CN102628285B - 具有腕动铲斗的铲 - Google Patents

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Abstract

具有腕动铲斗的铲，绳铲包括腕动铲斗布置。该铲包括基部、从基部延伸的吊杆，该吊杆具有被附接到基部的第一端部和远离基部的第二端部。该铲进一步包括被安装在吊杆的第二端部上的拉动机构和枢转安装在吊杆上并被附接到铲斗的吊杆附件，该吊杆附件包括被联接到铲斗的致动器。

Description

具有腕动铲斗的铲
相关申请的交叉引用
该申请要求在2011年2月1日提交的美国临时专利申请61/438,475的权益和优先权，该专利申请的全部内容由此在这里引入作为参考。
技术领域
本发明涉及在采掘和建筑工业中使用的绳铲。
背景技术
在采掘领域中和在应该从工作场地收集并移除大量物料的其它领域中，典型的是采用动力铲，动力铲包括用于从工作场地铲除物料的大铲斗。在将铲斗填充有物料之后，铲向一侧摆动铲斗，以将物料倾卸到物料处理单元诸如倾卸卡车或局部处理单元(例如破碎机、分拣器或输送机)中。通常，在工业中使用的铲包括液压铲和电动绳铲。传统的电动绳铲通常包括被刚性连接到铲斗手柄的铲斗挖掘构件。这种构造允许挖掘附件在铲斗的挖掘路径中具有仅两个移动自由度：提升和推挤。
发明内容
在一个实施例中，一种采掘铲包括基部和从基部延伸的吊杆。该吊杆包括被附接到基部的下端部和远离基部的上端部。拉动机构被安装在吊杆的上端部上。吊杆附件具有枢转联接到吊杆的第一端部和被附接到铲斗的第二端部，该铲斗被拉动机构以可移动方式支撑。铲斗致动器被联接在吊杆附件和铲斗之间。铲斗致动器能够操作以相对于吊杆附件枢转铲斗。
在其它实施例中，一种采掘铲包括：基部；吊杆，所述吊杆具有第一吊杆端部和第二吊杆端部，所述第一吊杆端部被联接到所述基部；和在所述第二吊杆端部处的拉动机构。吊杆附件包括第一部分和第二部分，所述第一部分在所述第一吊杆端部和所述第二吊杆端部之间被联接到所述吊杆，所述第二部分枢转联接到所述第一部分并由所述拉动机构支撑。铲斗被联接到所述吊杆附件的所述第二部分。
在另外的其它实施例中，一种采掘铲包括：基部；吊杆，所述吊杆具有第一吊杆端部和第二吊杆端部，所述第一吊杆端部被联接到所述基部；和在所述第二吊杆端部处的拉动机构。吊杆附件具有第一部分和第二部分，所述第一部分在所述第一吊杆端部和所述第二吊杆端部之间被联接到所述吊杆，所述第二部分枢转联接到所述第一部分并由所述拉动机构支撑。吊杆附件致动器在所述基部和所述吊杆中的至少一个和所述吊杆附件之间延伸。所述吊杆附件致动器能够操作以相对于所述吊杆枢转所述吊杆附件。铲斗枢转联接到所述吊杆附件的所述第二部分，并且铲斗致动器被联接在所述吊杆附件和所述铲斗之间，并且所述铲斗致动器能够操作以相对于所述吊杆附件枢转所述铲斗。
通过考虑详细说明和附图，本发明的其它方面将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的绳铲的侧视图；
图2是根据本发明的另一个实施例的电动绳铲的透视图；
图3是根据本发明的又一个实施例的电动绳铲的透视图；
图4是根据本发明的另一个实施例的电动绳铲的透视图。
应该理解，本发明在它的应用中不限于在以下说明中阐述或在图中示出的构件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例和被以各种方式实践或实施。而且，应该理解，在这里使用的措辞和术语是为了说明而不应该被视为限制。
具体实施方式
传统的电动绳铲不能像液压铲能够实现的那样在初始穿入物料堆期间“腕动”铲斗。液压铲在挖掘的同时通常拥有三个自由度：提升、推挤和铲斗腕动。这些液压铲在较低的挖掘高度下展示了优良的初始堆穿入。然而，液压铲在挖掘路径循环中后来失去效率。随着它们在较高挖掘高度下耙过堆时，它们努力在铲斗齿处保持高的挖掘力。软弱的努力在堆中更高的原因是：液压铲应该举升吊杆、手柄、铲斗和物料的组合重量，而电动绳铲并不需要举升吊杆。
在另一方面，电动绳铲展示了在堆中更高的优良的挖掘力，因为它们利用高高地在地面上方且远离铲斗定位的吊杆末端槽轮或者滑轮。电动绳铲使用该吊杆末端槽轮作为滑轮，从而将卷筒力矩转换成在将铲斗负载直接举升和提升通过堆并进入空中的方向上的绳套拉动。这在铲斗齿处产生了非常有效和强大的挖掘力。然而，因为在传统的电动绳铲中的铲斗相对于铲斗臂是固定的，所以当铲斗距地面低时形成高挖掘力的能力受到铲斗臂的固定几何形状、吊杆和移动轴(shipper shaft)及吊杆末端槽轮的相对位置限制。
因此，存在对一种电动绳铲的需求，该电动绳铲将电动绳铲的吊杆末端滑轮的提升力与液压铲的铲斗腕动特征结合。这种改进的电动绳铲提供能够在所有类型的堆条件下有效操作的高度有效和多用途的挖掘附件。
图1-4示出根据本发明的各种实施例的绳铲10。使用相同的附图标记标识同样的部分。参考图1，绳铲10包括下基部15和上基部25(也被称为平台)，该下基部15被支撑在驱动履带20上，该上基部25位于被安装到下基部15的旋转结构30上。该旋转结构30允许上基部25相对于下基部15旋转。除了其它元件之外，上基部25包括操作区域33，操作员或驾驶员坐在该操作区域33中，以操作绳铲10。
绳铲10进一步包括从上基部25向上和向前延伸的吊杆45。该吊杆45包括第一端部46和远侧的第二端部47，该第一端部46联接到上基部25。所示出的吊杆45被弯曲且具有“香蕉”或“V”的形状，虽然弯曲吊杆45提供某些优点，但是其它的实施例可以包括大致直的吊杆。吊杆45包括下附接点26，吊杆45在该下附接点26处被销接头或者其它适当的附接机构联接到上基部25。吊杆45还包括上附接点54，支撑支柱48被连接于该上附接点54。该支撑支柱48从上附接点54向下和向后延伸，并且支撑支柱48被联接到上基部25。支柱48、上基部25和吊杆45一起限定在竖立取向中支撑吊杆45的大致刚性的三角结构。
所示出的弯曲吊杆45包括大体竖直的第一部分31和倾斜的第二部分32，该第一部分31从基部25大体向上延伸，该第二部分32从第一部分31成角度地朝向吊杆的第二端部47延伸。吊杆45的第一部分31相对于吊杆的第二部分32是成角度的。在一些实施例中，在吊杆的第一部分31和第二部分32之间的角度可以在大约一百二十度和大约一百六十度之间。更具体地，在第一部分31和第二部分32之间的角度可以在近似一百六十度。换言之，吊杆45的第二部分32从吊杆45的第一部分31偏移在大约二十和大约六十度之间。特别地，在吊杆45的第二部分32和第一部分31之间的偏移可以是二十度。所示出的吊杆45具有将吊杆的第一部分31和第二部分32组合的一体件构造。在其它实施例中，吊杆45可以由通过焊接、销接头、紧固器或任何其它附接机构接合的两个或更多个分离件形成。
绳铲10还包括挖掘附件，该挖掘附件包括：枢转联接到吊杆45的吊杆附件50(也被称为吊杆手柄)；和枢转联接到该吊杆附件50的铲斗55。该铲斗55包括铲斗齿56，并且铲斗55被用于开挖所期望的工作区域、收集物料并将所收集的物料转移到所期望的位置(例如物料处理车辆)。吊杆附件50在第一枢轴位置42处枢转安装到吊杆45，并且铲斗55在第二枢轴位置49处枢转安装到吊杆附件50。在所示出的实施例中，第一枢轴位置42大体位于吊杆45的第一部分31和第二部分32连接或交叉之处。
所示出的吊杆附件50包括第一臂或上臂64和在第三枢轴位置51处枢转联接到该上臂的第二臂或下臂65。上臂64在第一枢轴位置42处枢转联接到吊杆45，并且铲斗55在第二枢轴位置49处枢转联接到下臂65。在上臂64及下臂65和铲斗55之间的枢转连接提供多自由度系统，该多自由度系统允许通过包括图1中的上臂64及下臂65和铲斗55的短划线表示在内的运动范围操纵铲斗55。该运动范围大于具有刚性吊杆附件50和固定铲斗55的传统绳铲。虽然所示出的实施例将第一枢轴位置42、第二枢轴位置49和第三枢轴位置51作为销接头示出，但是也可以使用其它机械连接诸如凸轮、连杆、齿轮组等来实现在上臂64、下臂65和铲斗55之间的所期望的相对移动。在这方面，“枢轴位置”可以不必位于绳铲10的结构部分上或与该结构部分一致，而是可以替代地位于如由在相应构件之间的具体机械连接限定的空间中的固定或可移动位置处。
所示出的绳铲10包括用于控制吊杆附件50和铲斗55的移动的多个液压缸。吊杆附件50由以第一液压缸66为形式的第一致动器控制，该第一液压缸66具有被联接到基部25的第一端部和被联接到在吊杆附件50的上臂64上的安装点67的第二端部。铲斗55由以第二液压缸71为形式的第二致动器控制，第二液压缸71具有被联接到第三枢轴位置51的第一端部和被联接到在铲斗55上的安装点68的第二端部。第一液压缸66因此能够操作以相对于基部25和吊杆45绕第一枢轴位置42枢转上臂64，并且第二液压缸71能够操作以相对于下臂65绕第二枢轴位置49枢转铲斗55。
第二液压缸71在铲斗55上提供可控力用于产生铲斗55的前后移动。因此，第二液压缸71允许铲斗55在通过铲10的挖掘路径行进期间“腕动”。在穿入物料堆期间腕动铲斗允许更快且更有效收集物料，并给予铲操作员为了在堆中选择性有力挖掘而需要的多功能性。应该指出，第二液压缸71可以用其它机械装置和结构替代。例如，也可以使用枢转齿条和小齿轮系统、气压缸、活塞、电动马达等来移动铲斗55。也可以使用这些替代机构来替代第一液压缸66。因此，若需要，能够在无任何液压装置的情况下制造整个挖掘附件。
吊杆45包括安装在吊杆45的第二端部47处的拉动机构58。在一些实施例中，该拉动机构58包括滑轮或吊杆槽轮60。柔性提升绳62被附接到吊杆附件50的连接部分73，并且该提升绳62至少部分地支撑吊杆附件50和铲斗55。在其它实施例(未示出)中，提升绳62可以直接附接到铲斗55。例如，绳62可以附接到铲斗连接元件57。柔性提升绳从连接部分73(或连接元件57)延伸越过槽轮60，然后被缠绕在卷筒63上，该卷筒63安装在电动绳铲10的上基部25上。柔性提升绳62可以是或者包括一根或多于一根绳，所述一根或多于一根绳可以在槽轮60上通过多次。在这方面，连接部分73可以是或者包括平衡器，该平衡器能够平衡在各种绳62或支撑铲斗55的绳部分上的负载。卷筒63由电动马达(未示出)提供动力，该电动马达通过齿轮式提升传动机构(未示出)向卷筒63提供转动力矩。
槽轮60在位于吊杆45的第二端部47处的一对槽轮支撑部件37(在图1中仅一个槽轮支撑部件37可见)之间被以可旋转的方式联接到吊杆45的第二端部47。棒或负载销34在槽轮支撑部件37之间延伸通过槽轮60，由此将槽轮60以可旋转的方式联接到吊杆45。因此，槽轮60绕棒或负载销34旋转。在其它实施例中，可以使用用于将槽轮60连接到吊杆45的替代机构。卷筒63的旋转卷入和放出提升绳62，提升绳62在槽轮60上行进并升高和降低铲斗55。
所示出的实施例的一个共同特征是：如果提升绳62被移除，则吊杆附件50将具有与第三枢轴位置51相关联的一个无约束自由度。因此，第一液压缸66和第二液压缸71不能自身充分地协调吊杆附件50和铲斗55的移动。相反，正是第一液压缸66及第二液压缸71和提升绳62的组合操作允许完全控制吊杆附件50和铲斗55。
在操作中，从吊杆45延伸的吊杆附件50被位于基部25上的第一液压缸66驱动。使用该力，吊杆附件的上臂64通过利用在第三枢轴位置51处的销接连接驱动下臂65。旋转上臂64将下臂65和铲斗55推进到物料堆中。这构成推挤力。铲斗55的旋转或腕动由安装在吊杆附件50和铲斗55之间的第二液压缸71提供。同时，滑轮60和卷筒63协作对提升绳62施加力，该力将铲斗55举升通过物料堆并进入空中。铲斗55同时被吊杆附件50和由被卷筒63驱动并在滑轮60上的绳62产生的提升力驱动。因此，铲10拥有三个挖掘自由度：提升、推挤和铲斗腕动。
卷筒63及提升绳62与第一液压缸66及第二液压缸71的上述组合协调操作在吊杆附件50和铲斗55的整个运动范围中提供有效的挖掘力。例如，当吊杆附件50和铲斗55处于图1中的短划线所示位置中时，与提升绳62相比，液压缸66、71处于具有用于将铲斗55大体向前地驱动到堆中的优良机械优点的位置中。在吊杆附件50和铲斗55被推入堆中并进一步移动离开下基部15之后，与液压缸66、71相比，提升绳62占据具有用于将铲斗大体竖直地升高通过物料堆的优良机械优点的位置。因此，通过协调液压缸66、71和提升绳62的操作，能够在吊杆附件50和铲斗55的整个运动范围中维持强的有效的挖掘力。
图2-4示出绳铲10的替代实施例，除了在下面讨论的具体差异之外，这些替代实施例在构造和操作上大体类似于图1的绳铲10。
因为图2-4是透视图，所以在图2-4中更充分地示出支柱48的具体结构。支柱48完全地替代在许多传统铲中使用的门架结构。在一些实施例中，支柱48包括被刚性连接部件51联接的两个平行支柱腿49。支柱48的一个端部52在被从吊杆45的第一端部46间隔开的位置处被联接到基部25。通过将每一个支柱腿49连接到吊杆45的上附接点54，支柱48的第二端部53被联接到吊杆45。在一些实施例中，支柱48的第二端部53被联接到一般区域，吊杆45的第一部分31和第二部分32在该一般区域处连接或交叉。支柱48在竖立位置中支撑吊杆45。
在一些实施例中，支柱48经由移动销接头或其它类型的连接器而枢转连接到基部25和吊杆45。在铲操作期间，支柱48能够被暴露于压缩和拉伸负载和力。因此，支柱48可以设有被结合到在支柱48、基部25和吊杆45之间的销接附接接头中的冲击吸收连接器诸如各种类型的弹簧组件。这些冲击吸收连接器能够当压力和张力作用于支柱上时减小支柱组件的总刚度，由此减小或消除冲击负载并继而减小由各种构件经受的总应力。
图2-4还示出：上臂64包括一对间隔开的上臂部件43，并且下臂65包括一对间隔开的下臂部件39。图2和3的实施例包括具有一对间隔开的吊杆部件44的吊杆45。这两个吊杆部件44被附接到上基部25并从上基部25延伸，并且第一液压缸66延伸通过在两个吊杆部件44之间和该对上臂部件43之间的空间，用于联接到安装点67。另一方面，图4的实施例包括大致实心的吊杆第一部分31，并且一对第一液压缸66位于吊杆45的每一侧上并延伸到与每一个上臂部件43相关联的安装点67。如图4中还示出，安装点67在上臂部件43的下侧上，或者在绘制于第一枢轴位置42和第三枢轴位置51之间的假想线的下方。在图1-3中，安装点67位于绘制于第一枢轴位置42和第三枢轴位置51之间的假想线的上方。因此，除了别的以外，第一液压缸66的具体构造和布置可以取决于吊杆45和上臂64的具体构造而改变。
类似地，可以包括多于一个液压缸的第二液压缸71的具体构造和布置可以取决于下臂65和铲斗55的具体构造和布置而改变。例如，在图1中，第二液压缸71具有被联接到第三枢轴位置51的一个端部。在其它实施例诸如图2和4的实施例中，第二液压缸71可以在第二安装位置79处被联接到下臂65。第二安装位置79可以在绘制于第二枢轴位置49和第三枢轴位置51之间的假想线的上方(图2)或下方(图4)。第二液压缸71位于下臂65的上方的图1和2的实施例的一个益处是：如果下臂65在操作期间意外地撞击装载车辆或其它结构，则液压缸71较小可能损坏。在另外的其它实施例诸如图3的实施例中，第二液压缸71可以被联接到上臂64，从而第二安装位置79位于上臂64上。其它实施例可以包括能够将第二液压缸71附接到上臂64或下臂65的各种其它中间结构。另外，在一些实施例中，液压缸71被附接到铲斗55的下部(图3和4)。在其它实施例中，液压缸71可以被附接到铲斗55的上部(图1和2)。
在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (22)

1.一种采掘铲，包括：
基部；
从所述基部延伸的吊杆，所述吊杆具有被附接到所述基部的下端部和远离所述基部的上端部；
拉动机构，所述拉动机构被安装在所述吊杆的所述上端部上；
吊杆附件，所述吊杆附件具有第一端部和第二端部，所述第一端部被枢转联接到所述吊杆；
铲斗，所述铲斗被以可枢转方式连接到所述吊杆附件的所述第二端部，用于绕所述吊杆附件的所述第二端部在第一方向以及与所述第一方向相反的第二方向上的枢转运动，所述铲斗被所述拉动机构以可移动方式支撑；和
铲斗致动器，所述铲斗致动器被联接在所述吊杆附件和所述铲斗之间，并且所述铲斗致动器能够操作以使所述铲斗相对于所述吊杆附件在所述第一方向和所述第二方向上枢转。
2.根据权利要求1的采掘铲，进一步包括吊杆附件致动器，所述吊杆附件致动器在所述基部和所述吊杆中的至少一个和所述吊杆附件之间延伸，其中所述吊杆附件致动器能够操作以相对于所述吊杆枢转所述吊杆附件。
3.根据权利要求2的采掘铲，其中所述吊杆附件致动器枢转联接到所述基部和所述吊杆附件。
4.根据权利要求2的采掘铲，其中所述吊杆包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有从所述基部向上延伸的两个平行吊杆部件，所述第二部分从所述第一部分向上和向前延伸。
5.根据权利要求4的采掘铲，其中所述吊杆附件致动器位于所述两个平行吊杆部件之间。
6.根据权利要求2的采掘铲，其中通过所述吊杆附件致动器和所述拉动机构的同时操作控制所述铲斗的移动。
7.根据权利要求1的采掘铲，其中所述吊杆附件包括枢转联接到所述吊杆的第一部分和枢转联接到所述第一部分的第二部分。
8.根据权利要求7的采掘铲，其中所述铲斗枢转联接到所述第二部分。
9.根据权利要求8的采掘铲，其中所述拉动机构被联接到所述铲斗和所述第二部分中的一个，用于支撑所述吊杆附件的所述第二端部。
10.根据权利要求8的采掘铲，其中所述铲斗致动器被联接在所述第二部分和所述铲斗之间。
11.根据权利要求1的采掘铲，其中所述拉动机构包括槽轮和绳，所述槽轮被以可旋转的方式联接到所述吊杆的所述上端部，所述绳从所述基部延伸越过所述槽轮，并联接到所述吊杆附件的所述第二端部。
12.一种采掘铲，包括：
基部；
吊杆，所述吊杆具有第一吊杆端部和第二吊杆端部，所述第一吊杆端部被联接到所述基部；
在所述第二吊杆端部处的拉动机构；
吊杆附件，所述吊杆附件具有第一部分和第二部分，所述第一部分在所述第一吊杆端部和所述第二吊杆端部之间被联接到所述吊杆，所述第二部分枢转联接到所述第一部分并由所述拉动机构支撑；
铲斗，所述铲斗被联接到所述吊杆附件的所述第二部分；和
铲斗致动器，所述铲斗致动器被联接在所述吊杆附件和所述铲斗之间，并且所述铲斗致动器能够操作以相对于所述第二部分枢转所述铲斗。
13.根据权利要求12的采掘铲，其中所述铲斗枢转联接到所述吊杆附件的所述第二部分。
14.根据权利要求12的采掘铲，进一步包括吊杆附件致动器，所述吊杆附件致动器在所述基部和所述吊杆中的至少一个和所述吊杆附件之间延伸，其中所述吊杆附件致动器能够操作以相对于所述吊杆枢转所述吊杆附件。
15.根据权利要求12的采掘铲，其中所述拉动机构包括槽轮和绳，所述槽轮被以可旋转的方式安装到所述第二吊杆端部，所述绳从所述基部延伸越过所述槽轮并大体向下延伸，以支撑所述吊杆附件的所述第二部分。
16.根据权利要求12的采掘铲，其中所述铲斗致动器被联接在所述吊杆附件的所述第一部分和所述铲斗之间。
17.根据权利要求12的采掘铲，其中所述铲斗致动器被联接在所述吊杆附件的所述第二部分和所述铲斗之间。
18.根据权利要求12的采掘铲，其中所述铲斗致动器位于所述吊杆附件的所述第二部分的下方。
19.一种采掘铲，包括：
基部；
吊杆，所述吊杆具有第一吊杆端部和第二吊杆端部，所述第一吊杆端部被联接到所述基部；
在所述第二吊杆端部处的拉动机构；
吊杆附件，所述吊杆附件具有第一部分和第二部分，所述第一部分在所述第一吊杆端部和所述第二吊杆端部之间被联接到所述吊杆，所述第二部分枢转联接到所述第一部分并由所述拉动机构支撑；
吊杆附件致动器，所述吊杆附件致动器在所述基部和所述吊杆中的至少一个和所述吊杆附件之间延伸，所述吊杆附件致动器能够操作以相对于所述吊杆枢转所述吊杆附件；
铲斗，所述铲斗枢转联接到所述吊杆附件的所述第二部分；和
铲斗致动器，所述铲斗致动器被联接在所述吊杆附件和所述铲斗之间，并且所述铲斗致动器能够操作以相对于所述吊杆附件枢转所述铲斗。
20.根据权利要求19的采掘铲，其中所述吊杆附件致动器被联接到所述吊杆附件的所述第一部分。
21.根据权利要求19的采掘铲，其中所述铲斗致动器被联接在所述吊杆附件的所述第二部分和所述铲斗之间。
22.根据权利要求19的采掘铲，其中所述拉动机构包括槽轮和绳，所述槽轮被以可旋转的方式安装到所述第二吊杆端部，所述绳从所述基部延伸越过所述槽轮，并且所述绳经由铲斗连接元件而被联接到所述铲斗。
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