CN103118931A - 电池驱动的采矿车辆 - Google Patents

Abstract

一种用于可控制地支承电池的设备，包括臂、第一突出部、第二突出部、和缸致动器。臂具有形成在臂中的隔室和位于隔室的基部处、延伸穿过臂的开口。缸致动器包括连接到杆上的活塞，并大致位于臂的隔室内。杆朝臂的开口延伸，且杆在缸致动器的操作期间移动穿过开口。此外，第一突出部沿第一方向从臂延伸，且第二突出部沿第二方向从臂延伸。

Description

电池驱动的采矿车辆

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年7月21提交的美国专利申请No.12/840515的权益，包括说明书、附图、权利要求书和摘要，在此通过参引的方式将其全文结合入本申请中。

技术领域

本发明总体上涉及采矿车辆的领域。更具体而言，本发明涉及用于可控制地支承、提升和或固定用于供采矿车辆——诸如电池驱动的地下采矿运输机——使用的大型电池的设备。

背景技术

用于地下采矿作业的车辆——例如用于房柱式采矿的运输机——可由被承载在车辆上的大型电池驱动。此类电池可包括壳体，该壳体包括一电化电池阵列，从而允许车辆在无绳索的情况下在有限的时间段内行进穿过矿井。当电池耗尽时，车辆可以卸下失效的电池以在矿井中的指定站点处再充电，拾取新的电池，并继续作业。典型的采矿运输机可包括用于支承、提升和/或固定电池的提升设备。提升设备还可按需可控制地升起和降低电池以将电池换出。

发明内容

一个实施例涉及一种用于可控制地支承电池的设备。该设备包括臂、第一突出部、第二突出部、和缸致动器。臂具有形成在臂中的隔室和位于隔室的基部处、延伸穿过臂的开口。缸致动器包括连接到杆上的活塞，并大致定位在臂的隔室中。杆朝臂的开口延伸，且杆在缸致动器的操作期间移动穿过开口。此外，第一突出部沿第一方向从臂延伸，且第二突出部沿第二方向从臂延伸。

另一个实施例涉及一种用于可控制地将电池附装到电池驱动的车辆上的系统。该系统包括车辆的框架的至少一部分、臂、用于电池的壳体、和致动器。臂可旋转地连接到框架上，且包括沿第一方向定向的第一突出部和沿第二方向定向的第二突出部。用于电池的壳体支承一个或多个电池单元，且包括钩部和槽。致动器在系统的操作期间选择性地使臂相对于框架旋转，以使得第一突出部接合钩部且第二突出部接合槽，以便可控制地将电池附装到车辆上。

又一个实施例涉及一种用于运输矿产品的由电池驱动的采矿车辆。该车辆包括床区段、牵引机、和位于床区段与牵引机区段之间的铰接接头。车辆的床区段被设计成支承矿产品。车辆的牵引机区段包括操作室。该车辆还包括至少一个臂和一个缸致动器。在与铰接接头相反的牵引机区段一侧，臂枢转地连接到牵引机区段上。此外，臂包括从臂的一端延伸的第一突出部、从臂的下侧延伸的第二突出部、和锁定机构。该锁定机构包括可线性平移的锁定部件。缸致动器在车辆的操作期间使臂相对于牵引机区段枢转。

可选的示例性实施例涉及如可在权利要求中总体上叙述的其它特征和特征的结合。

附图说明

根据下文结合附图进行的详细描述，将更充分地理解本发明，附图中同样的参考标号表示同样的元件，其中：

图1是根据一示例性实施例的采矿车辆的透视图。

图2是图1的采矿车辆的侧视图。

图3是根据一示例性实施例的采矿车辆的一部分的透视图。

图4是图3的采矿车辆沿图3的线4-4截取的区段的透视图。

图5是处于第一构型下的图3的采矿车辆的透视图。

图6是处于第二构型下的图3的采矿车辆的透视图。

图7是处于第一构型下的图3的采矿车辆的侧视图。

图8是处于第二构型下的图3的采矿车辆的侧视图。

图9是根据一示例性实施例用于联接的设备的第一透视图。

图10是图9的用于联接的设备的第二透视图。

图11是图9的用于联接的设备的第三透视图。

图12是图9的用于联接的设备的第四透视图。

具体实施方式

在转到详细示出示例性实施例的附图前，应理解的是，本申请并不限于在说明书中阐述或在附图中示出的细节或方法。还应理解，术语只是为了描述的目的并且不应该被视为限制性的。

参照图1，采矿车辆包括车载电源（例如，电池、电容器组）。根据一示例性实施例，该车辆是地下采矿车辆110（例如，运输机、穿梭式矿车、装载-运输-倾倒（LHD）车辆），具有作为牵引机区段112的第一部分（例如，节段、区段）和作为用于运输矿产品的床区段114的第二部分。牵引机区段112和床区段114通过可绕竖直轴线旋转的接头124分隔。车载电源在图1中作为包括储存在其中的单元电池阵列的大型电池116被示出。车辆110的操作人员可将车辆110驾驶至装载区，运输矿产品通过矿井，并将矿物输送至倾倒区。

尽管图1示出采矿车辆110，但在另一些实施例中，电池提升系统可用于其它类型的电动车辆，例如仓库用叉车、施工装备或电动推车。在又一些实施例中，电池提升系统可用于静止装备或机械。尽管图1示出支承电池116的车辆，但在另一些实施例中，不同于电池的物体可由根据本发明的提升系统提升、支承、升起、降下等。

现在参照图2，车辆110的牵引机区段112包括操作室118，隔室118内的控制器130（例如，操纵杆、操纵台、界面等）允许操作人员操纵和/或以其它方式控制车辆110。计算机120（例如，电路、微处理器或其它硬件）可安装在牵引机区段112上或与牵引机区段112通信。根据一示例性实施例，控制器130被计算机化以使得操作人员的指令被转换至由计算机120处理的电信号，并被传达给车辆110的一个或多个电机和/或其它构件，例如液压阀、线性致动器。

车辆110的床区段114包括用于支承聚集的矿产品的床122（参看图1；例如，斗、平台、表面）形式的工作机具。但是，在另一些设想的实施例中，该采矿车辆包括用于挖取的铲斗、用于装备运输的叉车齿、电缆卷取绞车、用于装备支承的燃料和/或润滑模块、工作人员篮框、动臂起重机或其它工作机具。在一些实施例中，车辆构造成使得车辆的工作机具可按需地移除、更新或与另一工作机具更换。

车辆110的牵引机区段112经由接头124（例如，枢轴、支点、铰接接头）联接到床区段114上，以使得牵引机区段112和床区段114均可绕接头124枢转。区段112、114绕接头124的枢转可为车辆110提供相对于车辆110长度的减小的转动半径，从而允许车辆110移动通过狭窄的矿井通道。但是，在另一些设想的实施例中，车辆不是铰接的，或者车辆可包括三个或更多用于铰接的区段（和多于一个接头）。

车辆110的牵引机区段112和床区段114中的每一者都包括至少一个轮子126。根据一示例性实施例，牵引机区段112具有两个轮子126且床区段114具有两个轮子126。但是，在另一些实施例中，可使用踏板、滑行装置或其它元件以便于车辆110的移动。

在牵引机区段112与接头124相对的一侧，牵引机区段112包括被设计成可控制地附装、提升、支承、升起和降下电池116的电池提升系统128。根据一示例性实施例，该电池提升系统包括枢转地联接到牵引机区段112的框架（参看例如图3中所示的框架212）上的一个或多个臂（参看例如图4中所示的臂224）。致动器（参看例如图3中所示的致动器226）使得臂可控制地绕枢轴（参看例如图4中所示的枢轴228）枢转，以使得电池116与车辆110的牵引机区段112物理地接合和分离。设想各种形式的致动器，例如液压缸、链轮和链条、蜗轮和电机、带和电机等。在另一些实施例中，电池可联接到床区段114或牵引机区段112的另一部分上。

现在参照图3，电池驱动的车辆210或其它机械的一部分包括借助于提升设备216连接到电池214上的框架212（例如，前框架区段、底架、车身结构）。根据一示例性实施例，框架212构造成支承采矿车辆的构件，例如车轮、操作室、或床。此外，根据一示例性实施例，电池214包括支承一个或多个电化电池220（参看图4；例如，燃料电池、蓄能电池、电容器组、电池）的壳体218（例如，电池组件、盒、外壳、箱、包装物）。在一些实施例中，电池的壳体218包括提升设备216可在其内附装到电池214上的一个或多个通道222（例如，沟槽、附装特征）。

参照图4，电池驱动的车辆210的一部分的剖视图示出提升设备216的构件，其包括臂224和致动器226（例如，液压缸、线性电机）。根据一示例性实施例，臂224在框架212的基部附近的枢轴228处可旋转地联接（例如，销连接）到框架212上。在接近框架212的顶部的枢轴230处，提升设备216的致动器226也可旋转地联接到框架212上。另外，致动器226在臂224的与（在枢轴228处）可旋转地联接到框架212上的一端相对的端部附近可旋转地联接到臂224上。因此，致动器226构造成使得臂224绕枢轴228相对于框架212移动。

根据一示例性实施例，臂224包括第一突出部232（例如，公连接器、接合点、凸出部、延伸部、突起部、凸起部等），该第一突出部232在臂224的与可旋转地联接到框架212上的一端相对的端部上从臂224延伸。臂224还包括第二突出部234，该第二突出部234在臂224的可旋转地联接到框架212上的一端的附近从臂224的下侧延伸。每一个突出部232、234都包括具有凸起周边的圆形外表面，并且在一些这样的实施例中，该周边沿一平面限定如图所示的圆弧，该平面沿臂224的纵向（即，长度方向）轴线竖直地定向、例如为如图4的视图所示的剖面。在一些这样的实施例中，一个或两个突出部232、234的圆弧大于90度，例如大于至少180度。

突出部232、234的圆形外表面用作接触面，其中表面的弄圆允许在比相似宽度的平坦表面更宽的区域上分配载荷，从而减小构件磨损和塑性变形。此外，突出部232、234的圆形外表面在多于一个方向上提供了接触负载，从而改善与电池214的互锁。但是，在另一些实施例中，突出部的接触面（和电池214的相应结构）不是圆形的，而是楔形、平坦或其它形状。

根据一示例性实施例，电池214的壳体218包括钩部236（例如，凸缘、卡爪、弯曲部）和槽238（例如，母连接器、结合点、插座、孔、孔洞、槽道），钩部236和槽238中的任一者或两者可一体地形成在壳体218中，或者可形成在与壳体218一体形成的插件（例如，分隔件）中。在一些实施例中，槽238包括凹陷、圆形的内表面，该内表面成形为接纳臂224的第二突出部234，二者之间基本不存在开放空间（例如，细微公差）。钩部236在钩部236的弯曲部中形成有另一个槽240。钩部236的槽240成形为接纳第一突出部232。臂224的突出部232、234与壳体218的槽238、240之间的接触面将相关的接触力分配到其圆形区域上，并约束臂224和壳体218以一个或多个自由度（例如，至少两个自由度、至少三个自由度）相对移动。

在一些设想的实施例中，提升设备的臂包括突出部和槽，并且电池的对应壳体包括成形为接纳臂的突出部的槽、和成形为由臂的槽接纳的突出部。在另一些这样的实施例中，提升设备包括三个或更多臂，同时对应的槽道和特征设置在电池的壳体中。在一些实施例中，臂中的至少一个包括与臂中的另一个的突出部和/或槽的布置结构不同的突出部和/或槽的布置结构。

参照图5-6，根据一示例性实施例，致动器226是液压缸，具有可旋转地联接到框架212上的杆端252和可旋转地联接到臂224上的盖端254。每个液压缸的致动都通过向其中的腔室256增加或移除液压流体来控制，这使活塞258平移，从而使杆端252移进或移出液压缸。每个臂都包括隔室242（例如，一围起来的开口空间），致动器226的至少一部分在该隔室242内延伸。在一些实施例中，致动器226的杆端252包括联接到框架212上的杆孔260（例如，U形夹），且盖端254包括在枢轴244处联接到臂224上的相似孔262，该枢轴244（例如，销式联接）接近第一突出部232并位于隔室242中。当致动器226扩大或收缩长度时，臂224绕枢轴228旋转。例如，提升设备216的臂224被示出处于图5中的降下构型（例如，位置、取向）和图6中的升起构型。

在降下构型（图5）中，臂224的第一突出部232可被插入电池214的壳体218中对应的槽道222（图3）中，从而允许第一突出部232通过钩部236的下方。将臂224升起至升起构型（图6）使第一突出部232与钩部236的槽240接合。当电池214的壳体218通过从第一突出部232施加至槽240的力提升时，臂224的第二突出部234被插入槽238内。第一突出部232和第二突出部234均向壳体218施力，力由各槽238、240承受。因此，电池214被提升。

参照图7-8，电池驱动的车辆210还包括锁定机构246，该锁定机构246用于在电池214由车辆210支承时将臂224与电池214的壳体218互锁。根据一示例性实施例，锁定机构246包括线性致动器248形式的致动器（例如，线性电机、螺线管、气动缸、液压缸等）和由线性致动器248选择性地移动的锁定部件250。在一些实施例中，锁定机构246被紧固在臂224上，例如基本位于臂224的隔室242内。因此，臂224的结构可用于使锁定机构246免于与车辆210的其它构件或外界物体（例如，矿井壁）接触。但是，在另一些实施例中，锁定结构被紧固在电池214或车辆210的另一部分上。

在一些实施例中，锁定机构246的致动器248的形式是缸（例如，气动缸或液压缸）并且包括联接到杆266的活塞264（例如，柱塞），杆266延伸穿过致动器248的筒268的一端。杆266还延伸穿过形成在臂224中的隔室242的基部中的开口270（例如，孔洞、导管）。在臂224的下侧，杆266可联接到一形成锁销272（例如，螺栓、杆件）的延伸部上。锁销272成形为当臂224的突出部232、234正在支承壳体218时插入壳体218中对应的孔洞274内。

除了突出部232、234与槽238、240之间的力外，锁销272穿过孔洞274的插入进一步将壳体218固定到臂224和车辆210的其余部分上。因此，行驶通过矿井（或其它地方）的车辆210所经历的推撞、急转弯、颠簸等将不会容易地将电池214从臂224脱出。当要从车辆210脱开电池214时，可以也借助于锁定机构246的致动器248从孔洞274移除锁销272。

根据一示例性实施例，锁定机构246可借助于手动阀控制杆操作，从而使活塞264移动到电池214的壳体218中的孔洞274（例如，插入部、槽道）内。因此，电池214位于运输位置，其中电池214在解开之前不会从车辆210松开。在另一些实施例中，锁定机构246可另外借助于由控制器（参看例如图2中所示的控制器130）操作的自动阀控制杆来致动。在一些实施例中，锁定机构246包括用于定位活塞246的位置的开关或传感器，从而允许视觉指示（例如，传达给操作室中的操作人员）电池214是否在臂224上锁定就位。

在不希望受任何理论约束的情况下，相信包括线性致动器和锁销的锁定结构与其它形式的锁定机构（例如，滑动或枢转闩锁）相比可以不容易卡住和/或粘住，从而降低车辆需要停工和/或维护的可能性。但是，另一些设想的实施例可包括滑动或枢转闩锁或其它形式的锁定机构、或锁定机构的结合。

现在参照图9-12，位于两个本体（参看例如图3中所示的电池214和框架212）之间的联接系统310（例如，紧固设备、用于附装的系统）包括臂312形式的第一构件（例如，公连接器）和接纳部分314形式的第二构件（例如，母连接器、电池箱插件）。联接系统310构造成在臂312与接纳部分314之间施加力矩，以提升附装在接纳部分314上的本体和/或将附装在接纳部分314上的本体与附装在臂312上的本体联接。

根据一示例性实施例，隔室316形成在臂312内，构件可在该隔室316内联接到臂312上。在一些实施例中，锁定机构318至少部分地定位在隔室316内。锁定机构318包括锁定部件（参看例如图7-8中所示的锁销272），该锁定部件至少部分地延伸穿过在隔室316的基部中形成在臂312中的开口（参看例如图7-8中所示的开口270）。

臂312还包括第一横向孔洞320和第二横向孔洞322。第一横向孔洞320被设计成用于接纳第一销（参看例如图4中所示的枢轴228），该第一销用于将臂312联接到本体上以附装到其上。第二横向孔洞322被设计成用于接纳第二销（参看例如图4中所示的枢轴244），该第二销用于将臂312联接到致动器（参看例如图4中所示的致动器226）上。致动器可使臂312绕通过第一销附装在臂上的本体移动。在一些实施例中，致动器的至少一部分延伸到隔室316中。根据一示例性实施例，臂312还包括第三横向孔洞324，一个或多个紧固部件可穿过该第三横向孔洞324插入以用于将锁定机构318紧固在臂312上。

根据一示例性实施例，臂312还包括其上分别具有接触面330、332的两个突出部326、328。第一突出部326向上并朝附装在臂312上的本体倾斜地延伸。第二突出部328向下并离开附装在臂312上的本体倾斜地延伸。在一些实施例中，突出部326、328是具有限定至少180度的圆弧的外周的凸起、圆形突出部。

接纳部分314包括其钩部部分334和其槽部分336。钩部部分334从接纳部分314的顶部延伸并向下卷曲而形成第二槽338。在联接系统310的操作期间，第一突出部326可插入第二槽338内且第二突出部328可同时插入第一槽336内，使得各突出部326、328和各槽336、338之间形成接触界面，从而允许施加转矩。该转矩可提升和/或支承附装在接纳部分314上的本体。当突出部326、328与槽336、338接合时，锁定机构318可被选择性地致动，以将臂312和接纳部分314进一步互锁。

接纳部分314还包括用于将臂312的突出部326、328引导到槽336、338的斜面（还参看如图7-8中所示的臂224和电池214的相应壳体218）。如果臂312过低地插入而不能适当地接合，则接纳部分314的斜面将臂312提升至用于接合的适当高度（例如，浮动接合特征）。在一些实施例中，接纳部分314可联接到具有作为接纳部分的一部分的斜面的电池壳体上。在这些实施例中，斜面在车辆接近电池时、以及在臂进入接纳部分时对臂进行引导，这可通过致动一控制手柄来实现。斜面的用途是辅助臂与电池接纳部分的对准。一旦实现对准，便可致动电池提升控制手柄以将电池升起至期望操作位置。

如在各种示例性实施例中所示的电池驱动的车辆和用于可控制地支承电池的设备的结构和布置仅为示例性的。尽管已在此公开文本中详细描述仅少数实施例，但许多修改是可能的（例如，各种元件的尺寸、规格、结构、形状和比例、参数的值、安装布置结构、材料的使用、颜色、取向等）而不实质脱离文中所述的主题的新颖教导和优点。例如，钩部可形成在电池壳体的底部中，从而形成向上定向的槽。此外，致动器可在臂借以联接到框架的枢轴的相对侧连接到臂上，以使得致动器的伸展使臂向上旋转。一些被示出为一体地形成的元件可以由多个零件或元件构成，元件的位置可以颠倒或者以其它方式改变，并且可修改或改变分散的元件的性质或数量或位置。根据可选的实施例，可改变或重新排序任何过程、逻辑算法或方法步骤的次序或序列。在不脱离本发明的范围的前提下，也可以在各种示例性实施例的设计、操作条件和布置结构中做出其它替代、修改、变更和省略。

Claims (21)

1.一种用于以可控制的方式支承电池的设备，包括：

臂，所述臂具有形成在其中的隔室和位于所述隔室的基部处的延伸穿过所述臂的开口；

第一突出部，所述第一突出部沿第一方向从所述臂延伸，从而提供用于与所述电池的第一部分接触的第一提升表面；

第二突出部，所述第二突出部沿第二方向从所述臂延伸，从而提供用于与所述电池的第二部分接触的第二提升表面；以及

缸致动器，所述缸致动器定位在所述臂的所述隔室中，并包括：

构造成在所述缸内平移的活塞，以及

联接到所述活塞的杆，所述杆从所述缸致动器朝所述臂的开口延伸，

其中，所述杆在所述缸致动器的操作期间移动穿过所述开口，从而为所述电池的第三部分提供锁定界面。

2.根据权利要求1的设备，其中，所述第一突出部和第二突出部均沿一平面具有圆形剖面，所述平面是沿所述臂的纵向轴线竖直地限定的。

3.根据权利要求2的设备，其中，每个圆形剖面都包括限定一圆弧的周边。

4.根据权利要求3的设备，其中，每个圆弧都为至少180度。

5.根据权利要求4的设备，其中，所述第一方向和第二方向基本彼此相反。

6.一种用于以可控制的方式将电池附装到电池驱动的车辆上的系统，包括：

所述车辆的至少一部分的框架；

以可旋转的方式联接到所述框架上的臂，所述臂包括：

沿第一方向定向的第一突出部；

沿第二方向定向的第二突出部；和

支承一个或多个电池单元的用于所述电池的壳体，所述壳体包括钩部和槽；以及

第一致动器，其中在所述系统的操作期间，所述第一致动器选择性地使所述臂相对于所述框架旋转，使得所述第一突出部接合所述钩部且第二突出部接合所述槽，以用于以可控制的方式将所述电池附装到所述车辆上。

7.根据权利要求6的系统，还包括：

具有联接到其上的锁定部件的第二致动器，其中所述第二致动器选择性地接合所述锁定部件，从而将所述臂和所述电池的所述壳体锁定在一起。

8.根据权利要求7的系统，其中，所述第二致动器是螺线管、气动缸或液压缸中的至少一者。

9.根据权利要求8的系统，其中，所述第二致动器被紧固在所述臂上，并且其中所述第二致动器选择性地使所述锁定部件与所述壳体互锁。

10.根据权利要求7的系统，其中，所述第二致动器是缸致动器，所述锁定部件是锁销，所述锁销在由所述缸致动器移动时选择性地接合所述电池的壳体中的孔洞。

11.根据权利要求10的系统，还包括：

计算机化的控制器，其与所述第一致动器和所述第二致动器两者通信，从而允许所述系统的操作人员经由所述控制器既使所述臂相对于所述框架旋转，又使所述锁销相对于所述壳体中的孔洞移动。

12.根据权利要求10的系统，其中，所述槽包括一凹面，该凹面成形为接纳所述第二突出部的配合凸面。

13.根据权利要求12的系统，其中，所述第一突出部包括一凸面，该凸面成形为与由所述钩部的弯曲部形成的第二槽配合。

14.根据权利要求13的系统，其中，所述第一方向和第二方向基本彼此相反。

15.根据权利要求14的系统，其中，所述第一方向向上并朝所述车辆的框架地倾斜地限定，所述第二方向向下并离开所述车辆的框架地倾斜地限定。

16.一种用于运输矿产品的通过电池驱动的采矿车辆，包括：

构造成承载所述矿产品的车辆的床区段；

包括操作室的车辆的牵引机区段；

位于所述床区段与所述牵引机区段之间的铰接接头；

臂，所述臂在其与所述铰接接头相反的一侧枢转地联接到所述牵引机区段上，所述臂包括：

从所述臂的一端延伸的第一突出部，

从所述臂的下侧延伸的第二突出部，和

锁定机构，其包括能够线性地平移的锁定部件；以及

用于使所述臂相对于所述牵引机区段枢转的缸致动器。

17.根据权利要求16的车辆，还包括：

具有壳体的电池，所述壳体包括：

第一槽，其成形为接纳所述第一突出部，

第二槽，其成形为接纳所述第二突出部，和

孔洞，其成形为接纳所述锁定部件，

其中，所述电池在所述车辆的操作使用期间由所述臂以可控制的方式支承。

18.根据权利要求17的车辆，其中，所述锁定机构包括用于使所述锁定部件线性地平移的第二缸，其中所述锁定部件为锁销。

19.根据权利要求18的车辆，其中，所述第二缸基本位于一形成在所述臂中的隔室内。

20.根据权利要求19的车辆，其中，所述第一突出部和第二突出部均具有圆形剖面，所述圆形剖面的周边限定一至少180度的圆弧。

21.根据权利要求20的车辆，其中，所述电池的壳体还包括斜面，所述斜面用于将所述臂的第一突出部和第二突出部引导到所述电池的壳体的第一槽和第二槽。

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