或多条控制和/或数据总线用于各个模块和部件之间的互相联络和相互连接对于本领域技术人员而言是众所周知的。在一些实施例中，控制器200部分地或完全地在半导体(例如，现场可编程门阵列["FPGA"]半导体)芯片上实现，所述半导体芯片诸如通过寄存器传输级("RTL")设计过程开发的芯片。

存储器255包括例如程序储存区和数据储存区。程序储存区和数据储存区可以包括不同类型的存储器的组合，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)、电可擦可编程只读存储器("EEPROM")、闪存、硬盘、SD卡或其它合适的磁性、光学、物理或电子存储器装置。处理单元250被连接到存储器255并执行可以被存储在存储器255的RAM(例如在执行期间)、存储器255的ROM(例如在大体永久基础上)或诸如其它存储器或磁盘的其它非暂时性计算机可读介质中的软件指令。包括在挖掘机10的实施中的软件可以被储存在控制器200的存储器255中。所述软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、筛选程序、规则、一个或多个程序模块以及其它可执行指令。其中，控制器200被构造成从存储器取回并执行涉及本文描述的控制流程和方法的指令。在其它结构中，控制器200包括另外的、更少的或不同的部件。

网络通信模块245被构造成连接到网络290并且通过网络290通信。在一些实施例中，设施网络例如是广域网("WAN")(例如基于TCP/IP的网络、蜂窝式网络，诸如例如全球移动通信系统["GSM"]网络、通用分组无线业务["GPRS"]网络、码分多址["CDMA"]网络、演进数据优化["EV-DO"]网络、增强型数据速率GSM演进["EDGE"]网络、3GSM网络、4GSM网络、数字增强无绳通信["DECT"]网络、数字AMPS["IS-136/TDMA"]网络或集成数字增强型网络["iDEN"]网络等)。

在其它实施例中，网络290例如是采用诸如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等的任何各种通信协议的局域网("LAN")、邻域网("NAN")、家庭网络("HAN")或个人局域网("PAN")。由网络通信模块245或控制器200通过网络290进行通信能够使用一个或多个加密技术来保护，诸如那些在基于端口的网络安全、预共享密钥、可扩展认证协议("EAP")、有线等效保密("WEP")、临时密钥完整性协议("TKIP")、Wi-Fi保护访问("WPA")等的IEEE 802.1标准中提供的技术。网络通信模块245和网络290之间的通信例如是有线连接、无线连接或无线和有线连接的组合。类似地，控制器200和网络290或网络通信模块245之间的通信是有线连接、无线连接或无线和有线连接的组合。在一些实施例中，控制器200或网络通信模块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"]、电子集成驱动器["IDE"]等)，用于传输、接收或存储与挖掘机10或挖掘机10的操作相关联的数据。

功率供应模块235向控制器200或挖掘机10的其它部件或模块提供额定AC或DC电压。功率供应模块235例如由具有100V和240V AC之间的额定线电压和大约50-60Hz的频率的电源供电。功率供应模块235还被构造成提供较低电压，以操作控制器200或挖掘机10内的电路和部件。在其它结构中，控制器200或挖掘机10内的其它部件和模块由一个或多个电池或电池组，或其它不依赖电网的电源(例如发电机、太阳能板等)供电。

用户界面模块210用来控制或监视动力挖掘机10。例如，用户界面模块210可操作地联接到控制器200，以控制铲斗70的位置、悬臂35的位置、铲斗杆85的位置、传动单元100等。用户界面模块210包括实现对挖掘机10进行期望水平的控制和监视所需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、第二显示器等)和输入装置，诸如触摸屏显示器、多个旋钮、表盘、开关、按钮等。显示器例如是液晶显示器("LCD")、发光二极管("LED")显示器、有机LED("OLED")显示器、电致发光显示器("ELD")、表面传导电子发射体显示器("SED")、场致发射显示器("FED")、薄膜晶体管("TFT")LCD等。用户界面模块210还能够被构造成实时或大致实时地显示与动力挖掘机10相关联的状态或数据。例如，用户界面模块210被构造成显示所测量的动力挖掘机10的电特征、动力挖掘机10的状况、铲斗70的位置、铲斗杆85的位置等。在一些实施方式中，联合控制用户界面模块210和一个或多个指示器205(例如LEDs、扬声器等)，以提供动力挖掘机10的状态或状况的视觉或听觉指示。

与上述挖掘机10相关联的信息和数据还能够被储存、记录、处理并被分析，以实施本文描述的控制方法和流程，或随时监视挖掘机10的运行和性能。例如，图3示出用于挖掘机10的数据记录和监视系统300。该系统包括数据采集("DAQ")模块305、控制装置310(例如控制器200)、数据记录器或记录仪315、驱动装置320、第一用户界面325、网络290、数据中心330(例如关系数据库)、远程计算机或服务器335、第二用户界面340以及报告数据库345。例如，DAQ模块305被构造成从一个或多个负载销(例如吊架负载销350)接收模拟信号，将该模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号传送给控制装置310处理。控制装置310还从驱动装置320接收信号。在所示实施例中的驱动装置是马达和马达驱动装置320(例如提升马达和/或驱动装置、推挤马达和/或驱动装置、摆动马达和/或驱动装置等)，所述马达和马达驱动装置将其中涉及马达RPM、马达电流、马达电压、马达功率等的信息提供给控制装置310。在一些实施例中，驱动装置320是在挖掘机10的操作员驾驶室中的一个或多个操作员控制件(例如操纵杆)。控制装置310被构造成使用由DAQ模块305和驱动装置320以及与挖掘机10的操作相关联的其它传感器和监视装置提供的信息和数据来确定例如挖掘机10的倾覆力矩(例如向前或向后)、CG偏移(即CG的平移距离)、用电量(例如吨数/千瓦小时)、每小时移动的材料吨数、周期时间、填充系数、有效载荷、铲斗杆角度、铲斗位置等。在一些实施例中，用来采集、处理、分析和记录与挖掘机10相关联的信息和数据的工业机械监视和控制系统诸如威斯康星州，密尔沃基的P&H采矿设备公司生产和销售的系统。

第一用户界面325能够用于实时监视由控制装置310接收的信息和数据，或访问储存在数据记录器或记录仪315中的信息。由控制装置310采集、计算和/或确定的信息随后被提供到数据记录器或记录仪315。在所示意的实施例中，数据记录器或记录仪315、控制装置310、驱动装置320和DAQ模块被包含在挖掘机10内。在其它实施例中，这些装置的一个或多个装置能够位于远离挖掘机10处。在实施本文所述的控制方法和流程(例如控制挖掘操作)期间，由控制装置310确定的挖掘机10的倾覆力矩(例如向前或向后)、CG偏移(即CG的平移距离)、用电量(例如吨数/千瓦小时)、每小时移动的材料吨数、周期时间、填充系数等还能够被控制装置310使用。

数据记录器或记录仪315被构造成储存来自控制装置310的信息并将所储存的信息提供给远程数据中心330进一步储存和处理。例如，数据记录器或记录仪315通过网络290将所储存的信息提供给数据中心330。以上参照图2描述了网络290。在其它实施例中，来自数据记录器或记录仪315的数据能够使用一个或多个便携式储存装置(例如通用串行总线["USB"]闪存盘、安全数码["SD"]卡等。)手动地传送到数据中心。数据中心330储存通过网络290从数据记录器或记录仪315接收的信息和数据。储存在数据中心330的信息和数据能够被远程计算机或服务器335访问，用于处理和分析。例如，远程计算机或服务器335能够被构造成通过执行与诸如的数值计算环境相关联的指令来处理和分析所储存的信息和数据。处理和分析过的信息和数据能够被编译并被输出到报告数据库345来存储。例如，报告数据库345能够存储来自数据中心330的基于小时、时段、日、星期、月、年、操作、位置、部件、工作周期、挖掘周期、操作员、开采的材料、矿藏环境(例如硬边角)、有效载荷等的信息和数据报告。储存在报告数据库345中的报告能够被用来确定挖掘机10上特定铲操作的效果、监视挖掘机10的操作寿命和损害、确定生产力趋势等。第二用户界面340能够被用来访问储存在数据中心330中的信息和数据，使用数值计算环境来处理信息和数据，或访问一个或多个储存在报告数据库345中的报告。

图4示意用于动力挖掘机10的更详细控制系统400。例如，动力挖掘机10包括主控制器405、网络交换机410、控制箱415、辅助控制箱420、操作员驾驶室425、第一提升驱动模块430、第二提升驱动模块435、推挤驱动模块440、摆动驱动模块445、提升现场模块450、推挤现场模块455和摆动现场模块460。控制系统400的各个部件由例如使用用于工业自动化的一个或多个网络协议的光纤通信系统连接并通过该光纤通信系统通信，所述光纤通信系统诸如过程现场总线("PROFIBUS")、以太网、控制网、基金会现场总线、INTERBUS、控制器局域网("CAN")总线等。控制系统400能够包括以上参照图2所述的部件和模块。例如，一个或多个提升马达和/或驱动装置215对应于第一和第二提升驱动模块430和435，一个或多个推挤马达和/或驱动装置220对应于推挤驱动模块440，并且一个或多个摆动马达和/或驱动装置225对应于摆动驱动模块445。用户界面210和指示器205能够被包括在操作员驾驶室425等中。负载销应变计、倾斜计110和吊架销能够将电信号提供到主控制器405、控制箱415、辅助控制箱420等。

第一提升驱动模块430、第二提升驱动模块435、推挤驱动模块440和摆动驱动模块445能够被构造成从例如主控制器接收控制信号，以控制挖掘机10的提升、推挤和摆动操作。所述控制信号与用于挖掘机10的提升、推挤和摆动马达215、220和225的驱动信号相关联。当驱动信号被施加到马达215、220和225时，马达的输出(例如，电气和机械输出)被监视并被反馈回到主控制器405(例如，经由现场模块450-460)。马达的输出包括例如马达速度、马达转矩、马达功率、马达电流等。基于与挖掘机10相关联的这些和其它信号(例如，来自倾斜计110的信号)，主控制器405被构造成确定或计算挖掘机10或其部件的一个或多个操作状态或位置。在一些实施例中，主控制器405确定铲斗位置、铲斗杆角度或位置、提升绳包角、提升马达每分钟转数("RPM")，推挤马达RPM、铲斗速度、铲斗加速度等。

上述挖掘机10的控制器200和控制系统400被用来实施挖掘机10的智能挖掘控制("IDC")。IDC被用来动态地控制提升和推挤力的施加，以在挖掘操作期间增加挖掘机10的生产率、最小化挖掘机10的重心("CG")偏移、减少挖掘机的向前和向后倾覆力矩，并减少挖掘机10的各个部件(例如移动基座15、转台25、机械甲板30、下端40等)上的结构疲劳。

例如，IDC被构造成基于其中铲斗70或铲斗杆85的位置和当前或目前的提升释放拉力水平动态地改变最大容许推挤扭矩，以限制挖掘机10的向前和/或向后倾覆力矩。此外，IDC被构造成当铲斗70撞击矿藏时，基于例如铲斗70的确定的加速度动态地改变容许推挤缩回扭矩(即在推挤方向上的减速扭矩、负推挤扭矩或再生扭矩)，以减少推挤马达速度。

IDC能够被分成本文称为平衡推挤控制("BCC")和撞击推挤控制("ICC")的两个控制操作。BCC和ICC能够通过例如控制器200或挖掘机10的主控制器405一前一后地或单独地执行。BCC被构造成在提升释放拉力低时限制推挤力，以减少挖掘机10的静态倾覆力矩。当铲斗70在开始挖掘操作之前处于卷起位置时，提升释放拉力通常是低的，并且随后当铲斗70撞击和穿透矿藏时增加。推挤力通常在铲斗杆85延伸以维持或增加矿藏穿透时增加。在挖掘周期中的这样的时间点处，挖掘机10易于受到由通过铲斗杆85向后扩散的过度推挤反作用力引起的悬臂顶升(jacking)的影响。悬臂顶升能够导致悬臂吊绳50中的张力减少，并且能够增加与从前到后或向后倾覆力矩相关联的CG偏移。BCC和ICC被构造成一起或单独地实施，以在挖掘操作期间减少或最小化向后CG偏移并减少或消除悬臂顶升以及减少从吊绳50移除的负载量。通过减少或消除悬臂顶升并保持吊绳50中的张力，从前到后或向后的CG偏移(例如沿水平方向的偏移)被减小或最小化。

参照图5-8的流程500示意用于挖掘机10的IDC的实施方式。在图5-8中提供的本发明的实施例中，IDC包括BCC和ICC两者。虽然参照流程500结合地描述BCC和ICC，但是BCC和ICC每个均能够在挖掘机10或其它工业机械中单独地实施。在一些实施例中，与ICC的周期时间(例如10ms周期时间)相比，使用更慢的周期时间(例如100ms周期时间)来执行BCC。在一些实施例中，周期时间在执行流程500期间能够动态地变化或改变。

流程500与挖掘操作和在挖掘操作期间施加的提升和推挤力相关联，并且在本文中关于挖掘操作和在挖掘操作期间施加的提升和推挤力描述流程500。流程500例示IDC的实施例，并且该流程500能够通过控制器200或主控制器405来执行。关于流程500在此描述的各个步骤能够同时地、并行地或以不同于所示连续执行方式的次序执行。还能够使用比所示意的实施例中示出的更少的步骤来执行流程500。例如，一个或多个函数、公式或算法能够被用于基于提升释放拉力水平来计算期望推挤扭矩限值，而非使用多个阈值比较。另外，在一些实施例中，诸如缓变率(参见步骤620)和阈缩回因子("TRF")(参见步骤575)的数值具有固定值或存储值并且不必设定。在这样的情形中，对于这样的数值的设定步骤能够从流程500删去。使用一个或多个传感器240(例如一个或多个倾斜计、一个或多个旋转变压器、一个或多个驱动模块、一个或多个现场模块、一个或多个转速计等)来实现流程500的涉及例如确定铲斗杆角度、确定推挤扭矩、确定提升释放拉力、确定推挤速度等的步骤，能够使用由控制器200执行的指令来处理和分析所述传感器240，以确定挖掘机10的特征的数值。如上所述，能够使用诸如系统的系统来完成这样的步骤。

流程500从BCC开始。其中，BCC能够关于硬边角(hard toes)增加铲的挖掘能力、增加铲斗填充因子、防止铲斗从硬边角弹开、在挖掘周期早期维持矿藏穿透力、减少在矿藏中失速的可能性并使挖掘机的总体操作平稳。例如，在没有BCC的情况下，在挖掘矿藏的边角时可用的推挤扭矩的量能够抵着地面推动铲斗70并取消一部分的施加的提升释放拉力或完全停止提升。另外，通过在挖掘周期早期增加挖掘机10的有效性和在硬边角环境中穿透矿藏的能力，操作员能够为挖掘机10建立平台。当挖掘机10从平台操作时，挖掘机10不向上挖掘，并且能够在直接朝向矿藏的方向上最大化铲斗70的动量。

图5和6示意用于IDC的流程500的BCC部分。在步骤505，确定推挤扭矩比。推挤扭矩比表示推挤扭矩的标准操作值对一个或多个推挤马达220被操作或限制的扭矩的比，如下所述。例如，推挤扭矩比可以用0-1之间的小数值来表示。可替代地，推挤扭矩比可以表示为对应于具体小数值(例如0.5)的百分比(例如50％)。接着确定铲斗杆85的角度(步骤510)。如果，在步骤515，铲斗杆85的角度在第一角度限值("ANGLE1")和第二角度限值("ANGLE2")之间，则流程500进行到步骤520。如果铲斗杆85的角度不在ANGLE1和ANGLE2之间，则流程500返回到步骤510，在步骤510再次确定铲斗杆85的角度。ANGLE1和ANGLE2可以采用在关于水平轴线或平行于挖掘机10位于其上的表面延伸的平面(例如，铲斗杆85的水平位置)例如大约20°和大约90°之间的数值。在其它实施例中，可以使用分别地小于或大于20°或者小于或大于90°的用于ANGLE1和ANGLE2的数值。例如，ANGLE1可以具有大约10°的数值，并且ANGLE2可以具有大约90°的数值。ANGLE1和ANGLE2用于限定其中IDC有效的操作范围。在一些实施例中，ANGLE1和ANGLE2关于铲斗杆85的水平平面或水平位置在大约0°和大约90°的范围内。

在步骤520，确定一个或多个推挤马达220的推挤扭矩。推挤扭矩在铲斗杆85被推动远离挖掘机10(例如，朝向矿藏)时具有正值而在铲斗杆被朝向挖掘机10(例如，远离矿藏)拉动时具有负值。例如，推挤扭矩值的正负独立于一个或多个推挤马达220的旋转方向。例如，导致铲斗杆85朝向矿藏推挤的一个或多个推挤马达220的旋转被认为是正旋转速度，并且导致铲斗杆85朝向挖掘机10缩回的一个或多个推挤马达220的旋转被认为是负旋转速度。如果一个或多个推挤马达220的旋转速度是正的(即大于0)，则铲斗杆85朝向矿藏推挤。如果一个或多个推挤马达220的旋转速度是负的(即小于0)，则铲斗杆85朝向挖掘机10缩回。然而，一个或多个推挤马达220的推挤扭矩能够在延伸铲斗杆85时是负的，并且能够在缩回铲斗杆85时是正的。如果，在步骤525，推挤扭矩是负的，则该流程返回到步骤510，在步骤510再次确定铲斗杆85的角度。如果，在步骤525，推挤速度是正的，则流程进行到步骤530。在其它实施例中，挖掘机10的不同的特征(例如推挤马达电流)能够被用来确定例如铲斗杆85是朝向矿藏推挤还是朝向挖掘机10缩回，如上所述。另外地或替代地，铲斗70的运动能够被确定为或者朝向挖掘机10或者远离挖掘机10，在挖掘机10的操作员驾驶室内的一个或多个操作员控制装置能够被用来确定铲斗杆85的运动，与鞍状块90相关联的一个或多个传感器能够被用来确定铲斗杆85的运动等。

在确定铲斗杆85被朝向矿藏推挤之后，确定提升释放拉力的水平(步骤530)。例如基于一个或多个提升马达215的一个或多个特征来确定提升释放拉力的水平。一个或多个提升马达215的特征能够包括马达速度、马达电压、马达电流、马达功率、马达功率因数等。在确定提升释放拉力之后，流程500进行到在图6中示出并参照图6描述的部分B。

在图6中的步骤535，将确定的提升释放拉力与第一提升释放拉力水平或限值("HL1")进行比较。如果确定的提升释放拉力小于或大约等于HL1，则用于推挤延伸操作的推挤扭矩限值被设定成等于第一推挤扭矩限制值("CL1")(步骤540)。记号“Q1”在本文用于推挤延伸操作，以标识挖掘机10的操作模式，在所述操作模式中，一个或多个推挤马达220的扭矩是正的(例如铲斗70被推动远离挖掘机10)并且一个或多个推马达220的速度是正的(铲斗70被移动远离挖掘机10)。在推挤扭矩限值已经在步骤540被设定之后，流程500进行到在图7中示出并参照图7描述的部分C。如果在步骤535提升释放拉力不是小于或大约等于HL1，则将提升释放拉力与第二提升释放拉力水平或限值("HL2")比较(步骤545)，以确定提升释放拉力是否处于HL1和HL2之间。如果所确定的提升释放拉力小于或大约等于HL2且大于HL1，则将推挤扭矩限值Ql设定成等于第二推挤扭矩限制值("CL2")(步骤550)。在推挤扭矩限值已经在步骤550被设定之后，流程500进行到图7中的部分C。如果在步骤545提升释放拉力不是小于或大约等于HL2，则将提升释放拉力与第三提升释放拉力水平或限值("HL3")比较(步骤555)，以确定提升释放拉力是否处于HL2和HL3之间。如果所确定的提升释放拉力小于或大约等于HL3且大于HL2，则将推挤扭矩限值Ql设定成等于第三推挤扭矩限制值("CL3")(步骤560)。在推挤扭矩限值已经在步骤560被设定之后，流程500进行到在图7中的部分C。如果在步骤555提升释放拉力不是小于或大约等于HL3，则将推挤扭矩限值Ql设定成等于第四推挤扭矩限制值("CL4")(步骤565)。在推挤扭矩限值已经在步骤565被设定之后，流程500返回到部分A(图5)中的步骤510，在步骤510再次确定铲斗杆角度。

能够基于例如工业机械的类型、铲的类型或型号等来设定、制定或预先确定第一、二和三提升释放拉力水平HL1、HL2和HL3。作为说明性实例，第一提升释放拉力水平HL1具有标准提升的大约10％的数值(例如一个或多个提升马达220的标准或额定运行功率或扭矩的大约10％)，第二提升释放拉力水平HL2具有标准提升的大约22％的数值，第三提升释放拉力水平HL3具有标准提升的大约50％的数值。在其它实施例中，HLl、HL2、和HL3可以具有不同数值(例如，HLl≈20％,HL2≈40％,HL3≈60％)。然而，与HL1、HL2和HL3呈现的实际数值无关地，限值的相对量值之间的关系保持相同(即HLl<≈HL2<≈HL3)。在本发明的一些实施例中，两个或多于三个提升释放拉力水平被用来设定推挤扭矩限值(例如四个、五个、六个等)。基于期望的控制精度的水平来设定提升释放拉力水平的数目。例如，推挤扭矩设定的逐渐增加能够通过增加实际提升释放拉力与其比较的提升释放拉力水平的数目来实现。在一些实施例中，基于推挤扭矩限值来设定提升释放拉力水平，以确保足够的提升释放拉力被施加到铲斗70，以抵消由推挤扭矩导致的吊绳张力的损失。例如，提升释放拉力水平和推挤扭矩限值被平衡，使得在挖掘操作期间不缺失超过大约30％的吊绳张力。在一些实施例中，如果推挤扭矩相对于提升释放拉力过高，则提升释放拉力能够与推挤扭矩发生冲突，并减小挖掘机10的生产率。

推挤扭矩限值CL1、CL2、CL3和CL4还可以具有各种数值。作为说明性实例，CL1、CL2、CL3和CL4随提升释放拉力增加至多增加到标准推挤扭矩(例如，基于一个或多个推挤马达220的标准操作功率或扭矩的百分比)。在一个实施例中，CL1≈18％、CL2≈54％、CL3≈100％并且CL4≈100％。在其它实施例中，CL1、CL2、CL3和CL4可采用不同的数值。然而，与CL1、CL2、CL3和CL4采用的数值无关地，限值的相对量值之间的关系保持相同(即CLl<≈CL2<≈CHL3<≈CHL4。另外，如上文关于提升释放拉力水平所述，能够使用另外的或更少的推挤扭矩限值。例如，所使用的推挤扭矩限值的数目取决于用于控制挖掘机10的提升释放拉力水平的数目(例如推挤扭矩限值的数目＝提升释放拉力水平的数目+1)。在一些实施例中，推挤扭矩限值被设定为提升释放拉力水平的百分比或比，或被设定为提升释放拉力水平的函数。

在如上述设定推挤扭矩限值之后，流程500进入ICC部分，其中，监视铲斗70或铲斗杆85的加速度(负加速度或减速)，以减轻铲斗撞击矿藏(例如硬边角环境中)的影响并减小挖掘机10的动态倾覆力矩。例如，如果铲斗70在推挤方向上被矿藏(例如硬边角)快速停止，则必须消散一个或多个推挤马达220和推挤传动装置中的动能和旋转惯性。在常规挖掘机中，该动能通过使悬臂顶升来消散，使悬臂顶升导致挖掘机10的向后倾覆力矩和CG偏移。为了防止或减轻向后倾覆力矩，以另一方式消散一个或多个推挤马达220的动能。具体地，ICC被构造成监视例如铲斗70、铲斗杆85等的加速度。当达到超过阈加速度值或缩回因子(以下描述)的加速度(例如负加速度或减速)时，设定参考速度(例如等于0)，并增加一个或多个推挤马达220的最大容许缩回扭矩。虽然铲斗杆85的运动方向不会反转，但是施加到一个或多个推挤马达220的缩回扭矩能够消散一个或多个推挤马达220和推挤传动装置的向前动能。通过消散一个或多个推挤马达220的动能，减少或消除铲斗10在撞击矿藏时的向后倾覆力矩。

图7和8示意用于IDC的流程500的ICC部分。在步骤570，确定阈缩回因子("TRF")。TRF能够例如从存储器(例如存储器255)取得、计算出、手动设定等。TRF可以具有例如在大约-300和大约-25之间的数值。在一些实施例中，不同范围的数值能够用于TRF(例如在大约0和大约-500之间)。负的TRF表示铲斗70的沿负方向(例如朝向挖掘机10)的加速或铲斗70的减速。TFR能够用来确定铲斗70是否已撞击矿藏以及是否应初始化ICC以消散一个或多个推挤马达220和推挤传动装置的动能。在一些实施例中，TRF是与铲斗70、铲斗杆85等的加速度相关联的阈加速度数值。修改TRF控制ICC的敏感度和在铲斗70撞击矿藏时将一个或多个推挤马达220强制到零速度参考值的频率。因为ICC在更低的加速度的情形下更容易被触发，所以设定越敏感，一个或多个推挤马达220就更频繁地被强制成零速度参考值。设定TRF还可以包括设定速度参考值被施加的时间值或时段T。在一些实施例中，时间值T可以被设定成0.1和1.0秒之间的数值。在其它实施例中，时间值T可以被设定成大于1.0秒的数值(例如1.0和2.0秒之间)。时间值T是基于(例如，铲斗70与矿藏的撞击之后的)动态事件的估算的或预期的持续时间的。在一些实施例中，时间值T基于一个或多个操作员对所产生的操作员控制的缺失的容忍度。在TRF已被设定之后，再次确定铲斗杆85的角度(步骤575)。然后将铲斗杆85的角度与第一铲斗杆角度阈值("ANGLE1")和第二铲斗杆角度阈值("ANGLE2")进行比较(步骤580)。第一铲斗杆角度阈值ANGLE1和第二铲斗杆角度阈值ANGLE2可以具有任何各种数值。例如，在一个实施例中，ANGLE1具有关于水平平面(例如，与挖掘机10位于其上的地面平行的平面)大约40°的数值，并且ANGLE2具有关于所述水平平面大约90°的数值(例如，铲斗杆相对于地面垂直)。在一些实施例中，ANGLE1和ANGLE2具有在关于水平平面大约0°和关于水平平面大约90°范围内的不同数值。

如果铲斗杆85的角度大于或近似等于ANGLE1且小于或近似等于ANGLE2，则流程500进行到步骤585。如果铲斗杆85的角度不是大于或近似等于ANGLE1且小于或近似等于ANGLE2，则流程500返回到部分D和步骤575，其中再次确定铲斗杆的角度。在步骤585，控制器200或主控制器405确定推挤扭矩是否为正。如上所述，与铲斗杆85的运动方向无关地，推挤扭矩可以是正的或负的。例如，当铲斗杆85朝向矿藏推挤时，铲斗由于重力而被拉动远离挖掘机10。在这样的情形中，推挤速度是正的(即移动远离挖掘机10)并且推挤扭矩是负的(使由于重力拉动远离挖掘机10的铲斗慢下来)。然而，当铲斗70初始地撞击矿藏时，铲斗杆85可继续向前移动(即推挤速度是正的)，但是现在与矿藏撞击产生的力导致铲斗杆85朝向矿藏推进，以抵抗该反作用力并保持正推挤速度(即推挤扭矩是正的)。如果推挤扭矩是负的，则流程500返回到部分D和步骤575。如果推挤扭矩是正的，则流程500进行到步骤590，其中将推挤扭矩与推挤扭矩阈值进行比较。

推挤扭矩阈值可以被设定为例如标准推挤扭矩的大约30％。在一些实施例中，推挤扭矩阈值大于标准推挤扭矩的大约30％(例如，在标准推挤扭矩的大约30％和大约100％之间)。在其它实施例中，推挤扭矩阈值小于标准推挤扭矩的大约30％(例如，在标准推挤扭矩的大约0％和大约30％之间)。推挤扭矩阈值被设定成足够的数值，以例如限制其中在依然减少挖掘机10的CG偏移的同时实施ICC的情形的数目。如果在步骤590处控制器200确定推挤扭矩不是大于或近似等于推挤扭矩阈值，则流程500返回到部分D和步骤575。如果推挤扭矩大于或近似等于推挤扭矩阈值，则流程500进行到步骤595。在步骤595，控制器确定推挤速度是否为正(例如移动远离挖掘机10)。如果推挤速度不是正的，则流程500返回到部分D和步骤575。如果推挤速度是正的，则确定挖掘机10的加速度(例如负加速度或减速)(步骤600)。挖掘机10的加速度例如是铲斗70的加速度、铲斗杆85的加速度等。加速度是使用例如来自一个或多个传感器240(例如一个或多个旋转变压器)的信号确定的，控制器200能够使用所述信号来计算铲斗70或铲斗杆85的位置、铲斗70或铲斗杆85的速度以及铲斗70或铲斗杆85的加速度。在一些实施例中，所确定的加速度能够被过滤，以防止任何加速度尖峰或测量误差影响ICC的运行。在已确定好加速度之后，流程500转入在图8中示出并参照图8描述的部分E。

参照图8，控制器200确定在流程500的步骤600处确定的加速度是否为负(步骤605)。如果加速度不是负的，则流程500返回到在图5中示出并参照图5描述的部分F和步骤530。如果加速度是负的，则计算缩回因子("RF")(例如减速因子、负加速度因子等)(步骤610)。缩回因子RF被用来确定铲斗70或铲斗杆85的负加速度(即减速)的大小是否足以初始化ICC。在一些实施例中，缩回因子RF被计算为推挤马达扭矩对所确定的加速度的比。在其它实施例中，缩回因子RF被计算为估算扭矩对实际扭矩或预测加速度对实际加速度的比。在一些实施例中，所确定的加速度的平均值可用来计算缩回因子RF。在一些实施例中，RF是与铲斗70、铲斗杆85等的加速度相关联的加速度值。与用来计算缩回因子RF的精确因子无关地，能够将缩回因子RF与阈缩回因子TRF进行比较(步骤615)。如果缩回因子RF大于或近似等于阈缩回因子TRF并小于0，则流程500进行到步骤620。如果缩回因子RF不是大于或近似等于阈缩回因子TRF并小于0，则流程500返回到在图5中示出并参照图5描述的部分F。

在步骤620处，设定缓变率。缓变率例如是预置时间，在该预置时间期间，推挤马达驱动装置或推挤驱动模块440将一个或多个推挤马达220的速度从当前或目前速度值改变到新的速度值。这样，缓变率能够影响挖掘机10对动态事件(例如，铲斗70撞击矿藏)进行阻尼的能力。如果缓变率不适于允许推挤驱动模块440实现期望的速度改变，则挖掘机10不能够正确对动态事件进行阻尼。在一些实施例中，缓变率越高，响应动态事件的速度就越慢。这样，在步骤620处，缓变率被设定成足够小，以确保挖掘机10能够对动态事件进行阻尼。例如，基于马达速度、马达扭矩、铲斗速度、铲斗加速度、推挤驱动装置440的一个或多个限值、一个或多个推挤马达220的一个或多个限值等来设定缓变率。在一些实施例中，缓变率是恒定的(例如，线性的)。在其它实施例中，缓变率能够相对于例如时间、马达速度等动态地变化。

在步骤620之后，设定计数器或另一合适定时器(步骤625)。例如，计数器被设定用以监视或控制新推挤缩回扭矩和速度参考值被设定或施加的次数(如下所述)。在一些实施例中，计数器对处理单元250的每个时钟周期增量，直到其达到预定的或已建立的数值(例如时间值T)。然后在步骤630设定推挤缩回扭矩。

在正常操作期间，一个或多个推挤马达的推挤缩回扭矩被设定成例如标准值或正常操作限值(即100％)的大约90％。然而，在诸如铲斗70撞击矿藏的动态事件期间，正常运行限值的90-100％的缩回扭矩通常不足以消散一个或多个推挤马达220和推挤传动装置的动能，以防止悬臂顶升。这样，在步骤630处，推挤缩回扭矩被设定成超过用于一个或多个推挤马达220的缩回扭矩的标准值或正常操作限值的数值。在一些实施例中，缩回扭矩被设定成缩回扭矩正常操作限值的大约150％。在其它实施例中，缩回扭矩被设定成在缩回扭矩正常操作限值的大约150％和大约100％之间的数值。在又一实施例中，缩回扭矩被设定成大于缩回扭矩正常操作限值的大约150％。在这样的实施例中，缩回扭矩受到例如马达的运行特征的限制(例如，有些马达与其它马达相比能够允许更大的缩回扭矩)。这样，基于一个或多个推挤马达220的特征，缩回扭矩可以被设定成正常操作限值的大约150％和大约400％之间的数值。在一些实施例中，缩回扭矩或推挤扭矩是沿着与所确定的加速度的方向对应的方向设定的。例如，沿负方向(即，朝向铲)的加速度或替代地沿推挤方向(即，远离铲)的减速导致设定推挤扭矩(例如负推挤扭矩、减速扭矩、再生扭矩等)或负马达电流。

在步骤630设置推挤缩回扭矩之后，设定速度参考值(步骤635)。速度参考值是被选择或确定以消散一个或多个推挤马达220和推挤传动装置的动能的一个或多个推挤马达220的期望未来速度(例如，0)。当速度参考值已被设定时，对动态事件(例如，铲斗撞击矿藏)的阻尼被自动执行，以消散一个或多个推挤马达220和推挤传动装置的动能。针对时间值T设定速度参考值(例如，为0)，以消散一个或多个推挤马达220和推挤传动装置的动能，如上所述。在一些实施例中，速度参考值能够是动态的并在时间值T期间改变(例如，线性改变、非线性改变、指数改变等)。在其它实施例中，速度参考值能够是基于例如实际速度与期望速度、估算速度或另一参考速度之间的差的。在步骤635之后，流程500进行到在图9中示出并参照图9描述的部分G。

在图9中的步骤640，将计数器与时间值T进行比较。如果计数器不等于时间值T，则计数器增量(步骤645)并且流程500返回到步骤640。如果，在步骤640，计数器等于时间值T，则将推挤缩回扭矩重新设定回到标准值或马达的正常操作限值内(例如，推挤缩回扭矩<≈100％)(步骤650)，将速度参考值设定成等于操作员的速度参考值(例如，基于诸如操纵杆的控制装置)(步骤655)，并且将缓变率重新设定成用于挖掘机10的操作的标准值(步骤660)。在已重新设定缓变率之后，流程500返回在图5中示出并参照图5描述的部分F。在一些实施例中，控制器200或主控制器405还能够监视铲斗杆85或铲斗70相对于矿藏的位置，并在撞击矿藏之前减慢铲斗杆85或铲斗70的运动，以减少与一个或多个推挤马达220和推挤传动装置相关联的动能。

因此，本发明尤其是提供了用于基于铲斗的提升释放拉力和减速来控制工业机械的一个或多个推挤扭矩限值的系统、方法、装置和计算机可读介质。本发明的各种特征和优势在权利要求书中阐述。

Claims (67)

1.一种控制工业机械的挖掘操作的方法，所述工业机械包括铲斗杆和推挤马达驱动装置，所述方法包括：

确定所述铲斗杆的角度；

将所述铲斗杆的所述角度与一个或多个铲斗杆角度限值进行比较；

确定提升释放拉力；

将所述提升释放拉力与一个或多个提升释放拉力限值进行比较；以及

基于所述铲斗杆的所述角度与所述一个或多个铲斗杆角度限值的比较和所述提升释放拉力与所述一个或多个提升释放拉力限值的比较,对所述推挤马达驱动装置设定推挤扭矩限值，

其中设定推挤扭矩限值包括：当所述提升释放拉力小于或大约等于所述一个或多个提升释放拉力限值中的第一提升释放拉力限值时，将所述推挤扭矩限值设定为第一推挤扭矩限值；以及当所述提升释放拉力大于所述一个或多个提升释放拉力限值中的所述第一提升释放拉力限值时，将所述推挤扭矩限值设定为第二推挤扭矩限值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述提升释放拉力增加时，所述推挤扭矩限值增加。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个铲斗杆角度限值在相对于所述铲斗杆的水平位置的大约零度和大约九十度之间。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二推挤扭矩限值大于所述第一推挤扭矩限值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工业机械是绳索挖掘机。

6.一种工业机械，包括：

铲斗杆，所述铲斗杆与铲斗连接；

推挤马达驱动装置，所述推挤马达驱动装置被构造成向推挤马达提供一个或多个控制信号，所述推挤马达能够操作用以向所述铲斗杆提供力，以使所述铲斗杆朝向矿藏移动或移动远离矿藏，以及

控制器，所述控制器连接到所述推挤马达驱动装置，所述控制器被构造用于

确定所述铲斗杆的角度，

将所述铲斗杆的所述角度与一个或多个铲斗杆角度限值进行比较；

确定提升释放拉力，

将所述提升释放拉力与一个或多个提升释放拉力限值进行比较；以及

基于所述铲斗杆的所述角度与所述一个或多个铲斗杆角度限值的比较和所述提升释放拉力与所述一个或多个提升释放拉力限值的比较，对所述推挤马达驱动装置设定推挤扭矩限值，

其中设定推挤扭矩限值包括：当所述提升释放拉力小于或大约等于所述一个或多个提升释放拉力限值中的第一提升释放拉力限值时，将所述推挤扭矩限值设定为第一推挤扭矩限值；以及当所述提升释放拉力大于所述一个或多个提升释放拉力限值中的所述第一提升释放拉力限值时，将所述推挤扭矩限值设定为第二推挤扭矩限值。

7.根据权利要求6所述的工业机械，其中，当所述提升释放拉力增加时，所述推挤扭矩限值增加。

8.根据利要求6所述的工业机械，其中，所述一个或多个铲斗杆角度限值在相对于所述铲斗杆的水平位置的大约零度和大约九十度之间。

9.根据权利要求6所述的工业机械，其中，所述第二推挤扭矩限值大于所述第一推挤扭矩限值。

10.根据权利要求6所述的工业机械，其中，所述工业机械是绳索挖掘机。

11.一种控制工业机械的挖掘操作的方法，所述方法包括：

确定与所述工业机械相关联的提升释放拉力；

基于所述工业机械的所确定的提升释放拉力来确定推挤驱动装置的推挤扭矩限制值；以及

将所述推挤驱动装置的推挤扭矩限值设定为所述推挤扭矩限制值，以将与推挤操作相关联的扭矩限制到所述推挤扭矩限制值，

其中确定推挤扭矩限值包括：将所确定的提升释放拉力与一个或多个提升释放拉力限值进行比较，以及

其中设定推挤扭矩限值包括：当所确定的提升释放拉力小于或大约等于所述一个或多个提升释放拉力限值中的第一提升释放拉力限值时，将所述推挤扭矩限值设定为第一推挤扭矩限值；和当所确定的提升释放拉力大于所述一个或多个提升释放拉力限值中的所述第一提升释放拉力限值时，将所述推挤扭矩限值设定为第二推挤扭矩限值。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

确定铲斗杆的角度；以及

将所述铲斗杆的所述角度与一个或多个铲斗杆角度限值进行比较。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述一个或多个铲斗杆角度限值在相对于所述铲斗杆的水平位置的大约零度和大约九十度之间。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二推挤扭矩限值大于所述第一推挤扭矩限值。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述推挤扭矩限值是所确定的提升释放拉力的函数。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，当所确定的提升释放拉力增加时，所述推挤扭矩限值增加。

17.一种工业机械，包括：

铲斗杆，所述铲斗杆与铲斗连接；

推挤马达驱动装置，所述推挤马达驱动装置被构造成向推挤马达提供一个或多个控制信号，所述推挤马达能够操作用以向所述铲斗杆提供力，以使所述铲斗杆朝向矿藏移动或移动远离矿藏，以及

控制器，所述控制器连接到所述推挤马达驱动装置，所述控制器被构造用于

确定提升释放拉力，

将所述提升释放拉力与一个或多个提升释放拉力限值进行比较，以及

基于所述提升释放拉力与所述一个或多个提升释放拉力限值的比较，对所述推挤马达驱动装置设定推挤扭矩限值。

18.根据权利要求17所述的工业机械，其中，所述控制器被构造用于确定所述工业机械的状态。

19.根据权利要求18所述的工业机械，其中，所述控制器被构造用于基于所确定的工业机械的状态来设定推挤扭矩限值。

20.根据权利要求19所述的工业机械，其中，所述控制器被构造用于

确定所述铲斗的位置、所述铲斗杆的角度和所述铲斗杆的位置中的一者，以及

基于所确定的所述铲斗的位置、所述铲斗杆的角度和所述铲斗杆的位置中的一者来设定推挤扭矩限值。

21.根据权利要求20所述的工业机械，其中，所述控制器被构造用于

确定所述铲斗杆的角度，以及

基于所述铲斗杆的角度对所述推挤马达驱动装置设定推挤扭矩限值。

22.根据权利要求21所述的工业机械，其中，所述控制器被构造用于

将所述铲斗杆的角度与一个或多个铲斗杆角度限值进行比较，以及

基于所述铲斗杆的角度与所述一个或多个铲斗杆角度限值的比较，对所述推挤马达驱动装置设定推挤扭矩限值。

23.根据利要求22所述的工业机械，其中，所述一个或多个铲斗杆角度限值在相对于所述铲斗杆的水平位置的大约零度和大约九十度之间。

24.根据利要求18所述的工业机械，其中，所述控制器被构造用于确定以下中的一者：所述铲斗的位置、所述铲斗的速度、所述铲斗的加速度、所述铲斗杆的角度、所述铲斗杆的位置、提升绳的包角、提升马达的每分钟转数、以及推挤马达的每分钟转数。

25.根据利要求17所述的工业机械，其中，当所述提升释放拉力增加时，所述推挤扭矩限值增加。

26.根据利要求17所述的工业机械，其中，所述控制器被构造成当所述提升释放拉力小于或大约等于所述一个或多个提升释放拉力限值中的第一提升释放拉力限值时，将所述推挤扭矩限值设定为第一推挤扭矩限值；以及当所述提升释放拉力大于所述一个或多个提升释放拉力限值中的所述第一提升释放拉力限值时，将所述推挤扭矩限值设定为第二推挤扭矩限值。

27.根据权利要求26所述的工业机械，其中，所述第二推挤扭矩限值大于所述第一推挤扭矩限值。

28.根据权利要求17所述的工业机械，其中，所述工业机械包括绳索挖掘机。

29.根据权利要求17所述的工业机械，其中，所述工业机械包括AC工业机械。

30.根据权利要求17所述的工业机械，其中，所述工业机械包括DC工业机械。

31.一种控制工业机械的挖掘操作的方法，所述工业机械包括铲斗和推挤马达驱动装置，所述方法包括：

确定作用在所述铲斗上的力；

基于所确定的作用在所述铲斗上的力，确定所述推挤马达驱动装置的推挤扭矩限制值；以及

利用控制器，将所述推挤马达驱动装置的推挤扭矩限值设定为所述推挤扭矩限制值，以将与推挤操作相关联的扭矩限制到所述推挤扭矩限制值；

其中确定推挤扭矩限值包括：将作用在所述铲斗上的力与一个或多个力限值进行比较；以及

其中设定推挤扭矩限值包括：当作用在所述铲斗上的力小于或大约等于所述一个或多个力限值中的第一力限值时，将所述推挤扭矩限值设定为第一推挤扭矩限值；和当作用在所述铲斗上的力大于所述一个或多个力限值中的所述第一力限值时，将所述推挤扭矩限值设定为第二推挤扭矩限值。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，确定作用在所述铲斗上的力包括确定提升释放拉力。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，将作用在所述铲斗上的力与一个或多个力限值进行比较包括将所述提升释放拉力与一个或多个提升释放拉力限值进行比较，并且其中设定推挤扭矩限值包括基于所述提升释放拉力与所述一个或多个提升释放拉力限值的比较来设定推挤扭矩限值。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，设定推挤扭矩限值包括：当所述提升释放拉力小于或大约等于所述一个或多个提升释放拉力限值中的第一提升释放拉力限值时，将所述推挤扭矩限值设定为第一推挤扭矩限值；以及当所述提升释放拉力大于所述一个或多个提升释放拉力限值中的所述第一提升释放拉力限值时，将所述推挤扭矩限值设定为第二推挤扭矩限值。

35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述第二推挤扭矩限值大于所述第一推挤扭矩限值。

36.根据利要求32所述的方法，其中，当所述提升释放拉力增加时，所述推挤扭矩限值增加。

37.根据权利要求31所述的方法，还包括确定所述工业机械的状态。

38.根据权利要求37所述的方法，其中，设定推挤扭矩限值包括基于所确定的工业机械的状态来设定推挤扭矩限值。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，确定所述工业机械的状态包括确定铲斗位置、铲斗杆角度和铲斗杆位置中的一者，并且其中设定推挤扭矩限值包括基于所确定的铲斗位置、铲斗杆角度和铲斗杆位置中的一者来设定推挤扭矩限值。

40.根据权利要求39所述的方法，其中，确定所述工业机械的状态包括确定所述铲斗杆角度，并且其中设定推挤扭矩限值包括基于所述铲斗杆角度来设定推挤扭矩限值。

41.根据权利要求40所述的方法，还包括将所述铲斗杆角度与一个或多个铲斗杆角度限值进行比较，并且其中设定推挤扭矩限值包括基于所述铲斗杆角度与所述一个或多个铲斗杆角度限值的比较来设定推挤扭矩限值。

42.根据利要求41所述的方法，其中，所述一个或多个铲斗杆角度限值在相对于铲斗杆的水平位置的大约零度和大约九十度之间。

43.根据利要求37所述的方法，其中，确定所述工业机械的状态包括确定以下中的一者：铲斗位置、铲斗杆角度、铲斗杆位置、提升绳包角、提升马达每分钟转数、推挤马达每分钟转数、铲斗速度、以及铲斗加速度。

44.根据权利要求31所述的方法，其中，作用在所述铲斗上的力包括在所述工业机械上产生倾覆力矩的力。

45.根据权利要求31所述的方法，其中，确定作用在所述铲斗上的力包括确定作用在负载销上的力。

46.根据权利要求31所述的方法，其中，确定作用在所述铲斗上的力包括确定吊绳中的张力。

47.一种工业机械，包括：

铲斗；

推挤驱动装置，所述推挤驱动装置被构造成向推挤致动器提供控制信号，所述推挤致动器能够操作用以向所述铲斗提供推挤力以产生推挤运动；以及

控制器，所述控制器连接到所述推挤驱动装置，所述控制器被构造用于

确定作用在所述铲斗上的提升力，

基于所确定的提升力确定推挤力限制值，所述推挤力限制值作为所确定的提升力的函数来确定，以及

将所述推挤驱动装置的推挤力限值设定为所确定的推挤力限制值。

48.根据权利要求47所述的工业机械，其中，所述控制器进一步被构造用于确定所述工业机械的状态。

49.根据权利要求48所述的工业机械，其中，所述控制器进一步被构造用于基于所确定的工业机械的状态来设定推挤力限值。

50.根据权利要求49所述的工业机械，其中，所述控制器进一步被构造用于

确定所述铲斗的位置，以及

基于所确定的所述铲斗的位置来设定推挤力限值。

51.根据利要求48所述的工业机械，其中，所述控制器进一步被构造用于确定以下中的一者：所述铲斗的位置、所述铲斗的速度、所述铲斗的加速度、铲斗杆的角度、铲斗杆的位置、提升绳的包角、提升马达的每分钟转数、以及推挤马达的每分钟转数。

52.根据利要求47所述的工业机械，其中，当所述提升力增加时，所述推挤力限制值增加。

53.根据权利要求47所述的工业机械，其中，所述工业机械包括绳索挖掘机。

54.根据权利要求47所述的工业机械，其中，所述工业机械包括AC工业机械。

55.根据权利要求47所述的工业机械，其中，所述工业机械包括DC工业机械。

56.根据权利要求47所述的工业机械，其中，所述推挤驱动装置是推挤马达驱动装置。

57.根据权利要求56所述的工业机械，其中，所述推挤致动器是推挤马达。

58.根据权利要求47所述的工业机械，其中，作用在所述铲斗上的力包括在所述工业机械上产生倾覆力矩的力。

59.一种控制工业机械的挖掘操作的方法，所述工业机械包括铲斗和推挤驱动装置，所述方法包括：

确定作用在所述铲斗上的力；

基于所确定的作用在所述铲斗上的力，确定所述推挤驱动装置的推挤力限制值；以及

利用控制器，将所述推挤驱动装置的推挤力限值设定为所述推挤力限制值，以将与推挤运动相关联的推挤力限制到所述推挤力限制值，

其中确定推挤力限制值包括：基于作用在所述铲斗上的力确定所述推挤力限制值。

60.根据权利要求59所述的方法，其中，确定作用在所述铲斗上的力包括确定提升释放拉力。

61.根据利要求60所述的方法，其中，当所述提升释放拉力增加时，所述推挤力限制值增加。

62.根据权利要求59所述的方法，进一步包括确定所述工业机械的状态。

63.根据权利要求62所述的方法，其中，设定推挤力限制值包括基于所确定的工业机械的状态来设定推挤力限值。

64.根据利要求63所述的方法，其中，确定所述工业机械的状态包括确定铲斗位置、铲斗杆角度和铲斗杆位置中的一者，并且其中设定推挤力限值包括基于所确定的铲斗位置、铲斗杆角度和铲斗杆位置中的一者来设定推挤力限值。

65.根据权利要求59所述的方法，其中，作用在所述铲斗上的力包括在所述工业机械上产生倾覆力矩的力。

66.根据权利要求59所述的方法，其中，确定作用在所述铲斗上的力包括确定作用在负载销上的力。

67.根据权利要求59所述的方法，其中，确定作用在所述铲斗上的力包括确定吊绳中的张力。