Горнодобывающая машина для извлечения материала из месторождения и способ управления такой машиной
MINING MACHINE FOR EXTRACTING MATERIAL FROM A DEPOSIT AND A METHOD FOR CONTROLLING SUCH A MACHINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к горнодобывающим машинам, предназначенным для извлечения материала из месторождения, и к способам управления работой таких горнодобывающих машин.
ПРЕДПОСЫЛКИ
Горнодобывающие машины применяют в шахтах для добычи материалов, таких как минеральное сырье или уголь. Такие машины зачастую содержат ходовую часть, стрелу и режущий барабан, причем стрела подвижно прикреплена к ходовой части и выполнена с возможностью удерживания режущего барабана.
Как правило, стрела и режущий барабан работают в ходе выполнения циклов врубки. Такие циклы включают последовательность движений для врубки и сбора материала, которая может включать, например, внедрение в стену, сдвиг вверх, или вниз, или в сторону в зависимости от типа горнодобывающей машины, и выведение из стенки. Горнодобывающие машины часто оснащены датчиками и системами управления, которые позволяют автоматизировать функциональные возможности цикла врубки.
В настоящее время оператору горнодобывающей машины обычно предоставлен выбор между двумя предварительно заданными для машины траекториями врубки для управления автоматической врубкой. Траектория врубки определяется движениями стрелы и положениями режущего барабана, которые задают автоматический цикл врубки. Однако этих двух предварительно заданных траекторий врубки часто недостаточно для удовлетворения конкретных требований всех пользователей, поскольку каждому участку добычи соответствуют разные геологические условия. При необходимости выполнения траектории врубки, определенной конкретным пользователем, нужно привлекать персонал со специальными компьютерными навыками. Этим сотрудникам необходимо будет выехать на место добычи полезных ископаемых, чтобы выполнить обновление программного обеспечения системы управления горнодобывающей машины. Обновленное программное обеспечение включает новый набор предварительно заданных траекторий врубки.
Места добычи полезных ископаемых часто находятся в сельской местности. Более того, горнодобывающие машины часто располагают глубоко в подземных шахтах. Таким образом, персонал испытывает неудобства, связанные с выездом на место для выполнения обновления при необходимости использования новой траектории врубки.
Кроме того, разные участки добычи полезных ископаемых могут отличаться геологическими условиями, что требует применения разных процессов врубки. На сегодняшний день не существует единого конкретного автоматического цикла врубки, который подходил бы для всех типов участков добычи.
В заявке 2018/0023390 A1 на патент США, опубликованной 25.01.2018 г., описана горнодобывающая машина, которая является ближайшим аналогом заявленного изобретения. Указанная машина предназначена для создания туннелей, выработок или шахт.
Недостаток вышеуказанной машины заключается в том, что она предусматривает возможность использования только той траектории врубки, которая была предварительно задана и сохранена в контроллере машины. Таким образом, в вышеуказанной горнодобывающей машине не предусмотрена возможность выбора траектории врубки на месте проведения работ и, следовательно, не обеспечена возможность управления работой горнодобывающей машины с учетом конкретных геологических условий.
Таким образом, существует потребность в создании новых горнодобывающих машин, а также способов, в которых были бы по меньшей мере частично устранены вышеупомянутые недостатки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, целью настоящего изобретения является устранение по меньшей мере некоторых из вышеупомянутых недостатков и создание усовершенствованной горнодобывающей машины и/или усовершенствованного способа управления работой горнодобывающей машины с использованием траекторий врубки.
Указанные и другие цели достигнуты благодаря горнодобывающей машине и способу, которые описаны в независимых пунктах прилагаемой формулы изобретения. Другие варианты описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения предложена горнодобывающая машина, выполненная с возможностью извлечения материала из месторождения. Например, такой материал может представлять собой различные виды горных пород, рудный минерал, соль или уголь. Горнодобывающая машина содержит блок обработки данных и блок управления. Блок обработки данных предназначен для приема файла данных, отображающего заданную пользователем траекторию врубки, от внешнего носителя данных. Блок обработки данных также предназначен для отправки в блок управления данных, соответствующих траектории врубки, выбранной из заданной пользователем траектории и одной или более предварительно заданных траекторий врубки. Блок управления выполнен с возможностью управления работой горнодобывающей машины с использованием автоматического цикла врубки согласно траектории врубки, выбранной в соответствии с информацией, полученной от блока обработки данных.
В некоторых вариантах выполнения блок обработки данных может быть выполнен с возможностью преобразования полученного файла данных в данные, соответствующие заданной пользователем траектории врубки с возможностью считывания блоком управления. Преобразованные данные в дальнейшем могут быть использованы блоком управления для управления работой горнодобывающей машины с автоматическим циклом врубки, заданным траекторией врубки.
В некоторых вариантах выполнения блок управления и блок обработки данных могут представлять собой отдельные компоненты, находящиеся во взаимосвязи друг с другом. Более того, блок управления и блок обработки данных могут являться частью одного и того же компонента, а именно системы управления на базе программного обеспечения горнодобывающей машины.
Варианты выполнения настоящего изобретения основаны на идее горнодобывающей машины с возможностью выполнения автоматического цикла врубки на основании траектории врубки. Автоматический цикл врубки (или последовательность врубки) включает набор действий, выполняемых горнодобывающей машиной (ее частями), для вырубания материала из поверхности рудной или горной выработки. Операции цикла врубки могут быть выполнены повторно для разных положений горнодобывающей машины, например, для образования туннеля в шахте. Траектория врубки определяет принцип выполнения такого цикла врубки, в частности, путем задания скоростей и направлений движения горнодобывающей машины (ее частей).
Варианты выполнения настоящего изобретения также разработаны, исходя из способности системы управления горнодобывающей машины загружать (вводить/считывать) файл данных с внешнего носителя и преобразовывать такой файл в данные, обеспечивающие новую траекторию врубки, доступную для выбора пользователем горнодобывающей машины в дополнение к траекториям врубки, уже установленным в машине (т.е. в дополнение к предварительно заданным для машины траекториям врубки).
Таким образом, преимущество вариантов выполнения настоящего изобретения заключается в том, что обеспечена повышенная гибкость при работе горнодобывающей машины.
Кроме того, в некоторых вариантах выполнения горнодобывающая машина может содержать стрелу (которая также может называться врубовой стрелой, рычагом или балкой) и режущий барабан (который также может называться режущим элементом или режущей головкой). Стрела может быть своим первым концом с возможностью поворота установлена на главной раме горнодобывающей машины. На втором конце стрелы с возможностью вращения может быть установлен режущий барабан. В данных вариантах выполнения автоматический цикл врубки выполняют посредством стрелы и режущего барабана. Движения стрелы и положения режущего барабана определяют траекторию врубки.
Траектория врубки может быть задана в файле данных последовательностью точечных элементов, причем каждый точечный элемент включает информацию, определяющую по меньшей мере положение режущего барабана и режим движения стрелы. Например, положение представляет собой целевое положение режущего барабана относительно горнодобывающей машины. Режим движения может определять движение стрелы, например, направление и скорость движения стрелы.
Последовательность положений режущего барабана вместе с сегментными линиями, соединяющими эти положения, определяет траекторию движения режущего барабана, полученную на основании траектории врубки. Траектория врубки может включать дополнительную информацию о том, каким образом должна быть выполнена траектория.
Задаваемая пользователем траектория врубки может быть создана пользователем, например, на клиентском компьютере с программным обеспечением. От пользователя не требуется никакой специальной подготовки для работы на компьютере. С другой стороны, предварительно заданная для машины траектория врубки задается персоналом, обладающим серьезными компьютерными навыками, как часть программного обеспечения для системы управления. Такие предварительно заданные траектории врубки уже установлены при поставке горнодобывающей машины и могут быть изменены только путем существенного обновления программного обеспечения системы управления горнодобывающей машины.
Режимы движения могут относиться к разным типам и могут быть классифицированы в соответствии с разными кодовыми названиями, соответствующими определенному движению. В качестве примера, режимы движения могут быть названы как нормальный режим, скоростной режим или режим внедрения. Нормальный и скоростной режимы могут определять скорость движения стрелы. Внедрение может относиться к процессу горизонтальной врубки в поверхность породы. Места внедрения могут блокировать вертикальное перемещение, позволяя выполнять только внедрение вглубь или обратно. Вертикальное или боковое перемещение стрелы также может представлять собой сдвиг.
Горная или рудная порода имеет разный состав минералов или минералоподобных структур. Разные составы могут иметь разную твердость, а это означает, что технику врубки породы, возможно, придется изменять. В частности, возможно, придется изменять принцип внедрения, углубляясь на большее или меньшее расстояние в зависимости от твердости породы. Определение траектории врубки вместе с соответствующим расстоянием внедрения является вариантом регулирования процесса извлечения материала в соответствии с текущими условиями. Следовательно, пользователь горнодобывающей машины и/или геолог, уже работающий в шахте, где используют данную машину, может оценить необходимость выполнения определенной траектории врубки, выстроенной в соответствии с конкретными геологическими условиями.
Таким образом, один аспект настоящего изобретения также относится к улучшениям для создания траекторий врубки и управления этими траекториями. Для этого может быть обеспечена компьютерная программа, позволяющая пользователю (или оператору) задавать траекторию врубки для горнодобывающей машины. Например, компьютерная программа может представлять собой компьютерную программу системы Windows, которая может быть установлена на клиентском компьютере. Посредством компьютерной программы может быть обеспечен интерфейс, с помощью которого пользователь может задавать траекторию врубки путем создания точечных элементов. Пользователь также может указать положения и другую информацию, связанную с точечными элементами, такую как режимы движения и коды точек. В дальнейшем вся информация, относящаяся к точечным элементам, может быть сохранена в виде файла данных, задающего определенную пользователем траекторию врубки.
Усовершенствованная горнодобывающая машина может содержать систему управления на базе программного обеспечения, включающую блок обработки данных и блок управления. Для лучшего управления траекториями врубки блок обработки данных может быть выполнен с возможностью считывания принятого файла данных, содержащего заданную пользователем траекторию врубки. Блок обработки данных также выполнен с возможностью дополнительного преобразования файла в данные, которые могут быть считаны блоком управления в виде траектории врубки. Затем с помощью блока управления может быть обеспечено управление стрелой и режущим барабаном машины в соответствии с выбранной траекторией врубки.
Получение файла данных от внешнего носителя может быть обеспечено с помощью физического подключения к носителю, например, через USB- соединение или какой-либо другой инструмент для передачи файлов, либо с помощью беспроводного соединения. Однако, учитывая обычное расположение горнодобывающей машины, особенно расположение под землей, физическое соединение может быть предпочтительным.
Согласно некоторым вариантам выполнения блок управления также может быть выполнен с возможностью задания по меньшей мере одной скорости и по меньшей мере одного направления движения стрелы на основании данных, полученных от блока обработки данных. В отношении траектории врубки, скорость и направление движения могут зависеть от режима движения точечного элемента и положения последующего точечного элемента на данной траектории врубки. Скорость и направление движения стрелы могут обновляться для каждого точечного элемента в пределах текущей траектории врубки.
Согласно некоторым вариантам выполнения заданная пользователем траектория врубки, определенная в файле данных, также может содержать по меньшей мере одну точку интерполяции, расположенную между первым точечным элементом и вторым точечным элементом. Положения точек интерполяции генерируются посредством компьютера на основании положений предыдущего точечного элемента (указанного первого точечного элемента) и последующего точечного элемента (указанного второго точечного элемента). Аналогичным образом, режим движения точки интерполяции определяет скорость и направление движения для стрелы на основании режимов движения для предыдущего точечного элемента и последующего точечного элемента. В случае добавления таких точек интерполяции может быть обеспечена менее прерывистая траектория врубки, что, в свою очередь, может привести к получению более плавной траектории. В данном варианте выполнения точность перемещения между точечными элементами может быть увеличена.
Согласно некоторым вариантам выполнения файл данных может содержать корневой элемент, включающий элемент траектории, который может быть идентифицирован по меньшей мере уникальным идентификатором траектории врубки. Элемент траектории может содержать набор точечных элементов, определяющих траекторию врубки, при этом каждый точечный элемент определяет положение режущего барабана, а код точки определяет режим движения.
Согласно некоторым вариантам выполнения файл данных может быть в формате XML.
Согласно некоторым вариантам выполнения горнодобывающая машина может быть выполнена с возможностью работы в пределах интервала рубки и в пределах интервала глубины внедрения. Интервал рубки может представлять собой, например, интервал по высоте рубки или интервал по ширине рубки. В файле данных положения режущего барабана могут быть определены относительно интервала рубки и интервала глубины внедрения. Другими словами, эти  положения  могут  быть  определены  в  системе координат, которая соотнесена с размером участка, на котором может работать горнодобывающая машина. Например, положение может быть частично задано первой координатой вдоль оси, параллельной направлению движения горнодобывающей машины и определяемой в процентах от максимальной глубины внедрения, и второй координатой вдоль оси, которая пересекает (например, перпендикулярно) плоскость, проходящую вдоль дна шахты (т.е. плоскость, в которой стоит машина или в которой находится основание главной рамы), определяемой в процентах от максимальной высоты врубки. В качестве альтернативы, для некоторых других типов горнодобывающих машин указанная вторая координата может быть определена в процентах от максимальной ширины врубки вдоль оси, параллельной (или по меньшей мере приблизительно параллельной) плоскости, проходящей вдоль дна шахты и пересекающуюся (например, перпендикулярно) с направлением движения горнодобывающей машины.
Указанные положения могут быть заданы в файле данных в виде абсолютных расстояний относительно неподвижной части горнодобывающей машины. Например, положение может быть задано компонентами или координатами вдоль осей, описанных выше, но определено, например, в сантиметрах, а не относительно предельных размеров машины.
Согласно некоторым вариантам выполнения блок обработки данных может быть выполнен с возможностью хранения заданной пользователем траектории врубки. Сохранение заданной пользователем траектории врубки может сделать ее доступной для последующего выбора, впоследствии предоставляя оператору больше траекторий врубки для выбора. Предоставление большего количества траекторий врубки на месте проведения работ может способствовать эффективной работе в тех шахтах, в которых подлежащий добыче материал отличается, например, по структуре.
Согласно некоторым вариантам выполнения горнодобывающая машина также может содержать блок ввода, выполненный с возможностью приема вводимых пользователем данных, определяющих выбор траектории врубки. Например, данный блок ввода может представлять собой человеко-машинный интерфейс (HID), такой как клавиатура или сенсорный экран.
Согласно некоторым вариантам выполнения горнодобывающая машина также может содержать блок индикации, выполненный с возможностью визуального отображения выбранной траектории врубки. Кроме того, индикатор может иметь другие функции, например, отображение состояния текущего цикла врубки или обеспечение обзора доступных траекторий врубки.
Согласно второму аспекту предложен способ управления работой горнодобывающей машины, выполненной с возможностью извлечения материала из месторождения. Способ включает предоставление для пользователя компьютерной программы для установки на клиентском компьютере с программным управлением, при этом путем управления программой для пользователя обеспечена возможность определения траектории врубки для горнодобывающей машины. Способ также включает сохранение заданной пользователем траектории врубки на носителе и введение заданной пользователем траектории врубки в систему управления на базе программного обеспечения горнодобывающей машины. Способ также включает предоставление для оператора возможности выбора траектории врубки из заданной пользователем траектории врубки и одной или более предварительно заданных траекторий врубки, сохраненных в указанной системе управления, и управление работой горнодобывающей машины с использованием автоматического цикла врубки в соответствии с выбранной траекторией врубки.
Согласно некоторым вариантам выполнения способ также может включать преобразование файла данных в данные, соответствующие заданной пользователем траектории врубки. Эти данные могут быть считаны системой управления для управления работой горнодобывающей машины. Данные также могут быть распознаны системой управления в качестве траектории врубки.
Использование пользователем компьютерной программы, позволяющей ему создать траекторию врубки, а также горнодобывающей машины, выполненной с возможностью считывания и распознавания файла, содержащего заданную пользователем траекторию врубки, в качестве траектории врубки, обеспечивает для пользователя возможность создавать свои собственные траектории врубки на месте проведения работ. Путем использования компьютерной программы и усовершенствованной горнодобывающей машины пользователь может отрегулировать траекторию врубки в соответствии с текущей геологической ситуацией и ходом добычи. В результате уменьшения сложности процесса разработки все больше людей смогут создавать траектории врубки, при этом без необходимости привлечения специалистов с компьютерными навыками. Кроме того, данный способ может сократить время от возникновения необходимости новой траектории врубки до момента использования новой траектории врубки при работе машины. Все этапы способа могут быть выполнены на месте проведения работ и с привлечением только местного персонала.
Компьютерная программа, установленная на компьютере пользователя, может представлять собой, например, отдельное приложение системы Windows.
Согласно некоторым вариантам выполнения способ может включать сохранение введенной траектории врубки в системе управления на базе программного обеспечения. Сохранение введенной, заданной пользователем траектории врубки предоставляет оператору возможность ее использования при последующем выборе. Предпочтительно может быть обеспечена возможность переключения между набором разных, заданных пользователем траекторий врубки, например, в шахте, в которой состав добываемого материала может изменяться.
В соответствии с некоторыми вариантами выполнения горнодобывающая машина, работающая согласно указанному способу, может содержать стрелу и режущий барабан, как описано применительно к первому аспекту изобретения. Заданная пользователем траектория врубки может быть определена в файле данных в виде набора точечных элементов. Каждый точечный элемент может определять положение режущего барабана и режим движения стрелы. Управление работой горнодобывающей машины может включать задание скорости и направления движения режущей стрелы на основании данных, преобразованных из указанного файла. Например, скорость и направление могут обновляться для каждого точечного элемента в пределах траектории врубки.
Горнодобывающая машина, используемая при осуществлении указанного способа, может быть выполнена с возможностью работы в пределах интервала рубки и в пределах интервала глубины внедрения. Интервал рубки может представлять собой, например, интервал рубки по высоте или интервал рубки по ширине. В файле данных указанные положения могут быть определены относительно этих интервалов. Например, такие положения могут быть заданы двумя координатами, а именно одной координатой вдоль оси, параллельной направлению движения горнодобывающей машины, и другой координатой, например, вдоль оси, которая пересекает плоскость, параллельную дну шахты, или пересекает (например, перпендикулярно) направление движения горнодобывающей машины и параллельна (или по меньшей мере приблизительно параллельна) плоскости, параллельной дну шахты. Расстояния вдоль этих осей, определяющие положения, могут быть указаны, например, в процентах от максимальной глубины внедрения и в процентах от максимальной высоты рубки или максимальной ширины рубки, соответственно. Кроме того, такие положения также могут быть заданы в абсолютных значениях. Например, положения могут быть заданы с использованием координат вдоль тех же осей, которые описаны выше, но указаны, например, в сантиметрах или метрах.
Согласно некоторым вариантам выполнения способ также может включать обеспечение компьютерной программы, выполненной с возможностью генерирования точки интерполяции между первым заданным пользователем точечным элементом и вторым заданным пользователем точечным элементом. Линия, соединяющая две последовательные точки и содержащая по меньшей мере одну точку интерполяции, может называться сегментной линией.
Согласно некоторым вариантам выполнения способ также может включать визуальное отображение выбранной траектории врубки на блоке индикации.
Следует понимать, что настоящее изобретение относится также к комбинации способа согласно указанным вариантам выполнения и признаков вариантов выполнения, описанных для горнодобывающей машины. Например, файл данных может содержать корневой элемент, включающий элемент траектории, идентифицируемый по меньшей мере уникальным идентификатором траектории врубки. В свою очередь, элемент траектории может содержать ряд точечных элементов, образующих траекторию врубки. Каждый точечный элемент может включать положение и код точки, определяющий режим движения. Более того, файл данных, отображающий заданную пользователем траекторию врубки, может иметь формат XML.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен носитель данных, содержащий файл данных, отображающий заданную пользователем траекторию врубки для работы горнодобывающей машины. Файл данных может считываться системой управления горнодобывающей машины на базе программного обеспечения. Далее траектория врубки может быть доступна для выбора среди других траекторий врубки, включая одну или более заданных для машины траекторий врубки, которые хранятся в системе управления на базе программного обеспечения. Горнодобывающая машина, содержащая систему управления на базе программного обеспечения, выполнена с возможностью работы с использованием автоматического цикла врубки в соответствии с выбранной траекторией врубки.
Хотя варианты применения данного изобретения были описаны со ссылкой на горнодобывающую машину определенного вида, данное изобретение может быть использовано в других вариантах применения или системах. Горнодобывающая машина также может быть экскаваторным оборудованием, которое может включать, например, проходческие комбайны, проходческие машины, комбайны непрерывного действия или т.п.
Варианты выполнения настоящего изобретения относятся ко всем возможным комбинациям признаков, изложенных в формуле изобретения. Кроме того, следует понимать, что все варианты выполнения, описанные со ссылкой на первый аспект настоящего изобретения, могут быть объединены с любым вариантом выполнения, описанным со ссылкой на второй и третий аспекты настоящего изобретения, и наоборот. Таким образом, настоящее изобретение также охватывает такие варианты выполнения.
Другие цели и преимущества различных вариантов выполнения настоящего изобретения описаны ниже с помощью примерных вариантов выполнения.
Краткое описание чертежей
Далее примерные варианты выполнения описаны более подробно со ссылкой на нижеперечисленные прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 схематично изображает горнодобывающую машину, выполненную с возможностью приема файла от внешнего носителя данных, согласно некоторым вариантам выполнения;
Фиг.2А изображает боковую проекцию горнодобывающей машины согласно некоторым вариантам выполнения;
Фиг.2B изображает вид сбоку горнодобывающей машины согласно некоторым вариантам выполнения, расположенной в горном туннеле;
Фиг.3 изображает пример траектории врубки согласно некоторым вариантам выполнения;
Фиг.4 изображает пример структуры файла данных, содержащего траекторию врубки, согласно некоторым вариантам выполнения;
Фиг.5 схематично изображает горнодобывающую машину согласно некоторым вариантам выполнения;
Фиг.6 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ управления горнодобывающей машиной в соответствии с заданной пользователем траекторией врубки согласно одному варианту выполнения; и
Фиг.7 изображает блок-схему, иллюстрирующую способ управления горнодобывающей машиной в соответствии с заданной пользователем траекторией врубки согласно другим вариантам выполнения.
Как изображено на чертежах, для наглядности размеры элементов и участков могут быть показаны в увеличении и, таким образом, иллюстрируют общий вид конструкций вариантов выполнения. На всех чертежах подобные элементы обозначены подобными номерами позиций.
Подробное описание
Далее примерные варианты выполнения описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлены предпочтительные варианты выполнения. Тем не менее, данное изобретение может быть реализовано в виде множества других вариантов и не должно считаться ограниченным вариантами выполнения, изложенными в данном документе; напротив, указанные варианты выполнения досконально и целостно раскрывают объем данного изобретения для специалистов.
Со ссылкой на Фиг.1 горнодобывающая машина 100, выполненная с возможностью приема файла 132 данных от внешнего носителя 130 данных, описана в соответствии с некоторыми вариантами выполнения.
На Фиг.1 показана горнодобывающая машина 100, содержащая блок 110 обработки данных и блок 120 управления. Блок 110 обработки данных и блок 120 управления могут представлять собой отдельные компоненты, как изображено на Фиг.1. Однако, согласно некоторым вариантам выполнения блок 110 обработки данных и блок 120 управления могут быть не отдельными компонентами, а частями одного компонента. Блок 110 обработки данных и блок 120 управления в совокупности могут образовывать систему управления (не обозначена) горнодобывающей машины 100.
Блок 110 обработки данных соединен с блоком 120 управления так, что данные могут передаваться из блока 110 обработки данных в блок 120 управления. Блок 110 обработки данных выполнен с возможностью приема файла 132 данных через соединительный блок или соединитель 111, к которому может быть подсоединен внешний носитель 130 данных, имеющий совместимый соединительный блок или соединитель 131. Передача между этими соединительными блоками может быть обеспечена, например, с использованием прямого подключения, к примеру, с помощью универсальной последовательной шины (USB) (например, с помощью кабеля или устройства флэш-памяти), или подключения по сети Ethernet, или с помощью беспроводного соединения.
Внешний носитель 130 содержит файл 132 данных, который соответствует заданной пользователем траектории врубки. Блок 110 обработки данных выполнен с возможностью занесения файла 132 данных с внешнего носителя 130 через соединители 111, 131.
Согласно некоторым вариантам выполнения блок 110 обработки данных также выполнен с возможностью преобразования файла 132 данных в данные, считываемые блоком 120 управления. Более того, блок обработки данных может быть выполнен с возможностью генерирования траектории 114 врубки на основании файла данных для индикации или по меньшей мере выбора оператором горнодобывающей машины.
Блок 110 обработки данных также выполнен с возможностью отправки данных 112, соответствующих выбранной траектории врубки, в блок 120 управления. Выбранная траектория врубки выбирается из заданной пользователем траектории 114 врубки и одной или более предварительно заданных траекторий 118 врубки. В свою очередь, блок 120 управления выполнен с возможностью управления горнодобывающей машиной 100 с использованием автоматического цикла врубки согласно заданной пользователем траектории врубки, построенной на основании данных, полученных от блока 110 обработки данных.
Согласно одному варианту выполнения блок 110 обработки данных может быть выполнен с возможностью сохранения заданной пользователем траектории врубки.
Далее со ссылкой на Фиг.2A и 2B горнодобывающая машина описана на примере проходческого комбайна с электрическим приводом, представляющего собой гусеничную горнодобывающую машину непрерывного действия, предназначенную для выемки полотна и одновременной установки анкерной крепи. Данные горнодобывающие машины содержат режущий барабан, установленный на раме с гидравлическим приводом, с обеспечением независимого движения барабана относительно главной рамы и гусениц. Машина также содержит анкерные болты, установленные на неподвижной части главной рамы, которые выполнены с возможностью управления на протяжении всего цикла врубки.
Как изображено на Фиг.2A и 2B, горнодобывающая машина 200 содержит раму 230 (которая может называться главной рамой или ходовой частью 230 горнодобывающей машины), которая поддерживает пару бесконечных приводных гусениц 213 для перемещения машины 200 по земле и вдоль туннеля для продвижения вперед через пласт месторождения. Одним концом 211 к главной раме 230 с возможностью поворота прикреплена подвижная режущая стрела 210. Стрела 210 имеет второй конец 212, на котором установлен режущий барабан 220. Режущие зубцы 208 выступают радиально от барабана 220 и специально выполнены с возможностью врубания и удаления добываемого минерального сырья из пласта. Стрела 210 и в частности ее второй конец 212 выполнены с возможностью подъема или опускания относительно главной рамы 230. При подъеме и опускании второго конца 212 посредством режущего барабана 220 обеспечивается резка поверхности 254, 256 пласта в изменяемом диапазоне 312 высоты над дном
252 горного туннеля. Второй конец 212 стрелы 210 также выполнен с возможностью перемещения назад и вперед в направлении движения горнодобывающей машины 200. Машина 200 также содержит загребающую переднюю часть 217, установленную на переднем конце главной рамы 230. Передняя часть 217 выполнена с возможностью сбора материала, удаляемого из пласта месторождения при резке посредством режущей головки 220. Вырубленный материал перемещают назад от загребающей передней части 217 на конвейере, который опирается на заднюю секцию 214.
Подъем и опускание второго конца 212 и режущего барабана 220 могут называться, соответственно, сдвигом вверх и сдвигом вниз. Горизонтальное движение второго конца 212 и режущего барабана 220 вперед, в сторону от главной рамы 230 можно назвать внедрением. Горизонтальное движение второго конца 212 и режущего барабана 220 обратно к главной раме 230 можно назвать выходом из внедрения. Последовательность движений для сдвига и внедрения, а также комбинация движений для сдвига и внедрения называется циклом или последовательностью врубки. Цикл врубки можно применять с повторением для врубания и удаления материала из пласта. Современные горнодобывающие машины зачастую содержат функциональные средства, обеспечивающие автоматическое выполнение циклов врубки.
Со ссылкой на Фиг.3 далее описана траектория врубки согласно некоторым вариантам выполнения.
Траекторию 300 врубки применяют для установки параметров автоматического цикла врубки. Траектория 300 врубки может быть определена набором точечных элементов 301a и 301b. Каждый точечный элемент 301a или 301b соответствует требуемому положению режущего барабана и режиму движения стрелы. Есть разные виды точек, которые определяются кодом точки. Режим движения относится к перемещению стрелы 210. Посредством блока управления может быть задана, например, по меньшей мере одна скорость и по меньшей мере одно направление движения стрелы на основании данных 112, полученных от блока 110 обработки данных.
Примеры видов точек включают: обычные точки, соответствующие нормальной скорости, заданной в системе управления горнодобывающей машиной, и допускающие как движения внедрения, так и движения сдвига; точки скорости, для которых скорость увеличивается с заданным коэффициентом по сравнению с нормальной скоростью, допускающие как движения внедрения, так и движения сдвига; и точки внедрения, для которых скорость установлена для выполнения движений внедрения, а все движения сдвига заблокированы системой управления. Нормальная скорость и коэффициент ее увеличения для точек скорости могут быть определены при окончательной сдаче машины в эксплуатацию в цеху. В дальнейшем скорость и коэффициент могут быть изменены оператором.
Другие виды точек могут включать начальные точки, конечные точки и точки 331 интерполяции, сгенерированные компьютером. Первой точке траектории врубки может быть автоматически присвоен код, соответствующий начальной точке. Последней точке траектории врубки может быть автоматически присвоен код, соответствующий конечной точке. В некоторых вариантах выполнения пользователю может быть обеспечена возможность указывать режимы движения для начальной и/или конечной точки.
Точки 331 интерполяции являются точками, сгенерированными компьютером и добавленными между первым точечным элементом 301a и вторым точечным элементом 301b. Положение точки 331 интерполяции сгенерировано компьютером на основании положения предыдущего точечного элемента 301a и последующего точечного элемента 301b. Аналогичным образом, режим движения точки 331 интерполяции определяет скорость и направление движения для стрелы 220 на основании режимов движения предыдущего точечного элемента 301a и последующего точечного элемента 301b. Добавление таких точек интерполяции может обеспечить менее прерывистую траекторию 300 врубки, что, в свою очередь, может обеспечить более плавную траекторию, тем самым, повышая точность перемещения ко второму точечному элементу 301b. Линия между первым точечным элементом 301a и вторым точечным элементом 301b, содержащая по меньшей мере одну точку 331 интерполяции, называется сегментной линией 330.
Точечные элементы 301a и 301b, образующие траекторию 300 врубки, могут быть расположены в пределах максимального профиля 310 врубки. В данном варианте выполнения указанный профиль 310 ограничен максимальной высотой 312 сдвига и максимальной глубиной 311 внедрения стрелы 220, т.е. максимальным диапазоном относительно заданного положения, в котором горнодобывающая машина может выполнять врубку. В качестве альтернативы, в других вариантах выполнения максимальный профиль врубки может быть задан максимальной шириной сдвига и максимальной глубиной внедрения. Когда горнодобывающая машина 200 стоит на месте, максимальный профиль 310 врубки соответствует площади, которая может быть вырублена из данного положения. Траектория 300 врубки определяет технику выемки профиля 310 врубки с использованием автоматического цикла врубки.
Интерфейс компьютерной программы 621, 721 (которая описана далее более подробно со ссылкой на Фиг.6 и 7) может содержать визуализацию, подобную показанной на Фиг.3. Например, интерфейс может отображать подобную визуализацию точечных элементов 301a и 301b, которые пользователь может редактировать, например, перетаскивая и удаляя и/или обновляя соответствующую информацию. Более того, визуализация может отображать сегментные линии 330, соединяющие точки 301a и 301b, обеспечивая более понятное представление траектории 300 врубки. Профиль
310 врубки может быть визуализирован в виде рамки, отображающей максимальную высоту 312 врубки и максимальную глубину 311 внедрения. Значения максимальной высоты 312 врубки и максимальной глубины 311 внедрения могут быть введены оператором вручную или определены автоматически после выбора пользователем типа используемой горнодобывающей машины. Компьютерная программа 621, 721 может также содержать, например, таблицу, в которой отображена информация, касающаяся каждого точечного элемента 301a и 301b. Благодаря такой таблице пользователь может иметь возможность изменять информацию о каждом точечном элементе 301a и 301b непосредственно в этой таблице. Например, точки могут быть добавлены на траекторию 300 врубки в компьютерной программе 621, 721 путем их нанесения в визуализации, подобной Фиг.3, или, например, путем добавления их в таблицу.
Для других вариантов выполнения профиль врубки может быть задан максимальной шириной врубки и максимальной глубиной внедрения. В таких вариантах выполнения максимальная высота врубки заменена максимальной шириной врубки, как уже описано выше применительно к предыдущим вариантам выполнения.
Со ссылкой на Фиг.4 далее согласно некоторым вариантам выполнения описан файл данных, который может быть создан на клиентском компьютере и сохранен на носителе данных для дальнейшего введения в систему управления горнодобывающей машины.
Согласно некоторым вариантам выполнения файл 400 данных, задающий траекторию 300 врубки, может содержать корневой элемент 410, включающий элемент 420 траектории, который идентифицирован по меньшей мере уникальным идентификатором 421 траектории. Элемент траектории содержит точечные элементы 430a-430n, каждый из которых содержит положение 431a- 431n для режущего барабана и код 432a-432n точки.
Согласно одному варианту выполнения положения 431a-n могут быть определены относительно максимальной высоты 312 врубки и максимальной глубины 311 внедрения (как показано на Фиг.3). Положения могут быть заданы в системе координат, соотносящейся с размерами зоны, в которой может работать горнодобывающая машина и которая обозначена профилем 310 врубки. Например, положение может быть описано координатой вдоль оси, параллельной направлению движения горнодобывающей машины 200, и координатой вдоль оси, которая пересекает (например, перпендикулярно) плоскость, параллельную дну 252 шахты. В данном варианте выполнения координата на оси, параллельной направлению движения горнодобывающей машины 200, может быть задана в процентах от максимальной глубины 311 внедрения. Координата на оси, пересекающей плоскость дна 252 шахты, может быть задана в процентах от максимальной высоты 312 сдвига. В других вариантах выполнения вместо максимальной высоты сдвига/врубки может быть использована максимальная ширина сдвига/врубки.
Согласно другому варианту выполнения положения 431a-n могут быть заданы в абсолютных расстояниях. В данном варианте выполнения положения могут включать координату вдоль осей, описанных выше. Масштаб системы координат может быть постоянным, а положение может быть задано относительно, например, начального положения режущего барабана 220 или определенного неподвижного компонента горнодобывающей машины 200.
Согласно некоторым вариантам выполнения файл 400 данных может быть файлом типа XML.
Далее со ссылкой на Фиг.5 описаны другие варианты выполнения.
На Фиг.5 представлен вариант выполнения горнодобывающей машины
500. Горнодобывающая машина 500 содержит блок 510 обработки данных и блок 520 управления. Машина также содержит блок 530 ввода и блок 540 индикации. Разделение блока 510 обработки данных, блока 520 управления, блока 530 ввода и блока 540 индикации выполнено для иллюстративности. Указанные блоки могут представлять собой отдельные компоненты, но также могут быть объединены различным образом. Например, блок 530 ввода и/или блок 540 индикации могут быть выполнены как единое целое с блоком 510 обработки данных. Хотя на чертеже представлен и блок 540 индикации, и блок 530 ввода, могут быть предусмотрены варианты выполнения, включающие тот или другой блок. Кроме того, блок 540 индикации и блок 530 ввода данных могут являться частями одного и того же блока, например, при использовании сенсорного экрана.
Блок 530 ввода может быть выполнен с возможностью приема входных данных от пользователя, указывающих на выбор траектории врубки. Блок ввода также может быть выполнен с возможностью передачи входных данных в блок 510 обработки данных. В таком случае, блок 510 обработки данных может быть выполнен с возможностью отправки данных, соответствующих выбранной траектории врубки, в блок 520 управления на основании принятых входных данных.  Например, блок ввода  может  представлять  собой указательное средство, клавиатуру или сенсорный экран.
Блок 540 индикации может быть выполнен с возможностью визуального отображения выбранной траектории врубки. Кроме того, указанный блок может быть выполнен с возможностью отображения, например, текущего состояния цикла врубки или доступных в настоящий момент траекторий врубки.
Несмотря на представление в разных вариантах выполнения, блок 110 обработки данных и блок 120 управления, описанные со ссылкой на Фиг.1, могут быть эквивалентны блоку 510 обработки данных и блоку 520 управления, описанным со ссылкой на Фиг.5. Аналогичным образом, некоторые или все горнодобывающие машины 100, 200, 500, 600, 700, описанные со ссылкой на Фиг.1, 2А, 2В, 5 и далее со ссылкой на Фиг.6 и 7, также могут быть подобны друг другу, несмотря на то, что представлены в разных вариантах выполнения.
Со ссылкой на Фиг.6 описан способ управления работой горнодобывающей машины.
На Фиг.6 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ 6000 управления горнодобывающей машиной 600. Способ 6000 включает предоставление 6100 для пользователя компьютерной программы 621 для установки на клиентском компьютере 620 с программным управлением. Например, клиентский компьютер 620 может являться компьютером на базе Windows, и в этом случае компьютерная программа 621 может быть отдельным приложением на базе Windows.
Способ 6000 также включает обеспечение 6200 для пользователя возможности определения траектории врубки для горнодобывающей машины, используя компьютерную программу 621. Компьютерная программа 621 может содержать, например, функциональные средства, позволяющий пользователю при помощи указательного средства, к примеру, компьютерной мыши, нарисовать траекторию 300 врубки. Указанная программа также может содержать   функциональные   средства, позволяющие пользователю редактировать созданную траекторию 300 врубки, например, путем редактирования положений точечных элементов 301a и 301b созданной траектории врубки или режимов движения, связанных с указанными точечными элементами. Компьютерная программа 621 также может содержать редактируемую таблицу, включающую информацию для каждого точечного элемента 301.
Способ 6000 также включает сохранение 6300 файла 631 данных, отображающего заданную пользователем траекторию 300 врубки, на носителе 630 данных. При сохранении для пользователя может быть обеспечена возможность создания уникального идентификатора 421 для элемента 420 траектории врубки, как описано со ссылкой на Фиг.4. Пользователь также может, например, задать имя для элемента траектории врубки, что делает его отличимым от других траекторий врубки. Имя траектории также может указывать на назначение траектории (например, что траектория предназначена для руды определенного вида или для конкретных геологических условий), что в дальнейшем может облегчить процесс выбора траектории.
Для наглядности носитель 630 данных показан как отдельный компонент. Однако носитель 630 может быть выполнен как единое целое с клиентским компьютером 620. Использование носителя данных, встроенного в клиентский компьютер, может быть предпочтительным, например, при использовании портативного клиентского компьютера или при беспроводной передаче файла данных. Файл 631 данных может иметь формат XML.
Кроме того, способ 6000 может включать ввод 6400 файла 631 данных с носителя 630 в систему 610 управления горнодобывающей машины 600 на базе программного обеспечения. Кроме того, способ 6000 включает обеспечение 6500 для оператора возможности выбора траектории врубки из заданной пользователем траектории, соответствующей файлу 631 данных, и одной или более заданных для машины траекторий 611 врубки, сохраненных в системе 610 управления на базе программного обеспечения. Следует отметить, что, хотя заданная пользователем траектория не показана на Фиг.6, данная траектория создается в ходе процесса и доступна для выбора наряду с заданными для машины траекториями 611 врубки.
Способ также включает управление 6600 горнодобывающей машиной с использованием автоматического цикла врубки в соответствии с выбранной траекторией врубки. Например, данный этап может включать регулирование скорости и направления движения стрелы в соответствии с информацией, относящейся к точечным элементам траектории врубки.
Далее со ссылкой на Фиг.7 описан вариант выполнения способа управления работой горнодобывающей машины.
На Фиг.7 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ 7000 согласно другому варианту выполнения. Способ 7000 включает предоставление 7100 для пользователя компьютерной программы 721 для установки на клиентском компьютере 720 с программным управлением. Способ 7000 также включает обеспечение 7200 для пользователя возможности определения траектории врубки для горнодобывающей машины, используя компьютерную программу 721, и сохранение 7300 файла 731 данных, отображающего заданную пользователем траекторию врубки, на носителе 730. Кроме того, способ 7000 включает ввод 7400 файла 731 данных с носителя 730 в систему 710 управления горнодобывающей машины 700 на базе программного обеспечения. Способ 7000 также включает обеспечение 7500 для оператора возможности выбора траектории врубки из заданной пользователем траектории врубки, представленной в файле 731 данных, и одной или более заданных для машины траекторий 711 врубки, сохраненных в системе 710 управления на базе программного обеспечения, и управление 7600 горнодобывающей машиной с использованием автоматического цикла врубки в соответствии с выбранной траекторией врубки.
В соответствии с одним вариантом выполнения, в котором траектория врубки задана точечными элементами, способ 7000 также может включать использование компьютерной программы 721, с помощью которой происходит генерирование 7210 точки интерполяции между первым и вторым точечными элементами.
Согласно одному варианту выполнения способ 7000 также может включать сохранение 7410 введенной траектории врубки в системе 710 управления на базе программного обеспечения.
Согласно некоторым вариантам выполнения способ 7000 также может включать визуальное отображение 7510 выбранной траектории врубки в блоке индикации горнодобывающей машины 700.
Следует понимать, что настоящее изобретение относится также к комбинации способа 6000 согласно варианту выполнения на Фиг.6, и вариантов выполнения, описанных со ссылкой на Фиг.7. Хотя на Фиг.7 представлен способ 7000, включающий этапы, относящиеся к нескольким вариантам выполнения, эти варианты не обязательно должны быть представлены совместно. Настоящее изобретение также охватывает варианты, включающие только один этап или комбинацию некоторых указанных этапов.
Специалисту в данной области техники понятно, что настоящее изобретение не ограничено предпочтительными вариантами выполнения, описанными выше. Напротив, множественные модификации и изменения возможны в рамках объема, определенного прилагаемой формулы изобретения.
Хотя отличительные признаки и элементы описаны выше в определенных комбинациях, каждый признак и элемент могут быть использованы по отдельности, без других признаков и элементов, или в различных комбинациях с другими признаками и элементами или без них.
Более того, хотя области применения горнодобывающей машины описаны со ссылкой на горнодобывающую машину и, в частности, на проходческий комбайн, который изображен на Фиг.2, данное изобретение может быть использовано в других областях применения или системах. Например, данное изобретение может быть использовано в системах, включающих другое экскаваторное оборудование, проходческие машины, комбайны непрерывного действия или т.п.
Кроме того, после изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения вариации описанных вариантов выполнения станут понятны и осуществимы для специалиста в данной области техники при реализации заявленного изобретения.
Применяемое в формуле изобретения слово «содержащий» не исключает наличия других элементов, а указание элементов в единственном числе не исключает возможности их наличия во множественном числе. Тот факт, что определенные признаки изложены в зависимых пунктах формулы изобретения, не зависимых друг от друга, не означает, что комбинация этих признаков не может быть использована для обеспечения преимуществ данного изобретения.