[發明專利]一種大型礦用挖掘機智能化技術驗證平臺

有效

• 申請號: 201710555336.8
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107178103B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 李經民;樊金廣;李旭東;郭正剛;劉沖;馬毓
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: E02F3/28
• 分類號: E02F3/28;E02F3/36;E02F3/40;E02F3/42;E02F3/43
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種大型礦用挖掘機智能化技術驗證平臺，其特征在于，所述的大型礦用挖掘機智能化技術驗證平臺包括挖掘機和智能控制系統；

所述的挖掘機包括底盤(3)、輪對(4)、回轉平臺(1)、回轉機構、提升機構、推壓機構和鏟斗(2)；

所述的底盤(3)包括回轉支承安裝板、輪對安裝板和回轉電機安裝板，回轉支承安裝板為中間鏤空的長方形板，其底面兩側通過加強筋與輪對安裝板焊接，二者間留有間隙；輪對安裝板為長條板，輪對(4)安裝在輪對安裝板上；輪對(4)在鐵軌上滑行，保證滑行時不脫離鐵軌；回轉電機安裝板為U形板，U形板垂直焊接于回轉支承安裝板上，U形板開口向下；

所述的回轉平臺(1)為方體框架結構，框架結構的前、后面分別焊接有起重臂安裝板和電氣控制柜安裝板；框架結構的上面焊接有提升電機安裝板和兩個A字架安裝板，提升電機安裝板位于兩個A字架安裝板之間；框架結構的底面固定在回轉支承(7)的內圈上；

所述的回轉機構位于回轉平臺和底盤之間，包括回轉電機(5)、回轉傳動機構(6)和回轉支承(7)；

所述的回轉電機(5)固定在回轉電機安裝板上，回轉電機(5)的輸出軸穿過U形板；

所述的回轉支承(7)分為外圈和帶齒輪的內圈，回轉支承(7)外圈通過螺栓固定在回轉支承安裝板上；

所述的回轉傳動機構(6)包括傳動齒輪和傳動軸，傳動齒輪連接傳動軸，傳動軸通過軸承安裝在回轉電機安裝板和回轉支承安裝板之間；

回轉電機(5)的輸出軸連接齒輪，齒輪與回轉傳動機構(6)的傳動齒輪嚙合，驅動回轉支承(7)帶齒內圈，進而實現回轉平臺(1)回轉運動；

所述的提升機構包括A字架(8)、起重臂(9)、提升電機(10)、繃繩(11)和提拉鋼絲繩(12)；

所述的A字架(8)包括左A字架和右A字架，二者相同且對稱布置；A字架(8)由鉸接塊和連桿組成；鉸接塊固定在A字架安裝板上，兩根長連桿的一端分別與鉸接塊連接，另一端通過軸與短連桿鉸接；

所述的起重臂(9)包括主體、定滑輪和連接塊；主體為鋼板焊接而成的箱體結構，通過連接塊固定在起重臂安裝板上，主體頂部安裝定滑輪；所述的繃繩(11)為四根，成對稱分布，一端連接在主體的頂部兩側，另一端連接在短連桿的兩側；

所述的提升電機(10)固定在提升電機安裝板上，提升電機(10)的輸出軸上固定有卷筒；提拉鋼絲繩(12)一端纏繞在提升電機(10)的卷筒上，另一端繞過定滑輪與鏟斗的提拉梁連接；提升電機(10)控制卷筒轉動，卷筒帶動鋼絲繩提拉鏟斗；

所述的推壓機構包括推壓電機(13)、推壓傳動機構(14)、推桿軸(26)、斗桿(15)和斗桿約束板(16)；

所述的推壓傳動機構(14)包括鏈傳動和齒輪齒條轉動；

所述的推桿軸通過軸承固定在起重臂(9)兩側板上，推桿軸上分別安裝有鏈輪和齒輪，兩齒輪分別位于推桿軸的兩端、起重臂(9)側板外，鏈輪位于推桿軸中間，齒輪和鏈輪均與推桿軸通過鍵圓周固定，通過套筒軸向固定；

所述的斗桿(15)的截面為H型，分為上凹槽和下凹槽，下凹槽內裝有齒條，齒條與斗桿(15)通過螺栓連接；斗桿(15)上的齒條和推桿軸上的齒輪嚙合；斗桿(15)底部兩端安裝有限位塊，用于限制齒輪齒條脫離嚙合；

所述的斗桿約束板(16)的截面為L型，斗桿約束板(16)的短板下表面安裝有多個滾動軸承，滾動軸承在斗桿(15)的上凹槽內滾動；斗桿約束板(16)的長板通過軸承固定在推桿軸兩端，齒輪外側；斗桿約束板(16)用于約束斗桿(15)，防止斗桿(15)翹起、齒輪齒條脫離嚙合；

所述的推壓電機(13)通過推壓電機安裝板固定框架結構的前面，位于起重臂安裝板上方；所述的推壓電機(13)的輸出軸連接鏈輪，鏈輪通過鏈傳動控制推桿軸轉動，推桿軸兩端的齒輪通過齒條傳動控制斗桿(15)運動；

所述的鏟斗(2)包括鏟斗主體、提拉梁、斗門和開斗機構；

所述的智能控制系統包括電氣控制單元、位姿檢測單元、功率檢測單元、地貌掃描單元和防碰撞檢測單元；

所述的電氣控制單元分別與位姿檢測單元、功率檢測單元、地貌掃描單元、防碰撞檢測單元相連；

所述的電氣控制單元包括電氣控制柜、變頻器、單片機和工控機；

工控機和單片機用于接收位姿檢測單元、功率檢測單元、地貌掃描單元、防碰撞檢測單元測量的信號，并根據算法處理輸入信號，發出指令給變頻器，進而控制回轉電機、提升電機和推壓電機的啟停和轉速；

所述的位姿檢測單元包括傾角傳感器(18)和多圈絕對值光電編碼器(19)；傾角傳感器(18)分別安裝在起重臂(9)側面以及斗桿約束板(16)側面，用于測量起重臂和斗桿約束板的水平角度；多圈絕對值光電編碼器(19)通過剛性聯軸器分別安裝在推壓機構的推桿軸以及回轉機構的傳動軸上，用來檢測推桿軸和傳動軸的轉角與轉速；傾角傳感器(18)和多圈絕對值光電編碼器(19)用于實時檢測鏟斗的位置以及挖掘機的工作狀態，檢驗各執行機構是否按照最優挖掘軌跡挖掘；

所述的功率檢測單元包括拉力傳感器(20)，拉力傳感器(20)連接在提拉鋼絲繩(12)上，用于測量提拉鋼絲繩拉力；

所述的地貌掃描單元包括三維激光地貌掃描儀(17)，三維激光地貌掃描儀(17)包含慣性/衛星定位導航組合模塊，慣性/衛星組合定位導航模塊對平臺進行精準定位；兩個三維激光掃描儀分別安裝在回轉平臺(1)頂部、左右兩邊、靠近起重臂側，用于掃描挖掘環境；兩個三維激光掃描儀對待挖掘表面形貌進行自主實時掃描，并將掃描獲得的點云數據傳輸給電氣控制單元；電氣控制單元根據兩個掃描儀的位置和姿態對掃描數據進行整合，并根據相應的優化算法處理整合數據，得到一條最優挖掘軌跡；得到最優挖掘軌跡后，電氣控制單元控制回轉機構、行走機構、提升機構和推壓機構，使其按照最優挖掘軌跡進行挖掘；

所述的防碰撞檢測單元包括接近傳感器(21)和限位開關(22)；回轉平臺(1)和底盤(3)分別固定有2個接近傳感器(21)，當斗桿(15)或鏟斗(2)與回轉平臺(1)或底盤(3)距離達到設定值時，接近傳感器(21)發送指令給電氣控制單元，電氣控制單元發送指令停止回轉電機、提升電機和推壓電機的轉動；限位開關(22)安裝在斗桿(15)上部凹槽內，當斗桿(15)運動至極限位置時，斗桿約束板(16)短板觸碰限位開關(22)，電氣控制單元發送指令停止回轉電機、提升電機和推壓電機的轉動，防止齒輪和齒條脫離嚙合。