一种矿车侧部受流控制方法及系统与流程

本发明涉及矿用运输设备电气化，特别是一种矿车侧部受流控制方法及系统。

背景技术：

1、矿用自卸车（矿卡）是露天矿的核心运输设备。为降低柴油-电传动的能耗与排放、提升重载运输效率，电气化矿卡通常由车辆受流器与供电线路动态接触取电，其中侧部受流将接触轨布置于道路一侧，避免了顶部架空接触网对矿区超高工程车辆通行的限制，成为露天矿电气化运输的重要发展方向。

2、然而，现有侧部受流器在受流过程中多采用全程主动驱动的方式维持靴轨接触，即通过油缸、气缸、液压或伺服电机持续输出控制力以保持接触压力。露天矿路面颠簸频率高、车辆轨迹随机偏移量大，主动控制系统存在控制带宽有限、响应滞后的问题，难以瞬时跟随高频颠簸，反而容易因控制滞后造成接触压力波动甚至瞬时脱离，严重时产生电弧，既损伤受流器和接触轨，又影响供电连续性。

3、同时，现有受流器的入轨、入轨成功判定、脱轨回收及整车动力模式切换等过程多依赖人工操作或单一检测信号，自动化程度和可靠性不足：入轨依赖司机精准对准，单一检测信号易因异物触碰或检测延迟而误判，脱轨后缺乏可靠的自动回收手段，动力模式切换不及时还会导致车辆失去动力。

4、综上，亟需一种矿车侧部受流控制方法及系统，以提升入轨、受流、脱轨回收及动力模式切换全过程的自动化程度与可靠性，并改善主动驱动在高频颠簸下响应滞后、接触不稳的问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种矿车侧部受流控制方法及系统，本发明首先解决现有侧部受流在入轨、入轨成功判定、脱轨回收及动力模式切换过程中依赖人工、依赖单一检测信号，自动化程度和可靠性不足的问题；在此基础上，针对现有受流器采用全程主动驱动维持靴轨接触、在露天矿高频颠簸和随机轨迹偏移下响应滞后、导致接触压力波动甚至瞬时脱离的缺陷，本发明在可靠判定入轨成功的前提下切断主动驱动、使臂杆转为被动随动，从而在同一信号控制方法中一并解决上述两类问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种矿车侧部受流控制方法，包括以下步骤：

3、s1、获取接触轨识别信号，根据所述接触轨识别信号输出第一驱动信号，以驱动受电靴头向接触轨移动；

4、s2、获取行程开关触发信号，根据所述行程开关触发信号输出第二驱动信号，以驱动所述受电靴头坐落于所述接触轨；

5、s3、获取靴轨耦合电压信号，并在所述行程开关触发信号有效且所述靴轨耦合电压信号处于预设电压范围时，判定入轨成功；

6、s4、当判定入轨成功时，输出断电控制信号，以使驱动臂杆的不带刹车伺服电机断电；

7、s5、根据所述靴轨耦合电压信号输出动力模式切换信号。

8、本发明通过接触轨识别信号与行程开关触发信号相配合完成自动入轨，无需司机精准对准；并以行程开关触发信号和靴轨耦合电压信号同时满足作为入轨成功判据，二者分别反映机械接触到位和电气接触正常，避免单一信号误判；入轨成功后切断不带刹车伺服电机的供电，使臂杆成为可自由活动的关节，车辆颠簸和轨迹偏移由臂杆自由摆动吸收，受电靴头不随臂杆振动，而依靠自身重力自锁稳定保持在接触轨上，从而避免主动控制响应滞后带来的接触不稳；并依据靴轨耦合电压联动切换整车动力模式，使入轨、受流和动力切换自动完成，在复杂颠簸工况下保持供电连续、受流稳定。

9、进一步地，步骤s2中，若输出所述第二驱动信号后预设时间内未获取到所述行程开关触发信号，则输出抬升控制信号使所述受电靴头抬升至悬停角度并悬停预设时间后，重新执行步骤s1和s2，若重试次数达到预设次数仍未获取到所述行程开关触发信号，则收回所述受电靴头并输出报警信号。

10、受电靴头入轨时可能因瞬时轨迹偏差或颠簸导致一次坐落不成功，若直接判定失败需司机人工重新操作、影响作业连续性，若不加限制地反复尝试又可能造成设备损伤。设置上述重试步骤后，入轨失败时受电靴头自动抬升悬停并重新识别、重新入轨，为偏差纠正提供机会，无需人工介入即可提高入轨成功率；同时以预设重试次数为限，超过次数仍不成功则自动收回并报警，防止带故障反复动作，兼顾入轨效率与设备安全。

11、进一步地，步骤s4中，输出所述断电控制信号后，当获取到手动收靴指令信号，或者所述受电靴头滑出所述接触轨末端使所述行程开关触发信号消失时，输出复电控制信号，使所述不带刹车伺服电机重新通电。

12、断电后不带刹车伺服电机处于断电、臂杆自由活动状态，而无论是司机主动收靴，还是受电靴头滑出接触轨末端，都需要臂杆恢复主动驱动才能完成收靴动作。通过在收到手动收靴指令、或滑出接触轨末端使行程开关触发信号消失时为不带刹车伺服电机重新通电，使臂杆由自由随动状态及时恢复为主动可控状态，保证收靴动作顺利执行，实现受流阶段被动随动与收靴阶段主动控制之间的顺畅衔接。

13、进一步地，步骤s4中，在所述臂杆处于自由活动状态期间，获取所述臂杆的伸出范围信号，当所述伸出范围信号指示所述臂杆伸出超过预设范围时，输出复电控制信号使所述不带刹车伺服电机重新通电，并输出回收控制信号收回所述臂杆。

14、断电后臂杆处于自由随动状态，当车辆轨迹偏移过大、臂杆伸出达到机械极限时，若不及时干预，臂杆会与接触轨发生硬性拉扯，损坏接触轨和受流器。通过在自由活动期间监测臂杆伸出范围、一旦超过预设范围即先复电恢复主动驱动再自动收回，为被动随动划定安全边界，在偏移量超出臂杆可补偿范围时主动收回设备，避免机械极限拉扯造成的结构损伤，保障自由随动过程中的设备安全。

15、进一步地，当所述受电靴头脱出所述接触轨时，获取极限位置开关触发信号，根据所述极限位置开关触发信号输出回收控制信号，以回收所述臂杆。

16、受电靴头脱出接触轨后，若依赖司机手动收靴，不仅操作滞后，还可能因未及时收回造成臂杆与接触轨拉扯。通过在脱轨时获取极限位置开关触发信号并自动输出回收控制信号，使受流器无需人工介入即可自动收回，实现失效安全保护，提升脱轨工况下的设备安全性。

17、进一步地，所述受电靴头脱出所述接触轨后在自身重力作用下带动所述臂杆产生机械连锁运动，所述机械连锁运动触发极限位置开关并产生所述极限位置开关触发信号。

18、本发明不依赖独立的脱轨检测器件，而是利用受电靴头脱出接触轨、失去支撑后在自身重力作用下带动臂杆产生的机械连锁运动来触发极限位置开关，只要受电靴头脱轨，重力引起的连锁运动就会触发开关产生触发信号，使脱轨触发不受电气检测是否正常的影响，脱轨检测与回收触发更加可靠。

19、进一步地，获取到所述极限位置开关触发信号后，立即输出所述回收控制信号，同时输出复电控制信号使所述不带刹车伺服电机重新通电以驱动所述臂杆折叠，获取臂杆角度信号，当所述臂杆角度信号指示臂杆夹角回归至初始目标角度时判定回收到位。

20、脱轨回收涉及回收启动、臂杆折叠和到位确认多个环节，时序不清容易出现回收不及时、折叠不到位或无法判断是否收回。通过在极限位置开关触发后立即启动回收，同时重新通电使不带刹车伺服电机驱动臂杆折叠，并以角度传感器检测到臂杆夹角回归初始目标角度作为回收到位判据，使回收启动及时、折叠动作可控、到位状态可客观确认，避免回收滞后或收回不到位。

21、进一步地，步骤s5中，当所述靴轨耦合电压信号处于预设电压范围时，输出切换至外部受流驱动模式的信号；当所述靴轨耦合电压信号未处于预设电压范围时，输出切换至柴油-电驱动模式或纯电池驱动模式的信号。

22、自卸车在供电区段内依靠外部供电驱动，驶出供电区段或受电靴头未有效接触而失压时，若不及时切换动力会失去动力，而受流正常时又需要及时切入外部供电以满足重载爬坡的大功率需求。通过以靴轨耦合电压是否处于预设电压范围为判据，受流正常时切换至外部受流驱动模式、未处于预设电压范围时切换至柴油-电驱动模式或纯电池驱动模式，使整车动力随受流状态自动切换，既满足重载爬坡的大功率受流需求，又保证失压时动力不中断。

23、作为一个发明构思，本发明还提供了一种矿车侧部受流系统，该系统包括检测组件、受电靴头、臂杆和控制组件；所述检测组件包括图像识别传感器、行程开关传感器、角度传感器和极限位置开关，用于采集接触轨识别信号、行程开关触发信号、臂杆角度信号和极限位置开关触发信号并发送至所述控制组件；所述臂杆包括不带刹车伺服电机和驱动电缸，所述不带刹车伺服电机和驱动电缸用于驱动所述臂杆运动；所述控制组件接收所述检测组件采集的信号并向所述不带刹车伺服电机和驱动电缸输出控制信号，所述控制组件包括：

24、识别靠近模块，用于获取接触轨识别信号，根据所述接触轨识别信号输出第一驱动信号，以驱动所述受电靴头向接触轨移动；

25、触发坐落模块，用于获取行程开关触发信号，根据所述行程开关触发信号输出第二驱动信号，以驱动所述受电靴头坐落于所述接触轨；

26、入轨判定模块，用于获取靴轨耦合电压信号，并在所述行程开关触发信号有效且所述靴轨耦合电压信号处于预设电压范围时，判定入轨成功；

27、断电解耦模块，用于当判定入轨成功时，输出断电控制信号，以使驱动臂杆的不带刹车伺服电机断电；

28、动力联动切换模块，用于根据所述靴轨耦合电压信号输出动力模式切换信号。

29、本实施例系统的控制组件按控制流程划分为识别靠近、触发坐落、入轨判定、断电解耦和动力联动切换五个模块，各模块职责清晰、接口明确，检测组件负责信号采集、控制组件负责信号处理与控制输出、不带刹车伺服电机和驱动电缸负责执行，信号获取与控制输出路径清晰，无需依赖复杂的实时主动闭环控制即可完成自动入轨、稳定受流和动力联动，结构简洁、便于在整车控制器或受流器驱动控制装置中工程实现。

30、在一可选实施例中，所述控制组件还包括脱轨回收模块，用于在所述受电靴头脱出所述接触轨时获取极限位置开关触发信号，并根据所述极限位置开关触发信号输出回收控制信号以回收所述臂杆。

31、进一步地，所述臂杆包括前臂，所述受电靴头通过万向球铰杆件接头和偏转小弹簧组安装于所述前臂，且能够相对所述前臂在±5°角度范围内偏转。

32、受电靴头与供电轨之间在入轨时不可避免地存在小角度偏差，通过万向球铰杆件接头和偏转小弹簧组使受电靴头可相对前臂在±5°范围内自适应偏转，使导向结构能够平顺抱合导向轨、提高入轨成功率，并使正、负极接触滑块均匀贴合导电轨，避免偏磨、减小接触电阻，同时配合机械解耦进一步隔离臂杆姿态扰动、保持受流稳定。

33、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

34、1、本发明在入轨成功后主动使不带刹车伺服电机断电、臂杆机械解耦为自由关节，受电靴头依靠自身重力自锁保持接触，臂杆被动随动瞬时跟随路面颠簸和轨迹偏移，可在横向1000~3000mm、垂向±350mm范围内自适应调节，不存在主动控制的带宽限制和响应滞后，从根本上克服了主动控制在高频颠簸下接触压力波动、易瞬时脱离和产生电弧的问题，保证受电靴头始终稳定保持于接触轨。

35、2、本发明以图像识别粗定位与行程开关物理接触精确确认的两级触发实现自动入轨，并以行程开关触发信号与靴轨耦合电压信号双条件判定入轨成功，机械接触与电气接触相互校验，入轨准确、自动化程度高；入轨失败还可自动重试并在多次失败后收回报警，入轨成功率高。

36、3、本发明利用脱轨后重力机械连锁触发极限位置开关，无需独立脱轨检测传感器即可失效安全地触发自动回收，并配合复电折叠和角度到位判定实现精确回收；同时根据靴轨耦合电压联动切换内、外部动力模式，保证全过程动力不中断。