采掘車輛及其能量供應(yīng)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采掘車輛及其能量供應(yīng)的方法。該采掘車輛具有車架、用于移動車架的驅(qū)動設(shè)備，和至少一個開采工作裝置。所述采掘車輛具有用于從礦場的電網(wǎng)向所述開采工作裝置供能的連接，和用于將能量供給到所述驅(qū)動設(shè)備的能量源。使用發(fā)電機給所述能量源充電，并且布置用以驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)的機械能從礦場的電網(wǎng)獲得，從而來自礦場的電網(wǎng)的電能被轉(zhuǎn)換為機械能，用以驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。
【專利說明】米掘車輛及其能量供應(yīng)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采掘車輛及用于采掘車輛的能量供應(yīng)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在礦場中，鉆巖機和其它采掘車輛用于在預(yù)先計劃的工作點，根據(jù)開采工作裝置的工作循環(huán)執(zhí)行操作。根據(jù)工作循環(huán)，完成必要的作業(yè)，如鉆孔的鉆鑿之后，采掘車輛移動到下一個工作點，新的工作循環(huán)開始。尤其是在地下礦井中，通常使用采掘車輛，其中用于根據(jù)工作循環(huán)的操作的驅(qū)動能量是來自礦井的電網(wǎng)的電能。相比而言，工作點之間的轉(zhuǎn)移驅(qū)動器借助于通過內(nèi)燃機、典型地是柴油機獲得的驅(qū)動能進行，因此電纜等等不會限制轉(zhuǎn)移驅(qū)動。然而，來自燃燒發(fā)動機的排氣和噪聲在礦井中造成問題。另外，燃燒發(fā)動機需要在車架上的較大空間，并且必需定期維護。燃燒發(fā)動機對于礦井的防火安全也具有不利影響，因為其具有熱的表面且還需要在車輛和礦井中儲存和處理可燃性燃料。
[0003]持續(xù)地與礦場的電網(wǎng)相連的采掘車輛在礦井中也有使用。該采掘車輛則具有電動馬達，并且通常使用具有恒定轉(zhuǎn)速的電動馬達。工作階段所需功率則可以利用液壓部件來調(diào)節(jié)，并且電動馬達從礦場的電網(wǎng)獲取電流以及由工作階段的能耗限定的負載功率。此外，采掘車輛的運動則典型地受約束于電網(wǎng)或至少電纜，所述電纜連到電網(wǎng)并盤繞在采掘車輛中或固定電網(wǎng)上。
[0004]例如，美國專利US7053568提出一種電池驅(qū)動的采掘車輛。公布文本中特別描述了電池和作為傳動部件的交流電馬達的使用和定位。
[0005]美國專利US5293947提出了一種采掘車輛，其從架空總線系統(tǒng)接收電力供給。采掘車輛還具有開關(guān)，用以選擇采掘車輛所用能量是從電網(wǎng)獲得還是從采掘車輛內(nèi)的輔助能量源，諸如電池或柴油馬達獲得。當從輔助能量源獲取能量時，采掘車輛能夠移動短的距離，而無需將采掘車輛連接到架空的電網(wǎng)。
[0006]申請W02010/061058中公開了一種在工作點與外部電網(wǎng)相連的采掘車輛。當車輛在工作點時，車輛的儲能器在由挖掘計劃定義的工作循環(huán)過程中充電。工作循環(huán)完成后，從儲能器獲得的電力用在轉(zhuǎn)移驅(qū)動中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種新型的采掘車輛以及用于其能量供應(yīng)的方法。
[0008]本發(fā)明由獨立權(quán)利要求的特征限定。本發(fā)明的實施方式在從屬權(quán)利要求中呈現(xiàn)。
[0009]在所提出的解決方案中，采掘車輛具有車架、用于移動車架的驅(qū)動設(shè)備和至少一個開采工作裝置。采掘車輛還具有從礦場的電網(wǎng)向開采工作裝置供能的連接和向驅(qū)動設(shè)備供能的能量源。使用發(fā)電機對能量源充電，用于驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)的機械能從礦場的電網(wǎng)中獲得，從而在充電過程中，采掘車輛被連接到礦場的電網(wǎng)。在充電過程中，來自礦場的電網(wǎng)的電能被轉(zhuǎn)換成機械能，該機械能用于驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。雖然在充電過程中，采掘車輛被連接至礦場的電網(wǎng)，但是所提出的解決方案提供了在礦場的電網(wǎng)和發(fā)電機之間的電氣隔離，因此無需使用隔離變壓器或者任何其它用于執(zhí)行電氣隔離的電氣裝置。因此，能夠?qū)⒉删蜍囕v中使用的部件數(shù)量最小化。此外，開采工作裝置的電壓必須進行調(diào)整，以匹配礦場的電網(wǎng)電壓。至于發(fā)電機和能量源的電壓，它們彼此匹配就足以；它們的電壓無需進行調(diào)整以匹配礦場的電網(wǎng)電壓。
[0010]在一個實施方式中，來自礦場的電網(wǎng)的能量首先轉(zhuǎn)換為動能，該動能轉(zhuǎn)換為壓力能，壓力能此后轉(zhuǎn)換為動能，以驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。采掘車輛可包括用于壓力能的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)驅(qū)動開采工作裝置，也可連接到驅(qū)動設(shè)備。采掘車輛可包括由能量源供能的液壓泵，且此液壓泵可以用作液壓馬達以驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，以便用于對能量源充電。
[0011]根據(jù)一個實施方式，在全功率鉆鑿過程中，礦場的電網(wǎng)和采掘車輛的能量源均向開采工作裝置供能。
[0012]根據(jù)另一個實施方式，由礦場的電網(wǎng)供能的電動馬達為開采工作裝置提供液壓，該電動馬達以及由能量源供能的電動馬達設(shè)有用于確定它們的溫度的裝置，由此所述馬達被用于供給最大功率，直至達到它們的最高溫度。當已經(jīng)達到最高溫度時，電動馬達的功率被降低以防止超出其最高溫度。
[0013]根據(jù)另一個實施方式，在充電過程中，采掘車輛連接到礦場的電網(wǎng)而且不移動。
[0014]采掘車輛包括如下開采工作裝置中的一個或多個:鉆巖機，錨桿安裝機，噴漿裝置，定標裝置，注入裝置，炮眼裝藥器，測量裝置或用在小型裝藥挖掘中的鉆鑿、密封及推進給送設(shè)備。鉆巖機可以是工作面鉆鑿裝置，或用在鉆采孔鉆鑿中的裝置，即以扇形來鉆鑿孔的深孔鉆鑿裝置。開采工作裝置為用于處理未分離巖石的致動器，并根據(jù)給定的工作循環(huán)進行多個連續(xù)操作。通常，在一個工作點，用開采工作裝置完成多個類似操作。這些操作可在挖掘計劃中進行定義，如鉆鑿計劃、裝藥計劃，或者相應(yīng)的采掘計劃。開采工作裝置通常布置在懸臂上，并且裝置在工作循環(huán)過程中隨其移動。另一方面，開采工作裝置可布置在采掘車輛中的相應(yīng)的支撐或支撐結(jié)構(gòu)上，該支撐或支撐結(jié)構(gòu)在工作循環(huán)過程中支撐所述裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]本發(fā)明的一些實施方式將在附圖中更詳細地說明，其中
[0016]圖1是采掘車輛、在此為鉆巖機的示意性側(cè)視圖，并且
[0017]圖2是采掘車輛的能量供應(yīng)布置的示意圖。
[0018]在附圖中，本發(fā)明的一些實施方式為清楚起見被簡化地示出。在附圖中，類似部件被標注為相同的附圖標記。

【具體實施方式】
[0019]圖1示出了裝備有一個或多個開采工作裝置2的鉆巖機，以作為采掘車輛I的一個實例。該鉆巖機包括可借助于驅(qū)動設(shè)備4移動的車架3。驅(qū)動設(shè)備4包括一個或多個驅(qū)動馬達5,以及用于將驅(qū)動功率傳輸?shù)揭粋€或多個車輪7的一個或多個功率傳輸裝置6。該功率傳輸裝置可包括機械齒輪系統(tǒng)和機械功率傳輸構(gòu)件，或者可選的是，驅(qū)動功率傳輸可以是液壓方式或者電動方式。車架3上布置有一個或多個懸臂8，所述懸臂可以裝備有開采工作裝置2。在圖1所示的實施方式中，第一懸臂8a為鉆臂，在其最外端有包括進給梁10的鉆巖單元9，鉆巖機11能夠借助于進給裝置12沿進給梁10移動。鉆巖機11可包括用于在工具上產(chǎn)生沖擊脈沖的撞擊裝置13，以及用于驅(qū)動工具14繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置15。鉆巖機中可具有多個這樣的鉆臂8a。舉例來講，第二懸臂8b示出為包括錨桿安裝裝置16，利用該錨桿安裝裝置16，能夠?qū)r石錨桿布置在預(yù)先鉆好的鉆孔中，以支撐已挖掘的巖洞。在圖1的實施方式中，第三懸臂8c裝備有用以測量鉆好的鉆孔的測量裝置
17。其它可選的開采工作裝置2包括用于將密封材料進給到巖石中的注入裝置、噴漿處理裝置、定標裝置、在小型裝藥挖掘中使用的裝置，用于進給爆炸物的裝置。
[0020]采掘車輛I根據(jù)礦場18的采掘計劃或預(yù)先擬定好的相應(yīng)計劃移動到工作點19，開采工作裝置2根據(jù)工作循環(huán)執(zhí)行操作，其執(zhí)行需要相對較長的時間。例如，鉆巖機的工作循環(huán)可包括在工作點19處鉆鑿多個已在鉆孔計劃中限定的鉆孔。此外，各鉆孔的鉆鑿通常包括多個工作階段，諸如打眼、實際鉆鑿、更換延長鉆桿和鉆頭，以及在鉆孔后拆除延長鉆桿設(shè)備等。在工作點19執(zhí)行鉆鑿工作循環(huán)可能需要幾個小時，有時甚至是整個工作班次。相應(yīng)地，裝藥、錨桿支護、測量和注入操作通常是相當耗時的操作。一般地，開采工作裝置2的使用必然結(jié)合鉆鑿鉆孔或進一步處理已完成的孔來進行。這則意味著處理未分離的巖石。
[0021]圖1進一步示出礦場18具有電網(wǎng)20，電網(wǎng)20可固定地構(gòu)建或可包括一個可改變的網(wǎng)絡(luò)。電網(wǎng)20通常為三相交流電網(wǎng)。當采掘車輛I位于工作點19時，其開采工作裝置
2、液壓系統(tǒng)和任何必要的輔助系統(tǒng)主要由從外部電網(wǎng)獲得的電能驅(qū)動。采掘車輛I可通過一條或多條連接電纜21連接到電網(wǎng)20。連接電纜21可置于卷軸22上，且其可裝備有可連接到電網(wǎng)20的供電端的合適連接器23。可選的，卷軸22和電纜21可布置在礦場18中，連接電纜21連接至采掘車輛I。采掘車輛I裝備有連接裝置24，從電網(wǎng)20供應(yīng)的電力通過連接裝置24連接至采掘車輛I的不同裝置。
[0022]采掘車輛I還裝備有至少一個能量源25。能量源25例如可以是電池、超級電容器或者它們的組合，或是可由發(fā)電機充電的其它任何能量源。
[0023]圖2非常示意性地示出了采掘車輛的一些部件。
[0024]電動馬達26連接至電網(wǎng)20。電動馬達26驅(qū)動液壓泵27旋轉(zhuǎn)。
[0025]圖2示意性的示出液壓系統(tǒng)28的通道。液壓系統(tǒng)28以簡化方式示出，如閥29a-29c。當然地，液壓系統(tǒng)可以更復雜，并且可以替代地或者在閥29a_29c之外，液壓系統(tǒng)28可包括其它的閥，諸如三通閥或四通閥等。
[0026]附圖標記30表示將液壓供給到開采工作裝置2。相應(yīng)地，附圖標記31表示將液壓供給到驅(qū)動設(shè)備的液壓系統(tǒng)，例如轉(zhuǎn)向和制動。
[0027]當使用開采工作裝置2時，電動馬達26驅(qū)動液壓泵27旋轉(zhuǎn)，液壓泵27提供液壓。閥29a打開并且閥29b關(guān)閉，使得液壓如箭頭A所示地被供給。
[0028]能量源25通過逆變器32連接至電動馬達33。電動馬達33驅(qū)動液壓泵34旋轉(zhuǎn)。例如在全功率鉆鑿期間，還可以從能量源25向開采工作裝置2供能，由此實現(xiàn)增壓模式。在該情況下，閥29c關(guān)閉并且閥29a和29b打開，由此液壓如箭頭A和B所示地被供給。
[0029]在增壓模式期間，電動馬達26的負載可以通過電動馬達33也轉(zhuǎn)動以同時對開采工作裝置供應(yīng)能量而被降低，或者電動馬達26和33均被加載以向開采工作裝置提供比標準能量值甚至更多的能量。
[0030]當在工作循環(huán)期間，開采工作裝置2的功率需求較低時，可以根據(jù)圖2中箭頭C供給液壓。這個階段可稱之為充電模式。在充電模式下，采掘車輛I連接至電網(wǎng)20。在充電模式下，閥29b打開并且閥29a和29c可關(guān)閉。在充電模式下，閥29a也可以打開，由此如箭頭C和A所示地供給液壓。
[0031]在這個階段，液壓用于驅(qū)動液壓泵34旋轉(zhuǎn)，液壓泵34由此充當液壓馬達。在該情況下，液壓泵34可以是能夠充當液壓馬達的齒輪泵。液壓泵34驅(qū)動電動馬達33旋轉(zhuǎn)，電動馬達33由此充當發(fā)電機。作為發(fā)電機的電動馬達33通過逆變器32給能量源25充電。
[0032]閥可以是開關(guān)閥，并且相應(yīng)地，所述閥中的一個或多個閥可以是比例閥。在一個實施方式中，至少閥28b是比例閥。此實施方式的特征在于，例如在增壓模式期間或者在充電模式期間，液壓流可以容易控制。在另一個實施方式中，閥29a和29b為比例閥，而在進一步的實施方式中，全部的閥均是比例閥。比例閥提供了更靈活的控制系統(tǒng)。
[0033]替代齒輪泵，可以使用單獨的液壓泵來提供液壓，并且使用單獨的液壓馬達用于通過從液壓系統(tǒng)28獲得的液壓來驅(qū)動電動馬達33旋轉(zhuǎn)。也可使用單獨的電動馬達用于驅(qū)動液壓泵旋轉(zhuǎn)并且使用單獨的發(fā)電機用于給能量源25充電。
[0034]相應(yīng)地，替代所示的電動馬達26和液壓泵27，可以使用單獨的或指定的液壓泵來提供液壓用于給能量源25充電，并且使用單獨的電動馬達來驅(qū)動該液壓泵旋轉(zhuǎn)。
[0035]液壓泵可以是固定的或者可變的泵。如上所述，液壓泵34可以是齒輪泵。液壓泵34也可以是活塞泵。另外，其它類型的泵也是可以的。
[0036]在驅(qū)動模式期間，從能量源25向驅(qū)動設(shè)備供應(yīng)能量。在驅(qū)動模式期間，閥29c打開并且閥29b關(guān)閉。從而，如箭頭D所示地提供液壓。系統(tǒng)還可設(shè)置為使得由氣動馬達驅(qū)動發(fā)電機33旋轉(zhuǎn)。加壓空氣可以從壓縮機或者甚至從礦場的氣壓系統(tǒng)供給到氣動馬達。
[0037]另外也可以將發(fā)動機33設(shè)置在與電動馬達26相同的軸上，由此電動馬達26和發(fā)電機33機械連接。從而，液壓功率組件的電動馬達26直接驅(qū)動發(fā)電機33旋轉(zhuǎn)。
[0038]然而，通過在用于從礦場的電網(wǎng)向開采工作裝置供能的連接和發(fā)電機33之間使用液壓系統(tǒng)，用于供給來自礦場的電網(wǎng)的電能以驅(qū)動發(fā)電機33旋轉(zhuǎn)，對額外組件的需求被最小化。
[0039]圖2還示意性地示出了控制采掘車輛I的設(shè)備的控制單元35。電動馬達26并且相應(yīng)地電動馬達33可以設(shè)有確定電動馬達26和33的溫度的溫度傳感器36。電動馬達26和33的溫度被提供到控制單元35，從而控制單元35用于控制電動馬達26和33，以使它們用于提供最大功率，直至達到它們的最高溫度。當達到最高溫度時，它們的功率被降低以防止超出它們的最高溫度。
[0040]在所述系統(tǒng)中，通過使用控制單元35，可以將電動馬達26和33的效率因子控制在較高水平。
[0041]所述系統(tǒng)提供了快速充電的可能性。為了快速充電，各發(fā)電機33的電動馬達優(yōu)選地是能夠每分鐘超過5000轉(zhuǎn)的高速馬達。在快速充電期間，例如，控制單元35控制電動馬達26和33，以使它們用于供給最大功率，直至達到它們的最高溫度。
[0042]控制單元35可控制比例閥，以實現(xiàn)流到液壓系統(tǒng)的不同回路的所需的油流量。也可控制可變的泵的角度。由此，泵將僅僅輸送所需的流量。
[0043]總而言之，所述系統(tǒng)提供好了良好的充電動態(tài)特性。此外，該系統(tǒng)的控制相當簡單。
[0044]本說明書所述的方案也可用在挖掘隧道的情況。隧道以多輪開鑿。工作點為被鉆孔且被裝藥的隧道的工作面。在一輪爆破之前，鉆巖機從工作面離開移動到安全位置。在爆破之后，并且在移走爆破的巖石之后，鉆巖機從安全位置移回到隧道工作面，以進行另一輪鉆鑿。隧道以多輪開鑿，這意味著作為新工作點的新的鉆鑿點與作為先前工作點的先前的鉆鑿點相距與輪的長度相對應(yīng)的一段距離。轉(zhuǎn)移驅(qū)動則從先前的工作點經(jīng)由安全位置移動到下一工作點。
[0045]在本說明書中應(yīng)當提到的是，礦場指的是地下礦井和露天礦場。進一步而言，所述方法和采掘車輛可以用在合同工作點，例如挖掘不同的巖石設(shè)施時。因此，合同工作點也可被視為一種類型的礦場。在合同工作點，外部電網(wǎng)可以是可更改的，例如是在可移動的載架上的機組。
[0046]在一些情況下，本說明書所述的特征也可以與其它特征無關(guān)地照此使用。另一方面，本說明書所述的特征也可以根據(jù)需要組合起來，從而提供各種組合。
[0047]附圖和相關(guān)描述僅用于說明本發(fā)明的構(gòu)思。本發(fā)明的細節(jié)可在權(quán)利要求書書的范圍內(nèi)變化。
【權(quán)利要求】
1.一種采掘車輛，具有 車架， 用以移動所述車架的驅(qū)動設(shè)備， 至少一個開采工作裝置， 用以向所述驅(qū)動設(shè)備提供能量的能量源， 用以給所述能量源充電的發(fā)電機，和 用以從礦場的電網(wǎng)向所述開采工作裝置供能的連接，并且所述連接設(shè)置用以在充電期間將所述采掘車輛連接至礦場的電網(wǎng)， 布置用于在充電期間將電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，從而來自礦場的電網(wǎng)的電能被轉(zhuǎn)換為機械能，并且所述裝置布置用以驅(qū)動所述發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的采掘車輛，包括布置用于在充電期間將電能轉(zhuǎn)換為動能的裝置，將動能轉(zhuǎn)換為壓力能的裝置，以及將壓力能再次轉(zhuǎn)換為動能以驅(qū)動所述發(fā)電機旋轉(zhuǎn)的>j-U ρ?α裝直。
3.如權(quán)利要求1或2所述的采掘車輛，包括液壓系統(tǒng)，所述液壓系統(tǒng)處在所述連接和所述發(fā)電機之間，用于在充電期間供給來自礦場的電網(wǎng)的電能，以驅(qū)動所述發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的采掘車輛，其中將壓力能轉(zhuǎn)換為動能的所述裝置包括被從所述能量源供給能量的液壓泵，并且所述液壓泵被用作液壓馬達，以驅(qū)動所述發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，以便為所述能量源充電。
5.如權(quán)利要求4所述的采掘車輛，其中液所述壓泵為齒輪泵。
6.如權(quán)利要求4所述的采掘車輛，其中所述液壓泵為活塞泵。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的采掘車輛，其中所述發(fā)電機為高速馬達，用以對所述能量源快速充電。
8.一種用于采掘車輛的能量供應(yīng)的方法，所述方法包括對采掘車輛的能量源充電，且所述采掘車輛包括車架、用于移動所述車架的驅(qū)動設(shè)備、至少一個開采工作裝置、用于從礦場的電網(wǎng)向所述開采工作裝置供能的連接、用于將能量供給到所述驅(qū)動設(shè)備的所述能量源和用于對所述能量源充電的發(fā)電機，由此所述方法包括:在充電期間將采掘車輛連接到礦場的電網(wǎng)上，以及在充電期間將從礦場的電網(wǎng)供給的電能轉(zhuǎn)換為機械能并且用所述機械能驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，包括，在充電期間，將來自礦場的電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)換為動能，將所述動能轉(zhuǎn)換為壓力能，將所述壓力能再次轉(zhuǎn)換為動能并用該動能驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中使用快速充電方式對所述能量源充電，使得在快速充電過程中，測量至少一個充電裝置的溫度，并且控制所述裝置，以供給所述裝置的最大功率，直至達到所述裝置的最高溫度。
【文檔編號】H02J7/14GK104228585SQ201410320220
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月7日
【發(fā)明者】薩穆利·科希亞, 米科·科沃 申請人:山特維克礦山工程機械有限公司