巖石鑽機和下坡驅動的方法

2023-09-24 03:28:55

專利名稱：巖石鑽機和下坡驅動的方法
技術領域：
本發明涉及一種巖石鑽機，其包括設有巖石鑽鑿機器的吊臂，以及壓力介質系統，其具有與之連接的致動器。該巖石鑽機藉助於無內燃機驅動設備移動，所述驅動設備包括至少一個電驅動馬達和位於該驅動馬達和牽引輪之間的動力傳動構件。在轉移驅動中，可以將待被使用的電能充到儲能器中，所述儲能器被包括在電動系統中。在長期下坡驅動中，驅動馬達用作發電機和主制動器，並且控制所產生的電能，用以對儲能器充電。此外，本發明涉及一種用於巖石鑽機的下坡驅動的方法。在本申請的獨立權利要求的前序部分中更詳細描述本發明的領域。·
背景技術：
在礦中，巖石鑽機被用於在計劃好的鑽鑿地點處鑽鑿鑽孔。當鑽孔已被鑽鑿出來時，將巖石鑽機轉移至下一鑽鑿地點，用以鑽鑿新的鑽鑿扇面或鑽鑿面。具體地，在地下礦中，藉助於電動馬達產生的動力來執行轉移驅動是有利的。轉移驅動所需的能量可以存儲在電池中。在礦中，也常常存在沿著向下傾斜的驅動斜坡來驅動巖石鑽機的需求。在大型礦中，下坡驅動甚至可能耗費非常長的時間。在下坡驅動期間，電驅動馬達被連接用作發電機，由該發電機產生的電被用於對電池充電。然而，在長期下坡驅動中，產生如此大量的電能，以致於使得不能將其全部用於對電池充電。因而，巖石鑽機的電動系統對所產生電能進行控制的能力有限，這可以使得更難以實現高效的下坡驅動。

發明內容
本發明的目標在於提供一種新穎且改進的巖石鑽機，以及涉及一種用於巖石鑽機的下坡驅動的方法。根據本發明的巖石鑽機特徵在於，控制單元包括這樣一種控制策略，控制單元根據該控制策略響應於電動系統不足以消耗下坡驅動中所產生的過剩電能而開啟至少一個壓力介質系統，由此能夠藉助於壓力介質系統而有意地提高電能消耗。根據本發明的方法特徵在於，響應對消耗過剩能量的需求而將下坡驅動期間所產生的電能轉化為壓能。思想在於，在下坡驅動中，藉助於被連接用作發電機的電驅動馬達對巖石鑽機進行減速。由此，巖石鑽機的動能被轉化為電能，利用該電能對儲能器進行充電。不能夠被存儲在儲能器中的過剩電能被用於驅動壓力介質系統。因而，一些在減速期間產生的電能轉化為壓能。優勢在於，能夠通過啟動壓力介質系統而有意地增加巖石鑽機的能量消耗。因而，能夠將下坡驅動的驅動速度保持足夠高，因此巖石鑽機的效率是良好的。實施例的思想在於，控制單元包括這樣一種控制策略，根據該控制策略，控制單元對系統消耗在減速中所產生的電能的能力進行考慮來控制下坡驅動的速度。在電動系統不能夠再接收或使用向其提供的更大量電能的情況下，控制系統開始限制巖石鑽機的下坡驅動速度。當以非常低的速度驅動車輛下坡時，在驅動馬達中產生較少電能。實施例的思想在於，考慮所針對的系統的最高電消耗，在下坡驅動中將巖石鑽機的驅動速度最大化。實施例的思想在於，在下坡驅動期間，增加對壓能的需求以增加能量消耗。實施例的思想在於，巖石鑽機包括一種鑽鑿液壓系統，在下坡驅動期間，該鑽鑿液壓系統被控制單元開啟，使得過剩電能能夠被消耗。控制單元可包括用以實施該操作的控制策略。此外，可行的是，在下坡驅動期間開啟被包括在鑽鑿液壓系統中的一個或更多個液壓致動器，因此對液壓動力的需求增加。所述液壓致動器可以例如是撞擊裝置、旋轉裝置、進給裝置、吊臂缸或影響鑽鑿的另一致動器。該應用的優勢在於，能夠藉助於巖石鑽機的現有系統和組件來增加電能消耗。實施例的思想在於，壓力介質系統設有至少一個液壓組件，所述液壓組件能夠在下坡驅動期間被開啟，使得能夠增加壓力介質系統的能量消耗。控制單元可包括實施該操 作的控制策略。該應用提供了一種用以提高壓能消耗的相當簡單和高效的方式。藉助於所述組件，能夠將壓能轉化為熱能。實施例的思想在於，巖石鑽機包括至少一個壓縮空氣系統，在下坡驅動期間所述壓縮空氣系統被控制單元開啟。控制單元可包括實施該操作的控制策略。由於該應用，能夠將過剩電能用於運行一個或更多個壓縮機。所產生的壓縮空氣能夠用於在下坡驅動期間運行致動器。此外，可行的是，在下坡驅動期間，藉助於壓縮空氣來冷卻巖石鑽機的組件或系統中的一個組件或系統。實施例的思想在於，在下坡驅動期間，控制由壓力介質系統產生的壓力介質，用來冷卻被包括在電動系統的至少一個電動組件。巖石鑽機的液壓系統、壓縮空氣系統或這兩個系統可以被布置為用以提供用於冷卻的壓力介質。由於冷卻，能夠增加被包括在電動系統中的組件的載荷。此外，可行的是，使用所產生的壓力流體和壓縮空氣來冷卻巖石鑽機的通常的運行制動器。實施例的思想在於，該巖石鑽機包括液體冷卻系統，用於冷卻被包括在電動系統中的一個或更多個電動組件。控制單元能夠開啟該液體冷卻系統用於下坡驅動。由於該液體冷卻系統，能夠增加被包括在電動系統中的組件的載荷。實施例的思想在於，巖石鑽機包括液體冷卻系統，利用該液體冷卻系統能夠冷卻電動系統的組件。此外，壓力介質系統被布置成用以在下坡驅動期間冷卻液體冷卻系統的冷卻液體。實施例的思想在於，控制單元控制被連接至壓力介質系統的一個或更多個致動器，以在下坡驅動期間開啟所述一個或更多個致動器。即使不存在對致動器的正常運行的需要，也故意開啟所述致動器，以提高能量消耗。實施例的思想在於，電動系統包括至少一個電動制動電阻，在下坡驅動中能夠向所述電動制動電阻提供所產生的過剩電能。因而，在對儲能器進行充電之後剩餘的過剩電能能夠被轉化為制動電阻中的熱能。制動電阻是增加在系統中的電消耗的相當簡單的方式。制動電阻的進一步優勢是其良好的載荷容量。實施例的思想在於，電動系統包括一個或更多個制動電阻，所述制動電阻能夠在下坡驅動期間與其額定載荷相比短暫地過載。控制單元或其中的載荷監測裝置可設有允許所述過載的控制策略。該應用提高了系統的動態性。實施例的思想在於，產生的壓能被存儲在一個或更多個壓力儲蓄器中。隨後，可在移動載體或在操作壓力介質驅動致動器時利用該存儲的壓能。壓力儲集器允許提高巖石鑽機的能量效率。


將在附圖中更詳細地解釋本發明的一些實施例，其中圖I是示意性示出被驅動至鑽鑿地點的巖石鑽機的側視圖；圖2示意性示出具有電驅動馬達的驅動設備，該電驅動馬達通過防滑機械驅動傳動裝置而連接至牽引輪；圖3示意性示出第二種驅動設備，其中電動馬達運行液壓驅動傳動裝置； 圖4示意性示出一些壓力介質系統和液體冷卻系統；並且圖5示意性示出關於控制下坡驅動的一些方面。在附圖中，為了清晰起見，以簡化方式示出一些實施例。在附圖中，利用相同附圖標記指示類似部件。
具體實施例方式圖I示出可行的巖石鑽機1，其具有可移動載體2，該可移動載體2具有一個或更多個吊臂3a、3b，所述吊臂3a、3b配備有鑽鑿單元4。鑽鑿單元4可包括進給橫梁5，該進給橫梁5具有能夠藉助於進給裝置7而在進給橫梁5上移動的巖石鑽鑿機器6。巖石鑽鑿機器6可包括用於在工具9上產生衝擊脈衝的撞擊裝置8，和用於旋轉工具9的旋轉裝置10。此外，巖石鑽鑿機器可包括衝洗裝置。圖中示出的吊臂3a和布置在其中的鑽鑿單元4旨在用於在坑道的坑面11或在對應的鑽鑿地點中鑽鑿鑽孔。可替代地，吊臂和在其上的鑽鑿單元可以被設計用於在巖洞的洞頂和洞壁中鑽鑿扇形的鑽孔。此外，巖石鑽機I可包括設有錨固裝置12的吊臂3b，該錨固裝置12也包括巖石鑽鑿機器6。巖石鑽機I可包括一個或更多個液壓系統13，液壓系統13包括液壓泵34、液壓通道、液壓罐和必要的控制裝置，諸如閥等。此外，可將一個或更多個液壓致動器連接至液壓系統13。液壓系統13可能是鑽鑿液壓系統，移動吊臂3a、3b以及巖石鑽鑿機器6所必需的致動器15連接至所述鑽鑿液壓系統。巖石鑽機I還包括一個或更多個控制單元C，所述控制單元C被布置為用以控制巖石鑽機I的上述系統。控制單元C可以是計算機或相應的控制裝置，所述計算機或相應的控制裝置包括處理器、可編程邏輯電路或任何其它適合用於該目的的控制裝置，可將至少一個控制策略設定給所述控制單元C，所述控制單元C根據控制策略獨立地或與操作員協作地實施控制。在鑽鑿地點P，利用巖石鑽機I鑽鑿一個或更多個鑽孔。當已經完成確定用於鑽鑿地點P的任務時，將巖石鑽機I從鑽鑿地點P轉移驅動到新的鑽鑿地點或者其它地方，例如進行維護的地點。在大型礦中，也存在沿著長距離的向下傾斜驅動斜坡驅動巖石鑽機I的其它需要。巖石鑽機I設有驅動設備6，其完全不包括內燃機，即其是無內燃機的設備。代替地，驅動設備16包括一個或更多個電動馬達M，其產生轉移驅動中所需的動力。可將電動馬達M連接至變速箱17，旋轉動力通過軸或相應的傳動構件18而從變速箱17傳遞至一個或更多個輪子19。可以將轉移驅動所需的能量充到儲能器B中，所述儲能器B例如可以是電池或電池組。驅動設備16可另外地包括一個或更多個控制裝置S和一個或更多個制動電阻20。驅動設備16因此包括影響轉移驅動的多個電動組件K。此外，巖石鑽機I可設有液體冷卻系統21，通過該液體冷卻系統21可以冷卻被包括在驅動設備16中的電動組件K。圖2示出驅動設備6和一種用於在下坡驅動的減速期間將動能轉化為電能的布置。在驅動設備16中，可通過防滑傳動路徑22將電動馬達M直接連接至變速箱17，變速箱17可以在驅動方向上並且相應地在相反方向上包括一個、兩個或更多個檔位。可藉助於軸23將旋轉扭矩從變速箱17傳遞至輪軸24。在軸23和24之間，可以存在角驅動裝置25等。在該情況下，在車輪19和電動馬達M之間存在機械防滑傳動。電動馬達M還被用於減速，在該情形中，當沿著礦中的驅動斜坡向下驅動巖石鑽機時，馬達M用作發電機並且將載體2的動能轉化成電能。所產生的電能被充到儲能器B中並且因而被再生。不能夠被利用的過剩電能可以被轉化成制動電阻20中的熱能。驅動設備16還包括控制裝置S，該控制裝置S可包括變頻器，通過該變頻器，在驅動期間和在減速期間都能夠無級地控制電動馬達M的旋轉。控制裝置S還可包括用於控制電驅動系統中的電流的其它必要的電控裝置。控制·裝置S可包括，例如用於將儲能器B和制動電阻20連接至電驅動系統的控制設備。控制裝置S的運行由控制單元C控制。在本申請中，「變頻器」指的是一種控制構件，能夠通過所述控制構件以無級的方式控制電驅動馬達的轉速。變頻器可以是逆變器或其可以是DC/AC轉換器，其控制電動馬達的運行。圖2以虛線示出另一可替換應用，其中以防滑方式將電驅動馬達直接連接至傳動構件。左側的軸24連接有輪子專用電動輪轂馬達M1，其可以連接有所需的變速箱。此外，可以藉助於一個共有的電驅動馬達M2將旋轉扭矩提供給軸24。控制單元C不僅可以控制電驅動系統，而且還可以控制一個或更多個壓力介質系統V的運行。壓力介質系統V可包括液壓系統13和壓縮空氣系統50。控制單元C可包括控制泵、控制構件和這些系統的致動器。此外，控制系統C包括監測系統，該監測系統監測電驅動系統中所產生的電能、電能的消耗以及儲能器的充電水平和其接收能量的容量。在監測的基礎上，控制單元C能夠控制儲能器B的充電，並且在下坡驅動期間使用壓力介質系統V，以增加電消耗。通過圖2更明白的是，控制單元C也可控制液體冷卻系統21的運行。液體冷卻系統21可包括多個冷卻迴路26a-26d,驅動傳動裝置的一個或更多個電動組件K連接至每條迴路。冷卻迴路26可設有一個或更多個閥或相應的控制構件27，通過所述閥或控制構件27可以影響冷卻迴路26中的液體流動。控制單元C可控制這些控制構件27，使得將實現根據冷卻策略的冷卻。還可以的是，控制液體冷卻系統21的泵28，由此可以增加或降低冷卻液體在系統中的流動。此外,液體冷卻系統21包括至少一個冷卻單元29，通過該至少一個冷卻單元29將熱能傳遞離開冷卻液體，即冷卻液體被冷卻。冷卻單元29可包括傳統類型的散熱器和用於增強冷卻的鼓風機。可替代地，冷卻單元29可包括熱交換器，通過該熱交換器將熱能從冷卻液體傳遞至另一液體，諸如液壓系統的液體。此外，可行的是，冷卻單元29包括熱泵，該熱泵具有壓縮機，利用該壓縮機能夠將熱能從冷卻液體傳遞到另一液體中，或者傳遞至室外空氣。控制單元C還可控制冷卻單元29的運行，使得能夠影響冷卻液體的溫度。當有必要時，可以對冷卻液體進行預冷卻。圖3示出驅動設備16的可替換應用，其中電動馬達M被布置為用以運行液壓泵30，並且所產生的液壓動力驅動被連接至變速箱17的液壓馬達31。因此，涉及的是液壓驅動傳動裝置。被包括在驅動設備中的電動馬達M在下坡驅動時能夠被用作制動器。然後，由液壓泵30產生的液壓壓力運行電動馬達，所述電動馬達被連接為用以在下坡驅動期間用作發電機。因此，電動馬達M產生電能，能夠利用該電能對儲能器充電。能夠通過開啟巖石鑽機的電驅動系統，尤其是液壓系統13和壓縮空氣系統50來消耗過剩電能。圖3還以虛線示出液壓馬達31和變速箱的另一選擇的液壓輪轂馬達H1，和驅動軸24的液壓馬達H2。圖4不出巖石鑽機I的壓力介質系統V和冷卻系統。鑽鑿液壓系統13可包括馬達33、泵34、通道35、液壓罐36和控制設備37，用於將液壓流體引導至與該系統連接的吊臂3a的致動器15、進給裝置7和巖石鑽鑿機器6。此外，液壓系統13可包括液壓迴路51，當期望增加液壓系統13中的能量消耗時，能夠通過控制單元C開啟該液壓迴路51。液壓迴路51可包括一個或更多個液壓組件52，其導致壓力損失並且其能夠被控制單元C控制。 組件52可以是例如節流閥、閥門，諸如流量控制閥、液壓馬達或另一個液壓致動器。因此，為了提高液壓動力的消耗，控制單元C可使用一個或更多個鑽鑿致動器或另一個致動器，或者其可向著節流閥或類似的組件52引導液壓壓力。此外，可行的是，在壓力儲蓄器53中存儲液壓能。此外，可啟動壓縮空氣系統50，因此驅動壓縮機54的電動馬達55消耗電驅動系統中所產生的過剩電能。由壓縮機54產生的空氣射流可用於冷卻驅動設備的制動電阻26或者另一組件K。圖4還示出液體冷卻系統21和液壓系統13之間可以存在熱交換器32，其允許熱能在系統之間傳遞。因此，可以在兩個液體系統之間平衡熱載荷。該圖還示出了實施例的極度簡化，其中通過連接裝置46將冷卻系統21連接至液壓系統13，由此可以使用液壓流體作為冷卻液體。圖4還示出可以通過溫度傳感器L來監測驅動設備16的電動組件K的溫度，可將該溫度傳感器L的傳感器數據傳遞至用於控制冷卻系統21的控制單元C。圖5示出驅動設備、電驅動系統和壓力介質系統在下坡驅動期間的操作的極度簡化視圖。已結合其它視圖的解釋並且還在報告各實施例的說明書的開始部分介紹了在圖中示出的各方面。雖然該巖石鑽機的驅動設備完全無內燃機，但是巖石鑽機的載體可具有備用動力單元，其可能包括內燃機。該內燃機驅動發電機以產生電能。然而，備用動力單元不被包括在驅動設備中，並且僅旨在用在特殊情況下使用，例如當電池電量用盡或受損時使用。在一些情況下，同樣可以與其它特徵無關地使用本申請中公開的特徵。另一方面，有必要的話，可組合本申請中公開的特徵以形成各種組合。附圖和相關描述僅旨在例證本發明的思想。本發明的細節可在權利要求書的範圍內變化。
權利要求
1.一種巖石鑽機，其包括 可移動載體(2)； 用於執行所述巖石鑽機(I)的轉移驅動的無內燃機驅動設備(16)，所述驅動設備(16)包括至少一個電驅動馬達(M)和動力傳動構件(18 ),所述動力傳動構件(18 )位於所述驅動馬達(M)和至少一個牽引輪(19)之間； 電動系統，所述電動系統包括至少一個儲能器(B)，所述轉移驅動中所使用的電能能夠被充到所述至少一個儲能器(B)中； 至少一個壓力介質系統(V)，在所述壓力介質系統(V)中，壓力介質的壓力和流動利用至少一個泵(34、54)產生，所述至少一個泵(34、54)由至少一個電動馬達(33、55)驅動，所述至少一個電動馬達(33、55)連接到所述電動系統； 至少一個吊臂(3a、3b)，所述吊臂(3a、3b)能夠相對於所述載體(2)移動，並且所述吊臂(3a、3b)設有巖石鑽鑿機器(6)； 至少一個控制單元(C)，所述至少一個控制單元(C)包括用於控制所述系統的至少一種控制策略； 並且其中，所述驅動馬達(M)在長期下坡驅動中用作發電機和主制動器； 並且其中，所述控制單元(C)監測所述電動系統，並且所述控制單元(C)控制下坡驅動中所產生的電能，用以對所述儲能器(B)進行充電； 其特徵在於 所述控制單元(C)包括這樣一種控制策略,根據所述控制策略,所述控制單元(C)響應於所述電動系統不足以消耗下坡驅動中所產生的過剩電能而開啟至少一個壓力介質系統(V)，由此能夠藉助於所述壓力介質系統來有意地提高電能消耗。
2.根據權利要求I所述的巖石鑽機，其特徵在於 所述控制單元(C)包含這樣一種控制策略,根據所述控制策略,所述控制單元(C)對所述系統消耗減速中所產生的電能的能力進行考慮而控制下坡驅動的速度。
3.根據權利要求I或2所述的巖石鑽機，其特徵在於 所述巖石鑽機(I)包括鑽鑿液壓系統(13);並且 所述控制系統(C)包含這樣一種控制策略，在下坡驅動期間，所述控制系統(C)根據所述控制策略而開啟所述鑽鑿液壓系統(13)，用以消耗過剩電能。
4.根據前述權利要求中的任一項所述的巖石鑽機，其特徵在於 所述壓力介質系統(V)設有導致壓力損失的至少一個液壓組件(52);並且所述控制單元(C)被布置成用以在下坡驅動期間開啟所述組件(52)，由此增加所述壓力介質系統(V)的能量消耗。
5.根據前述權利要求中的任一項所述的巖石鑽機，其特徵在於 所述巖石鑽機(I)包括至少一個壓縮空氣系統(50 );並且 所述控制單元(C)包含這樣一種控制策略，所述控制單元(C)根據所述控制策略而在下坡驅動期間開啟所述壓縮空氣系統(50 )。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的巖石鑽機，其特徵在於 所述控制單元(C)被布置成用以在下坡驅動期間控制由所述壓力介質系統(V)產生的壓力介質，以冷卻被包括在所述電動系統中的至少一個電動組件(K)。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的巖石鑽機，其特徵在於 所述巖石鑽機(I)包括至少一個液體冷卻系統(21 )，用以冷卻被包括在所述電動系統中的至少一個電動組件(K);並且 所述控制單元(C)為了下坡驅動而開啟所述液體冷卻系統(21)。
8.根據權利要求7所述的巖石鑽機，其特徵在於 所述壓力介質系統(V)被布置成用以在下坡驅動期間冷卻所述液體冷卻系統(21)的冷卻液體。
9.根據前述權利要求中的任一項所述的巖石鑽機，其特徵在於 所述控制單元(C)被布置成用以在下坡驅動期間開啟至少一個壓力介質驅動致動器(7、8、10、15)，以增加能量消耗，由此開啟所述致動器，而不需要由所述致動器提供任何基本操作，其中所述至少一個壓力介質驅動致動器(7、8、10、15)被連接到至少一個壓力介質系統(V、13)。
10.根據前述權利要求中的任一項所述的巖石鑽機，其特徵在於 所述電動系統包括至少一個電動制動電阻(20)，用於將所述下坡驅動中所產生的過剩電能轉化為熱能。
11.一種用於巖石鑽機的下坡驅動的方法，所述方法包括 沿向下傾斜的驅動表面轉移驅動僅設有電驅動設備的巖石鑽機(1)，因此屬於所述巖石鑽機(I)的勢能作為動能的形式被釋放； 主要地僅利用被包括在所述驅動設備(16)中的至少一個電驅動馬達(M)來在長期下坡驅動期間對所述巖石鑽機(I)的運動進行減速，所述電驅動馬達被連接為用以在下坡驅動的時期段內用作發電機，由此將所述巖石鑽機(I)的動能轉化為電能；以及 將所述下坡驅動期間所產生的電能充到至少一個儲能器(B)中，所述至少一個儲能器(B)被包括在所述巖石鑽機(I)的電動系統中； 其特徵在於 響應於消耗過剩能量的需要，將下坡驅動期間所產生的電能轉化為壓能。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於 在下坡驅動期間增加對於壓能的需求，以增加能量消耗。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於 開啟鑽鑿液壓系統(13)，以增加能量消耗。
14.根據權利要求12或13所述的方法，其特徵在於 在下坡驅動期間，同時開啟涉及所述巖石鑽機(I)的基本操作的多個系統，而不需要這些系統的基本操作或作用。
15.根據權利要求11-14中的任一項所述的方法,其特徵在於 將在對所述儲能器(B)進行充電之後剩餘的過剩電能轉化為所述制動電阻(20)中的熱能。
16.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於 在下坡驅動期間，允許所述制動電阻(20)與其額定載荷相比短暫地過載。
17.根據權利要求11-16中的任一項所述的方法,其特徵在於 對所針對的所述系統的最大電消耗進行考慮，最大化所述巖石鑽機(I)在下坡驅動中的驅動速 度。
全文摘要
本發明涉及一種巖石鑽機和用於巖石鑽機的下坡驅動的方法。所述巖石鑽機(1)包括電驅動設備(16)，該電驅動設備(16)的驅動馬達(M)在長期下坡驅動中起主制動器的作用。因而，所述驅動馬達將動能轉化為電能，通過所述電能對儲能器(B)充電。為了消耗過剩電能，開啟液壓系統(13)或壓縮空氣系統(50)。由電動馬達(33、55)驅動液壓泵(34)和壓縮機(54)。
文檔編號B60L11/18GK102947114SQ201180025316
公開日2013年2月27日 申請日期2011年5月24日 優先權日2010年5月25日
發明者尤卡·奧薩拉, 尤哈·皮波寧, 亞爾諾·庫伊蒂寧, 鐵莫·涅米 申請人:山特維克礦山工程機械有限公司