取料機(jī)三維體積速率控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制料堆取料機(jī)的取料速率的三維體積(3D volume)速率控制方法和裝置，并且特別地但不排他地涉及應(yīng)用于回轉(zhuǎn)斗輪(slewing bucket-wheel)取料機(jī)的這樣的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]回轉(zhuǎn)斗輪取料機(jī)是在鐵礦石和煤炭行業(yè)中使用的最常見(jiàn)的取料機(jī)類(lèi)型。取料機(jī)的另一種常見(jiàn)類(lèi)型是橋式取料機(jī)。
[0003]斗輪取料機(jī)是高成本的礦山資產(chǎn)。單個(gè)機(jī)器的成本可能超過(guò)3000萬(wàn)美元，與之配套的堆場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施增加了顯著的成本。在取料機(jī)生產(chǎn)率中的相對(duì)小的改進(jìn)將對(duì)業(yè)務(wù)提供顯著的經(jīng)濟(jì)利益。作為能夠?qū)崿F(xiàn)的經(jīng)濟(jì)利益的一個(gè)例子在下面給出:
[0004]200千噸(kt)在10，000噸每小時(shí)(tph)下的船舶裝載時(shí)間為20小時(shí)。
[0005]2.5%的取料速率提高(10，000噸每小時(shí)到10，250噸每小時(shí))將船舶裝載時(shí)間減少約30分鐘。
[0006]基于每年300天的機(jī)器生產(chǎn)天數(shù)，這相當(dāng)于在機(jī)器運(yùn)行時(shí)間減少150小時(shí)。
[0007]持續(xù)提高速率將提供>5000噸每天的機(jī)器生產(chǎn)增加。
[0008]基于每年300天的機(jī)器使用天數(shù)，這相當(dāng)于每年超過(guò)150萬(wàn)噸的生產(chǎn)機(jī)會(huì)。
[0009]回轉(zhuǎn)斗輪取料機(jī)以下列方式操作。如圖2所示，料堆以一系列“臺(tái)階(Benches)”的方式被取料，其中每個(gè)臺(tái)階限定一層料堆。每層的高度取決于斗輪尺寸，典型的臺(tái)階高度等于斗輪半徑(5.0米)，而最大的臺(tái)階高度是直徑的0.65倍(6.5米)。如圖2所示，取料機(jī)在先前堆積的料堆頂部臺(tái)階處開(kāi)始，并通過(guò)在料堆的整個(gè)面上回轉(zhuǎn)(擺動(dòng))斗輪而以一系列的徑向切削對(duì)所述臺(tái)階取料。
[0010]在每個(gè)切削面的端部時(shí)，取料機(jī)向前行駛(步進(jìn))一個(gè)短的距離(對(duì)于5.0米斗輪通常是1.0米)，然后開(kāi)始下一切削。在面切削過(guò)程中的取料速率通過(guò)調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度而控制。在挖掘全高度的臺(tái)階面時(shí)，在沿切削面的任何點(diǎn)處以立方米每秒表示的用于取料速率的一般公式是:
[0011]面高度(米)X面切削深度(米)X徑向回轉(zhuǎn)速度(米每秒)。
[0012]其中:面切削深度=余弦(回轉(zhuǎn)角)X步進(jìn)距離
[0013]實(shí)際速率將取決于在斗輪面處的料堆形狀。
[0014]絕大多數(shù)斗輪取料機(jī)都配有基于功率的取料速率控制器?；诠β实娜×纤俾士刂破鞯玫交谒龆份喭诰蚬β实碾[含取料速率。
[0015]取料是為了通過(guò)傳輸系統(tǒng)將產(chǎn)品從料堆移動(dòng)到目的地而進(jìn)行的，所述目的地?zé)o論是火車(chē)、輪船或其他料堆。
[0016]一般地，移動(dòng)產(chǎn)品的最低成本是通過(guò)在傳輸設(shè)備支持的最大速率下傳輸產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的。傳輸設(shè)備支持的最大速率是由最大體積速率確定的。例如:
[0017]1.對(duì)于帶式運(yùn)送機(jī)的最大傳輸速率通常是被在不溢出所述帶邊緣的情況下能夠處理的體積所限制的。
[0018]2.對(duì)于傳輸槽的最大傳輸速率是被能夠通過(guò)所述溜槽而不阻塞的體積所限制的。
[0019]雖然體積通常是限制因素，目前的取料速率控制器使用隱含的取料重量速率控制器(以噸每小時(shí)的方式控制)?，F(xiàn)有技術(shù)的取料速率控制器的一個(gè)缺點(diǎn)是無(wú)法根據(jù)體積控制取料速率。這是由于無(wú)法測(cè)定在斗輪處的體積速率而導(dǎo)致的。無(wú)法控制體積速率意味著它們不能達(dá)到最大的傳輸體積速率。
[0020]雖然體積通常是對(duì)運(yùn)輸設(shè)備的限制因素，存在重量也是一個(gè)限制因素的情況。例如，輸送機(jī)支架可能具有優(yōu)先于(overrides)帶式輸送機(jī)本身的體積限制的重量限制。在這些情況下，最大傳輸效率是通過(guò)保持一致的傳輸速率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前的取料速率控制器在速率波動(dòng)方面表現(xiàn)不佳。這是由于它們不能基于隱含的測(cè)量技術(shù)精確地測(cè)量取料速率。這將在下面的部分中進(jìn)一步解釋。
[0021]在有對(duì)在低速率下取料的需求的情況下，現(xiàn)有的速率控制器的不精確速率測(cè)量導(dǎo)致不正確的速率和高的速率波動(dòng)?；诠β实乃俾士刂破髟诘腿×纤俾氏聼o(wú)法確定料堆邊緣，因而常常需要操作員的干預(yù)以設(shè)置固定的取料回轉(zhuǎn)范圍限制。
[0022]由于在料堆面切削的外回轉(zhuǎn)區(qū)域的低切削深度，對(duì)于在用單個(gè)較長(zhǎng)切削清理脊部之前的幾個(gè)切削，提早地完成所述切削是有利的。這種做法被稱(chēng)為“清理操作”的“華爾茲舞步”(‘Waltz Step’ of 'Clean-Up Pass’ )。然而“華爾茲舞步‘取料很少用于基于功率的速率控制器，這主要是由于它們?cè)诋?dāng)前面與外脊之間的切削深度上的階躍變化過(guò)程中不能充分地控制速率。
[0023]當(dāng)前的取料速率控制系統(tǒng)使用隱含的方法來(lái)測(cè)量取料速率，包括挖掘能量(斗輪電流)或挖掘力(斗輪扭矩)。所達(dá)到的取料速率取決于斗輪挖掘效率(立方米每單位能量/力)，其受一系列的參數(shù)影響，包括:
[0024].產(chǎn)品類(lèi)型(特別是顆粒大小)
[0025]?產(chǎn)品礦物成分(礦體的礦井和斷面(mine and sect1n of ore body))
[0026].產(chǎn)品密度(源產(chǎn)品的變化)
[0027].水分含量(來(lái)自雨或塵埃抑制噴霧劑)
[0028].二次加工(粉碎、篩分和混合的組合)
[0029]?不同產(chǎn)品的斗輪切削效率
[0030].順時(shí)針與逆時(shí)針的斗輪切削效率對(duì)比
[0031].由于磨損的斗輪切削效率
[0032].產(chǎn)品壓實(shí)(自堆積之后的時(shí)間)
[0033].堆積模式
[0034].無(wú)負(fù)載電流/扭矩漂移
[0035].非線性的負(fù)載速率關(guān)系
[0036]由于料堆的狀態(tài)是未知的，因此不可能對(duì)這些因素提供補(bǔ)償。這導(dǎo)致小于最佳的取料速率。提高取料機(jī)生產(chǎn)率的努力被取料速率的測(cè)量誤差限制。
[0037]各種系統(tǒng)試圖通過(guò)使用單點(diǎn)或二維(2D)雷達(dá)傳感器提高隱含取料速率的精確性。這些系統(tǒng)可以共同被稱(chēng)為“預(yù)測(cè)速率控制器”。預(yù)測(cè)速率控制器使用二維雷達(dá)掃描儀來(lái)預(yù)測(cè)將要被斗輪獲取的近似體積。基于預(yù)測(cè)體積的系統(tǒng)執(zhí)行料堆表面的垂直取向二維掃描，第三維度由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供。二維掃描器位于在斗輪前面的位置處。
[0038]利用二維雷達(dá)掃描儀的現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)測(cè)速率控制器的一個(gè)例子是由Indurad(德國(guó))作為“斗輪挖掘機(jī)預(yù)測(cè)切削控制器”銷(xiāo)售的系統(tǒng)。所述控制器被描述為對(duì)客戶提供“預(yù)測(cè)體積流量信息和操作員協(xié)助”的益處。
[0039]在現(xiàn)有的預(yù)測(cè)系統(tǒng)中使用的雷達(dá)掃描儀基于77GHz的車(chē)輛防撞雷達(dá)單元。視場(chǎng)(FOV)角分辨率(通常為4度)與目標(biāo)距離精確度(通常為± 150mm)的組合導(dǎo)致無(wú)法測(cè)量料堆面體積，特別是當(dāng)斗輪切削深度小于I米(1.0m)時(shí)。
[0040]在取料操作的過(guò)程中，在斗輪周?chē)牧隙褏^(qū)域隨著產(chǎn)品被移除會(huì)崩塌和流動(dòng)。取料速率的精確測(cè)量需要在鄰接斗輪的區(qū)域中的體積被連續(xù)地測(cè)量。預(yù)測(cè)體積掃描系統(tǒng)的二維特性意味著由斗輪取料的實(shí)際體積不能被測(cè)量。相反，所述取料體積是預(yù)測(cè)的。由于產(chǎn)品流動(dòng)的料堆崩塌和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有被測(cè)量。
[0041]預(yù)測(cè)體積系統(tǒng)通常在手動(dòng)操作的取料機(jī)中用于操作員協(xié)助，或用作隱含(電流/轉(zhuǎn)矩)取料速率控制器的理論(前饋)速度。雖然預(yù)測(cè)體積系統(tǒng)提高了隱含速率控制器的性能，所述控制性能仍然受到與標(biāo)準(zhǔn)隱含速率控制器相同的因素的影響。
[0042]用于堆積機(jī)和取料機(jī)的三維激光掃描的現(xiàn)有技術(shù)使用在歐洲專(zhuān)利EP1278918中描述，還被公開(kāi)為US 2005/0246133。此現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)在下文中被稱(chēng)為P2。
[0043]為了控制取料機(jī)的移動(dòng)到面對(duì)(facing up)位置并且為了在取料過(guò)程中確定斗輪的回轉(zhuǎn)范圍，在P2中所描述的系統(tǒng)掃描料堆以確定料堆形狀。
[0044]P2尋求克服的問(wèn)題之一是在使用二維掃描儀時(shí)發(fā)生的料堆模型中的不精確，其中料堆的形狀最初通過(guò)斗輪裝置和二維掃描儀的測(cè)量操作而確定，然后在移除或堆積過(guò)程開(kāi)始之后，控制器計(jì)算臨時(shí)的料堆模型。
[0045]然而，這種二維系統(tǒng)不能檢測(cè)出在斗輪裝置的操作過(guò)程中發(fā)生的料堆形狀的變化，例如，由于降雨和自然下滑過(guò)程之類(lèi)，以及由移除過(guò)程本身觸發(fā)的滑動(dòng)或下滑。P2通過(guò)使用三維激光掃描儀掃描料堆以獨(dú)立于斗輪裝置的操作確定實(shí)際的料堆形狀而克服了這些問(wèn)題。在P2中