CN101318500B - 包括支承悬臂的移动式作业装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种作业装置，包括一底盘(10)；两个前面的及两个后面的支承悬臂(22、24)，支承悬臂可从一行驶位置伸出到至少一个支承位置并且可通过各一个可伸缩的支承腿(28)支承在地基(36)上，而且具有各一个测量元件(38)，用以确定支承腿中的支承负荷；和一个用以监控稳定性的装置，其包括一评价电子系统，所述评价电子系统在预定的扫描周期中可被供给与支承腿有关的支承负荷测量值；其特征在于，有一软件程序，用以确定由全部支承腿的支承负荷测量值的总和与两个当前受最大负荷的支承腿的支承负荷测量值的部分和之比值构成的稳定性数，以及有一报警程序，用来在低于一预定的稳定性数的阈值时触发报警状态。

Description

包括支承悬臂的移动式作业装置
本申请是申请日为2004年10月14日、申请号为200480030962.6(国际申请号为PCT/EP2004/011523)、发明名称为《包括支承悬臂的移动式作业装置》的专利申请的分案。
技术领域
本发明涉及一种移动式作业装置，特别是一种汽车式混凝土泵，包括一底盘和两个前面的及两个后面的支承悬臂，支承悬臂可从一行驶位置伸出到至少一个支承位置并且可通过各一个可伸缩的支承腿支承在地基上，而且具有各一个测量元件，用以确定支承腿中的支承力。
背景技术
这种型式的移动式作业装置设有多个可伸出的支承悬臂，其在使用现场应该改善作业装置的稳定性。其中，支承悬臂首要目的是，消去汽车弹力和减轻车轮的负荷。其次支承悬臂应该减少倾覆危险，当经由一个作业悬臂形成大的倾覆力矩时产生这种危险。支承悬臂的支承腿形成一个四边形的各角，四边形的各边线界定一面积，作业装置的总重心必须位于该面积内，以便确保稳定性。由于伸出的作业悬臂是可旋转的，总重心在转一圈时描绘一全圆，该全圆在作业悬臂的工作范围内必须位于四边形面积之内。由于空间情况在建筑工地是受限制的，常常放弃完全支承。因此限制了作业悬臂的转动范围。
为了确保倾覆安全，已建议一种监控装置(期刊“混凝土(Beton)”6/96，第362、364页)。其中，对在各支腿的四个液压操纵的伸缩件中存在的压力进行监控。如果在两支承腿油缸中的压力下降，则切断布料杆运动和混凝土泵。该技术也可以用于由于空间原因而不完全支承设备的情况。研究已表明，支承腿的伸缩式油缸中的压力测量对于实现可靠的支承腿监控是不够的。这在一伸缩式油缸移到挡块时尤其如此。利用这样的监控系统也不能检测动态的支承影响。
为了避免这些缺点，已建议(DE-A 10110176)，在每一支承腿的脚部中设置一对力传感器。对此，需要单独的为此构造的支脚，其结构方面的耗费是相当大的。此外，每一力传感器设置在一测量电路中，以便输出一取决于支承负荷的测量信号，监控装置包括一评价电子系统，它在预定的扫描周期中可被供给与支脚有关的支承负荷测量值并且用至少一个预定的决定稳定性的阈值与其比较。评价电子系统包括一软件程序，用以确定每一扫描周期的第二最低的与支脚有关的支承负荷测量值并且用一决定稳定性的阈值与其比较。在这种情况下被认为不利的是，阈值是一依赖于结构的尺寸承载的数值，并且对于确定稳定性重要的负荷值即使在低的负荷时也需要有高的测量精度。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于，开发一种包括支承悬臂的移动式作业装置，其中，可以用简单的装置以足够的精度检测支承腿中的支承负荷，以便能够实现一种可靠的稳定性监控。
为此本发明提出一种作业装置，包括一底盘；两个前面的及两个后面的支承悬臂，支承悬臂可从一行驶位置伸出到至少一个支承位置并且可通过各一个可伸缩的支承腿支承在地基上，而且具有各一个测量元件，用以确定支承腿中的支承负荷；和一个用以监控稳定性的装置，其包括一评价电子系统，所述评价电子系统在预定的扫描周期中可被供给与支承腿有关的支承负荷测量值；其特征在于，有一软件程序，用以确定由全部支承腿的支承负荷测量值的总和与两个当前受最大负荷的支承腿的支承负荷测量值的部分和之比值构成的稳定性数，以及有一报警程序，用来在低于一预定的稳定性数的阈值时触发报警状态。
本发明的解决方案基于这样的认识，即，在支承悬臂中可将铰链销构成为测量元件，用以确定支承负荷，其中，所述可伸缩的支承腿通过一在悬臂上固定的伸缩式元件借助于一铰链销铰接在一支承腿箱体上。本发明的一种优选的实施形式规定，设有一用来确定在支承过程中出现的铰链销弹性弯曲的装置，该弹性弯曲作为与支承腿有关的支承负荷的量度。在这种情况下，铰链销带有至少一个电阻应变片，用以确定销弯曲。
本发明的一种优选的实施形式规定，铰链销具有至少一个轴向平行延伸的纵向槽，用以容纳至少一个电阻应变片。有利地，铰链销包括两个相对于一弯曲平面相互对置的、向相反的侧面敞开的纵向槽，用以容纳各两个电阻应变片，其中，各电阻应变片的接线在一构成为桥式电路的测量电路中相互连接。另外，铰链销宜包括一个单侧敞开的中心孔和一个由至少一个纵向槽向该中心孔延伸的横向孔，用以容纳一测量电缆。
按照本发明的另一种实施方案，设置一用来确定在支承过程中在铰链销的支承点的区域内出现的弹性剪切变形装置的装置，该弹性剪切变形作为与支承腿有关的支承负荷的量度。在这种情况下，铰链销在其支承点的区域内具有至少一个电阻应变片，用以确定剪切变形。有利地，铰链销为此在支承点的区域内具有至少一个在支承方向横向于销轴线贯穿的通孔，在其中设置一个与销材料连接成一体的膜片，用以容纳至少一个电阻应变片。铰链销优选在两个支承点具有各一个包括膜片的通孔，其中膜片设置在支承腿的内支座与外支座之间的剪切平面内。外支座构成销在支承腿箱体中的支承。而在内支座上支承固定的伸缩件。在膜片的相互背离的宽侧表面上宜分别设置一平行于剪切平面延伸的电阻应变片，其中，各电阻应变片在优选构成为桥式电路的测量电路中相互连接。
在两种实施方案中，测量电路都是在输出侧经由一信号放大器连接到一计算机辅助的评价电子系统。
本发明的一种有利的或可选择的实施形式规定，评价电子系统具有一软件程序，用以确定由全部支承腿的支承负荷测量值的总和与两个当前受最大负荷的支承腿的支承负荷测量值的部分和之比值构成的稳定性数，和一报警程序，用来在低于一预定的稳定性数的阈值时触发报警状态。本发明的设置允许在各个支承腿的区域内在小的时间间隔中实时监控支承负荷。从而在监控中也可以包括在作业装置的操作过程中的动态的影响和惯性效应。
为了防止作业装置在操作中的倾覆，设定分多个等级的触发报警的阈值，用于稳定性控制。在低于一第一阈值时经由一个声的和/或光的信号警告操作人员。在低于一个比第一阈值更低的第二阈值时，能够触发可脱开地锁定一个移动负荷的工作运动。最后，在低于一个比第二阈值更低的第三阈值时，能够触发不可脱开地锁定一个移动负荷的工作运动。
按本发明，在膜片的两个宽侧表面上设置的电阻应变片相互成对地以45°至90°的角度交叉。
按本发明，铰链销在一伸出于支承腿箱体以外的部分上具有一壳体，用以容纳一测量和评价电子系统。
附图说明
以下借助附图中示意示出的实施例更详细地说明本发明。其中：
图1       停放在路边的汽车式混凝泵连同在路一侧按窄式支承的各支承悬臂的正视图；
图2       支承悬臂的侧视图；
图3a和3b  支承腿连同构成为测量元件的测量销的缩进的和伸出的状态；
图4a和4b  作为挠曲梁的铰链销的俯视图和剖视图；
图5a和5b  作为挠曲梁的铰链销的第二方案的俯视图和剖视图；
图6a和6b  作为挠曲梁的铰链销的纵剖面图和横剖面图；
图7       用于分别四个电阻应变片在一包括计算机辅助的评价电子系统的桥式电路中的电路设置的示意图。
具体实施方式
图1中所示的移动式混凝土泵主要包括一多轴的底盘10、一可绕一在底盘上固定的垂直轴13旋转支承的在前轴附近的杆座12、构成为混凝土布料杆的作业悬臂14和一支承结构15，后者具有一前面的和一后面的支承悬臂22、24。支承悬臂22、24具有一向下定向的支承腿箱体26，各一个可伸缩的支承腿28由其在悬臂上固定的伸缩式元件30固定于支承腿箱体26中。各支承腿28用一底板34支承在地基36上。前面的和后面的支承悬臂可利用液压装置从一底盘附近的行驶位置伸出到一支承位置。在图1所示的实例中，在路一侧选择窄式支承。考虑到建筑工地的空间问题可以采用窄式支承，其必然导致布料杆14的转角受到限制。
四个在地面上直立的支承腿28围出一个四边形，该四边形各侧边分别形成一倾覆边。为了确保稳定性，系统的总重心在布料杆的操作过程中必须不超过四边形侧边以外。本发明利用这样的认识，即，通过在支承腿28内的测量元件38可以监控总重心在倾覆四边形之内的位置。依此，在每一支承腿28中设置一个测量元件38，其在所示的实施例中分别包括四个电阻应变片DMS1至DMS4以及所属的测量电路44和运算放大器46。每一测量电路44经由其放大器46发出一在预定的时间循环中可检测的取决于支承负荷的测量信号，并在一连接有机载(车载)计算机50的评价电子系统48中对其加以处理。
本发明的特点在于，用于确定与各支承腿有关的支承负荷的各测量元件由铰链销32构成。在图4和5所示的实施例中，测量元件38包括一用以确定在支承过程中出现的铰链销的弹性弯曲的装置，该弹性弯曲作为与支承腿有关的支承负荷的量度。为此，铰链销具有两个相对于弯曲平面52相互对置的、向相反的侧面敞开的纵向槽54，用以容纳各两个电阻应变片DMS1、DMS3或DMS2、DMS4，其中，在按图5的实施例中，各电阻应变片在各纵向槽54中平行并列沿铰链销32的纵向方向设置，而在按图4的实施例中，在各纵向槽中分别设置一平行于和一横向于铰链销32的纵向方向定位的电阻应变片。
在图6所示的实施例中，测量元件38包括一用以确定在支承过程中在铰链销32的支承点56的区域内出现的弹性剪切变形的装置，该弹性剪切变形作为与支承腿有关的支承负荷的量度。为此，铰链销38在各支承点56的区域内分别具有一通孔58，在其中设置一个与销材料连接成一体的膜片60。其中，膜片在支承负荷的方向设置在支承腿28的内支座与外支座之间的剪切平面内。在膜片的两个背离的宽侧表面上分别设置一平行于剪切平面62倾斜于支承方向延伸的电阻应变片DMS1、DMS2或DMS3、DMS4，它们成对地以90°的角度交叉。
各实施方案的电阻应变片DMS1至DMS4在一构成为桥式电路的测量电路中相互连接，其各对角分接点64连接到运算放大器46的输入端。由一辅助电源66实现测量电路44的供电。测量电路44的输出信号经由一信号处理电路68输给一数字的或模拟的显示70、72。此外，输出信号供给一机载计算机74，以便进行进一步评价，特别是进行稳定性监控。测量电路44与信号处理电路68一起相应位于一壳体76中，此壳体在相应的铰链销32的一端伸出支承腿箱体26以外。铰链销32为此包括一个单侧敞开的中心孔55′以及一个由至少一个纵向槽54向该中心孔延伸的横向孔55″，用以容纳引入壳体76中的测量电缆。
对于稳定性监控，以下考虑起着重要的作用：由一空间力系的平衡条件得出一汽车式混凝土泵的稳定性。在这种情况下，不同作用方向的力例如是短时和局部变化的固有负荷和操作负荷，由加速和制动过程产生的惯性力或在力和大小方面偶尔作用的风力。这些影响值的作用与支承腿力的当前的值处于平衡。
如上所述，支承腿可以经由一挠曲梁的测量原理或经由一剪切力测量来确定。关于全部四个支承腿力的当前的值的信号利用一均匀的扫描频率例如经由电缆或遥测传向机载计算机74。在机载计算机74中同时地计算各个进入的力值。为此首先确定全部支承腿力Fi(i＝1至4)的总和。为了确定稳定性数S，将该总和值除以两个当前最大的支承腿力
Figure GSB00000439018400061
与
Figure GSB00000439018400062
的和：
S = F 1 + F 2 + F 3 + F 4 F ^ a + F ^ b
如果两个最大的支承腿力的和达到全部支承腿力的总和，则设备从稳定平衡例如一种三点支承进入一种不稳定平衡，并且不再是稳定态的。所述力平衡相当于绕上述的一个倾覆边的力矩平衡。通过规定视设备而定的稳定性数，例如
S≥1.1
可以达到始终不变的极限稳定性，而与设备型式、支承腿位置、风力和其他可变的参数无关。
对于安全的支承，一个重要的边界条件是，作业装置以底盘10的车轮从地基36抬起的方式停放。对于任何作业装置，通过称量得知其对于足够的稳定性的最小重量。该数值可以寄存于机载计算机74中。在支承腿28伸出以后，在作业悬臂14升高以前，此时可以通过支承腿力的测量确定当前的设备重量并与寄存的额定值相比较。在低于额定值时，底盘10的车轮仍靠在地面上，从而不能充分地确保稳定性。只当测量的设备重量达到或超过寄存的额定值时才能通过设备控制来使作业悬臂14自由转位。
为了防止设备在操作中的倾覆，区别三个阈值S1、S2、S3。在达到第一阈值S1(例如S1＝1.25)时，经由一光的或声的信号通知操作人员：作业悬臂14在继续操作时接近稳定性极限。如果操作人员继续开进一对于稳定性危险的区域，则在达到第二阈值S2(例如S2＝1.1)时关闭作业悬臂14的驱动装置。通过脱开一锁定功能，例如借助于遥控，可以重新释放作业悬臂14。由于必须保持通过作业悬臂14的不同的驱动装置的操纵能使作业悬臂14从临界位置继续移动，这就需要稳定性监控与声/光信号的耦合。对此可以采用这样一种控制功能的装置，其中，将作业悬臂14的规定的驱动装置或者是保持关闭或者是只在一个方向打开。为此，根据作业悬臂14的操作方式，例如混凝土布料杆的折叠方式，需要不同的对策。
但在最不利的情况下操作人员继续开进对于稳定性危险的区域。在达到符合稳定性数的极限值S3(例如S3＝1.05)时，此时必须完全关闭作业悬臂14的驱动装置。只有在下列情况下才可打开，即，通过下部结构的配重，例如通过在各支承腿28上悬挂平衡重、各个构成为箱的支承腿28的满箱、通过箱内含物从一个支承腿28向另一个的转送来调整作业装置的平衡，再次达到符合较高的阈值S2的平衡状态。
概括起来确定如下：本发明涉及一种移动式作业装置，特别是一种汽车式混凝土泵，包括一底盘10和两个前面的及两个后面的支承悬臂22、24，支承悬臂可从一行驶位置伸出到至少一个支承位置并且可通过各一个可伸缩的支承腿28支承在地基上，而且具有各一个测量元件38，用以确定作用于支承腿28中的支承负荷。当可伸缩的支承腿28通过其在悬臂上固定的伸缩式元件借助于一铰链销32铰接在一支承腿箱体26上时，利用特别简单的装置是可能的，即，将铰链销32构成为测量元件38，用以确定支承负荷。该测量元件可以包括于一用来监控稳定性的装置中，该装置包括一计算机辅助的评价电子系统68、74。为了稳定性控制，设置一软件程序，用以确定稳定性数S，其由全部支承腿28的支承负荷测量值的总和与两个当前受最大负荷的支承腿28的支承负荷测量值的部分和之比值确定。此外，设置一报警程序，用来在低于一预定的稳定性数S的阈值S1、S2、S3时触发报警状态。

Claims (22)

1.作业装置，包括一底盘(10)；两个前面的及两个后面的支承悬臂(22、24)，支承悬臂可从一行驶位置伸出到至少一个支承位置并且可通过各一个可伸缩的支承腿(28)支承在地基(36)上，而且具有各一个测量元件(38)，用以确定支承腿(28)中的支承负荷；和一个用以监控稳定性的装置，其包括一评价电子系统，所述评价电子系统在预定的扫描周期中可被供给与支承腿有关的支承负荷测量值；其特征在于，有一软件程序，用以确定由全部支承腿(28)的支承负荷测量值的总和与两个当前受最大负荷的支承腿(28)的支承负荷测量值的部分和之比值构成的稳定性数(S)，以及有一报警程序，用来在低于一预定的稳定性数的阈值时触发报警状态。
2.按照权利要求1所述的作业装置，其特征在于，触发报警的阈值在1.05与1.25之间。
3.按照权利要求1或2所述的作业装置，其特征在于，用于稳定性的分多个等级的阈值(S1、S2、S3)是触发报警的。
4.按照权利要求3所述的作业装置，其特征在于，在低于一第一阈值(S1)时可触发一个声的和/或光的信号。
5.按照权利要求4所述的作业装置，其特征在于，在低于一个比第一阈值更低的第二阈值(S2)时，能够触发可脱开地锁定一个移动负荷的工作运动。
6.按照权利要求5所述的作业装置，其特征在于，在低于一个比第二阈值更低的第三阈值(S3)时，能够触发不可脱开地锁定一个移动负荷的工作运动。
7.按照权利要求1或2所述的作业装置，其特征在于，所述可伸缩的支承腿(28)通过一在悬臂上固定的伸缩式元件(30)借助于一铰链销(32)铰接在一支承腿箱体(26)上，并且铰链销(32)构成为测量元件(38)，用以确定支承负荷。
8.按照权利要求7所述的作业装置，其特征在于，设有一用来确定在支承过程中出现的铰链销(32)弹性弯曲的装置，该弹性弯曲作为与支承腿有关的支承负荷的量度。
9.按照权利要求8所述的作业装置，其特征在于，铰链销(32)带有至少一个电阻应变片(DMS1至DMS4)，用以确定销弯曲。
10.按照权利要求9所述的作业装置，其特征在于，铰链销(32)具有至少一个轴向平行延伸的纵向槽(54)，用以容纳电阻应变片(DMS1至DMS4)。
11.按照权利要求10所述的作业装置，其特征在于，铰链销(32)具有两个相对于一弯曲平面(52)相互对置的、向相反的侧面敞开的纵向槽(54)，用以容纳各两个电阻应变片(DMS1、DMS3或DMS2、DMS4)，并且各电阻应变片的接线在一构成为桥式电路的测量电路(44)中相互连接。
12.按照权利要求10所述的作业装置，其特征在于，铰链销(32)具有一个单侧敞开的中心孔(55′)和一个由所述至少一个纵向槽(54)向该中心孔延伸的横向孔(55″)，用以容纳一测量电缆。
13.按照权利要求7所述的作业装置，其特征在于，设有一用来确定在支承过程中在铰链销(32)的支承点(56)的区域内出现的弹性剪切变形的装置，该弹性剪切变形作为与支承腿有关的支承负荷的量度。
14.按照权利要求13所述的作业装置，其特征在于，铰链销(32)在支承点(56)的区域内具有至少一个电阻应变片(DMS1至DMS4)，用以确定剪切变形。
15.按照权利要求14所述的作业装置，其特征在于，铰链销(32)在支承点(56)的区域内具有至少一个指向支承方向的通孔(58)，在其中设置一个与销材料连接成一体的膜片(60)，该膜片载有至少一个电阻应变片(DMS1至DMS4)。
16.按照权利要求15所述的作业装置，其特征在于，铰链销(32)在两个支承点(56)具有各一个包括膜片(60)的通孔(58)，其中膜片设置在支承腿(28)的一内支座与一外支座之间的剪切平面(62)内。
17.按照权利要求16所述的作业装置，其特征在于，在膜片(60)的两个相互背离的宽侧表面上分别设置一平行于剪切平面(62)延伸的电阻应变片(DMS1至DMS4)，并且各电阻应变片在一构成为桥式电路的测量电路(44)中相互连接。
18.按照权利要求15所述的作业装置，其特征在于，在膜片(60)的两个宽侧表面上设置的电阻应变片倾斜于支承方向定位。
19.按照权利要求18所述的作业装置，其特征在于，在膜片的两个宽侧表面上设置的电阻应变片(DMS1至DMS4)相互成对地以45°至90°的角度交叉。
20.按照权利要求11所述的作业装置，其特征在于，测量电路(44)经由一构成为运算放大器的信号放大器(46)连接到计算机辅助的所述评价电子系统。
21.按照权利要求11、17或20所述的作业装置，其特征在于，铰链销(32)在一伸出于支承腿箱体以外的部分上具有一壳体(76)，用以容纳所述测量电路(44)和所述评价电子系统的一信号处理电路(68)。
22.按照权利要求1或2所述的作业装置，其特征在于，作业装置是汽车式混凝土泵。
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