控制工業機械的挖掘操作的制作方法

控制工業機械的挖掘操作的制作方法
【專利摘要】控制工業機械的挖掘操作。用于控制包括鏟斗和推擠驅動裝置的工業機械的挖掘操作的系統、方法、裝置和計算機可讀介質。一種方法，包括：確定與工業機械相關聯的加速度；基于該加速度確定推擠縮回因子；將推擠縮回因子與閾推擠縮回因子進行比較；以及基于推擠縮回因子與閾推擠縮回因子的比較來設定一段時間內的推擠驅動裝置的推擠速度參考值和推擠縮回扭矩。
【專利說明】控制工業機械的挖掘操作
[0001] 本申請是申請日為2011年8月31日、申請號為201180071748. 5(國際申請號為 PCT/US2011/049946)、發明名稱為"控制工業機械的挖掘操作"的發明專利申請的分案申 請。
[0002] 相關申請的交叉引用
[0003] 本申請要求2011年4月29日提交的在先提交的共同待審查美國臨時專利申請第 61/480,603號的權益，其全部內容通過引用而并入本文。

【技術領域】
[0004] 本發明設及控制諸如電動繩索挖掘機或動力挖掘機的工業機械的挖掘操作。

【背景技術】
[0005] 諸如電動繩索挖掘機或動力挖掘機、索斗伊等的工業機械被用來執行從例如礦藏 中移除材料的挖掘操作。在困難的采礦環境中（例如，硬邊角環境），向外推擠伊斗桿（即， 使伊斗桿平移遠離工業機械）成撞擊礦藏能夠導致伊斗意外停止。伊斗的意外停止能夠接 著導致懸臂頂升。懸臂頂升是整個懸臂由于過度的推擠反作用力而反沖。由伊斗意外停止 引起的懸臂頂升或反沖導致工業機械沿向后方向傾斜（即，傾覆力矩或重屯、["CG"]偏移遠 離礦藏）。該樣的傾覆力矩在工業機械上引起周期應力，該能夠導致焊接開裂或其它應變。 工業機械沿向前或者向后方向傾斜的程度影響工業機械經受的結構疲勞。限制工業機械的 最大向前和/或向后傾覆力矩和CG偏移因此能夠增加工業機械的操作壽命。


【發明內容】

[0006] 因而，本發明提供工業機械的控制，使得控制在挖掘操作過期間使用的推擠和提 升力，W防止或限制工業機械的向前和/或向后傾覆力矩。例如，減少CG偏移量，W減少工 業機械上的結構疲勞（例如，在移動基座、轉臺、機械甲板、下端等上的結構疲勞）并增加工 業機械的運行壽命。相對于提升力（例如，提升釋放拉力化oist bail pull))控制推擠 力（例如，推擠扭矩或推擠扭矩限值），使得基于提升釋放拉力的水平來設定推擠扭矩或推 擠扭矩限值。該樣的控制限制在挖掘操作早期能夠施加的推擠扭矩，并且在提升釋放拉力 的水平增加時，逐漸地增加在挖掘操作從頭到尾能夠施加的推擠扭矩。此外，當工業機械的 伊斗撞擊礦藏時，基于工業機械的部件（例如，伊斗、伊斗桿等）的所確定的加速度來增加 (例如，超過正常或標準操作值）最大允許恢復或縮回扭矩。在挖掘操作器件W該種方式控 制工業機械的操作限制或消除能夠對工業機械的操作壽命具有不利影響的靜態和動態向 后傾覆力矩和CG偏移。例如，向前和向后靜態傾覆力矩設及諸如所施加的提升和推擠扭矩 的工業機械的操作特征。向前和向后動態傾覆力矩設及例如由伊斗撞擊礦藏等導致的在工 業機械上的瞬時力或工業機械的特征。
[0007] 在一個實施例中，本發明提供一種控制工業機械的挖掘操作的方法。所述工業機 械包括伊斗桿、伊斗和推擠馬達驅動裝置。所述方法包括；確定伊斗桿的角度；和將伊斗桿 的角度和一個或多個伊斗桿角度限值進行比較。所述方法還包括；確定與伊斗相關聯的加 速度；基于該加速度確定推擠縮回因子；和將推擠縮回因子與闊推擠縮回因子進行比較。 接著基于伊斗桿的角度與一個或多個伊斗桿角度限值的比較W及推擠縮回因子與闊推擠 縮回因子的比較來設定推擠馬達驅動裝置的推擠速度參考值。
[000引在另一實施例中，本發明提供一種包括伊斗桿、推擠馬達驅動裝置和控制器的工 業機械。伊斗桿被連接到伊斗。推擠馬達驅動裝置被構造成用W向推擠馬達提供一個或多 個控制信號，并且推擠馬達可操作用W向伊斗桿提供力，W使伊斗桿朝向礦藏移動或移動 遠離礦藏。控制器被連接到推擠馬達驅動裝置，并被構造用W確定與伊斗相關聯的加速度、 基于加速度確定推擠縮回因子、將推擠縮回因子與闊推擠縮回因子進行比較，和基于縮回 因子與闊縮回因子的比較來對推擠馬達驅動裝置設定推擠速度參考值。
[0009] 在另一實施例中，本發明提供一種控制工業機械的挖掘操作的方法。該工業機械 包括伊斗和推擠驅動裝置。所述方法包括；確定與工業機械相關聯的加速度；基于所述加 速度確定推擠縮回因子；將推擠縮回因子與闊推擠縮回因子進行比較；W及基于推擠縮回 因子與闊推擠縮回因子的比較來對推擠驅動裝置設定推擠速度參考值。
[0010] 本發明的其它方面通過考慮詳細描述和附圖將會變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1示意根據本發明的實施例的工業機械。
[0012] 圖2示意根據本發明的實施例的工業機械的控制器。
[0013] 圖3示意根據本發明的實施例的工業機械的數據記錄系統。
[0014] 圖4示意根據本發明的實施例的工業機械的控制系統。
[0015] 圖5-9示意用于控制根據本發明的實施例的工業機械的流程。

【具體實施方式】
[0016] 在詳細解釋本發明的任何實施例之前，應理解，本發明的應用不限于W下說明書 中闡述或附圖中示意的結構細節和部件布置。本發明能夠具有其它實施例并可W其它方式 實踐或實施。此外，應理解，本文所采用的措辭和術語是為說明的目的，而不應認為是限制。 本文中"包括"、"包含"、"具有及其變型的使用意思是包含此后列出的項目和其等同物 W及另外的項目。術語"安裝"、"連接"、"聯接"廣泛地被使用并且包含直接和間接安裝、連 接和聯接。此外，"連接"和"聯接"不管是直接還是間接，不限于物理或機械連接或聯接，并 且可W包括電連接或聯接。此外，電子通訊和通知可使用包括直接連接、無線連接等的任何 已知方式來實施。
[0017] 應該注意的是，多個硬件和基于軟件的裝置W及多個不同的結構部件可用來實施 本發明。此外，如隨后段落中描述，附圖中所示的具體構造旨在例示本發明的實施例，并且 其它替代構造是可能的。除非另作說明，術語"處理器"、"中央處理單元"W及"CPU"是可 互換的。該里術語"處理器"或"中央處理單元"或"CPU"被用作標識實施具體功能的單元， 應該理解的是，除非另作說明，該些功能能夠通過單個處理器或W任何方式布置的多個處 理器，包括并行處理器、串行處理器、串聯處理器或云處理/云計算構造來實施。
[001引本文描述的本發明設及與基于工業機械的提升力或提升釋放拉力動態控制工業 機械的一個或多個推擠扭矩限值相關聯的系統、方法、裝置w及計算機可讀介質。諸如電動 繩索挖掘機或類似的采礦機械的工業機械可操作用W執行挖掘操作，W從礦藏移除有效載 荷（即材料）
[0019] 當工業機械挖掘到礦藏中時，由伊斗與礦藏撞擊而導致的作用在工業機械上的力 或推擠扭矩和提升釋放拉力的相對值能夠沿向后方向在工業機械上產生傾覆力矩和重屯、 ("CG")偏移。CG偏移的量值取決于例如容許推擠扭矩或推擠扭矩限值對提升釋放拉力的 水平的比W及工業機械在伊斗與礦藏撞擊之后消散一個或多個推擠馬達的動能的能力。作 為CG偏移的結果，工業機械經受能夠對工業機械的操作壽命造成不利影響的周期結構疲 勞和應力。為了減少工業機械經受的向后傾覆力矩和CG沿向后方向偏移的范圍，工業機械 的控制器動態地將推擠扭矩限制到相對于提升釋放拉力的水平的最佳值，并且還基于工業 機械的部件（例如，伊斗、伊斗桿等）的被確定的加速度動態地增加最大容許縮回扭矩或推 擠縮回扭矩（例如，超過標準操作值）。在挖掘操作期間W該種方式控制工業機械的操作減 少或消除工業機械的靜態和動態的向后傾覆力矩和CG偏移。
[0020] 雖然本文描述的本發明能夠應用到各種工業機械（例如繩索挖掘機、索斗伊、AC 機械、DC機械、液壓機械等）、由各種工業機械實施或與各種工業機械結合使用，但本文描 述的本發明的實施例是相對于諸如圖1中所示的動力挖掘機10的電動繩索挖掘機或動力 挖掘機描述的。挖掘機10包括移動基座15、驅動履帶20、轉臺25、機械甲板30、懸臂35、下 端40、滑輪45、拉索50、背撐條55、撐條結構60、伊斗70、一根或多根提升繩75、絞盤鼓筒 80、伊斗臂或桿85、鞍狀塊90、樞轉點95、傳動單元100、釋放銷化ail pin) 105、傾斜計110 W及滑輪銷115。在一些實施例中，本發明能夠應用到包括例如致動推擠運動的單腿桿、操 縱桿（例如管狀操縱桿）或液壓缸的工業機械。
[0021] 移動基座15由驅動履帶20支承。移動基座15支承轉臺25和機械甲板30。轉 臺25能夠繞機械甲板30相對于移動基座15旋轉360度。懸臂35在下端40被可樞轉地 連接到機械甲板30。懸臂35通過錯固到支柱結構60的背撐條55的拉索50而被保持成相 對于甲板向上和向外延伸。支柱結構60剛性地安裝在機械甲板30上，并且滑輪45被可旋 轉地安裝在懸臂35的上端上。
[0022] 伊斗70通過提升繩75而從懸臂35懸掛。提升繩75纏繞在滑輪45上且在釋放 銷105處附接到伊斗70。提升繩75被錯固到機械甲板30的絞盤鼓筒80。當絞盤鼓筒80 旋轉時，提升繩75被放出W降低伊斗70或被拉進W提升伊斗70。伊斗桿85還被剛性地附 接到伊斗70。伊斗桿85被可滑動地支承在鞍狀塊90中，并且鞍狀塊90在樞轉點95處被 可樞轉地安裝到懸臂35。伊斗桿85包括在其上的齒條齒型構，該齒條齒型構接合安裝在鞍 狀塊90中的驅動小齒輪。驅動小齒輪通過電動馬達和傳動單元100來驅動，W相對于鞍狀 塊90延伸或縮回伊斗臂85。
[0023] 電源被安裝到甲板30, W向用于驅動絞盤鼓筒80的一個或多個提升電動馬達、用 于驅動鞍狀塊傳動單元100的一個或多個推擠電動馬達W及用于轉動轉臺25的一個或多 個擺動電動馬達提供電力。推擠、提升和擺動馬達中的每一個均能夠由其自身的馬達控制 器驅動或響應來自控制器的控制信號來驅動，如下所述。
[0024] 圖2示意與圖1的動力挖掘機10相關聯的控制器200。控制器200與挖掘機10 的各個模塊或部件電連接和/或通信連接。例如，所示控制器200被連接到一個或多個指 示器205、用戶界面模塊210、一個或多個提升馬達和提升馬達驅動裝置215、一個或多個推 擠馬達和推擠馬達驅動裝置220、一個或多個擺動馬達和擺動馬達驅動裝置225、數據存儲 或數據庫230、功率供應模塊235、一個或多個傳感器240 W及網絡通信模塊245。控制器 200包括其中可操作用W控制動力挖掘機10的操作、控制懸臂35、伊斗臂85、伊斗70等的 位置、致動一個或多個指示器205(例如液晶顯示器["LCD"])、監測挖掘機10的操作等的 硬件和軟件的組合。其中，所述一個或多個傳感器240包括負載銷應變計、傾斜計110、吊 架銷（gantry pin)、一個或多個馬達現場（field)模塊等。負載銷應變計包括例如沿X方 向（例如水平地）定位的一組應變計和沿Y方向（例如垂直地）定位的一組應變計，使得 能夠確定作用在負載銷上的合力。在一些實施例中，除了推擠馬達驅動裝置外，能夠使用推 擠驅動裝置（例如用于單腿桿、操縱桿、液壓缸等的推擠驅動裝置）。
[0025] 在一些實施例中，控制器200包括提供電力、操作控制和保護控制器200和/或 挖掘機10內的部件和模塊的多個電氣和電子部件。例如，其中，控制器200包括處理單 元250 (例如微處理器、微控制器或其它合適可編程裝置）、存儲器255、輸入單元260和 輸出單元265。其中，處理單元250包括控制單元270、算術邏輯單元（"ALU") 275和多 個寄存器280(圖2中示為一組寄存器），并且使用諸如改進的哈佛體系結構（Harvard architec化re)、馮?諾伊曼體系結構等的已知計算機體系結構來實施。處理單元250、存儲 器255、輸入單元260、輸出單元265 W及被連接到控制器200的各個模塊通過一條或多條 控制和/或數據總線（例如公用總線285)連接。為示例目的，控制和/或數據總線在圖2 中概括地示出。鑒于本文所描述的本發明，一條或多條控制和/或數據總線用于各個模塊 和部件之間的互相聯絡和相互連接對于本領域技術人員而言是眾所周知的。在一些實施例 中，控制器200部分地或完全地在半導體（例如，現場可編程口陣列["FPGA"]半導體）巧 片上實現，所述半導體巧片諸如通過寄存器傳輸級廣RTL")設計過程開發的巧片。
[0026] 存儲器255包括例如程序儲存區和數據儲存區。程序儲存區和數據儲存區可W包 括不同類型的存儲器的組合，諸如只讀存儲器廣ROM")、隨機存取存儲器廣RAM")(例如動 態RAM["DRAM"]、同步DRAM["SDRAM"]等）、電可擦可編程只讀存儲器廣ffiPROM")、閃存、硬 盤、SD卡或其它合適的磁性、光學、物理或電子存儲器裝置。處理單元250被連接到存儲器 255并執行可W被存儲在存儲器255的RAM (例如在執行期間）、存儲器255的ROM (例如在 大體永久基礎上）或諸如其它存儲器或磁盤的其它非暫時性計算機可讀介質中的軟件指 令。包括在挖掘機10的實施中的軟件可W被儲存在控制器200的存儲器255中。所述軟 件包括例如固件、一個或多個應用程序、程序數據、篩選程序、規則、一個或多個程序模塊W 及其它可執行指令。其中，控制器200被構造成從存儲器取回并執行設及本文描述的控制 流程和方法的指令。在其它結構中，控制器200包括另外的、更少的或不同的部件。
[0027] 網絡通信模塊245被構造成連接到網絡290并且通過網絡290通信。在一些實 施例中，設施網絡例如是廣域網廣WAN")(例如基于TCP/IP的網絡、蜂窩式網絡，諸如例如 全球移動通信系統["GSM"]網絡、通用分組無線業務["GPRS"]網絡、碼分多址["CDMA"] 網絡、演進數據優化["EV-D0"]網絡、增強型數據速率GSM演進["邸GE"]網絡、3GSM網絡、 4GSM網絡、數字增強無繩通信["DECT"]網絡、數字AMPS["IS-136/TDMA"]網絡或集成數字 增強型網絡["iDEN"]網絡等）。
[002引在其它實施例中，網絡290例如是采用諸如Wi-Fi、藍牙、Zi濁ee等的任何各種通 信協議的局域網廣LAN")、鄰域網廣NAN")、家庭網絡廣HAN")或個人局域網廣PAN")。由 網絡通信模塊245或控制器200通過網絡290進行通信能夠使用一個或多個加密技術來保 護，諸如那些在基于端口的網絡安全、預共享密鑰、可擴展認證協議廣EAP")、有線等效保密 廣肥P")、臨時密鑰完整性協議廣TKIP")、Wi-Fi保護訪問廣WPA")等的IE邸802. 1標準 中提供的技術。網絡通信模塊245和網絡290之間的通信例如是有線連接、無線連接或無 線和有線連接的組合。類似地，控制器200和網絡290或網絡通信模塊245之間的通信是 有線連接、無線連接或無線和有線連接的組合。在一些實施例中，控制器200或網絡通信模 塊245包括一個或多個通信端口（例如W太網、串行高級技術附件["SATA"]、通用串行總線 ["USB"]、電子集成驅動器["IDE"]等），用于傳輸、接收或存儲與挖掘機10或挖掘機10的 操作相關聯的數據。
[0029] 功率供應模塊235向控制器200或挖掘機10的其它部件或模塊提供額定AC或DC 電壓。功率供應模塊235例如由具有100V和240V AC之間的額定線電壓和大約50-60HZ 的頻率的電源供電。功率供應模塊235還被構造成提供較低電壓，W操作控制器200或挖 掘機10內的電路和部件。在其它結構中，控制器200或挖掘機10內的其它部件和模塊由 一個或多個電池或電池組，或其它不依賴電網的電源（例如發電機、太陽能板等）供電。
[0030] 用戶界面模塊210用來控制或監測動力挖掘機10。例如，用戶界面模塊210可操 作地聯接到控制器200, W控制伊斗70的位置、懸臂35的位置、伊斗桿85的位置、傳動單 元100等。用戶界面模塊210包括實現對挖掘機10進行期望水平的控制和監測所需的數 字和模擬輸入或輸出裝置的組合。例如，用戶界面模塊210包括顯示器（例如主顯示器、第 二顯示器等）和輸入裝置，諸如觸摸屏顯示器、多個旋鈕、表盤、開關、按鈕等。顯示器例如 是液晶顯示器廣LCD")、發光二極管廣LED")顯示器、有機LED("OL邸"）顯示器、電致發光顯 示器廣ELD")、表面傳導電子發射體顯示器廣SED")、場致發射顯示器廣FED")、薄膜晶體管 廣TFT")LCD等。用戶界面模塊210還能夠被構造成實時或大致實時地顯示與動力挖掘機 10相關聯的狀態或數據。例如，用戶界面模塊210被構造成顯示所測量的動力挖掘機10的 電特征、動力挖掘機10的狀況、伊斗70的位置、伊斗桿85的位置等。在一些實施方式中， 聯合控制用戶界面模塊210和一個或多個指示器205 (例如LE化、揚聲器等），W提供動力 挖掘機10的狀態或狀況的視覺或聽覺指示。
[0031] 與上述挖掘機10相關聯的信息和數據還能夠被儲存、記錄、處理并被分析，W實 施本文描述的控制方法和流程，或隨時監測挖掘機10的運行和性能。例如，圖3示出用于 挖掘機10的數據記錄和監測系統300。該系統包括數據采集廣DAQ")模塊305、控制裝置 310(例如控制器200)、數據記錄器或記錄儀315、驅動裝置320、第一用戶界面325、網絡 290、數據中屯、330 (例如關系數據庫）、遠程計算機或服務器335、第二用戶界面340 W及報 告數據庫345。例如，DAQ模塊305被構造成從一個或多個負載銷（例如吊架負載銷350) 接收模擬信號，將該模擬信號轉換成數字信號，并將該數字信號傳送給控制裝置310處理。 控制裝置310還從驅動裝置320接收信號。在所示實施例中的驅動裝置是馬達和馬達驅動 裝置320 (例如提升馬達和/或驅動裝置、推擠馬達和/或驅動裝置、擺動馬達和/或驅動 裝置等），所述馬達和馬達驅動裝置將其中設及馬達RPM、馬達電流、馬達電壓、馬達功率等 的信息提供給控制裝置310。在一些實施例中，驅動裝置320是在挖掘機10的操作員駕駛 室中的一個或多個操作員控制件（例如操縱桿）。控制裝置310被構造成使用由DAQ模塊 305和驅動裝置320 W及與挖掘機10的操作相關聯的其它傳感器和監測裝置提供的信息和 數據來確定例如挖掘機10的傾覆力矩（例如向前或向后）、CG偏移（即CG的平移距離）、 用電量（例如噸數/千瓦小時）、每小時移動的材料噸數、周期時間、填充系數、有效載荷、伊 斗桿角度、伊斗位置等。在一些實施例中，用來采集、處理、分析和記錄與挖掘機10相關聯 的信息和數據的工業機械監測和控制系統諸如威斯康星州，密爾沃基的P&H采礦設備公司 生產和銷售的P&H彩CeMurion瑕系統。
[0032] 第一用戶界面325能夠用于實時監測由控制裝置310接收的信息和數據，或訪問 儲存在數據記錄器或記錄儀315中的信息。由控制裝置310采集、計算和/或確定的信息 隨后被提供到數據記錄器或記錄儀315。在所示意的實施例中，數據記錄器或記錄儀315、 控制裝置310、驅動裝置320和DAQ模塊被包含在挖掘機10內。在其它實施例中，該些裝置 的一個或多個裝置可W位于遠離挖掘機10處。在實施本文所述的控制方法和流程（例如 控制挖掘操作）期間，由控制裝置310確定的挖掘機10的傾覆力矩（例如向前或向后）、 CG偏移（即CG的平移距離）、用電量（例如噸數/千瓦小時）、每小時移動的材料噸數、周 期時間、填充系數等還能夠被控制裝置310使用。
[0033] 數據記錄器或記錄儀315被構造成儲存來自控制裝置310的信息并將所儲存的信 息提供給遠程數據中屯、330進一步儲存和處理。例如，數據記錄器或記錄儀315通過網絡 290將所儲存的信息提供給數據中屯、330。W上參照圖2描述了網絡290。在其它實施例 中，來自數據記錄器或記錄儀315的數據能夠使用一個或多個便攜式儲存裝置（例如通用 串行總線["USB"]閃存盤、安全數碼["SD"]卡等。）手動地傳送到數據中屯、。數據中屯、330 儲存通過網絡290從數據記錄器或記錄儀315接收的信息和數據。儲存在數據中屯、330的 信息和數據能夠被遠程計算機或服務器335訪問，用于處理和分析。例如，遠程計算機或服 務器335能夠被構造成通過執行與諸如MATLAB飯的數值計算環境相關聯的指令來處理 和分析所儲存的信息和數據。處理和分析過的信息和數據能夠被編譯并被輸出到報告數據 庫345來存儲。例如，報告數據庫345能夠存儲來自數據中屯、330的基于小時、時段、日、星 期、月、年、操作、位置、部件、工作周期、挖掘周期、操作員、開采的材料、礦藏環境（例如硬 邊角）、有效載荷等的信息和數據報告。儲存在報告數據庫345中的報告能夠被用來確定挖 掘機10上特定伊操作的效果、監測挖掘機10的操作壽命和損害、確定生產力趨勢等。第二 用戶界面340能夠被用來訪問儲存在數據中屯、330中的信息和數據，使用數值計算環境來 處理信息和數據，或訪問一個或多個儲存在報告數據庫345中的報告。
[0034] 圖4示意用于動力挖掘機10的更詳細控制系統400。例如，動力挖掘機10包括主 控制器405、網絡交換機410、控制箱415、輔助控制箱420、操作員駕駛室425、第一提升驅動 模塊430、第二提升驅動模塊435、推擠驅動模塊440、擺動驅動模塊445、提升現場模塊450、 推擠現場模塊455和擺動現場模塊460。控制系統400的各個部件由例如使用用于工業自 動化的一個或多個網絡協議的光纖通信系統連接并通過該光纖通信系統通信，所述光纖通 信系統諸如過程現場總線（"PR0FIBUS")、W太網、控制網、基金會現場總線、INTERBUS、控制 器局域網廣CAN")總線等。控制系統400能夠包括W上參照圖2所述的部件和模塊。例 如，一個或多個提升馬達和/或驅動裝置215對應于第一和第二提升驅動模塊430和435， 一個或多個推擠馬達和/或驅動裝置220對應于推擠驅動模塊440,并且一個或多個擺動馬 達和/或驅動裝置225對應于擺動驅動模塊445。用戶界面210和指示器205能夠被包括 在操作員駕駛室425等中。負載銷應變計、傾斜計110和吊架銷能夠將電信號提供到主控 制器405、控制箱415、輔助控制箱420等。
[0035] 第一提升驅動模塊430、第二提升驅動模塊435、推擠驅動模塊440和擺動驅動模 塊445能夠被構造成從例如主控制器接收控制信號，W控制挖掘機10的提升、推擠和擺動 操作。所述控制信號與用于挖掘機10的提升、推擠和擺動馬達215、220和225的驅動信號 相關聯。當驅動信號被施加到馬達215、220和225時，馬達的輸出（例如，電氣和機械輸 出）被監測并被反饋回到主控制器405 (例如，經由現場模塊450-460)。馬達的輸出包括例 如馬達速度、馬達轉矩、馬達功率、馬達電流等。基于與挖掘機10相關聯的該些和其它信號 (例如，來自傾斜計110的信號），主控制器405被構造成確定或計算挖掘機10或其部件的 一個或多個操作狀態或位置。在一些實施例中，主控制器405確定伊斗位置、伊斗桿角度或 位置、提升繩包角、提升馬達每分鐘旋轉廣RPM")，推擠馬達RPM、伊斗速度、伊斗加速度等。
[0036] 上述挖掘機10的控制器200和控制系統400被用來實施挖掘機10的智能挖掘控 審IJ ("IDC")。IDC被用來動態地控制提升和推擠力的施加，W在挖掘操作期間增加挖掘機10 的生產率、最小化挖掘機10的重屯、廣CG")偏移、減少挖掘機的向前和向后傾覆力矩，并減 少挖掘機10的各個部件（例如移動基座15、轉臺25、機械甲板30、下端40等）上的結構疲 勞。
[0037] 例如，IDC被構造成基于其中伊斗70或伊斗桿85的位置和當前或目前的提升釋 放拉力水平動態地改變最大容許推擠扭矩，W限制挖掘機10的向前和/或向后傾覆力矩。 此外，IDC被構造成當伊斗70撞擊礦藏時，基于例如伊斗70的確定的加速度動態地改變容 許推擠縮回扭矩（即在推擠方向上的減速扭矩、負推擠扭矩或再生扭矩），W減少推擠馬達 速度。
[003引 IDC能夠被分成本文稱為平衡推擠控制（"BCC")和撞擊推擠控制廣ICC")的兩個 控制操作。BCC和ICC能夠通過例如控制器200或挖掘機10的主控制器405 -前一后地或 單獨地執行。BCC被構造成在提升釋放拉力低時限制推擠力，W減少挖掘機10的靜態傾覆 力矩。當伊斗70在開始挖掘操作之前處于卷起位置時，提升釋放拉力通常是低的，并且隨 后當伊斗70撞擊和穿透礦藏時增加。推擠力通常在伊斗桿85延伸W維持或增加礦藏穿透 時增加。在挖掘周期中的該樣的時間點處，挖掘機10易于受到由通過伊斗桿85向后擴散 的過度推擠反作用力引起的懸臂頂升（jacking)的影響。懸臂頂升能夠導致懸臂吊繩50 中的張力減少，并且能夠增加與從前到后或向后傾覆力矩相關聯的CG偏移。BCC和ICC被 構造成一起或單獨地實施，W在挖掘操作期間減少或最小化向后CG偏移并減少或消除懸 臂頂升W及減少從吊繩50移除的負載量。通過減少或消除懸臂頂升并保持吊繩50中的張 力，從前到后或向后的CG偏移（例如沿水平方向的偏移）被減小或最小化。
[0039] 參照圖5-8的流程500示意用于挖掘機10的IDC的實施方式。在圖5-8中提供的 本發明的實施例中，IDC包括BCC和ICC兩者。雖然參照流程500結合地描述BCC和ICC， 但是BCC和ICC每個均能夠在挖掘機10或其它工業機械中單獨地實施。在一些實施例中， 與ICC的周期時間（例如10ms周期時間）相比，使用更慢的周期時間（例如100ms周期時 間）來執行BCC。在一些實施例中，周期時間在執行流程500期間能夠動態地變化或改變。
[0040] 流程500與挖掘操作和在挖掘操作期間施加的提升和推擠力相關聯，并且在本文 中關于挖掘操作和在挖掘操作期間施加的提升和推擠力描述流程500。流程500例示IDC 的實施例，并且該流程500能夠通過控制器200或主控制器405來執行。關于流程500在 此描述的各個步驟能夠同時地、并行地或W不同于所示連續執行方式的次序執行。還能夠 使用比所示意的實施例中示出的更少的步驟來執行流程500。例如，一個或多個函數、公式 或算法能夠被用于基于提升釋放拉力水平來計算期望推擠扭矩限值，而非使用多個闊值比 較。另外，在一些實施例中，諸如緩變率（參見步驟620)和闊縮回因子廣TRF")(參見步驟 575)的數值具有固定值或存儲值并且不必設定。在該樣的情形中，對于該樣的數值的設定 步驟能夠從流程500刪去。使用一個或多個傳感器240 (例如一個或多個傾斜計、一個或多 個旋轉變壓器、一個或多個驅動模塊、一個或多個現場模塊、一個或多個轉速計等）來實現 流程500的設及例如確定伊斗桿角度、確定推擠扭矩、確定提升釋放拉力、確定推擠速度等 的步驟，能夠使用由控制器200執行的指令來處理和分析所述傳感器240, W確定挖掘機10 的特征的數值。如上所述，能夠使用諸如P&H? CeMurion坂系統的系統來完成該樣的步 驟。
[0041] 流程500從BCC開始。其中，BCC能夠關于硬邊角化ard toes)增加伊的挖掘能 力、增加伊斗填充因子、防止伊斗從硬邊角彈開、在挖掘周期早期維持礦藏穿透力、減少在 礦藏中失速的可能性并使挖掘機的總體操作平穩。例如，在沒有BCC的情況下，在挖掘礦藏 的邊角時可用的推擠扭矩的量能夠抵著地面推動伊斗70并取消一部分的施加的提升釋放 拉力或完全停止提升。另外，通過在挖掘周期早期增加挖掘機10的有效性和在硬邊角環境 中穿透礦藏的能力，操作員能夠為挖掘機10建立平臺。當挖掘機10從平臺操作時，挖掘機 10不向上挖掘，并且能夠在直接朝向礦藏的方向上最大化伊斗70的動量。
[0042] 圖5和6示意用于IDC的流程500的BCC部分。在步驟505,確定推擠扭矩比。推擠 扭矩比表示推擠扭矩的標準操作值對一個或多個推擠馬達220被操作或限制的扭矩的比， 如下所述。例如，推擠扭矩比可W用0-1之間的小數值來表示。可替代地，推擠扭矩比可W 表示為對應于具體小數值（例如0. 5)的百分比（例如50% )。接著確定伊斗桿85的角度 (步驟510)。如果，在步驟515,伊斗桿85的角度在第一角度限值廣ANGLE1")和第二角度 限值廣ANGLE2")之間，則流程500進行到步驟520。如果伊斗桿85的角度不在ANGLE1和 ANGLE2之間，則流程500返回到步驟510,在步驟510再次確定伊斗桿85的角度。ANGLE1 和ANGLE2可W采用在關于水平軸線或平行于挖掘機10位于其上的表面延伸的平面（例 如，伊斗桿85的水平位置）例如大約20°和大約90°之間的數值。在其它實施例中，可 W使用分別地小于或大于20°或者小于或大于90°的用于ANGLE1和ANGLE2的數值。例 如，ANGLE1可W具有大約10°的數值，并且ANGLE2可W具有大約90°的數值。ANGLE1和 ANGLE2用于限定其中IDC有效的操作范圍。在一些實施例中，ANGLE1和ANGLE2關于伊斗 桿85的水平平面或水平位置在大約0°和大約90°的范圍內。
[0043] 在步驟520,確定一個或多個推擠馬達220的推擠扭矩。推擠扭矩在伊斗桿85被 推動遠離挖掘機10 (例如，朝向礦藏）時具有正值而在伊斗桿被朝向挖掘機10 (例如，遠離 礦藏）拉動時具有負值。例如，推擠扭矩值的正負獨立于一個或多個推擠馬達220的旋轉 方向。例如，導致伊斗桿85朝向礦藏推擠的一個或多個推擠馬達220的旋轉被認為是正旋 轉速度，并且導致伊斗桿85朝向挖掘機10縮回的一個或多個推擠馬達220的旋轉被認為 是負旋轉速度。如果一個或多個推擠馬達220的旋轉速度是正的（即大于0)，則伊斗桿85 朝向礦藏推擠。如果一個或多個推擠馬達220的旋轉速度是負的（即小于0)，則伊斗桿85 朝向挖掘機10縮回。然而，一個或多個推擠馬達220的推擠扭矩能夠在延伸伊斗桿85時 是負的，并且能夠在縮回伊斗桿85時是正的。如果，在步驟525,推擠扭矩是負的，則該流 程返回到步驟510,在步驟510再次確定伊斗桿85的角度。如果，在步驟525,推擠速度是 正的，則流程進行到步驟530。在其它實施例中，挖掘機10的不同的特征（例如推擠馬達 電流）能夠被用來確定例如伊斗桿85是朝向礦藏推擠還是朝向挖掘機10縮回，如上所述。 另外地或替代地，伊斗70的運動能夠被確定為或者朝向挖掘機10或者遠離挖掘機10,在 挖掘機10的操作員駕駛室內的一個或多個操作員控制裝置能夠被用來確定伊斗桿85的運 動，與鞍狀塊90相關聯的一個或多個傳感器能夠被用來確定伊斗桿85的運動等。
[0044] 在確定伊斗桿85被朝向礦藏推擠之后，確定提升釋放拉力的水平（步驟530)。例 如基于一個或多個提升馬達215的一個或多個特征來確定提升釋放拉力的水平。一個或多 個提升馬達215的特征能夠包括馬達速度、馬達電壓、馬達電流、馬達功率、馬達功率因數 等。在確定提升釋放拉力之后，流程500進行到在圖6中示出并參照圖6描述的部分B。
[0045] 在圖6中的步驟535,將確定的提升釋放拉力與第一提升釋放拉力水平或限值 廣化1")進行比較。如果確定的提升釋放拉力小于或大約等于化1，則用于推擠延伸操作的 推擠扭矩限值被設定成等于第一推擠扭矩限制值廣化1")(步驟540)。記號"Q1"在本文用 于推擠延伸操作，W標識挖掘機10的操作模式，在所述操作模式中，一個或多個推擠馬達 220的扭矩是正的（例如伊斗70被推動遠離挖掘機10)并且一個或多個推馬達220的速度 是正的（伊斗70被移動遠離挖掘機10)。在推擠扭矩限值已經在步驟540被設定之后，流 程500進行到在圖7中示出并參照圖7描述的部分C。如果在步驟535提升釋放拉力不是 小于或大約等于化1，則將提升釋放拉力與第二提升釋放拉力水平或限值廣化2")比較（步 驟545)，W確定提升釋放拉力是否處于化1和化2之間。如果所確定的提升釋放拉力小于或 大約等于化2且大于化1，則將推擠扭矩限值Q1設定成等于第二推擠扭矩限制值廣化2") (步驟550)。在推擠扭矩限值已經在步驟550被設定之后，流程500進行到圖7中的部分 C。如果在步驟545提升釋放拉力不是小于或大約等于化2,則將提升釋放拉力與第S提升 釋放拉力水平或限值廣化3")比較（步驟555)，W確定提升釋放拉力是否處于化2和化3 之間。如果所確定的提升釋放拉力小于或大約等于化3且大于化2,則將推擠扭矩限值Q1 設定成等于第S推擠扭矩限制值廣化3")(步驟560)。在推擠扭矩限值已經在步驟560被 設定之后，流程500進行到在圖7中的部分C。如果在步驟555提升釋放拉力不是小于或 大約等于化3,則將推擠扭矩限值Q1設定成等于第四推擠扭矩限制值廣化4")(步驟565)。 在推擠扭矩限值已經在步驟565被設定之后，流程500返回到部分A (圖5)中的步驟510， 在步驟510再次確定伊斗桿角度。
[0046] 能夠基于例如工業機械的類型、伊的類型或型號等來設定、制定或預先確定第一、 二和S提升釋放拉力水平化1、化2和化3。作為說明性實例，第一提升釋放拉力水平化1具 有標準提升的大約10%的數值（例如一個或多個提升馬達220的標準或額定運行功率或扭 矩的大約10 % )，第二提升釋放拉力水平化2具有標準提升的大約22 %的數值，第S提升釋 放拉力水平化3具有標準提升的大約50 %的數值。在其它實施例中，化1、化2、和化3可W 具有不同數值（例如，化1 > 20%，化2 > 40%，化3 > 60% )。然而，與化1、化2和化3呈 現的實際數值無關地，限值的相對量值之間的關系保持相同（即化1< >化2< >化3)。在 本發明的一些實施例中，兩個或多于=個提升釋放拉力水平被用來設定推擠扭矩限值（例 如四個、五個、六個等）。基于期望的控制精度的水平來設定提升釋放拉力水平的數目。例 如，推擠扭矩設定的逐漸增加能夠通過增加實際提升釋放拉力與其比較的提升釋放拉力水 平的數目來實現。在一些實施例中，基于推擠扭矩限值來設定提升釋放拉力水平，W確保足 夠的提升釋放拉力被施加到伊斗70, W抵消由推擠扭矩導致的吊繩張力的損失。例如，提升 釋放拉力水平和推擠扭矩限值被平衡，使得在挖掘操作期間不缺失超過大約30%的吊繩張 力。在一些實施例中，如果推擠扭矩相對于提升釋放拉力過高，則提升釋放拉力能夠與推擠 扭矩發生沖突，并減小挖掘機10的生產率。
[0047] 推擠扭矩限值化1、化2、化3和化4還可W具有各種數值。作為說明性實例，化1、 CL2XL3和CL4隨提升釋放拉力增加至多增加到標準推擠扭矩（例如，基于一個或多個推擠 馬達220的標準操作功率或扭矩的百分比）。在一個實施例中，CL1 > 18%、CL2 > 54%、 化3>100%并且化4>100%。在其它實施例中，化1、化2、化3和化4可采用不同的數值。 然而，與化1、化2、化3和化4采用的數值無關地，限值的相對量值之間的關系保持相同（即 化1< >化2< > CHL3< > CHL4。另外，如上文關于提升釋放拉力水平所述，能夠使用另外的 或更少的推擠扭矩限值。例如，所使用的推擠扭矩限值的數目取決于用于控制挖掘機10的 提升釋放拉力水平的數目（例如推擠扭矩限值的數目=提升釋放拉力水平的數目+1)。在 一些實施例中，推擠扭矩限值被設定為提升釋放拉力水平的百分比或比，或被設定為提升 釋放拉力水平的函數。
[0048] 在如上述設定推擠扭矩限值之后，流程500進入ICC部分，其中，監測伊斗70或伊 斗桿85的加速度（負加速度或減速），W減輕伊斗撞擊礦藏（例如硬邊角環境中）的影響 并減小挖掘機10的動態傾覆力矩。例如，如果伊斗70在推擠方向上被礦藏（例如硬邊角） 快速停止，則必須消散一個或多個推擠馬達220和推擠傳動裝置中的動能和旋轉慣性。在 常規挖掘機中，該動能通過使懸臂頂升來消散，使懸臂頂升導致挖掘機10的向后傾覆力矩 和CG偏移。為了防止或減輕向后傾覆力矩，W另一方式消散一個或多個推擠馬達220的動 能。具體地，ICC被構造成監測例如伊斗70、伊斗桿85等的加速度。當達到超過闊加速度 值或縮回因子（W下描述）的加速度（例如負加速度或減速）時，設定參考速度（例如等 于0)，并增加一個或多個推擠馬達220的最大容許縮回扭矩。雖然伊斗桿85的運動方向 不會反轉，但是施加到一個或多個推擠馬達220的縮回扭矩能夠消散一個或多個推擠馬達 220和推擠傳動裝置的向前動能。通過消散一個或多個推擠馬達220的動能，減少或消除伊 斗10在撞擊礦藏時的向后傾覆力矩。
[0049] 圖7和8示意用于IDC的流程500的ICC部分。在步驟570,確定闊縮回因子 ("TRF")。TRF能夠例如從存儲器（例如存儲器255)取得、計算出、手動設定等。TRF可W 具有例如在大約-300和大約-25之間的數值。在一些實施例中，不同范圍的數值能夠用 于TRF(例如在大約0和大約-500之間）。負的TRF表示伊斗70的沿負方向（例如朝向 挖掘機10)的加速或伊斗70的減速。TFR能夠用來確定伊斗70是否已撞擊礦藏W及是否 應初始化ICC W消散一個或多個推擠馬達220和推擠傳動裝置的動能。在一些實施例中， TRF是與伊斗70、伊斗桿85等的加速度相關聯的闊加速度數值。修改TRF控制ICC的敏感 度和在伊斗70撞擊礦藏時將一個或多個推擠馬達220強制到零速度參考值的頻率。因為 ICC在更低的加速度的情形下更容易被觸發，所W設定越敏感，一個或多個推擠馬達220就 更頻繁地被強制成零速度參考值。設定TRF還可W包括設定速度參考值被施加的時間值或 時段T。在一些實施例中，時間值T可W被設定成0. 1和1. 0秒之間的數值。在其它實施例 中，時間值T可W被設定成大于1. 0秒的數值（例如1. 0和2. 0秒之間）。時間值T是基于 (例如，伊斗70與礦藏的撞擊之后的）動態事件的估算的或預期的持續時間的。在一些實 施例中，時間值T基于一個或多個操作員對所產生的操作員控制的缺失的容忍度。在TRF 已被設定之后，再次確定伊斗桿85的角度（步驟575)。然后將伊斗桿85的角度與第一伊 斗桿角度闊值廣ANGLE1")和第二伊斗桿角度闊值廣ANGLE2")進行比較（步驟580)。第 一伊斗桿角度闊值ANGLE1和第二伊斗桿角度闊值ANGLE2可W具有任何各種數值。例如， 在一個實施例中，ANGLE1具有關于水平平面（例如，與挖掘機10位于其上的地面平行的平 面）大約40°的數值，并且ANGLE2具有關于所述水平平面大約90°的數值（例如，伊斗桿 相對于地面垂直）。在一些實施例中，ANGLE1和ANGLE2具有在關于水平平面大約0°和關 于水平平面大約90°范圍內的不同數值。
[0050] 如果伊斗桿85的角度大于或近似等于ANGLE1且小于或近似等于ANGLE2,則流程 500進行到步驟585。如果伊斗桿85的角度不是大于或近似等于ANGLE1且小于或近似等 于ANGLE2,則流程500返回到部分D和步驟575,其中再次確定伊斗桿的角度。在步驟585， 控制器200或主控制器405確定推擠扭矩是否為正。如上所述，與伊斗桿85的運動方向無 關地，推擠扭矩可W是正的或負的。例如，當伊斗桿85朝向礦藏推擠時，伊斗由于重力而被 拉動遠離挖掘機10。在該樣的情形中，推擠速度是正的（即移動遠離挖掘機10)并且推擠 扭矩是負的（使由于重力拉動遠離挖掘機10的伊斗慢下來）。然而，當伊斗70初始地撞擊 礦藏時，伊斗桿85可繼續向前移動（即推擠速度是正的），但是現在與礦藏撞擊產生的力導 致伊斗桿85朝向礦藏推進，W抵抗該反作用力并保持正推擠速度（即推擠扭矩是正的）。 如果推擠扭矩是負的，則流程500返回到部分D和步驟575。如果推擠扭矩是正的，則流程 500進行到步驟590,其中將推擠扭矩與推擠扭矩闊值進行比較。
[0化1] 推擠扭矩闊值可W被設定為例如標準推擠扭矩的大約30%。在一些實施例中， 推擠扭矩闊值大于標準推擠扭矩的大約30% (例如，在標準推擠扭矩的大約30%和大約 100%之間）。在其它實施例中，推擠扭矩闊值小于標準推擠扭矩的大約30% (例如，在標 準推擠扭矩的大約0%和大約30%之間）。推擠扭矩闊值被設定成足夠的數值，W例如限制 其中在依然減少挖掘機10的CG偏移的同時實施ICC的情形的數目。如果在步驟590處控 制器200確定推擠扭矩不是大于或近似等于推擠扭矩闊值，則流程500返回到部分D和步 驟575。如果推擠扭矩大于或近似等于推擠扭矩闊值，則流程500進行到步驟595。在步驟 595,控制器確定推擠速度是否為正（例如移動遠離挖掘機10)。如果推擠速度不是正的，貝U 流程500返回到部分D和步驟575。如果推擠速度是正的，則確定挖掘機10的加速度（例 如負加速度或減速）（步驟600)。挖掘機10的加速度例如是伊斗70的加速度、伊斗桿85 的加速度等。加速度是使用例如來自一個或多個傳感器240 (例如一個或多個旋轉變壓器） 的信號確定的，控制器200能夠使用所述信號來計算伊斗70或伊斗桿85的位置、伊斗70 或伊斗桿85的速度W及伊斗70或伊斗桿85的加速度。在一些實施例中，所確定的加速度 能夠被過濾，W防止任何加速度尖峰或測量誤差影響ICC的運行。在已確定好加速度之后， 流程500轉入在圖8中示出并參照圖8描述的部分E。
[0化2] 參照圖8,控制器200確定在流程500的步驟600處確定的加速度是否為負（步驟 605)。如果加速度不是負的，則流程500返回到在圖5中示出并參照圖5描述的部分F和 步驟530。如果加速度是負的，則計算縮回因子廣RF")(例如減速因子、負加速度因子等） (步驟610)。縮回因子RF被用來確定伊斗70或伊斗桿85的負加速度（即減速）的大小 是否足W初始化ICC。在一些實施例中，縮回因子RF被計算為推擠馬達扭矩對所確定的加 速度的比。在其它實施例中，縮回因子RF被計算為估算扭矩對實際扭矩或預測加速度對實 際加速度的比。在一些實施例中，所確定的加速度的平均值可用來計算縮回因子RF。在一 些實施例中，RF是與伊斗70、伊斗桿85等的加速度相關聯的加速度值。與用來計算縮回因 子RF的精確因子無關地，能夠將縮回因子RF與闊縮回因子TRF進行比較（步驟615)。如 果縮回因子RF大于或近似等于闊縮回因子TRF并小于0,則流程500進行到步驟620。如 果縮回因子RF不是大于或近似等于闊縮回因子TRF并小于0,則流程500返回到在圖5中 示出并參照圖5描述的部分F。
[0053] 在步驟620處，設定緩變率。緩變率例如是預置時間，在該預置時間期間，推擠馬 達驅動裝置或推擠驅動模塊440將一個或多個推擠馬達220的速度從當前或目前速度值改 變到新的速度值。該樣，緩變率能夠影響挖掘機10對動態事件（例如，伊斗70撞擊礦藏） 進行阻巧的能力。如果緩變率不適于允許推擠驅動模塊440實現期望的速度改變，則挖掘 機10不能夠正確對動態事件進行阻巧。在一些實施例中，緩變率越高，響應動態事件的速 度就越慢。該樣，在步驟620處，緩變率被設定成足夠小，W確保挖掘機10能夠對動態事件 進行阻巧。例如，基于馬達速度、馬達扭矩、伊斗速度、伊斗加速度、推擠驅動裝置440的一 個或多個限值、一個或多個推擠馬達220的一個或多個限值等來設定緩變率。在一些實施 例中，緩變率是恒定的（例如，線性的）。在其它實施例中，緩變率能夠相對于例如時間、馬 達速度等動態地變化。
[0化4] 在步驟620之后，設定計數器或另一合適定時器（步驟625)。例如，計數器被設定 用W監測或控制新推擠縮回扭矩和速度參考值被設定或施加的次數（如下所述）。在一些 實施例中，計數器對處理單元250的每個時鐘周期增量，直到其達到預定的或已建立的數 值（例如時間值T)。然后在步驟630設定推擠縮回扭矩。
[0化5] 在正常操作期間，一個或多個推擠馬達的推擠縮回扭矩被設定成例如標準值或正 常操作限值（即100% )的大約90%。然而，在諸如伊斗70撞擊礦藏的動態事件期間，正 常運行限值的90-100%的縮回扭矩通常不足W消散一個或多個推擠馬達220和推擠傳動 裝置的動能，W防止懸臂頂升。該樣，在步驟630處，推擠縮回扭矩被設定成超過用于一個 或多個推擠馬達220的縮回扭矩的標準值或正常操作限值的數值。在一些實施例中，縮回 扭矩被設定成縮回扭矩正常操作限值的大約150%。在其它實施例中，縮回扭矩被設定成 在縮回扭矩正常操作限值的大約150%和大約100%之間的數值。在又一實施例中，縮回扭 矩被設定成大于縮回扭矩正常操作限值的大約150%。在該樣的實施例中，縮回扭矩受到 例如馬達的運行特征的限制（例如，有些馬達與其它馬達相比能夠允許更大的縮回扭矩）。 該樣，基于一個或多個推擠馬達220的特征，縮回扭矩可W被設定成正常操作限值的大約 150%和大約400%之間的數值。在一些實施例中，縮回扭矩或推擠扭矩是沿著與所確定的 加速度的方向對應的方向設定的。例如，沿負方向（即，朝向伊）的加速度或替代地沿推擠 方向（即，遠離伊）的減速導致設定推擠扭矩（例如負推擠扭矩、減速扭矩、再生扭矩等） 或負馬達電流。
[0056] 在步驟630設置推擠縮回扭矩之后，設定速度參考值（步驟635)。速度參考值是 被選擇或確定W消散一個或多個推擠馬達220和推擠傳動裝置的動能的一個或多個推擠 馬達220的期望未來速度（例如，0)。當速度參考值已被設定時，對動態事件（例如，伊斗撞 擊礦藏）的阻巧被自動執行，W消散一個或多個推擠馬達220和推擠傳動裝置的動能。針 對時間值T設定速度參考值（例如，為0)，W消散一個或多個推擠馬達220和推擠傳動裝置 的動能，如上所述。在一些實施例中，速度參考值能夠是動態的并在時間值T期間改變（例 如，線性改變、非線性改變、指數改變等）。在其它實施例中，速度參考值能夠是基于例如實 際速度與期望速度、估算速度或另一參考速度之間的差的。在步驟635之后，流程500進行 到在圖9中示出并參照圖9描述的部分G。
[0化7] 在圖9中的步驟640,將計數器與時間值T進行比較。如果計數器不等于時間值 T，則計數器增量（步驟645)并且流程500返回到步驟640。如果，在步驟640,計數器等于 時間值T，則將推擠縮回扭矩重新設定回到標準值或馬達的正常操作限值內（例如，推擠縮 回扭矩<> 100% )(步驟650)，將速度參考值設定成等于操作員的速度參考值（例如，基 于諸如操縱桿的控制裝置）（步驟655)，并且將緩變率重新設定成用于挖掘機10的操作的 標準值（步驟660)。在已重新設定緩變率之后，流程500返回在圖5中示出并參照圖5描 述的部分F。在一些實施例中，控制器200或主控制器405還能夠監測伊斗桿85或伊斗70 相對于礦藏的位置，并在撞擊礦藏之前減慢伊斗桿85或伊斗70的運動，W減少與一個或多 個推擠馬達220和推擠傳動裝置相關聯的動能。
[005引因此，本發明尤其是提供了用于基于伊斗的提升釋放拉力和減速來控制工業機械 的一個或多個推擠扭矩限值的系統、方法、裝置和計算機可讀介質。本發明的各種特征和優 勢在權利要求書中闡述。
【權利要求】
1. 一種工業機械，包括： 鏟斗； 推擠馬達驅動裝置，所述推擠馬達驅動裝置被構造成向推擠馬達提供一個或多個控制 信號，所述推擠馬達能夠操作用以向所述鏟斗提供力，以使所述鏟斗朝向礦藏移動或移動 遠離礦藏；以及 控制器，所述控制器連接到所述推擠馬達驅動裝置，所述控制器被構造用于 確定所述鏟斗的撞擊， 基于所述鏟斗的撞擊來確定推擠縮回因子， 將所述推擠縮回因子與閾推擠縮回因子進行比較，和 基于所述推擠縮回因子與所述閾推擠縮回因子的比較來對所述推擠馬達驅動裝置設 定參數。
2. 根據權利要求1所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于對所述推擠馬達驅 動裝置設定所述推擠馬達驅動裝置正常操作范圍之外的參數。
3. 根據權利要求1所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于通過確定與所述鏟 斗相關聯的加速度來確定所述鏟斗的撞擊。
4. 根據權利要求3所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于通過基于所述加速 度確定推擠縮回因子，來基于所述撞擊確定所述推擠縮回因子。
5. 根據權利要求3所述的工業機械，其中，與所述鏟斗相關聯的所述加速度是負加速 度。
6. 根據權利要求1所述的工業機械，其中，所述控制器進一步被構造用于 確定鏟斗桿的角度，和 將所述鏟斗桿的角度與一個或多個鏟斗桿角度限值進行比較。
7. 根據權利要求6所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于通過基于所述推擠 縮回因子與所述閾推擠縮回因子的比較并基于所述鏟斗桿的角度與一個或多個鏟斗桿角 度限值的比較對所述推擠馬達驅動裝置設定推擠速度參考值，來設定所述參數。
8. 根據權利要求6所述的工業機械，其中，所述一個或多個鏟斗桿角度限值在相對于 所述鏟斗桿的水平位置的大約零度和大約九十度之間。
9. 根據權利要求6所述的工業機械，其中，所述控制器進一步被構造用于基于所述鏟 斗桿的角度與一個或多個鏟斗桿角度限值的比較并基于所述推擠縮回因子與所述閾推擠 縮回因子的比較來對所述推擠馬達驅動裝置設定推擠縮回扭矩。
10. 根據權利要求1所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于通過對所述推擠馬 達驅動裝置設定推擠速度參考值來設定所述參數。
11. 根據權利要求1所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于通過對所述推擠馬 達驅動裝置設定推擠馬達扭矩來設定所述參數。
12. 根據權利要求11所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于通過對所述推擠 馬達驅動裝置設定推擠縮回扭矩來設定所述參數。
13. 根據權利要求12所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于將所述推擠縮回 扭矩設定成比推擠縮回扭矩的標準操作值大的數值。
14. 根據權利要求13所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于將所述推擠縮回 扭矩設定成比推擠縮回扭矩的所述標準操作值的大約400%小的數值。
15. 根據權利要求14所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于將所述推擠縮回 扭矩設定成推擠縮回扭矩的所述標準操作值的大約150%。
16. 根據權利要求1所述的工業機械，其中，所述控制器進一步被構造用于 確定推擠馬達扭矩，和 將所述推擠馬達扭矩與一個或多個推擠馬達扭矩限值進行比較。
17. 根據權利要求16所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于基于所述推擠馬 達扭矩與所述一個或多個推擠馬達扭矩限值的比較來設定所述參數。
18. 根據權利要求1所述的工業機械，其中，所述工業機械包括AC工業機械。
19. 根據權利要求1所述的工業機械，其中，所述工業機械包括DC工業機械。
20. 根據權利要求1所述的工業機械，其中，所述工業機械包括繩索挖掘機。
21. 根據權利要求1所述的工業機械，其中，所述工業機械包括動力挖掘機。
22. 根據權利要求1所述的工業機械，其中，所述撞擊在所述工業機械上產生傾覆力 矩。
23. -種控制工業機械的挖掘操作的方法，所述工業機械包括鏟斗和推擠馬達驅動裝 置，所述方法包括： 確定所述1產斗的撞擊； 基于所述鏟斗的撞擊來確定推擠因子； 將所述推擠因子與閾推擠因子進行比較；以及 基于所述推擠因子與所述閾推擠因子的比較，利用控制器來對所述推擠馬達驅動裝置 設定參數。
24. 根據權利要求23所述的方法，其中，設定參數包括對所述推擠馬達驅動裝置設定 正常操作范圍之外的參數。
25. 根據權利要求23所述的方法，其中，確定所述鏟斗的撞擊包括確定與所述鏟斗相 關聯的加速度。
26. 根據權利要求25所述的方法，其中，基于所述撞擊確定推擠因子包括基于所述加 速度來確定推擠因子。
27. 根據權利要求25所述的方法，其中，與所述鏟斗相關聯的所述加速度是負加速度。
28. 根據權利要求23所述的方法，進一步包括： 確定鏟斗桿的角度；和 將所述鏟斗桿的角度與一個或多個鏟斗桿角度限值進行比較。
29. 根據權利要求28所述的方法，其中，設定參數包括基于所述推擠因子與所述閾推 擠因子的比較并基于所述鏟斗桿的角度與一個或多個鏟斗桿角度限值的比較來對所述推 擠馬達驅動裝置設定推擠速度參考值。
30. 根據權利要求28所述的方法，其中，所述一個或多個鏟斗桿角度限值在相對于所 述鏟斗桿的水平位置的大約零度和大約九十度之間。
31. 根據權利要求28所述的方法，還包括：基于所述鏟斗桿的角度與一個或多個鏟斗 桿角度限值的比較并基于所述推擠因子與所述閾推擠因子的比較來對所述推擠馬達驅動 裝置設定推擠馬達扭矩。
32. 根據權利要求23所述的方法，其中，設定參數包括對所述推擠馬達驅動裝置設定 推擠速度參考值。
33. 根據權利要求23所述的方法，其中，設定參數包括對所述推擠馬達驅動裝置設定 推擠馬達扭矩。
34. 根據權利要求33所述的方法，其中，設定推擠馬達扭矩包括對所述推擠馬達驅動 裝置設定推擠縮回扭矩。
35. 根據權利要求34所述的方法，其中，設定推擠縮回扭矩包括將推擠縮回扭矩設定 成比推擠縮回扭矩的標準操作值大的數值。
36. 根據權利要求35所述的方法，其中，設定推擠縮回扭矩包括將推擠縮回扭矩設定 成比推擠縮回扭矩的所述標準操作值的大約400 %小的數值。
37. 根據權利要求36所述的方法，其中，設定推擠縮回扭矩包括將推擠縮回扭矩設定 成推擠縮回扭矩的所述標準操作值的大約150%。
38. 根據權利要求23所述的方法，進一步包括： 確定推擠馬達扭矩；和 將所述推擠馬達扭矩與一個或多個推擠馬達扭矩限值進行比較。
39. 根據權利要求38所述的方法，其中，設定參數包括進一步基于所述推擠馬達扭矩 與所述一個或多個推擠馬達扭矩限值的比較來設定參數。
40. 根據權利要求23所述的方法，其中，所述工業機械包括AC工業機械。
41. 根據權利要求23所述的方法，其中，所述工業機械包括DC工業機械。
42. 根據權利要求23所述的方法，其中，所述工業機械包括繩索挖掘機。
43. 根據權利要求23所述的方法，其中，所述工業機械包括動力挖掘機。
44. 根據權利要求23所述的方法，其中，所述鏟斗的撞擊在所述工業機械上產生傾覆 力矩。
45. 一種工業機械，包括： 鏟斗； 推擠驅動裝置，所述推擠驅動裝置被構造成向推擠致動裝置提供一個或多個控制信 號，所述推擠致動裝置能夠操作用以向所述鏟斗提供力，以使所述鏟斗朝向礦藏移動或移 動遠離礦藏；以及 控制器，所述控制器連接到所述推擠驅動裝置，所述控制器被構造用于 監測所述工業機械的特征， 確定所述工業機械的被監測特征的值是否指示與所述鏟斗相關聯的撞擊事件，和 當所述工業機械的被監測特征的值指示撞擊事件時，基于所述工業機械的被監測特征 的值來對所述推擠致動裝置設定推擠驅動參數，其中所述推擠致動裝置的推擠驅動參數與 響應于所述撞擊事件的推擠力相關。
46. 根據權利要求45所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于對所述推擠驅動 裝置設定所述推擠驅動裝置正常操作范圍之外的參數。
47. 根據權利要求45所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于通過確定與所述 鏟斗相關聯的加速度來確定所述工業機械的被監測特征是否指示所述撞擊事件。
48. 根據權利要求47所述的工業機械，其中，與所述鏟斗相關聯的所述加速度是負加 速度。
49. 根據權利要求45所述的工業機械，其中，所述推擠致動裝置是電動馬達。
50. 根據權利要求49所述的工業機械，其中，所述推擠驅動參數是由所述電動馬達產 生的扭矩。
51. 根據權利要求45所述的工業機械，其中，所述撞擊事件在所述工業機械上產生傾 覆力矩。
52. 根據權利要求51所述的工業機械，其中，所述工業機械的被監測特征是所述工業 機械的傾覆力矩。
53. 根據權利要求52所述的工業機械，其中，響應于所述撞擊事件的推擠力是用于限 制所述工業機械的傾覆力矩的推擠力。
54. 根據權利要求45所述的工業機械，其中，所述控制器進一步被構造用于確定鏟斗 桿的角度。
55. 根據權利要求54所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于通過基于所述被 監測特征和基于所述鏟斗桿的角度對所述推擠驅動裝置設定推擠速度參考值，來設定推擠 驅動參數。
56. 根據權利要求54所述的工業機械，其中，所述控制器進一步被構造用于將所述鏟 斗桿的角度與一個或多個鏟斗桿角度限值進行比較，所述鏟斗桿角度限值在相對于所述鏟 斗桿的水平位置的大約零度和大約九十度之間。
57. 根據權利要求45所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于通過對所述推擠 驅動裝置設定推擠速度參考值來設定所述推擠驅動參數。
58. 根據權利要求45所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于通過對所述推擠 驅動裝置設定推擠馬達扭矩來設定所述推擠驅動參數。
59. 根據權利要求58所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于通過對所述推擠 驅動裝置設定推擠縮回扭矩來設定所述推擠驅動參數。
60. 根據權利要求59所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于將所述推擠縮回 扭矩設定成比推擠縮回扭矩的標準操作值大的數值。
61. 根據權利要求60所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于將所述推擠縮回 扭矩設定成比推擠縮回扭矩的所述標準操作值的大約400%小的數值。
62. 根據權利要求61所述的工業機械，其中，所述控制器被構造用于將所述推擠縮回 扭矩設定成推擠縮回扭矩的所述標準操作值的大約150%。
63. 根據權利要求45所述的工業機械，其中，所述推擠致動裝置是液壓缸。
64. 根據權利要求45所述的工業機械，其中，所述工業機械包括AC工業機械。
65. 根據權利要求45所述的工業機械，其中，所述工業機械包括DC工業機械。
66. 根據權利要求45所述的工業機械，其中，所述工業機械包括繩索挖掘機。
67. 根據權利要求45所述的工業機械，其中，所述工業機械包括動力挖掘機。
【文檔編號】E02F9/20GK104480990SQ201410592033
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2011年8月31日 優先權日:2011年4月29日
【發明者】約瑟夫·科爾威爾, 威廉·耶倫, 戴維·文特, 邁克爾·林斯特羅斯 申請人:哈尼施費格爾技術公司