露天矿开采设备的对中方法和系统的制作方法

露天矿开采设备的对中方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及矿采技术领域，特别是设及一种露天矿开采设备的对中方法和系统。
【背景技术】
[0002] 半连续剥采技术在露天矿剥采中的应用日益广泛。
[0003] 半连续剥采的装置通常包括挖掘机、自移式破碎机、工作面胶带机等。
[0004] 现场作业时，物料的走向为：挖掘机将挖掘的原煤通过电伊投入到自移式破碎机 的受料斗，自移式破碎机将原煤破碎，破碎后的物料经过破碎机的排料臂送至工作面胶带 机上的料斗车收料斗，在工作面胶带机的作用下传送至端帮皮带。在该一流程中，上游设备 和下游设备（如挖掘机和自移式破碎机）之间的物料转接能够顺利实现，前提是落料点要 精确，也就是说，需要挖掘机的落料部和自移式破碎机的接料部对中，通常要求转接点的偏 差值在10cmW下。
[0005] 另外，采矿实践中，很容易会出现自移式破碎机与料斗车相距较远，自移式破碎机 无法直接将破碎的物料输送至料斗车，此时需要转载机实现过渡，即自移式破碎机先将破 碎的物料输送至转载机，再由转载机将物料输送至料斗车。显然，为实现物料转接，自移式 破碎机和转载机该两台移动设备之间也需要进行对中。
[0006] 目前，在露天矿开采中，上游设备的落料部与下游设备的接料部的对中方式通常 采用人工操作。该里，上游设备和下游设备是针对物料的走向而言，在挖掘机和破碎机之 间，挖掘机为上游设备，破碎机为下游设备，在破碎机和转载机之间，破碎机则为上游设备， 转载机为下游设备。
[0007] 由于挖掘机、破碎机及转载机一般都为履带式工程设备，其体积庞大，转向控制中 司机操作死角较多，手动控制灵活性差，所W，每次对中都需要操作人员多次操作才能实 现，平均时间多达十几分钟。另外，由于露天剥采随着剥采进行，往往挖掘机几次作业后就 需要移动到下一剥采点，造成较短时间（如半小时）就需要进行一次对中，即对中频率高， 而人工对中又费时费力，导致剥采整体效率非常低下。
[000引有鉴于此，如何提高露天矿剥采中相关设备的对中速度，提高剥采效率，是本领域 技术人员目前需要解决的技术问题。

【发明内容】

[0009] 本发明的目的为提供一种露天矿开采设备的对中方法和对中系统，该方法和系统 能够提高露天矿剥采时相关设备的对中速度和效果，从而提高露天矿的剥采效率。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明提供一种露天矿开采设备的对中方法，包括如下步 骤：
[0011] 获取待对中的上游设备、下游设备的实时位置；
[0012] 根据所述上游设备、所述下游设备的实时位置设定所述上游设备运行至所述下游 设备的目标路径，并依据该目标路径计算所述上游设备电机的目标转速；
[0013] 根据所述目标转速对所述上游设备电机的实际转速进行闭环控制，直至所述上游 设备和所述下游设备无位置偏差。
[0014] 可选地，通过RTK-GI^S位置测量系统获取所述上游设备、所述下游设备的实时位 置的空间大地坐标。
[0015] 可选地，将所述上游设备、所述下游设备实时位置的空间大地坐标转换为平面直 角坐标；
[0016] 所述目标路径设定为经过所述上游设备平面直角坐标点和所述下游设备平面直 角坐标点的圆弧；设置所述上游设备对中初始的瞬时速度方向为该圆弧的切线方向，并据 此计算所述上游设备的理论转向半径；
[0017] 设置所述上游设备运行至所述下游设备的目标平均车速，并结合所述圆弧确定所 述上游设备的目标角速度；
[001引根据目标转向半径、所述目标平均车速和所述目标角速度计算所述上游设备电机 的目标转速，其中，所述目标转向半径为所述理论转向半径。
[0019] 可选地，当所述理论转向半径小于所述上游设备的最小转向半径时，选取所述最 小转向半径作为所述目标转向半径。
[0020] 可选地，对中前，若所述下游设备处于移动状态，则驱动所述上游设备与所述下游 设备同速度同方向运行，至所述下游设备停止后，再根据所述目标路径进行对中。
[0021] 本发明还提供一种露天矿开采设备的对中系统，包括：
[0022] 数据采集模块，用于实时监测待对中的所述上游设备、所述下游设备的实时位 置；
[0023] 数据分析模块，根据所述上游设备、所述下游设备的实时位置设定所述上游设备 运行至所述下游设备的目标路径，并根据该目标路径计算所述上游设备电机的目标转速；
[0024] 数据传输模块，用于将所述上游设备电机的目标转速传送至所述上游设备的驱动 执行模块；
[0025] 所述驱动执行模块根据所述目标转速对所述上游设备电机的实际转速进行闭环 控制，直至所述上游设备与所述下游设备的实时位置无偏差。
[0026] 可选地，所述数据采集模块为RTK-GI^S位置测量系统。
[0027] 可选地，所述数据分析模块包括：
[002引坐标转换子模块，用于将所述RTK-GI^S位置测量系统获取的所述上游设备、所述 下游设备实时位置的空间大地坐标转换为平面直角坐标；
[0029] 路径设置子模块，用于将所述上游设备运行至所述下游设备的目标路径设置为经 过所述上游设备平面直角坐标点和所述下游设备平面直角坐标点的圆弧，并设置所述上游 设备对中初始的瞬时速度方向为所述圆弧的切线方向；
[0030] 速度计算子模块，计算所述上游设备的理论转向半径；设置所述上游设备运行至 所述下游设备的目标平均车速，并结合所述圆弧确定所述上游设备的目标角速度；还根据 目标转向半径、所述目标平均车速和所述目标角速度计算所述上游设备电机的目标转速， 其中，所述目标转向半径为所述理论转向半径。
[0031] 可选地，所述速度计算子模块还包括比较模块，其预设有所述上游设备的最小转 向半径，当所述目标转向半径小于所述最小转向半径时，选取所述最小转向半径作为所述 目标转向半径。
[0032] 可选地，所述对中系统还包括下游设备状态判断模块，当其判断所述下游设备处 于移动状态，输出控制信号至所述上游设备的驱动执行模块，使其驱动所述上游设备与所 述下游设备同速度、同方向运行，至所述下游设备停止后，再根据所述目标转速对所述上游 设备电机的实际转速进行闭环控制。
[0033] 本发明提供的露天矿开采设备的对中方法和系统，能够实现露天矿剥采时相关设 备的快速对中。具体地，本方案中，根据待对中的上游设备和下游设备的实时位置，设定上 游设备运行至下游设备的目标路径，并据此目标路径计算上游设备电机的目标转速，W该 目标转速为指定转速对上游设备的实际转速进行闭环控制，直至上游设备和下游设备无位 置偏差；如此根据上游设备和下游设备的实时位置，规划了上游设备的对中路径及对中速 度，并实时进行调整，实现了上游设备和下游设备的自动对中，较之现有技术中人为对中操 作，大大缩短了露天矿开采过程中相关设备的对中时间，从而提高了露天矿的剥采效率。
【附图说明】
[0034] 图1为本发明所提供露天矿开采设备对中方法一种【具体实施方式】的流程框图；
[0035] 图2为图1中目标路径设置的原理示意图；
[0036] 图3为本发明所提供露天矿开采设备对中系统一种【具体实施方式】的结构框图。
【具体实施方式】
[0037] 本发明的核屯、为提供一种露天矿开采设备的对中方法和对中系统，该方法和系统 能够提高露天矿剥采时相关设备的对中速度和效果，从而提高露天矿的剥采效率。
[003引露天矿开采的实际作业中，物料的走向为：挖掘机一破碎机一工作面胶带机上的 料斗车；实践中，若破碎机和工作面胶带机之间的距离较远时，需要通过转载机过渡，此时 物料的走向为；挖掘机一破碎机一转载机一工作面胶带机上的料斗车。
[0039] 转运过程中，为实现物料的顺利转接，需要相邻的上游设备和下游设备对中方可， 比如，挖掘机将挖掘的原煤转运至破碎机的受料斗时，往往因两者有一定的距离，需要实现 挖掘机与破碎机的对中。下文就露天矿开采中，如何实现上游设备和下游设备的对中进行 详细说明。
[0040] 需要指出的是，文中"上游设备"和"下游设备"是针对物料的走向而言的，比如， 在挖掘机和破碎机之间，挖掘机为上游设备，破碎机为下游设备；在破碎机和转载机之间， 破碎机则为上游设备，转载机为下游设备。
[0041] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实 施例对本发明作进一步的详细说明。
[0042] 为便于理解和描述简洁，下文结合露天矿开采设备的对中方法、对中系统进行说 明，有益效果不再重复论述。
[0043] 请参考图1和图3,图1为本发明所提供露天矿开采设备对中方法一种具体实施方 式的流程框图；图3为本发明所提供露天矿开采设备对中系统一种【具体实施方式】的结构框 图。
[0044] 该【具体实施方式】中，露天矿开采设备的对中方法包括如下步骤：
[0045] Sll、获取待对中上游设备、下游设备的实时位置；
[0046] S12、根据所述上游设备、所述下游设备的实时位置设定所述上游设备运行至所述 下游设备的目标路径，并依据该目标路径计算所述上游设备电机的目标转速；
[0047] 如图3中所示，该实施方式中，露天矿开采设备的对中系统包括数据采集模块 100,用于监测待对中的上游设备、下游设备的实时位置。
[0048] 所述对中系统还包括数据分析模块200,该数据分析模块200可W根据上游设备、 下游设备的实时位置设定上游设备运行至下游设备的目标路径，并根据该目标路径计算出 上游设备电机的目标转速。
[0049] 需要说明的是，由于露天矿开采中物料的走向，为避免开采设备的多余移动，实际 操作时，通常使上游设备向下游设备移动。
[0化0] 还需要指出的是， 由于露天矿开采的移动设备多为履带式工程设备，移动设备两 侧履带的移动由两侧电机控制，所W对移动设备转速的控制实际为对其两侧电机的控制。 [0化^ 具体的方案中，可W通过RTK-GPS(Real-TimeKinematic-GP巧位置测量系统获 取上游设备、下游设备实时位置的空间大地坐标。
[0化2] 也就是说，所述数据采集模块100可W设为RTK-GI^S位置测量系统。
[0053] 具体地，RTK-GI^S位置测量系统包括基准站、流动站和无线电数据传输设备；无线 数据通讯是能够进行实时动态测量的保证。
[0054] 实践中，取点位精度较高的控制点作为基准站，在该基准站设置一台接受机；由于 采矿过程中，上游设备和下游设备均会移动，所W将上游设备和下游设备作为流动站，分别 设置一台接收机。
[0化5] 测量时，基准站的接收机对卫星进行连续观测，流动站的接收机在接收卫星信号 的同时，通过无线电传输设备接收基准站的观测数据，流动站的计算机根据相对定位的原 理实时计算流动站的=维坐标和测量精度。
[0056] 需要指出的是，基准站设置在一定的测区范围内，该测区可W根据实际情况来选 取；当测区范围大于一定的面积后，在测量计算中需要考虑各种参数的修正，如地球曲率半 径的影响等，因此，在实际应用中，可W通过减小流动站能够接收计转站信号的最远距离来 保证测量的精度。
[0化7] 基于RTK-GI^S位置测量系统获得的上游设备、下游设备的S维坐标实际为空间大 地坐标（经度、绅度、大地高），为便于后续计算，还需要将空间大地坐标系转换为空间直角 坐标系，并进一步转换为平面直角坐标系。
[0化引具体的方案中，所述数据分析模块200包括坐标转换子模块201，其能够将基于RTK-GI^S位置测量系统获取的上游设备、下游设备实时位置的空间大地坐标转换为平面直 角坐标。
[0059] 实际操作时，可W算出上游设备、下游设备位置偏差的平面直角坐标，依据该位置 偏差来设定目标路径。
[0060] 经过测量计算，上游设备、下游设备位置偏差的平面直角坐标具体如下：
[0061] Xx=-sin(L。）X狂-X。)+COS(L。）X(Y-Y。）；
[0062] Yy=-sin炬0)Xcos(L〇)X狂-X〇)-sin炬0)Xsin(L〇)X(Y-Y〇)+COS炬0)X狂-Z〇);
[0063]Zz=cos炬0)Xcos(X〇)X狂-X〇)+COS炬0)Xsin(X〇)X(Y_Y〇)+sin炬0)X狂-Z〇);
[0064]其中；
[0065] B〇.L〇--上游设备实时位置的绅度、经度；
[0066]X。、Y。、Z。一一上游设备实时位置的空间直角坐标X值、Y值、Z值；
[0067]X、Y、Z--下游设备实时位置的空间直角坐标X值、Y值、Z值。
[0068] 所述数据分析模块200还包括路径设置子模块202,该路径设置子模块202可W算 出上游设备和下游设备在平面直角坐标系下的位置偏差，并据此设定上游设备运行至下游 设备的目标路径。
[0069] 请结合图2,图2为图1中目标路径设置的原理示意图。
[0070] 如图2中所示，为简便，将上游设备所在位置置为X-Y平面坐标系的原点0,则上 述位置偏差的平面坐标值为下游设备的所在位置，图中WA表示；也就是说，现在要设定由 0点到达A点的路径。
[0071] 当然，实际中反向设置也可W，即将下游设备所在位置置为X-Y平面坐标系的原 点，则位置偏差的平面坐标值为上游设备的所在位置。
[007引通过0点、A点的直线或曲线可W有无数条，换句话说，可从隐其中任一条直线或 曲线作为0点到达A点的路径。
[0073] 考虑到具体实际情况，上游设备按照圆弧运动最易于实现，所W该具体方案中，设 定经过0点、A点的圆弧为目标路径。
[0074] 需要指出的是，利用上游设备、下游设备的位置偏差来设定目标路径比较方便，且 利于后续目标转速的计算。当然，实际中，直接用上游设备、下游设备实时位置的平面直角 坐标来设定目标路径也是可行的，具体原理类似，不再寶述。
[0075] 在确定了上游设备按照目标路径即由0点至A点的圆弧运行后，即可根据该目标 路径计算出上游设备电机的目标转速。
[0076] 具体的方案中，为控制计算的方便及实际操作的方便，可设定上游设备在对中初 始的瞬时速度方向为上述圆弧的切线方向。
[0077] 所述数据分析模块200还包括速度计算子模块203,该模块可根据设置的目标路 径及上游设备对中初始的瞬时速度方向计算出上游设备电机的目标转速。
[007引下面详细描述上游设备电机的目标转速的计算原理。
[0079] 不失一般性，在图2的原理示意图中，将经过0点的圆半径方向设置为X轴方向， 由图2所示的几何关系可W得出：
[0080]
【主权项】
1. 露天矿开采设备的对中方法，其特征在于，包括如下步骤： 获取待对中的上游设备、下游设备的实时位置； 根据所述上游设备、所述下游设备的实时位置设定所述上游设备运行至所述下游设备 的目标路径，并依据该目标路径计算所述上游设备电机的目标转速； 根据所述目标转速对所述上游设备电机的实际转速进行闭环控制，直至所述上游设备 和所述下游设备无位置偏差。
2. 根据权利要求1所述的对中方法，其特征在于，通过RTK-GPS位置测量系统获取所述 上游设备、所述下游设备的实时位置的空间大地坐标。
3. 根据权利要求2所述的对中方法，其特征在于，将所述上游设备、所述下游设备实时 位置的空间大地坐标转换为平面直角坐标； 所述目标路径设定为经过所述上游设备平面直角坐标点和所述下游设备平面直角坐 标点的圆弧；设置所述上游设备对中初始的瞬时速度方向为该圆弧的切线方向，并据此计 算所述上游设备的理论转向半径； 设置所述上游设备运行至所述下游设备的目标平均车速，并结合所述圆弧确定所述上 游设备的目标角速度； 根据目标转向半径、所述目标平均车速和所述目标角速度计算所述上游设备电机的目 标转速，其中，所述目标转向半径为所述理论转向半径。
4. 根据权利要求3所述的对中方法，其特征在于，当所述理论转向半径小于所述上游 设备的最小转向半径时，选取所述最小转向半径作为所述目标转向半径。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的对中方法，其特征在于，对中前，若所述下游设备 处于移动状态，则驱动所述上游设备与所述下游设备同速度同方向运行，至所述下游设备 停止后，再根据所述目标路径进行对中。
6. 露天矿开采设备的对中系统，其特征在于，包括： 数据采集模块，用于监测待对中的所述上游设备、所述下游设备的实时位置； 数据分析模块，根据所述上游设备、所述下游设备的实时位置设定所述上游设备运行 至所述下游设备的目标路径，并根据该目标路径计算所述上游设备电机的目标转速； 数据传输模块，用于将所述上游设备电机的目标转速传送至所述上游设备的驱动执行 丰吴块； 所述驱动执行模块根据所述目标转速对所述上游设备电机的实际转速进行闭环控制， 直至所述上游设备与所述下游设备的实时位置无偏差。
7. 根据权利要求6所述的对中系统，其特征在于，所述数据采集模块为RTK-GPS位置测 量系统。
8. 根据权利要求7所述的对中系统，其特征在于，所述数据分析模块包括： 坐标转换子模块，用于将所述RTK-GPS位置测量系统获取的所述上游设备、所述下游 设备实时位置的空间大地坐标转换为平面直角坐标； 路径设置子模块，用于将所述上游设备运行至所述下游设备的目标路径设置为经过所 述上游设备平面直角坐标点和所述下游设备平面直角坐标点的圆弧，并设置所述上游设备 对中初始的瞬时速度方向为所述圆弧的切线方向； 速度计算子模块，计算所述上游设备的理论转向半径；设置所述上游设备运行至所述 下游设备的目标平均车速，并结合所述圆弧确定所述上游设备的目标角速度；还根据目标 转向半径、所述目标平均车速和所述目标角速度计算所述上游设备电机的目标转速，其中， 所述目标转向半径为所述理论转向半径。
9. 根据权利要求8所述的对中系统，其特征在于，所述速度计算子模块还包括比较模 块，其预设有所述上游设备的最小转向半径，当所述目标转向半径小于所述最小转向半径 时，选取所述最小转向半径作为所述目标转向半径。
10. 根据权利要求6-9任一项所述的对中系统，其特征在于，所述对中系统还包括下游 设备状态判断模块，当其判断所述下游设备处于移动状态，输出控制信号至所述上游设备 的驱动执行模块，使其驱动所述上游设备与所述下游设备同速度、同方向运行，至所述下游 设备停止后，再根据所述目标转速对所述上游设备电机的实际转速进行闭环控制。
【专利摘要】本发明公开了一种露天矿开采设备的对中方法，包括如下步骤：获取待对中的上游设备、下游设备的实时位置；根据所述上游设备、所述下游设备的实时位置设定所述上游设备运行至所述下游设备的目标路径，并依据该目标路径计算所述上游设备电机的目标转速；根据所述目标转速对所述上游设备电机的实际转速进行闭环控制，直至所述上游设备和所述下游设备无位置偏差。该对中方法根据上游设备和下游设备的实时位置偏差，对上游设备至下游设备的对中路线进行了规划和控制，实现了上游设备和下游设备的自动对中，大大缩短了露天矿开采过程中相关设备的对中时间，提高了露天矿的剥采效率。在此基础上，本发明还公开了一种露天矿开采设备的对中系统。
【IPC分类】E21C47-00, G05D3-12
【公开号】CN104763430
【申请号】CN201510142783
【发明人】石峥嵘, 谷盛, 韦公勋, 张起伟, 李秀梅, 刘暤
【申请人】华电重工股份有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月27日