本發(fā)明涉及自動控制技術領域，特別涉及一種基于堆料機橫行運動的堆料方法。

背景技術：

在現(xiàn)有技術中，堆料機是將散裝物料(煤，鐵礦石等)從地面流程皮帶上轉運并按照一定規(guī)程堆放在碼頭堆場上的起重運輸機械。21世紀以來，國內外各碼頭堆場堆料設備發(fā)展迅速。

傳統(tǒng)的堆料機堆料一般采用堆料機優(yōu)先沿著大車軌道方向移動切換堆料點(按行堆料法)，只有達到規(guī)劃區(qū)域的邊界位置才改變回轉角度，并切換到下一行堆料。當下一行第一個堆料點達到堆料的預定高度后，同樣僅移動大車位置，切換到下一個堆料點。如此，只有在邊界位置才操作回轉機構，在同一行切換堆料點時僅移動大車。因為堆料機沿著大車軌道方向運行時，司機僅需操作一個大車機構，臂架頭部的拋料點及堆場上落料點也能保證在一條直線上移動，堆出的料堆美觀整齊，且操作簡單。但對于場地昂貴而緊張的堆場而言，這種堆料方法場地規(guī)劃困難。

因為同一批次的物料一般需要堆放在一起，而不同批次的物料是沿著大車軌道方向互相隔離的，假如規(guī)劃的堆料場地長度過短(沿著大車軌道方向)，則會導致規(guī)劃的場地用完而物料還未堆完，將需進行第二次甚至第三次規(guī)劃。假如規(guī)劃的堆料場地長度過長，則將導致靠近軌道一側的場地，因為本批次物料已經(jīng)堆完，又無法堆其他批次物料而浪費。因此，這種堆料方法的規(guī)劃困難且空間利用率低，是不可忽視的缺陷，且多次規(guī)劃對碼頭全自動實現(xiàn)產(chǎn)生障礙。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是為了克服現(xiàn)有技術中堆料方法的規(guī)劃困難且空間利用率低等缺陷，提供一種基于堆料機橫行運動的堆料方法。

本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

一種基于堆料機橫行運動的堆料方法，其特點在于，所述堆料方法包括：

首先根據(jù)規(guī)劃的堆料路徑，在規(guī)劃的矩形堆料區(qū)域里面，從靠近堆場外側且大車位置靠前的位置開始第一個料堆堆料；

料堆達到預定高度后，往堆場內側橫行移動到下一個堆料點；

第二個料堆達到預定高度后，繼續(xù)橫行移動到下一個堆料點，如此直至達到本列最后一個堆料點；

隨后單獨運行大車，切換到下一列堆場點，堆料機按與上一列橫行移動相反的方向橫行移動，達到下一個堆料點，如此反復直至堆料完成。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，堆料機橫行移動時回轉與大車的速度聯(lián)動關系為：

其中，落料點的回轉半徑為達到預堆高度時，圓錐料堆的錐頂點距離堆料機回轉中心線的距離。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述大車與回轉聯(lián)動時回轉最大速度的速度限制為：

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述落料點的回轉半徑的取值為：

落料點回轉半徑＝l2+l1·cosθ1+v1cosθ1·(2v1sinθ1/g+t2)，

其中：t2為物料在豎直向下方向，且速度為v1sin(θ1)點到料堆錐頂點位置的拋料經(jīng)過的時間；

l1為臂架上的皮帶拋料點距俯仰鉸點的長度；l2為回轉中心距離俯仰鉸點的水平距離；v1為皮帶運行速度；θ1為俯仰角度；g為重量加速度；h0為臂架水平時皮帶上拋料點距堆場地面的高度；h1為物料預堆高度。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述俯仰角度設定為：

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述橫行移動大車運行方向給定：

當臂架在堆場右側時，回轉向左，則所述橫向移動大車向后移動；回轉向右，則所述橫向移動大車向前移動。

當臂架在堆場左側時，回轉向左，則所述橫向移動大車向前移動，回轉向右，則所述橫向移動大車向后移動。

本發(fā)明的積極進步效果在于：

本發(fā)明基于堆料機橫行運動的堆料方法是一種按列堆料法，其有效克服了場地利用率低的問題。采用堆料機按列堆料法，在場地規(guī)劃時只要留足空間，堆料完成后，空缺的場地可以進行其他批次的堆料，不會造成場地空間浪費。另外，這種場地規(guī)劃簡單，且一般一次規(guī)劃即可。

附圖說明

本發(fā)明上述的以及其他的特征、性質和優(yōu)勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變的更加明顯，在附圖中相同的附圖標記始終表示相同的特征，其中：

圖1為本發(fā)明基于堆料機橫行運動的堆料方法中堆料機橫行堆料的示意圖。

圖2為本發(fā)明基于堆料機橫行運動的堆料方法中堆料機拋料示意圖。

附圖標記

堆料機10

堆料機懸臂20

合成后的實際速度30

回轉速度分量40

大車速度分量50

大車軌道60

料堆堆料點70

堆料機位置180

堆料機位置290

臂架皮帶機11

后臂架及配重12

俯仰機構13

前臂架14

回轉機構15

門座架16

行走機構17

俯仰角點a

臂架上皮帶拋料點b

物料拋物線上與b點垂直方向速率相同的點b’

錐頂d上加上安全余量的虛擬預堆點c

料堆錐頂d

俯仰角度θ1

具體實施方式

為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作詳細說明。

現(xiàn)在將詳細參考附圖描述本發(fā)明的實施例?，F(xiàn)在將詳細參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其示例在附圖中示出。在任何可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的標記來表示相同或相似的部分。此外，盡管本發(fā)明中所使用的術語是從公知公用的術語中選擇的，但是本發(fā)明說明書中所提及的一些術語可能是申請人按他或她的判斷來選擇的，其詳細含義在本文的描述的相關部分中說明。此外，要求不僅僅通過所使用的實際術語，而是還要通過每個術語所蘊含的意義來理解本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明基于堆料機橫行運動的堆料方法中堆料機橫行堆料的示意圖。圖2為本發(fā)明基于堆料機橫行運動的堆料方法中堆料機拋料示意圖。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明公開了一種基于堆料機橫行運動的堆料方法，其中，所述堆料方法包括：

首先根據(jù)規(guī)劃的堆料路徑，在規(guī)劃的矩形堆料區(qū)域里面，從靠近堆場外側且大車位置靠前的位置開始第一個料堆堆料；

料堆達到預定高度后，往堆場內側橫行移動到下一個堆料點；

第二個料堆達到預定高度后，繼續(xù)橫行移動到下一個堆料點，如此直至達到本列最后一個堆料點；

隨后單獨運行大車，切換到下一列堆場點，堆料機按與上一列橫行移動相反的方向橫行移動，達到下一個堆料點，如此反復直至堆料完成。

堆料機橫行運行有兩種模式：第一種模式是手動操作控制，在橫行移動模式下，堆料機司機僅操作回轉給定手柄，堆料機大車速度按照橫行聯(lián)動關系算法跟隨回轉給定速度，保證最終臂架頭部的拋料點及場地上落料點在垂直于大車軌道的方向上移動切換堆料點。

達到場地內側或外側邊界位置時，操作大車手柄，切換到下一列堆料。達到下一列位置時，釋放大車手柄。下一列堆料達到預定堆料高度后，反方向操作回轉手柄，堆料機與上一列橫行移動方向相反的方向移動切換堆料點。如此直到邊界位置，再切換到下一列。如此反復直到物料堆完。

第二種模式為自動模式，在自動模式下，回轉與大車的速度給定由程序根據(jù)設定的算法自動控制，不用人工操作手柄，回轉與大車的速度遵循橫行算法的速度聯(lián)動關系。在沒有其它(如電纜卷盤過電纜坑等)速度限制的情況下，回轉與大車聯(lián)動時，速度給定以達到回轉或大車的任意一個各自最高限值為限。

在自動模式下用按列堆料法堆料，堆料機行進的軌跡與手動堆料時一致。自動堆料時，堆料機移動的軌跡比人工操作更為精確。由于每個堆料點的定位都根據(jù)預先設定的目標位置精確定位，且運行起來速度更為平穩(wěn)。另外，堆料高度的判斷通過(超聲波或激光掃描儀等)傳感器判斷起來也更為精確，堆出來的料堆相比人工操作更為堆料整齊美觀。

如圖1所示，堆料機10從遠離大車軌道60的第一堆位置開始堆料(位置p1)，第一個料堆達到堆料高度后切換到第二個堆料位置p2，第二個料堆達到堆料高度后切換到第三個料堆位置p3，如此直到p6位置。然后，移動大車切換到第二列p7位置，再切換堆料點方向與上一列方向相反到p8，以此類推直至料堆堆完或場地利用完(到達邊界點)。

圖1中料堆切換是指料堆堆料點70(落料點)，落料點從p1到p2，從p2到p3......從p5到p6......從p16到p17......這些同一列中料堆切換的情況需要回轉與大車聯(lián)動運行，落料點從p6到p7，從p12到p13這些不同列料堆切換時僅需移動大車。

如圖2所示，假設料堆預堆高度為h1，安全余量為h2，則虛擬預堆高度h3＝h1+h2，假設俯仰角度為θ1(先假設θ1>0，即俯仰抬起)，皮帶運行速度v1，臂架20水平時皮帶拋料點b距堆場地面高度h0，臂架20上皮帶拋料點b距俯仰角點a長度為l1，則皮帶上拋料點b距離俯仰角點a垂直高度

h4＝l1·sin(θ1)，

皮帶上拋料點b距離堆場地面高度h5＝h0+h4＝h0+l1·sin(θ1)，

則皮帶上拋料點b距離料堆錐頂d上方c點(c點為錐頂d上加上安全余量的物料拋物線經(jīng)過的虛擬預堆點)的垂直高度

h6＝h5-h3＝h0+l1·sinθ1-h1-h2，

令h6＝0，即物料拋出到錐頂剛好夠安全高度，則h0+l1·sinθ1-h1-h2＝0，則俯仰角度θ1應設定為：

把物料拋出速度沿著水平和垂直方向分解，則水平方向速度v1cos(θ1)，垂直方向速度v1sin(θ1)，則垂直方向由重力影響減速到0再加速到v1sin(θ1)，經(jīng)過的時間t1為2v1sin(θ1)/g。假設由垂直方向速度為v1sin(θ1)處b’點到錐頂處d點位置經(jīng)過的時間為t2，則b’與d點垂直高度

h7＝v1·sinθ1·t2+0.5g·t2²，又h7＝h5-h1＝h0+l1·sinθ1-h1，則b’到d點的飛行時間t2為

(取正根，其中g為重量加速度)。

l1為臂架上的皮帶拋料點距俯仰鉸點的長度；l2為回轉中心距離俯仰鉸點的水平距離；v1為皮帶運行速度；θ1為俯仰角度；g為重量加速度；h0為臂架水平時皮帶上拋料點距堆場地面的高度；h1為物料預堆高度。

所述俯仰角度設定為：

假設回轉中心距離俯仰角點的水平距離為l2，則物料拋料點b距離回轉中心水平距離l3＝l2+l1*cos(θ1)，則落料點回轉半徑r1為：

r1＝l3+v1cosθ1·(t1+t2)＝l2+l1·cosθ1+v1cosθ1·(2v1sinθ1/g+t2)

其中：t2為物料在豎直向下方向，且速度為v1sin(θ1)點到料堆錐頂點位置的拋料經(jīng)過的時間；

假設聯(lián)動時回轉角度為α1(-π/2＜α1＜π/2)，假定臂架在堆場左側時，α1＞0；臂架在堆場右側時，α1＜0。

堆料機橫行切換堆料點，大車與回轉聯(lián)動時回轉最大速度遵循速度限制:

大車限制速度為特殊工況下，如電纜過坑時的限制速度。

大車限制速度＝lim{0，大車額定速度}

聯(lián)動時回轉速度給定百分比限制：

回轉速度給定百分比＝lim{0，回轉源給定速度百分比，回轉最大速度百分比}聯(lián)動時大車速度給定百分比：

其中，落料點的回轉半徑為達到預堆高度時，圓錐料堆的錐頂點距離堆料機回轉中心線的距離。

優(yōu)選地，為了保證橫行效果，可以進一步加入閉環(huán)控制。根據(jù)大車、回轉及俯仰的位置編碼器(絕對值編碼器)計算落料點的坐標。把落料點坐標經(jīng)坐標變換對應到大車與回轉，俯仰的位置，橫行時根據(jù)坐標變換對應的實際大車位置與目標大車位置，微調大車給定速度，保證落料點移動軌跡始終垂直大車軌道。

例如，假定x方向為大車軌道方向，y方向為水平面上垂直于大車軌道的方向，z方向為垂直水平面的方向。則堆料機10橫行時引進大車實際位置反饋，根據(jù)實際大車位置與目標大車位置，微調大車給定速度，從而保證落料點在x方向的坐標值不變。

在臂架20基本平行大車軌道60，即|α1|很小時，將出堆場內側邊界，且大車與回轉跟隨性很差，聯(lián)動效果不好，故設置聯(lián)動回轉角度死區(qū)角度β1(π/2＞β1＞0)，則α1∈(-π/2,-β1]∪[β1,π/2)。

另外，大車運行方向的給定如下：

當π/2＜α1≤-β1，即臂架在堆場右側時，回轉向左，則大車向后移動；回轉向右，則所述橫向移動大車向前移動。

當β1≤α1＜π/2，即臂架在堆場左側時，回轉向左，則大車向前移動，回轉向右，則所述橫向移動大車向后移動。

綜上所述，本發(fā)明基于堆料機橫行運動的堆料方法是一種按列堆料法，其有效克服了場地利用率低的問題。采用堆料機按列堆料法，在場地規(guī)劃時只要留足空間，堆料完成后，空缺的場地可以進行其他批次的堆料，不會造成場地空間浪費。另外，這種場地規(guī)劃簡單，且一般一次規(guī)劃即可。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發(fā)明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式作出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。