Система воздушного потока для горной машины
Настоящее изобретение относится к горным машинам, а именно к способам работы горной машины, которая включает стрелу и врубовую головку, поддерживаемую на стреле, при этом стрела содержит замкнутую камеру и отверстие, находящееся в соединении по текучей среде с замкнутой камерой. При этом способ содержит приведение врубовой головки во взаимодействие со стенкой шахты, создание всасывания внутри замкнутой камеры стрелы и приведение в действие клапана, присоединенного к стреле, между закрытым положением, в котором отверстие закрыто, и по меньшей мере одним открытым положением, в котором отверстие по меньшей мере частично открыто. Причем силу всасывания прикладывают к отверстию, когда клапан находится в по меньшей мере одном частично открытом положении. Технический результат заключается в обеспечении автоматизированного управления с использованием информации относительно расположения и позиции различных частей горной машины для повышения эффективности управления горной машиной. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
[0001] Данной заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США № 61/765,390, поданной 15 февраля 2013 г., полное содержание которой включено в данный документ путем ссылки.
Уровень техники
[0002] Настоящее изобретение относится к горным машинам. Конкретно, настоящее изобретение относится к системе воздушного потока для горного комбайна.
[0003] Обычные горные комбайны и проходческие машины включают в себя систему воздушного потока вблизи шахты для удаления вырубленного материала и пустой породы. Во время работы врубовая головка часто меняет положение, располагаясь между горизонтом и сводом шахты. Современные машины забирают воздух с врубовой поверхности через раму врубовой машины. Перемещение врубовой головки меняет положение, при котором воздух всасывается в систему воздушного потока. Кроме того, плотная подземная среда накладывает существенные пространственные ограничения на проходческие машины и горные комбайны, ограничивая пространство для размещения на машине различных компонентов.
Сущность изобретения
[0004] В одном аспекте, изобретение обеспечивает горный комбайн, включающий в себя раму, стрелу, врубовую головку, клапан и исполнительное устройство. Стрела образует внутреннюю камеру и включает в себя первый конец, присоединенный к раме, второй конец и отверстие, соединенное по текучей среде с внутренней камерой. Врубовая головка включает в себя множество зубков и поддерживается на втором конце стрелы. Клапан присоединен к стреле и имеет возможность перемещаться между закрытым положением, в котором отверстие закрыто, и открытым положением, в котором отверстие является по меньшей мере частично незакрытым. Исполнительное устройство присоединено к клапану, чтобы избирательно перемещать клапан между закрытым положением и открытым положением.
[0005] В другом аспекте, изобретение обеспечивает стрелу для горного комбайна, имеющего раму и врубовую головку. Стрела включает в себя удлиненный корпус, отверстие, клапан и исполнительное устройство. Стрела имеет первый конец, выполненный с возможностью присоединяться к раме, и второй конец, выполненный с возможностью поддерживать врубовую головку. Корпус образует внешнюю поверхность и внутреннюю камеру. Внешняя поверхность имеет верхний участок и нижний участок. Отверстие расположено на нижней поверхности и соединяется по текучей среде с внутренней камерой. Клапан имеет возможность перемещаться между закрытым положением, в котором отверстие закрыто, и открытым положением, в котором отверстие является по меньшей мере частично незакрытым. Исполнительное устройство присоединено к клапану, чтобы избирательно перемещать клапан между закрытым положением и открытым положением.
[0006] В еще одном аспекте, изобретение обеспечивает горный комбайн, включающий в себя раму, стрелу, врубовую головку, пластину, исполнительное устройство, датчик для регистрации положения врубовой головки и систему управления для управления исполнительным устройством на основе регистрируемого положения врубовой головки. Стрела образует верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и внутреннюю камеру. Стрела включает в себя первый конец, присоединенный к раме, второй конец и отверстие, расположенное на нижней поверхности и находящееся в гидравлическом соединении с внутренней камерой. Врубовая головка включает в себя множество зубков и поддерживается на втором конце стрелы. Пластина присоединена к стреле и может перемещаться из закрытого положения, в котором отверстие закрыто, в направлении открытого положения, в котором отверстие является по меньшей мере частично незакрытым. Исполнительное устройство присоединено к пластине, чтобы избирательно перемещать пластину между закрытым положением и открытым положением.
[0007] Другие аспекты настоящего изобретения станут очевидными при рассмотрении подробного описания и прилагаемых чертежей.
Краткое описание чертежей
[0008] Фиг.1 - вид спереди в перспективе части горной машины.
[0009] Фиг.2 - вид снизу в перспективе конца стрелы, включающей в себя клапанную пластину в закрытом положении.
[0010] Фиг.3 - вид сбоку сечения стрелы на фиг.2 с клапанной пластиной в закрытом положении.
[0011] Фиг.4 - вид сбоку сечения стрелы на фиг.3 с клапанной пластиной в открытом положении.
[0012] Фиг.5 - вид сбоку части горной машины на фиг.1.
[0013] Фиг.6 - вид сбоку части горной машины согласно другому варианту осуществления.
[0014] Фиг.7 - вид сбоку части горной машины согласно другому варианту осуществления.
Подробное описание
[0015] Прежде чем варианты осуществления изобретения будут объяснены подробно, следует понять, что изобретение не ограничивается в своем применении деталями конструкции и расположением компонентов, которое изложено в последующем описании или показанного на чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и может быть осуществлено или осуществляется различными способами. Кроме того, следует понимать, что фразеология и терминология используется в данном документе для целей описания и не должна рассматриваться как ограничивающая. Применение выражений "включающий в себя", "содержащий" или "имеющий" и их вариаций в данном описании предназначено, чтобы охватывать перечисленные далее позиции и их эквиваленты, а также дополнительные позиции. Термины "установленный", "соединенный" и "связанный" широко используются и охватывают как непосредственную, так и опосредованную установку, соединение и связь. Кроме того, термины "соединенный" и "связанный" не ограничиваются физическими или механическими соединениями или связями и могут включать в себя электрические или гидравлические соединения или связи, непосредственные или опосредованные. Кроме того, электронные сообщения и уведомления могут выполняться с использованием любых известных средств, включая в себя прямые соединения, беспроводные соединения и тому подобное.
[0016] Фиг.1 показывает часть врубовой машины, например, горный комбайн 10, включающий в себя раму 14, которая поддерживается для перемещения с помощью гусениц 18. Горный комбайн 10 дополнительно включает в себя стрелу 22 и врубовую головку 26. В показанном варианте осуществления, рама 14 также включает в себя загребающую переднюю часть 30 и транспортер 34. Загребающая передняя часть 30 включает в себя пару вращающихся рычагов 38, которые подают вырубленный материал под врубовую головку 26 на транспортер 34. Транспортер 34 проходит от одного конца рамы 14 в направлении другого конца (не показан) рамы 14. Транспортер 34 выполняет транспортировку вырубленного материала из области под врубовой головкой 26 на второй транспортер (не показан), расположенный позади рамы 14.
[0017] В показанном варианте осуществления, стрела 22 образована в виде корпуса и включает в себя первый конец 42, присоединенный к раме 14 с возможностью вращения, и второй конец 46, поддерживающий режущую головку 26. Стрела 22 также образует верхнюю поверхность 48 и нижнюю поверхность 50. Стрела 22 может поворачиваться вокруг оси 54 поворота, которая в основном перпендикулярна продольной оси рамы 14. Стрела 22 поворачивается парой исполнительных устройств 58, которые присоединены между рамой 14 и стрелой 22. В показанном варианте осуществления, исполнительными устройствами 58 являются гидравлические стойки или цилиндры.
[0018] В показанном варианте осуществления, врубовая головка 26 образована в виде удлиненного барабана 62, включающего в себя множество зубков 66, прикрепленных к внешней поверхности барабана 62. Барабан 62 образует ось 68 барабана, которая в основном, параллельна оси 54 поворота стрелы 22, и барабан 62 может вращаться вокруг оси 68 барабана.
[0019] Как показано на фиг.2-4, стрела 22 также включает в себя вентиляционный канал или газовоздушный тракт 70 (фиг.3 и 4), клапан или пластину 74 и исполнительное устройство 78 (фиг.3 и 4). Канал 70 образован внутренней камерой стрелы 22 и проходит, по существу, между вторым концом 46 стрелы 22 и первым концом 42 (фиг.1). Канал 70 соединен по текучей среде с источником низкого давления (не показан) и включает в себя люк или отверстие 82 (фиг.3 и 4) в стреле 22.
[0020] Как лучше всего показано на фиг.3 и 4, пластина 74 избирательно закрывает отверстие 82. В показанном варианте осуществления, пластина 74 расположена на нижней поверхности 50 стрелы 22. Пластина 74 присоединена к стреле 22 с возможностью вращения с помощью шарнира 86 и может поворачиваться между закрытым положением (фиг.3), открытым положением (фиг.4) и любым положением между закрытым положением и открытым положением. Шарнир 86 расположен вблизи второго конца 46 стрелы 22 так, что пластина 74 открывается вниз и в направлении врубовой головки 26. Говоря иначе, пластина 74 открывается в сторону от врубовой головки 26, создавая проход для отверстия 82, которое ориентировано в сторону от врубовой головки 26. В других вариантах осуществления, пластина 74 может открываться, создавая проход для отверстия 82, которое ориентировано в направлении врубовой головки 26 и в направлении второго конца 46 стрелы 22. Дополнительно, в других вариантах осуществления пластина 74 имеет возможность скользить относительно стрелы 22, чтобы закрывать и открывать отверстие 82. Пластина 74 может приводиться в действие или скользить с помощью стоечной конструкции.
[0021] Со ссылкой на фиг.3 и 4, исполнительное устройство 78 включает в себя рычаг 90 и устройство 94 поршневого цилиндра. Рычаг 90 включает в себя первый конец 98, присоединенный к клапанной пластине 74, и второй конец 102, присоединенный к устройству 94 поршневого цилиндра. Рычаг 90, выполненный с возможностью вращения, присоединен к стреле 22 с помощью шпильки 106. Устройство 94 поршневого цилиндра включает в себя поршень 110, который входит внутрь цилиндра 114 и имеет возможность прямолинейно выдвигаться относительно цилиндра 114 (например, с помощью сжатой жидкости). Поршень 110 присоединен к рычагу 90 так, что выдвижение и втягивание поршня 110 перемещает рычаг 90, тем самым, открывая и закрывая клапанную пластину 74. В других вариантах осуществления, устройство 94 поршневого цилиндра может быть заменено другим типом линейного исполнительного механизма, например, электромагнитным клапаном. Еще в одном варианте осуществления, рычаг 90 может перемещаться с помощью вращательного исполнительного устройства.
[0022] В показанном варианте осуществления, исполнительное устройство 78 расположено внутри стрелы 22. В некоторых вариантах осуществления, пластина 74 может также располагаться внутри стрелы 22 и присоединяться к внутренней камере. Размещение канала 70, исполнительного устройства 78, пластины 74 и/или любых других компонентов внутри стрелы 22 уменьшает воздействие, производимое рабочим органом машины 10 и пустой породой, вырубленной с поверхности шахты, на компоненты, тем самым, снижая вероятность повреждения компонентов.
[0023] Исполнительное устройство 78 приводится в действие системой 118 управления. В показанном варианте осуществления, контроллер 118 приводит в действие клапан регулировки потока, чтобы направить текучую среду в любую сторону цилиндра 114, тем самым перемещая поршень 110. Система 118 управления принимает входной сигнал (например, с помощью проводного соединения или беспроводного соединения) от датчика 122, который регистрирует положение стрелы 22 относительно рамы 14 и/или регистрирует высоту подъема врубовой головки 26. Со ссылкой на фиг.5, в одном варианте осуществления, датчик 122 является наклономером, который регистрирует угол наклона стрелы 22 и определяет высоту подъема врубовой головки 26. Как показано на фиг.6, в другом варианте осуществления датчик 122 является датчиком поворота (например, кодовым датчиком положения), который регистрирует поворот стрелы 22 вокруг оси 54 поворота и определяет высоту подъема врубовой головки 26. Со ссылкой на фиг.7, в другом варианте осуществления датчик 122 является линейным датчиком, который регистрирует выдвижение исполнительных устройств 58 чтобы измерить поворот стрелы 22 и определить высоту подъема врубовой головки 26.
[0024] Контроллер 118 приводит в действие исполнительное устройство 78, чтобы перемещать пластину 74 на основе регистрируемого положения врубовой головки 26. Например, когда датчик 122 определяет, что врубовая головка 26 находится в полностью поднятом положении, система 118 управления приводит в движение клапан регулировки потока, чтобы выдвинуть поршень 110, тем самым, по меньшей мере, частично открывая отверстие 82 (фиг.3), чтобы обеспечить гидравлическое соединение с каналом 70. Когда врубовая головка 26 опускается, система 118 управления приводит в движение клапан регулировки потока, чтобы втянуть поршень 110 и переместить пластину 74 в направлении закрытого положения. В одном варианте осуществления, пластина 74 полностью закрывает отверстие 82 после того, как врубовая головка 26 перемещается ниже предварительно заданной высоты, чтобы гарантировать, что вырубленный материал не будет всасываться в канал 70.
[0025] Размещение отверстия системы всасывания на нижней поверхности стрелы непрактично для обычных горных машин, поскольку это позволяет отрезанному материалу всасываться в вентиляционные каналы, когда стрелы и врубовая головка находятся в нижнем положении. Аналогично, размещение отверстия на верхней поверхности стрелы на обычном горном комбайне может привести к тому, что свод шахты будет мешать или блокировать верхнюю часть канала, когда врубовая головка находится в поднятом положении. Однако отверстие 82 оптимальной формы на нижней стороне стрелы 22 улучшает средние скорости вентилирующего потока и значительно повышает скорости потока, когда врубовая головка 26 находится в поднятом положении. Производительность вентиляции вблизи вырубаемой поверхности вследствие этого повышается за счет внедрения управляемого клапана 74, в котором размер прохода воздушного потока регулируется в зависимости от положения врубовой головки 26. В одном варианте осуществления, проход, образованный клапаном 74, меньше, когда стрела 22 и врубовая головка 26 расположены ближе к земле, тем самым уменьшая объем пустой породы и материала, который всасывается с земли. Клапан 74 открывается постепенно, по мере того как врубовая головка 26 поднимается, и закрывается постепенно, по мере того как врубовая головка 26 опускается. В некоторых вариантах осуществления, клапан 74 может быть полностью закрыт, когда врубовая головка 26 находится ниже предварительно заданной высоты, и полностью открыт, когда врубовая головка 26 находится выше предварительно заданной высоты.
[0026] Система 118 управления может открывать и закрывать отверстие 82 на основе любого из нескольких входных сигналов датчика. Например, в варианте осуществления на фиг.5, наклономер 122 показывает ориентацию стрелы 22, и в результате система 118 управления определяет высоту врубовой головки 26. В варианте осуществления на фиг.6, положение врубовой головки 26 рассчитывается на основании измеренного угла поворота стрелы 22. В варианте осуществления на фиг.7, измеренное выдвижение исполнительных устройств 58 указывает на поворот стрелы 22, и система 118 управления может определить положение врубовой головки 26. На основании принятых входных сигналов система 118 управления соответственно открывает клапан 74. Дополнительно, в других вариантах осуществления объем потока может оптимизироваться путем изменения или регулировки положения клапана 74, основываясь на сигналах обратной связи относительно разности давлений в контуре воздушного потока.
[0027] Таким образом, изобретение обеспечивает, среди прочего, систему воздушного потока для врубовой машины. Несмотря на то, что изобретение подробно описано со ссылкой на некоторые предпочтительные варианты осуществления, существуют варианты и модификации в объеме и духе одного или более независимых аспектов изобретения, как описано. Различные признаки и преимущества изобретения изложены в нижеследующей формуле изобретения.
1. Способ работы горной машины, содержащей стрелу и врубовую головку, поддерживаемую на стреле, при этом стрела содержит замкнутую камеру и отверстие, находящееся в соединении по текучей среде с замкнутой камерой, при этом способ содержит:
приведение врубовой головки во взаимодействие со стенкой шахты,
создание всасывания внутри замкнутой камеры стрелы,
и приведение в действие клапана, присоединенного к стреле, между закрытым положением, в котором отверстие закрыто, и по меньшей мере одним открытым положением, в котором отверстие по меньшей мере частично открыто, причем силу всасывания прикладывают к отверстию, когда клапан находится в по меньшей мере одном частично открытом положении.
2. Способ по п.1, в котором приведение в действие клапана содержит поворот пластины относительно стрелы на шарнире.
3. Способ по п.2, в котором поворот пластины относительно стрелы содержит поворот пластины на шарнире к врубовой головке, когда пластина перемещается в упомянутое по меньшей мере одно открытое положение.
4. Способ по п.1, в котором приведение в действие клапана содержит поступательное перемещение клапана по мере подъема стрелы.
5. Способ по п.1, в котором приведение в действие клапана содержит перемещение элемента линейным образом для поворота рычага относительно шпильки.
6. Способ по п.1, дополнительно содержащий транспортировку материала от врубовой головки посредством бесконечного транспортера, поддерживаемого на раме машины.
7. Способ по п.1, дополнительно содержащий определение положения по меньшей мере одного из стрелы и врубовой головки относительно рамы горной машины, и управление приведением в действие клапана на основе определенного положения.
8. Способ по п.7, в котором определение положения содержит измерение выдвижения исполнительных устройств стрелы для подъема и опускания стрелы.
9. Способ по п.7, в котором определение положения содержит измерение ориентации стрелы наклономером.
10. Способ по п.7, в котором определение положения содержит измерение угла поворота стрелы относительно рамы горной машины.
11. Способ работы горной машины, содержащей стрелу и врубовую головку, поддерживаемую на конце стрелы, при этом стрела содержит замкнутую камеру и отверстие в нижней поверхности, находящееся в соединении по текучей среде с замкнутой камерой, при этом способ содержит:
приведение в действие клапана между закрытым положением, в котором отверстие закрыто, и по меньшей мере одним открытым положением, в котором отверстие по меньшей мере частично открыто,
определение положения по меньшей мере одного из стрелы и врубовой головки, и
управление приведением в действие клапана на основе определенного положения.
12. Способ по п.11, в котором приведение в действие клапана содержит поворот пластины относительно стрелы на шарнире.
13. Способ по п.11, в котором приведение в действие клапана содержит поворот клапана так, что клапан открывает часть отверстия, ориентированную от врубовой головки.
14. Способ по п.11, в котором приведение в действие клапана содержит поступательное перемещение клапана по мере подъема стрелы.
15. Способ по п.11, в котором приведение в действие клапана содержит перемещение элемента линейным образом для поворота рычага относительно шпильки.
16. Способ по п.11, в котором определение положения содержит измерение выдвижения исполнительных устройств стрелы для подъема и опускания стрелы.
17. Способ по п.11, в котором управление приведением в действие клапана содержит перемещения клапана в упомянутое по меньшей мере одно открытое положение, когда стрела поднимается, и перемещение клапана в закрытое положение, когда стрела опускается ниже заранее заданной высоты.
18. Способ по п.11, в котором определение положения содержит измерение ориентации стрелы наклономером.
19. Способ по п.11, в котором определение положения содержит измерение угла поворота стрелы относительно рамы горной машины.
20. Способ по п.11, дополнительно содержащий создание силы всасывания внутри замкнутой камеры стрелы так, что сила всасывания прикладывается к отверстию, когда клапан находится в упомянутом по меньшей мере одном открытом положении.
