專利名稱：用于移動(dòng)式采掘機(jī)的架空電網(wǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可移動(dòng)電動(dòng)機(jī)構(gòu)，且更具體地涉及與可移動(dòng)電動(dòng)機(jī)械聯(lián)連接的架空電網(wǎng)。
背景技術(shù)：
用于地表采礦和地下“硬質(zhì)巖石”采礦的重型采掘機(jī)通常由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。長(zhǎng)期以來(lái)存在對(duì)降低與在承壓地面和地下采礦應(yīng)用中操作該柴油機(jī)相關(guān)的健康風(fēng)險(xiǎn)的需要。具體地，柴油機(jī)釋放有害人體的微粒物質(zhì)，產(chǎn)生高噪音水平，以及顯著增加地下礦山的“熱負(fù)荷”。此外，高額的柴油燃料成本和柴油機(jī)維護(hù)費(fèi)用是額外的缺點(diǎn)。常規(guī)的架空電網(wǎng)供電系統(tǒng)，比如軌道運(yùn)輸系統(tǒng)，使用在架空電線上滑動(dòng)的受電弓。這些系統(tǒng)需要使用基于軌道的引導(dǎo)以保持可移動(dòng)機(jī)械(機(jī)車)與架空電線(導(dǎo)體)在可允許程度范圍內(nèi)接近。受電弓系統(tǒng) 已經(jīng)被嘗試用于拖運(yùn)卡車，但是這種受電弓系統(tǒng)不包括用于轉(zhuǎn)換沿公路或鐵路運(yùn)行的方向的任何“轉(zhuǎn)換”裝置，而是要降下受電弓，返回柴油動(dòng)力以完成換向，然后重新接入受電弓以回到架空電力。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了用來(lái)驅(qū)動(dòng)和引導(dǎo)車輛的架空電力結(jié)構(gòu)。該架空電力結(jié)構(gòu)包括取電器、形成取電器沿其運(yùn)行的導(dǎo)軌的多個(gè)大體為管狀的平行段、與管狀段連接的電源以及電纜，該電纜與取電器連接并且被構(gòu)造成附屬于在地面上運(yùn)動(dòng)的車輛。電纜將車輛機(jī)械連接并且電連接至取電器。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，車輛被構(gòu)造成與架空電力結(jié)構(gòu)連接。車輛包括底盤和電纜，該電纜與底盤連接并被構(gòu)造成將車輛機(jī)械連接并且電連接至架空電力結(jié)構(gòu)。


圖1是連接至根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的架空電網(wǎng)的移動(dòng)式采掘機(jī)的頂部透視圖。圖2A是連接至圖1中的架空電網(wǎng)的移動(dòng)式采掘機(jī)的局部右側(cè)透視圖。圖2B是用于圖1中的移動(dòng)式采掘機(jī)的專用連接件的平面圖。圖2C是移動(dòng)式采掘機(jī)的替代實(shí)施例的透視圖。圖3A是用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的架空電網(wǎng)的取電器的透視圖。圖3B是圖3A的主視圖。圖4是架空電網(wǎng)的分解平面圖。圖5是包括轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的架空電網(wǎng)的透視圖。
圖6是換向構(gòu)造中架空電網(wǎng)的替代實(shí)施例的俯視平面圖。圖7是圖6的透視圖。圖8是筆直構(gòu)造中圖6的架空電網(wǎng)的替代施例的俯視平面圖。圖9是圖8的透視圖。
具體實(shí)施例方式在詳細(xì)描述本發(fā)明的任一實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明并非將其應(yīng)用限制于隨后的說明書中描述的或隨后的附圖中示出的部件的構(gòu)造和布置細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠是以各種方式執(zhí)行和實(shí)施的其它實(shí)施例。并且，應(yīng)當(dāng)理解的是文中使用的用語(yǔ)和術(shù)語(yǔ)是出于說明的目的而不應(yīng)認(rèn)為是限制性的。文中使用“包括”、“包含”或“具有”以及其變體意味著包含其后列出的項(xiàng)目和其等價(jià)物以及另外的項(xiàng)目。術(shù)語(yǔ)“安裝”、“連接”和“聯(lián)接”使用廣泛并且包含直接和間接安裝、連接和聯(lián)接。進(jìn)一步地，“連接”和“聯(lián)接”并不僅限于物理或機(jī)械連接或聯(lián)接，而是可以包括電連接或電聯(lián)接，無(wú)論是直接的還是間接的。并且，電子通訊和通知可以通過使用任何已知方式包括直接連接、無(wú)線連接等來(lái)實(shí)施。圖1和圖2示 出了移動(dòng)式采掘機(jī)100 (比如鏟運(yùn)機(jī)，以下稱為“LHD”)的采礦操作。LHD100通過取電器10電連接并且機(jī)械連接至架空電力結(jié)構(gòu)I。架空電力結(jié)構(gòu)I可以是獨(dú)立結(jié)構(gòu)或懸浮于礦藏頂部。如圖2A和圖3中所示,架空電力結(jié)構(gòu)I包括多個(gè)大致管狀的導(dǎo)體2和軌道段3。外部管是軌道段3，取電器10的導(dǎo)輪11沿該軌道段3運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部管是金屬導(dǎo)體管2，其形成用于三相交流電網(wǎng)20的導(dǎo)體。電網(wǎng)20可以是多種類型，比如交流、直流、交流三相等。金屬導(dǎo)體管2可以由銅或其它導(dǎo)電性金屬形成。導(dǎo)體2和軌道段3形成電網(wǎng)結(jié)構(gòu)1，該電網(wǎng)結(jié)構(gòu)I通過拖曳纜110連接至LHD100。如圖2A和圖3中所示，拖曳纜110從取電器10處垂下并將來(lái)自電網(wǎng)20的電力與LHD100連接。拖曳纜110與相關(guān)連的取電器10和LHD上的專用連接件120 (以下詳述)一起保持地面或礦山地表沒有電纜，因此其它設(shè)備能夠更容易操作，尤其是其它無(wú)線設(shè)備。如圖2B中最佳示出的，拖曳纜110通過可360度旋轉(zhuǎn)的專用連接件120連接至LHD100的底盤101。專用連接件120允許拖曳纜110安全移除而不傷害LHD100、取電器10、電力結(jié)構(gòu)I或礦工。連接件120包括工作在定位器122中的彈簧承載的球121，以將拖曳纜110保持在插座123中。然而，用足夠的拉力，拖曳纜110可從連接件120中被拉出。拖曳纜110容易從連接件120中松脫的能力在取電器10出現(xiàn)故障的情況下是重要的，以及對(duì)在LHD100運(yùn)行到超出電纜110到達(dá)范圍的情況下防止拉下架空電網(wǎng)段2、3是是重要的。在替代實(shí)施例中，除了故障情況下允許拖曳纜110從連接件120中松脫之外，取電器10包括控制裝置以切斷通過拖曳纜110到LHD100的電力?？刂蒲b置可包括安裝在取電器上的斷路器、控制變壓器、接觸器、接地故障斷路器或邏輯控制器?？刂蒲b置也可包括指示拖曳纜110的位置或角度(即電纜110并沒有大體上豎直懸掛或以超出預(yù)定臨界角度的某角度被拉拽)的角度傳感器或張力傳感器。如果傳感器確定電纜110的角度超出了最小臨界角度，控制裝置向電纜盤130(以下詳述)發(fā)送信號(hào)以輸出另外的電纜110，或向操作者發(fā)送信號(hào)以使LHD100剎車。如果沒有電纜盤130或電纜盤130中的電纜110已經(jīng)達(dá)到它的最大輸出，另外的拉條會(huì)附接在LHD100的底盤和取電器10的基座之間以表示電纜110處于最大張力，從而使操作者改為剎車。另外，電力結(jié)構(gòu)I的斷路器或接地電路在電纜110達(dá)到第二個(gè)、更高極限情況下可以切斷電網(wǎng)I的電源。如圖2C中以及上述討論所示，LHD100可包括儲(chǔ)存拖曳纜110的電纜盤。電纜盤130的存在允許LHD100移動(dòng)更大跨度的距離，同時(shí)依舊保持與架空電力結(jié)構(gòu)I的連接。例如，拖曳纜110足夠長(zhǎng)，以使LHD100能夠到達(dá)足夠遠(yuǎn)的其它入口來(lái)加載礦石，或執(zhí)行其它需要的任務(wù)，同時(shí)保持與架空電網(wǎng)I的連接且不纏在一起。電纜盤130可以附接在LHD或拖運(yùn)卡車上的任何地方，比如圖2C中所示的前側(cè)。電纜110從卷軸130通過聯(lián)接至電纜盤130的豎直張力管道131被供給。管道131的上部被固定到連接件120，優(yōu)選以大致稍低于架空電力結(jié)構(gòu)I的導(dǎo)體2和軌道段3的高度固定，以使拖曳纜110與LHDllO的其它部件或操作者之間的干涉最小化。然而，管道131根據(jù)不同操作需要可以具有其它高度。如上所述，LHD100通過取電器10連接至電力結(jié)構(gòu)1，取電器10沿著軌道段3行進(jìn)且與電力結(jié)構(gòu)I連通。如圖3A-圖3B所示，取電器10包括基座12，基座12在架空電力結(jié)構(gòu)I下方且與之平行地運(yùn)行。兩個(gè)凸緣13從基座12的在軌道段3外側(cè)上的相應(yīng)的側(cè)邊上升。一對(duì)間隔的上部導(dǎo)輪Ila和下部導(dǎo)輪Ilb固定在每個(gè)凸緣13的內(nèi)側(cè)。然而，上部導(dǎo)輪Ila和下部導(dǎo)輪Ilb的數(shù)目和間距可以改變。下部導(dǎo)輪Ilb與上部導(dǎo)輪Ila配合以“擠壓”軌道段3，從而確保取電器10在軌道段3上保持恰當(dāng)?shù)钠胶猓瑥亩鴵Q向器15 (以下詳述)與導(dǎo)體2保持適當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn)。繼續(xù)參考附圖3A和圖 3B，取電器包括通過換向材料諸如石墨與電網(wǎng)導(dǎo)體2連接的換向器15。拖曳纜110隨后將換向器15與LHD100連接。換向器15可包括從LHD100伸出的接地電路，接地電路延伸通過拖曳纜110中的接地線，然后延伸通過騎在架空電網(wǎng)I的外部導(dǎo)軌3上的取電器輪11?！叭f(wàn)向節(jié)”轉(zhuǎn)環(huán)16被設(shè)置于取電器10的基座12上，電纜夾17用于將拖曳纜110固定至取電器10。拖曳纜110從夾17垂下并連接至安裝在LHD100上的連接件120。如圖4和圖5所示，本發(fā)明的實(shí)施例也包括允許從一個(gè)礦井入口移動(dòng)至另一個(gè)的轉(zhuǎn)換裝置30。參考平面圖4，因?yàn)榧芸针娋W(wǎng)段2、3包括在兩個(gè)外部管狀軌道段3之間的多個(gè)導(dǎo)體2 (圖4中所示為3個(gè))，段A、B、C可以機(jī)械地移動(dòng)到位。段A可沿平面圖4中所示箭頭的方向左右滑動(dòng)以形成轉(zhuǎn)換裝置30的筆直部分。段B和段C在主導(dǎo)軌線“上方”以45度角(圖中所示的對(duì)應(yīng)箭頭的方向)來(lái)回滑動(dòng)，然后降至正確的位置以形成取電器10從圖4中的右側(cè)接近時(shí)的右轉(zhuǎn)彎或左轉(zhuǎn)彎。在圖5所示的實(shí)施例中，通過將單獨(dú)的段降至正確位置的絞車40來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。然而，段的移動(dòng)可以通過滑動(dòng)器、凸輪、線性致動(dòng)器、皮帶或現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它裝置實(shí)現(xiàn)?？衫每刂破?未示出)來(lái)電控制段A、B、C的機(jī)械致動(dòng)。與轉(zhuǎn)換裝置30類似的裝置可用來(lái)使LHD100經(jīng)過另一臺(tái)采掘機(jī)，只要地下或地表通道存在足夠的空間即可。在替代的實(shí)施例中，取代使用單獨(dú)的機(jī)構(gòu)將導(dǎo)軌的各個(gè)段轉(zhuǎn)換至正確的位置，如圖6-圖9中所示的轉(zhuǎn)車50執(zhí)行了導(dǎo)軌段的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)車50包括大致圓形的外環(huán)51和連接至環(huán)51并在其間延伸的支撐構(gòu)件52。支撐構(gòu)件52將環(huán)51與筆直軌道段和/或彎曲軌道段連接。如圖6-圖9所示的支撐構(gòu)件52具有帶弧形縱向端側(cè)53的大致矩形形狀，弧形端側(cè)53與環(huán)51相匹配。支撐構(gòu)件52包括設(shè)置于其上的基座構(gòu)件54因而轉(zhuǎn)車50可以自頂部懸掛。
轉(zhuǎn)車50可旋轉(zhuǎn)以與彎曲軌道段對(duì)齊以使LHD100能夠右轉(zhuǎn)或左轉(zhuǎn)(圖6_圖7)，或?qū)⒐P直軌道段與導(dǎo)軌固定部分對(duì)齊以使LHD100筆直移動(dòng)(圖8-圖9)。假如必要，轉(zhuǎn)車50可以改為用在四路交叉口中。具有馬達(dá)位置傳感器等的控制器(未示出)可以用來(lái)控制轉(zhuǎn)車的旋轉(zhuǎn)。在運(yùn)行過程中，當(dāng)LHD100在地下礦山中沿入口通道移動(dòng)時(shí)，或在地表礦山上沿專用巷道移動(dòng)時(shí)，拖曳纜110沿架空電網(wǎng)系統(tǒng)I拉動(dòng)取電器10，從而保持與電網(wǎng)20的連接。LHD100能夠四處移動(dòng)或完全地繞圓圈轉(zhuǎn)動(dòng)而拖曳纜110并不纏繞或接觸地面。在LHD100試圖移動(dòng)比拖曳纜110允許的最大距離更遠(yuǎn)的距離時(shí)，與采掘機(jī)100的連接包括“分離式”連接件120。移動(dòng)式采掘機(jī)100能夠通過“拖”它后部的取電器10在地下礦山入口處來(lái)回移動(dòng)，同時(shí)從架空電網(wǎng)結(jié)構(gòu)I處得到電能。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于移動(dòng)式米掘機(jī)100的架空電網(wǎng)I利用了在地表和地下礦山中的電動(dòng)的采掘機(jī)100而沒有使用接地拖曳纜和/或電纜盤。通常的帶電纜盤的拖曳纜磨損很快并且阻礙了許多電纜盤驅(qū)動(dòng)的機(jī)械(其不能越過帶電電纜驅(qū)動(dòng))的通道。架空電網(wǎng)系統(tǒng)I通過提供轉(zhuǎn)換器30和機(jī)械可以彼此經(jīng)過的交叉口消除了這種僵局。例如，假如兩輛LHD100接近圖3中所示 的交叉口，一輛從圖的底部而另一輛從圖的右側(cè)靠近,并且都試圖朝圖的頂部行進(jìn)，其中一輛LHD100可以停止，等待另一輛經(jīng)過交叉口，然后在第一輛后面繼續(xù)前行。如果這些采掘機(jī)通過機(jī)械安裝電纜盤使用了“鋪設(shè)式”拖曳纜，第二輛LHD100則必須等待第一輛100沿其來(lái)時(shí)的方向返回并經(jīng)過轉(zhuǎn)換處，然后第二輛LHD100才能夠朝向圖頂部的位置前行。用于移動(dòng)式采掘機(jī)100的架空電網(wǎng)I通過減少或完全消除對(duì)柴油動(dòng)力的依賴，相比柴油驅(qū)動(dòng)的機(jī)械呈現(xiàn)出了顯著的健康和安全優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榕c電網(wǎng)連接的所有機(jī)械都能被電驅(qū)動(dòng)，例如，通過變頻驅(qū)動(dòng)器(VFD)和/或開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRD)驅(qū)動(dòng)。利用與架空電網(wǎng)I協(xié)同的電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)也呈現(xiàn)出了需要時(shí)能提供更大動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)以及將制動(dòng)功率“再生”回電網(wǎng)的能力，從而優(yōu)化了能源效率。再生是將電動(dòng)輪形馬達(dá)用作發(fā)電機(jī)以將減速(制動(dòng))能轉(zhuǎn)換回同樣的電壓和頻率從而將其泵送回電網(wǎng)I的過程。盡管已經(jīng)參考某些優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是在所描述的本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立方面的范圍和精神內(nèi)存在各種改變和變型。
權(quán)利要求
1.一種被構(gòu)造成連接至架空電力結(jié)構(gòu)的車輛，所述車輛包括: 底盤；和 電纜，所述電纜與所述底盤連接，并且所述電纜被構(gòu)造成將所述車輛機(jī)械連接和電連接至所述架空電力結(jié)構(gòu)， 其中，所述底盤包括能360度旋轉(zhuǎn)的連接件，并且所述電纜通過所述連接件與所述底盤連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述車輛為采礦車。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述車輛為鏟運(yùn)車。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述連接件包括彈簧承載的球，該彈簧承載的球在定位器中工作以將所述連接件保持在所述底盤的插座中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述電纜能從所述連接件中松脫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，所述車輛還包括儲(chǔ)存所述電纜的電纜盤。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛，所述車輛還包括管道，所述管道在一端處聯(lián)接至所述電纜盤且在相反端處聯(lián)接至所述連接件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述管道大體為豎直的。
9.一種用于車輛的架空電力結(jié)構(gòu)，所述架空電力結(jié)構(gòu)包括: 取電器； 多個(gè)大體管狀的平行段，所述多個(gè)大體管狀的平行段形成導(dǎo)軌，所述取電器沿所述導(dǎo)軌運(yùn)行； 與所述管狀段連接的電源；和 電纜，所述電纜與所述取電器連接并且被構(gòu)造成附接到在表面上運(yùn)動(dòng)的車輛，所述電纜將所述車輛機(jī)械連接和電連接至所述取電器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的架空電力結(jié)構(gòu)，其中，外部管狀段是如下軌道段，所述取電器的導(dǎo)輪沿該軌道段運(yùn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的架空電力結(jié)構(gòu)，其中，內(nèi)部管狀段是形成用于電網(wǎng)的導(dǎo)體的導(dǎo)體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的架空電力結(jié)構(gòu)，其中，所述電網(wǎng)為三相交流電網(wǎng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的架空電力結(jié)構(gòu)，其中，所述取電器包括基座，所述基座在所述架空電力結(jié)構(gòu)下方且大體與所述架空電力結(jié)構(gòu)平行地運(yùn)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的架空電力結(jié)構(gòu)，其中，兩個(gè)凸緣從所述基座的在所述軌道段外側(cè)上的相應(yīng)的側(cè)邊向上升起。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的架空電力結(jié)構(gòu)，其中，至少一個(gè)所述導(dǎo)輪沿外部管狀段的上部運(yùn)行，并且至少一個(gè)所述導(dǎo)輪沿所述外部管狀段的下部運(yùn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的架空電力結(jié)構(gòu)，所述架空電力結(jié)構(gòu)還包括用于改變所述導(dǎo)軌的一部分的方向的轉(zhuǎn)換裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的架空電力結(jié)構(gòu)，所述架空電力結(jié)構(gòu)還包括用于改變所述導(dǎo)軌的一部分的方向的轉(zhuǎn)車。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的架空電力結(jié)構(gòu)，其中，所述轉(zhuǎn)車包括所述導(dǎo)軌的多個(gè)部分，并且所述轉(zhuǎn)車能轉(zhuǎn)動(dòng)以與所述導(dǎo)軌的選擇的一部分對(duì)應(yīng)地改變所述導(dǎo)軌的方向。
19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的架空電力結(jié)構(gòu)，所述架空電力結(jié)構(gòu)還包括確定所述電纜的角度的傳感器，且如果所述角度超過預(yù)定極限，所述傳感器將信號(hào)發(fā)送至控制裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求9所述的架空電力結(jié)構(gòu)，所述架空電力結(jié)構(gòu)還包括確定所述電纜中的張力的量的傳感器 ，且如果所述張力超過預(yù)定極限，所述傳感器將信號(hào)發(fā)送至控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于移動(dòng)式采掘機(jī)的架空電網(wǎng)，其中提供了一種連接至用來(lái)驅(qū)動(dòng)和引導(dǎo)車輛的架空電力結(jié)構(gòu)的車輛。架空電力結(jié)構(gòu)包括取電器、取電器沿其運(yùn)行的導(dǎo)軌、與導(dǎo)軌連接的電源以及電纜，該電纜與取電器相連并被構(gòu)造成附屬于在地面上運(yùn)動(dòng)的車輛。車輛包括底盤和電纜，該電纜與底盤連接并被構(gòu)造成將車輛機(jī)械連接和電連接至架空電力結(jié)構(gòu)。底盤包括能360度旋轉(zhuǎn)的連接件，電纜通過該連接件與底盤連接。
文檔編號(hào)B60M1/00GK103223878SQ20131009211
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者約瑟夫·J·齊默爾曼, 格瑞特·L·洛曼, 安德魯·W·斯特拉瑟斯 申請(qǐng)人:喬伊·姆·特拉華公司