CN102596790B - 轻型高性能铺管机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铺管机，该铺管机提供更高的提升能力而不增加铺管机的底架或吊臂的重量或尺寸。该铺管机设计并确定尺寸为当吊臂从底架伸出预定的、相对短的距离时具有最大提升能力。然而，在使用中，吊臂常常需要进一步远离底架伸出，并且此时铺管机的提升能力减小。本发明通过一旦吊臂伸出超出所述预定距离便选择性地将配重远离底架展开而在该伸出的范围上提供附加提升能力。这样，不仅增加了铺管机的提升能力，而且没有增加底架和吊臂的尺寸和重量。这使得能够使用标准尺寸的底架和其它支承结构，从而有助于铺管机的移动性和运输，同时减少了制造和使用成本。

Description

轻型高性能铺管机

技术领域

本发明总的涉及施工车辆，且更具体地涉及铺管机。

背景技术

铺管机是用于将大而重的多段管道安装到地下或地上的专用车辆。此类管道可例如被用于将油和气体从偏远井位经很长的距离运载到接收站或精炼厂。这样，可避免船运、货车运输或以其它方式传输油和气体的运输成本。除石油管道外，铺管机还可用于安装用于其它材料的管道，或者用于排水瓦管、涵管或其它灌溉和排水结构的安装。

然而，此类管道的安装常常很麻烦。此类油气井的位置普遍是全球一些最偏远的地区，并且管道必须穿越的地形常常有一部分是非常崎岖不平的。安装气候可具有很高或很低的温度。陆地可具有显著的海拔变化，并经历泥石流、恶劣天气、深山老林等。为了安装管道，铺管机必须能够在所有上述气候条件下操作，在这种地形上行进，并且仍能够提升超过200,000磅的负载。

铺管机不仅必须能够处理此类任务，而且在将管道安装成焊接或以其它方式固定在一起的长段的情况下，它们必须以高精度安装。焊接在一起的管道的端部必须在很紧密的公差内彼此抵靠。另外，管道常常以连接的方式安装。这可导致必须以协调的方式将很长的管道(有时超过一英里)铺设在地下。因此，这种情况下，将需要一系列铺管机协同工作以铺设管道。

当安装管道时，如果不存在天然或预先形成的便利，则首先从所遇到的森林、隘口或其它复杂地带清出穿越该地形的路径。然后将沟渠挖掘至所需尺寸，该尺寸通常深数英尺且宽数英尺。还在沟渠的一侧或两侧提供便道(right-of-way)，以允许用于将管道运输到位的货车通过，并用于铺管机通过以安装管道。该便道理想地是平坦的并且足够宽以易于容纳铺管机，但由于所在地或所在国家的区域地势和可用空间所施加的约束，情况并非总是如此。因此，铺管机常常需要不仅运载很重的负载，而且在没有平整、稳定的地面的情况下运载。

当前的铺管机通常在履带式底架上工作并且使用侧吊臂操作，该侧吊臂可与铺管机的底盘成可变角度伸出。缆索从绞盘或其它动力源经过一系列滑轮张紧并终止于抓钩或其它合适的终端。抓钩或其它合适的终端然后能以当绞盘退绕时管道被提升的方式被固定在管道上。吊臂然后伸出并且铺管机本身行进至用于管道的精确安装所需的位置。

虽然有效，但可看出，管道的重量以远离铺管机的底盘、发动机和底架悬吊的方式定位。由于底盘、发动机和底架包括铺管机的大部分重量，所以根据被提升的管道的重量和吊臂的长度，铺管机可遭受潜在的倾翻和不稳定。相反，如果要将铺管机维持在稳定位置，则铺管机到达所需的安装位置的能力会显著受限。

为了消除这些担忧，当前铺管机通常包括配重。该配重可包括固定在铰接结构上一系列厚板，使得通过使用液压缸等，配重可在铺管机与吊臂相对的一侧上远离铺管机的底盘摆动，并因此平衡被提升的负载的重量。

然而，当前可用的铺管机的配重系统完全依靠操作人员的判断而被操作并因此被随意施加。铺管机的操作人员可按他或她认为合适的那样使配重伸出，以使铺管机的提升能力或稳定性最优化。配重在铺管机操作期间常常仅伸出并维持在该位置。因此，提升能力和可能的吊臂角度极大地受这种固定系统限制。

此外，当前强调铺管机设计的需求要求更高的提升能力和吊臂长度/角度。铺管机理论上可简单地制造成更大和更重以满足这些需求，但实际上铺管机的总占地面积(footprint)受成本、移动性和运输考虑限制。如上所述，铺管机需要在很偏远和艰苦的地点操作。一旦建成，它们便需通过火车和/或货车运走以便使用，因此这些火车和货车的尺寸对总体铺管机设计的规模设置了上限。即使它们可以船运到位，它们也必须足够灵巧以执行作业。此外，加大铺管机的底架和吊臂的尺寸也将增加材料方面的制造成本和燃料方面的操作成本。

发明内容

根据本发明的一方面，因此公开了一种铺管机，该铺管机包括底架、可相对于该底架移动的吊臂和可在完全展开的位置与完全缩回的位置之间的范围内相对于底架移动的配重，该配重仅能够在吊臂已从底架伸出预定距离时移动到完全展开的位置。

根据本发明的另一方面，公开了一种操作铺管机的方法，该方法包括使吊臂远离底架伸出，测量吊臂远离底架伸出的距离，并且仅在测得的距离大于预定长度时展开配重。

根据本发明的又一方面，公开了一种用于铺管机的起重组件，该起重组件包括适合测量指示吊臂远离铺管机的底架伸出的距离的参数的位置传感器、从位置传感器接收指示吊臂伸出距离的测定参数信号的处理器、和连接到处理器并且设置有操作人员可通过其起用起重组件的输入装置的操作人员接口，其中输入装置仅能够在吊臂已远离底架伸出预定距离时被致动。

根据本发明的再又一方面，公开了一种起重附件，其在一种具有重量为A的底架、底盘和吊臂并且机器最大提升能力为B的铺管机中，该起重附件适合在将机器重量维持为A的同时在起重操作范围内将机器最大提升能力增加至大于B的值。

附图说明

图1是根据本发明的教导构成的铺管机的立体图；

图2是铺管机相对于管道被铺设在其中的沟渠的正视图，并且其中铺管机的吊臂伸出给铺管机提供了最大提升能力的距离；

图3是类似于图2的铺管机的正视图，但示出了伸出正常操作距离并使铺管机开始倾斜的铺管机吊臂；

图4是类似于图3的铺管机的正视图，但示出了被展开以平衡被提升负载的铺管机的起重附件；

图5是描述了可根据本发明的方法来实施的示例性系列步骤的流程图；

图6是本发明的示意图；

图7是描绘了常规铺管机的提升曲线的曲线图；和

图8是类似于图7的曲线图，但示出了根据本发明的教导构成的铺管机的改进的提升曲线。

具体实施方式

现参照附图，且具体参照图1，根据本发明构成的铺管机总体由附图标记100表示。虽然下文的详细描述和附图参考铺管机而作出，但重要的是注意本发明的教导可用在其它掘土或施工机器上，包括但不限于装载机、反铲装载机、自卸货车、车载起重机、叉车、挖掘机或其中从车辆的主体将负载提升一段距离的任何其它可移动的车辆。

铺管机100可包括底架102，该底架102包括支承底盘108的第一驱动履带104和第二驱动履带106。通常为柴油发动机的动力源110由底盘108支承。操作人员座椅112和控制台114也可由底盘108支承，操作人员可从所述控制台114控制履带104和106中的一个或两个，以向前、向后和转向驱动铺管机100。履带104、106中的每一个均可由处于椭圆形履带或高驱动构造下的一系列互相连接的履带板116组成。如图所示，履带104、106可被张紧在由履带支重轮框架119支承的第一惰轮118和第二惰轮120、链轮121以及处于高驱动构造下的一系列其它支重轮122上。

吊臂124相对于底架延伸。吊臂124可包括在基部130独立地铰接到底架102上并且终止于接合末端132的第一支腿126和第二支腿128。吊臂124可长达任何所需的长度，其中长达28英尺或以上是合适的。提升缆索134在吊臂末端132处从绞盘136延伸经过一系列滑轮138并终止于抓钩140、吸式吊具(vacuum lift)(未示出)或其它适合用于卷绕在待提升的管道142(图2-4)周围或者以其它方式固定在所述管道142上的装置。

在操作中，图2和3示出了铺管机100通常通过履带104、106行进而靠近在地面145中预先挖掘出的沟渠144。更精确而言，铺管机100应当定位成根据合适的规则远离沟渠144。一旦处于这种位置，吊臂124便可远离底架102伸出，以有利于提升管道142并将其铺设到沟渠144中。出于本发明的目的，吊臂124远离底架102伸出的距离，具体而言，末端132远离支重轮122伸出的距离，将被称为外伸距离146。

然而，如图2所示，当吊臂124以0至4英尺的外伸距离146远离底架102伸出时，铺管机100具有其最大提升能力。该距离为铺管机提供了它的最短倾翻点，且因此配重具有其最大机械优势。当前的铺管机设置有许多不同的提升能力，例如40,000磅、90,000磅、140,000磅和200,000磅提升能力。然而，在行业的发展趋势为将更大、更重的管道铺设在地下的情况下，希望具有更加大的提升能力的机器。不论给定的铺管机的最大提升能力如何，都应理解，整个铺管机100，包括底架102、吊臂124和发动机110，根据当前ISO(国际标准组织)规定，需要设计和建造成处理该负载。即使并非常常需要最大提升能力也是这种情况，其重要性将在文中更详细地说明。

现参见图3，将看到吊臂124已伸出至更大的外伸距离146。实际上，在这种位置，管道142的重量、吊臂124的长度和外伸距离146可产生足够大的力矩，以克服铺管机底架102、发动机104和相关的机械装置的重量，并从而使铺管机100倾斜。作为这一点和其它因素的结果，在图3的位置，铺管机100的提升能力和稳定性被显著削弱。然而，在管道142的直径以及沟渠144和铺管机100的相对尺寸一定的情况下，操作人员没有其它选择，只能将吊臂124伸出至铺管机100的提升能力和稳定性未达到最大的外伸距离146。换言之，由于管道142本身可具有例如3或4英尺的直径，并且要求铺管机100与沟渠144的最小距离为沟渠144的深度，所以位于正常位置的吊臂124的外伸距离146很可能越过最大提升能力的点。

为了抵消图3中产生的力矩，配重148可如图4中最佳所示沿与吊臂124横向相反的方向伸出。配重148可包括固定在配重框架152上的一系列厚板150(参看图1)。配重框架152可铰接地附接到底架102和/或底盘108上并且借助于液压缸154等可在图2和3的缩回位置与图4的展开位置或者二者之间的任何位置之间移动。此时，铺管机100的重心远离沟渠144侧向移动，从而使铺管机100平衡。

然而，虽然该方法有效，但它具有显著的实践局限。理论上，如果要增加铺管机100的提升能力，则底架102的总体尺寸、吊臂124的长度和强度、发动机110的马力、液压系统154和绞盘136的功率全部可增加以供应所需的提升能力。然而，在实践中，这可能易于引起铺管机过大而不能成本划算地制造，过大而不能在现有的铁路系统和公路上运输，过于庞大而不能在上述的不利地形上移动，或者操作起来在燃料消耗方面过于昂贵。

因此，本发明陈述了一种设备和方法，通过所述设备和方法增加铺管机100的提升能力而不增加底架102、吊臂124、发动机110等的尺寸和成本。本发明尤其通过设置附加配重148但仅允许配重148在吊臂124已伸出预定距离之后展开来实现这一点。更具体而言，铺管机100监控吊臂124的位置并以敏捷、闭环方式实现配重148的展开。起重附件(HLA)156可用于作为新建造的铺管机100的一部分或者作为对现有铺管机的改造来达到该效果。如文中所用，HLA被定义为构件集合，可对铺管机100增设所述构件集合，以增加铺管机在预定的外伸距离范围上的提升能力而不增大底架102、底盘108、吊臂124或发动机110的尺寸。

如图6所示，HLA 156可包括测量指示外伸距离146的参数的位置传感器158。传感器158可以多种形式设置，包括但不限于设置在吊臂或绞盘的旋转轴上的编码器、旋转传感器、磁性传感器、接近开关等。本领域的普通技术人员应理解，可使用各种传感器来监测吊臂124的角位置或外伸距离146并生成指示其的信号。

如图6所示，HLA 156还可包括与位置传感器158电子通信的处理器160，以及也与处理器160通信的启用/停用/自动开关162。启用/停用/自动开关162可集成在例如带有控制屏幕等的控制台114上已有的操作人员接口164中，或者可作为对控台114增设的单独的开关设置。HLA 156还可包括电子地存储在也与处理器160电子通信的存储器168中的软件166。操作人员还可具有使处理器160自动控制HLA 156的机会。

在操作中，铺管机100可按图5的流程图工作。如图所示，操作员将如步骤170所示在管道142被固定在缆索134上的情况下使铺管机100行进而靠近沟渠144。吊臂124然后将远离底架102伸出(步骤172)外伸距离146，在此管道142的径向中心在沟渠144的中心线正上方。绞盘136然后将操作，以将管道142下降到沟渠144内(图5中未示出的步骤)。

当吊臂124正伸出时，位置传感器可连续监测外伸距离146并且在外伸距离146大于铺管机100进入起重操作范围176(参看图8)的预定距离的情况下如步骤174中作出决定。如上所述，该范围通常为6至24英尺的外伸距离146，但可以是从4至28英尺(或者在吊臂124长度超过28英尺的情况下更大)的任何部位。重要的是确保吊臂124伸出足够远使得铺管机100处于起重操作范围176内，因为如果吊臂124更接近底架102，则配重148此时的伸出可能将铺管机100的最大提升能力增加至超过它的总额定值，并从而要求增加底架102、底盘108、吊臂124和所有相关的机械装置的尺寸和强度，以应对这种增加的负载。如上所述，由于将希望使用常规尺寸的底架和其它支承机构，因此在吊臂124未处于起重操作范围176内时停用HLA 156可满足这两种需求。

再参见图5，如果外伸距离146处于起重操作范围176内，则处理器160将向启用/停用/自动开关162或其它操作人员接口164发送信号，如步骤178中所示通知操作员可获得起重能力。如果外伸距离146未处于起重操作范围176内，则如步骤180所示不启动启用/停用/自动开关162。或者，处理器160可自动保持HLA 156接通或切断。

一旦可获得起重能力，操作人员便可如步骤182所示选择是否使用该起重能力。如果是的话，则处理器160致动液压缸154使配重148伸出，如步骤184中所示。配重148可完全展开或者定位在最有效地抵消伸出的吊臂124所产生的力矩和由伸出的吊臂124支承的负载的距离。除调节配重148的相对展开位置外或作为其替换，配重148可铰接或单独设置成仅展开抵消前述力矩所需的重量。例如，如果配重148设置在一系列板150或其它质量块(mass)中，则可以不展开全部配重148。

一旦展开，铺管机100便可连续监测(如步骤186中所示)外伸距离146，以判断吊臂124是否已缩回至铺管机100不再处于起重操作范围176内的点。如果是的话，则处理器160可如步骤188中所示使配重148自动缩回。

通过设置这种系统，本发明的铺管机100能够极大地增加它在大部分操作范围上的最大提升能力。这在图7和8的比较中最佳地示出。图7描绘了现有铺管机的负载曲线，在竖直轴线上列出最大提升能力且在水平轴线上列出外伸距离。如可见的，该铺管机在4英尺的外伸距离具有其最大提升能力(在所描绘的实施例中为200,000lbs)。随着外伸距离增加，其最大提升能力急剧下降，直到在28英尺的外伸距离达到其最低提升能力(在所描绘的实施例中为25,000lbs)。

然而，如图8中清楚所示，使用与现有技术示例相同尺寸的底架102和发动机110的铺管机100的最大提升能力可在由HLA系统支承的所有外伸距离146增加多达15％或以上。实际上，在4英尺的外伸距离146的最大提升能力已增加至大约230,000磅。此外，由于希望采用常规尺寸的底架102和其它支承结构，所以本发明的铺管机100停用HLA 154直到外伸距离146已进入起重操作范围176。起重操作范围176根据铺管机100的尺寸而不同，但通常在铺管机100的提升能力即使在HLA展开的情况下也仍处于或低于铺管机100的最大提升能力的距离，从而能够在不加大铺管机100的底架102和其它支承结构的尺寸或重新建造它们的情况下提升所述负载。图8示出了从8英尺延伸到28英尺的起重操作范围176，但如上所述，根据给定铺管机的设计特征，起重操作范围176可为6至20英尺，或者从4英尺到吊臂的全长(在所描绘的实施例中为28英尺)的任何部位。

从机器产品角度表达(couch)图7和8的两条曲线，本受让人所制造的铺管机的两个示例性模型分别具有大约200,000磅和230,000磅的最大提升能力。这些铺管机分别具有大于117,000磅、151,000磅的总机器重量。通过利用本发明的教导，现在可生产具有机器尺寸和重量显著更小的铺管机，该铺管机具有在工作范围内执行与较大型的机器相同的作业的能力。前面的数据当然仅为一个示例，并且其它尺寸的机器和节省可在本发明的范围内。不过，从该示例可以看出，与具有底架、底盘以及吊臂重量为A并且最大提升能力为B的常规铺管机相比，本发明允许制造在仍将重量维持为A的同时在起重操作范围上具有大于B并且至少高达1.15B的最大提升能力的铺管机。此外，不仅可采用这种方式建造新的铺管机，而且通过利用HLA，也可将已有的铺管机改造为具有增强能力的铺管机。

虽然通过本发明的教导增加了铺管机100的最大提升能力B，但重要的是理解本发明在如图8所示的截止线190处停用了HLA 154。换言之，即使HLA理论上可用于扩展铺管机100在所描绘的曲线中0-28英尺的整个外伸距离范围上的最大提升能力，但HLA仅可在起重操作范围176上启用。如图所示，这导致了向新曲线的过渡，新曲线始于截止线190并延伸到图8的最大外伸距离点192。图8中所描绘的曲线的用于4至8英尺的外伸距离的部分仅为了在HLA在截止线190未被停用的情况下显示潜在的提升能力而提供。如果HLA在外伸距离146下降到截止线190以下时未被停用，则操作人员可能尝试提升超过对底架102设计的最大提升能力的负载并导致铺管机的结构损坏。通过将HLA 154的使用限制在起重操作范围176，并且一旦外伸距离146小于截止线190便停用HLA，操作人员能够在由起重操作范围176限定的相对宽的外伸距离范围上提升更大的负载，而不损坏铺管机100或者需要制造成具有更大型的底架102以处理该负载的铺管机100。

工业适用性

从前文可看出，本文公开的技术在各种环境下具有工业适用性，例如但不限于在不加大或增大铺管机的底架、发动机、吊臂或其它结构的尺寸的情况下增加铺管机的提升能力。该铺管机通过设置附加配重、监测吊臂外伸位置、将该位置与储存在存储器中的最大负载曲线进行比较、并且铺管机仅在外伸距离增加到所得到的铺管机的提升能力处于或低于总体最大提升能力的点时允许起重附件展开配重来实现这一点。配重的展开抵消了伸出的吊臂和附接的管道负载所产生的力矩，从而使铺管机平衡，同时增加了铺管机在其大部分操作范围上的提升能力。

虽然前文主要参考铺管机而作出，但应理解，其教导可用于增加任何类似车辆的操作范围，包括但不限于装载机、挖掘机、自卸货车、车载起重机、反铲装载机、叉车或其中在与车辆主体相距一定距离提升负载并从而产生趋于使车辆倾翻的力矩的任何其它可移动的车辆。

Claims (13)

1.一种铺管机(100)，包括：

底架(102)；

可相对于所述底架(102)移动的吊臂(124)；

可在完全展开的位置与完全缩回的位置之间的范围内相对于所述底架(102)移动的配重(148)，所述配重(148)仅在所述吊臂(124)已从所述底架(102)伸出预定距离时可展开；以及

操作人员接口(164)和位置传感器(158)，当所述位置传感器(158)测量出吊臂外伸距离(146)大于距所述底架(102)的所述预定距离时，所述操作人员接口(164)向所述铺管机(100)的操作人员指示能够展开所述配重(148)。

2.根据权利要求1所述的铺管机(100)，其中，所述预定距离为距所述底架(102)6英尺到10英尺之间。

3.根据权利要求1所述的铺管机(100)，其中，所述预定距离为距所述底架(102)4英尺到28英尺之间。

4.根据权利要求1所述的铺管机(100)，其中，所述配重(148)安装在铰接的配重框架上，所述配重框架具有在完全展开与完全缩回之间的多个位置。

5.根据权利要求1所述的铺管机(100)，其中，所述配重(148)的重量是可调的。

6.根据权利要求1所述的铺管机(100)，其中，所述底架(102)和吊臂(124)设计成在距所述底架(102)4英尺的吊臂外伸距离(146)具有最大提升能力并且所述铺管机(100)的提升能力在超过4英尺的吊臂外伸距离(146)后减小，并且其中当所述吊臂外伸距离(146)超过4英尺时所述铺管机(100)的提升能力增加，但不增加所述底架(102)和所述吊臂(124)的尺寸或重量且不限制所述铺管机(100)的最大提升能力。

7.根据权利要求1所述的铺管机(100)，还包括与所述位置传感器(158)电子通信的处理器(160)。

8.根据权利要求7所述的铺管机(100)，所述操作人员接口(164)与所述处理器(160)电子通信并且当所述位置传感器(158)检测到所述外伸距离(146)已超出所述预定距离时能够展开所述配重(148)。

9.根据权利要求8所述的铺管机(100)，还包括可操作地联接到所述配重(148)的液压缸(154)，当所述位置传感器检测到所述吊臂外伸距离(146)已变成小于所述预定距离时所述处理器(160)自动使所述液压缸(154)将所述配重(148)缩回。

10.一种起重附件(156)，在具有重量为A的底架(102)、底盘(108)和吊臂(124)并且机器最大提升能力为B的铺管机(100)中，所述起重附件(156)适合在起重操作范围内将所述机器最大提升能力增加至大于B的值，同时将所述底架(102)、底盘(108)和吊臂(124)的重量维持为A，其中，所述起重附件(156)包括位置传感器(158)、处理器(160)、操作人员接口(164)和配重(148)。

11.根据权利要求10所述的起重附件(156)，其中，所述最大提升能力增加至至少1.15B。

12.根据权利要求10所述的起重附件(156)，其中，所述起重附件(156)能够在已有的铺管机上改造。

13.根据权利要求10所述的起重附件(156)，其中，A为大约15,000磅且B为大约200,000磅。