CN103225322A - 具有枢转铲斗的铲车 - Google Patents

Abstract

一种具有枢转铲斗的铲车，包括基座、吊杆、可移动地连接到吊杆的第一构件、铲斗以及枢转致动器。该基座包括用于放开和卷起提升绳的提升卷筒。该吊杆包括连接到基座的第一端以及与第一端相对的第二端。提升绳延伸超过吊杆的第二端。第一构件包括第一端和第二端。铲斗可枢转地连接到第一构件的第二端。枢转致动器相对于第一构件的第二端移动铲斗，并且枢转致动器包括连接到第一构件的第一端。还提供一种用于挖掘机的铲斗和一种选择性地挖掘材料堆的方法。

Description

具有枢转铲斗的铲车

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年1月31日提交的申请号为61/592,944的美国临时专利申请和2012年1月31日提交的申请号为61/593,131的美国临时专利申请的优先权，其全文通过引用被并入本文。

背景技术

本发明涉及采掘铲车领域。具体地，本发明涉及具有主动控制铲斗的绳铲车。

在常规的绳铲车上，勺斗附接到手柄，并且该勺斗由越过导向滑轮的线缆或绳支撑。该绳固定到可枢转地联接到勺斗的吊环(bail)。在提升期间，该绳通过提升卷筒卷起，将勺斗向上提升通过材料堆，并且释放挖掘的材料。该勺斗是中空的并且具有大致矩形的横截面，并且勺斗内壁大致是平直的。

利用绳升起勺斗，使得挖掘周期期间的提升力最大化。然而，勺斗相对于手柄的取向在挖掘周期期间大致是固定的。操作者不能独立于手柄及提升绳控制勺斗或者其它附件的运动，限制了响应于挖掘条件的变化而调整铲车性能的能力。勺斗的穿透力或者掘起力大大地取决于勺斗的提升力以及取向。例如，当提升力大体上是竖直时，勺斗相对于待挖掘材料大致是水平的。这大大限制了在勺斗挖掘刃处可转化为掘起力的提升力的量。此外，勺斗缺乏通用性：为了进行挖掘操作，勺斗通常必须定位在材料堆基部，并且拉至顶部。这使得难于执行选择性挖掘或者难于在材料堆中间高度处插入铲斗并且从该点进行挖掘。

发明内容

如通常用在液压挖掘机中的蛤壳型铲斗包括主体和后壁。该主体和后壁通过铲斗缸的致动而分离。该主体具有弯曲内壁，这使得材料脱落并滑入铲斗中，并且更为完全地填充该铲斗。蛤壳型铲斗还包括直侧壁和下唇缘，该下唇缘穿过下壁顶部沿直线延伸。下唇缘具有多个齿，并且限定了挖掘刃。该挖掘刃在下唇缘与侧壁会和的位置处终止，形成了在每一侧上的方角。该角增加了待挖掘材料的阻力，从而需要更大的力来穿透该材料。此外，因为每个角可以承受不同的阻力，所以铲斗经受产生横向穿过该铲斗的扭转载荷的不平衡力。这些因素增加了铲斗的磨损并且降低了挖掘效率。此外，当后壁和主体分离以排出材料时，弯曲内壁形成防止材料顺利排放的内脊。这使得主体升起材料，增加了铲斗缸上的载荷并且增加了倾卸时间。

在一个实施例中，本发明提供了一种采掘铲车，其包括基座、吊杆、可移动地连接到吊杆的第一构件、铲斗和枢转致动器。该基座包括用于放出和卷起提升绳的提升卷筒。该吊杆包括连接到基座的第一端和与第一端相对的第二端。提升绳在吊杆的第二端上方延伸。第一构件包括第一端和第二端。该铲斗可枢转地连接到第一构件的第二端。该枢转致动器相对于第一构件的第二端移动铲斗，并且该枢转致动器包括连接到第一构件的第一端。

在另一实施例中，本发明提供了一种采掘铲车，其包括吊杆、提升绳、可移动地连接到吊杆的手柄、铲斗和枢转致动器。吊杆包括第一端和与第一端相对的第二端。提升绳大致沿着吊杆延伸，并且越过吊杆的第二端。该手柄可移动地连接到吊杆并且包括第一端和第二端。该铲斗在腕关节处可枢转地连接到手柄的第二端，并且连接到越过吊杆的第二端的提升绳。提升绳在偏离腕关节的位置处对铲斗施加拉力。该拉力在铲斗上产生力矩，使得铲斗绕着腕关节在第一方向上旋转。枢转致动器包括连接到手柄的第一端。枢转致动器的操作使得铲斗绕着腕关节在第一方向上旋转。

在又一个实施例中，本发明提供了一种挖掘机铲斗。该挖掘机包括吊杆和可移动地连接到吊杆的第一构件，并且铲斗连接到第一构件的端部。该铲斗包括以一定距离间隔开的一对侧壁，在侧壁之间延伸的下壁，以及挖掘刃。该侧壁和下壁限定了材料接收口。挖掘刃至少部分地围绕材料接收口延伸。挖掘刃限定在每个侧壁和下壁之间延伸的连续圆形轮廓。

仍然在另一实施例中，本发明提供了一种选择性地挖掘材料堆的方法，该材料堆包括基部和峰部。该方法包括：提供一种绳铲车，该绳铲车包括吊杆、提升绳、第一构件以及铲斗，该吊杆具有第一端和与第一端相对的第二端，提升绳大体上沿着吊杆延伸并且越过吊杆第二端，第一构件可移动地连接到吊杆并且其包括第一端和第二端，铲斗可枢转地连接到第一构件的第二端并且连接到越过吊杆的第二端的提升绳；将铲斗提升到接近材料堆并且位于基部和上部之间的位置；致动连接在第一构件和铲斗之间的枢转缸以使铲斗旋转；以及延伸第一构件，以在基部和上部之间穿透材料堆。

本发明的其它方面将通过考虑详细的说明和附图变得清楚。

附图说明

图1为采掘铲车的透视图。

图2为图1中采掘铲车的侧视图。

图3为手柄和铲斗的透视图。

图4为图3中手柄和铲斗的下部透视图。

图5为图4中手柄和铲斗沿着线5-5截取的截面图。

图6为图5中所示手柄的放大截面图。

图7为铲斗的透视图。

图8为图7中铲斗的侧视图。

图9为图7中铲斗的前视图。

图10为图7中铲斗的后透视图。

图11为图9中铲斗沿着线11-11截取的截面图，其中铲斗处于闭合状态。

图12为图11中铲斗的截面图，其中铲斗处于打开状态。

图13为图11中铲斗的放大截面图。

图14为推挤期间，图3中手柄和铲斗的侧视图。

图15为挖掘操作期间，图3中手柄和铲斗的侧视图，其中枢转致动器缩回。

图16为挖掘操作期间，图3中手柄和铲斗的侧视图，其中枢转致动器伸出。

具体实施方式

在对本发明任意实施方式进行详细说明之前，需要明白的是，本发明未将其应用限于下述说明中所阐述的或者下面附图中所示出的部件的结构以及布置的详细内容。本发明能够具有其它实施方式，并且能够以各种方式实行或者执行。同样，要了解的是，此处使用的用语和术语是为了进行说明，而不应被视为限定。

如图1和图2所示，采掘铲车10搁置在支撑表面或者地面上，并且包括基座22、吊杆26，第一构件或手柄30、铲斗34以及枢转致动器36。基座22包括提升卷筒40(图1)以用于放出和卷起缆绳或者提升绳42。吊杆26包括连接到基座22的第一端46、与第一端46相对的第二端50、导向滑轮54、鞍形块58以及推压大轴62(图1)。导向滑轮54连接到吊杆26的第二端50，并且在第二端50上方引导绳42。绳42通过吊环66连接到铲斗34。铲斗34随着绳42通过提升卷筒40分别卷起或放开而升高或降低。鞍形块58通过推压大轴62可旋转地连接到吊杆26，该推压大轴定位在吊杆26的第一端46和第二端50之间，并且延伸穿过吊杆26。推压大轴62包括花键齿轮70(图6)。手柄30通过鞍形块58可移动地连接到吊杆26。

参考图3和图4，第一构件或手柄30包括限定第一端82、第二端86和用于啮合花键齿轮70(图4)的齿条90(图4)的一对臂78。手柄30的第一端82可移动地容纳在鞍形块58中，并且手柄30穿过鞍形块58，使得手柄30被构造用于相对于吊杆26(图1)旋转以及平移。换句话说，手柄30可相对于鞍形块58线性延伸，并且可绕着推压大轴62旋转。在所示实施例中，手柄30大致是直的。在其它实施例中，手柄30可包括弯曲部分。如图5和图6所示，齿条90啮合花键齿轮70，借助齿条和齿轮机构，推压大轴62的旋转促进了手柄30的平移。

如图5最好地所示，铲斗34在腕关节92处可枢转地连接到手柄30的第二端86。吊环66连接到经过导向滑轮54(图1)的上方的绳42(图1)，并且可绕着第一关节或吊环关节94枢转地连接到铲斗34。在所示实施例中，腕关节92和吊环关节94是销连接。在其它实施例中，吊环66可枢转地连接到手柄30。此外，在所示实施例中，吊环66大致与2012年11月30日提交的申请号为13/691,024的美国专利申请中记载的吊环相同，其全文通过引用被并入本文。仍然在其它实施例中，铲斗34可在吊环关节94处连接到其它类型的升降致动器。

枢转致动器36通过绕着腕关节92旋转铲斗34控制铲斗34的节距。参考图4和图5，枢转致动器36包括在第二关节98处连接到手柄30的第一端96，以及在第三关节104处连接到铲斗34的第二端102。第三关节104以间距106与腕关节102间隔开(图8)。在所示实施例中，枢转致动器36包括直接连接在手柄30下部和铲斗34下部之间的一对液压缸。在其它实施例中，可以使用不同类型的致动器。仍然在其它实施例中，致动器连接在手柄30上部和/或铲斗34上部之间。仍然在其它实施例中，枢转致动器36通过中间联接连接到铲斗。中间联接可包括可在铲斗34和致动器36的第二端102之间可枢转连接的第二构件，并且该第二连杆还可以通过三接头杆连接到手柄。中间联接还可以包括“Z-杆”装置，其中枢转致动器36的第二端102连接到可相对于手柄30枢转的连杆的一端，并且第二连杆或致动器连接在枢转连杆的第二端和铲斗34之间。

如上所述，铲斗34连接到三个部件：1)在腕关节92处连接到手柄30的第二端86；2)在第三关节104处连接到枢转致动器36；以及3)在吊环关节94处连接到提升绳42。腕关节92、吊环关节94、第二关节98和第三关节104的相对位置可以改变，从而优化挖掘周期期间铲斗34的动作。

如图7和图8所示，铲斗34是蛤壳型铲斗，其包括主体110、端壁或后壁114以及铲斗致动器118(图10-图12)。该主体110可绕铲斗关节122枢转地连接到后壁114。主体110限定了在一端上的材料接收口126，在相对端上的材料排放口130(图12)。主体110包括下壁138和在材料接收口126及材料排放口130之间延伸的侧壁142(图12)，以及靠近材料接收口的挖掘刃或挖掘唇缘146。在所示实施例中，侧壁142通过铲斗关节122连接到后壁114。

如图9所示，唇缘146包括多个间隔开的齿150。唇缘146在下壁138和侧壁142之间形成弯曲的连续过渡或者轮廓，而不是方角。唇缘146的弯曲轮廓被定位为接合待挖掘的材料，并且减少侧壁142上的扭转载荷。即，每个侧壁142和下壁138之间的夹角为圆角，并且至少一个齿150靠近每个侧壁142沿着圆角定位。在一个实施例中，该圆角半径大于或等于铲斗34的从一个侧壁142到另一个侧壁142测量的宽度的5％。大半径轮廓促进铲斗34移动通过待挖掘材料，增加了挖掘效率。如图11最好地示出，下壁138包括相对于后壁114总体形成锐角的内表面154。

参考图10-图12，铲斗致动器118连接在后壁114和主体110之间，使得致动器118的操作使主体110绕着腕关节122旋转，从而将主体110与后壁114分离，并且将铲斗34中容纳的所有材料排出。在所示实施例中，铲斗致动器118包括连接在主体110和后壁114之间的一对液压缸，使得缸的缩回使主体110和后壁114分离。

如图13所示，下壁138的内表面154限定靠近后壁114的下部164的排放部分或排放边缘162。当铲斗34闭合时(图11)，排放边缘162邻接后壁114。随着铲斗34打开，排放边缘162背离后壁114移动，形成由排放边缘162绕着铲斗关节122(图12)的铰接运动限定的路径166。在主体110绕着铲斗关节122运动时内表面154(支撑铲斗34内容纳的材料)保持在排放边缘162的路径166之上。换种方式说明，内表面154总体保持高于排放边缘162，使得将主体110背离壁114移动形成空隙，铲斗34的内装物通过该空隙下落。排放边缘162便于材料的排放，因为该排放边缘不会抓住或者困住铲斗34的任何内装物。这增加了铲斗34的效率，并且通过减少主体110在铲斗34打开之时(图12)所支撑的材料的重量减少了铲斗致动器118上的载荷。

如图14-图16所示，在挖掘周期期间，操作者将手柄30伸入或者推挤到待挖掘的材料堆170(图14)中，在铲斗34上施加推挤力174(图14)。操作者使枢转致动器36延伸，在第三关节104处施加枢转力178，以使铲斗34绕着腕关节92旋转。材料堆170在齿150上施加反作用力182。反作用力182形成绕着腕关节92的力矩，从而使铲斗在第一方向上(图14的实施例中的顺时针)旋转。反作用力182是抵抗枢转力178作用的压缩载荷，该枢转力绕着腕关节92在与第一方向相反的第二方向(即，图14实施例中的逆时针)上驱使铲斗34穿透材料堆170。此外，提升绳42(图1)施加沿着提升绳42(图1)作用的提升力186。

如图5所示，提升力186偏离腕关节92一定距离190。这形成了绕着腕关节92作用在与反作用力182形成的力矩相反的第二方向(即图14中逆时针)上的力矩。提升力186因而在穿透材料堆170时增补枢转力178。材料堆170的反作用力182在腕关节92上形成力矩，该力矩与挖掘刃146和腕关节92之间的间距成比例。掘起力与该力矩相反，并且与作用在离腕关节92一定距离190处的提升力186以及作用在离腕关节92一定距离106(图8)处的枢转力178之和成比例。

参考图15和图16，随着铲斗34移动通过材料堆170(图16)，操作者使铲斗34转向更为竖直的方向(图16)，并且材料堆170的反作用力182减少。随着铲斗34旋转，在提升力186和腕关节92之间的偏离距离190也减少，从而减少了绕着腕关节92的旋转力矩。提升力186有助于将铲斗34提升通过材料堆170。操作者继而将铲斗34定位在所需倾卸位置之上，并且致动铲斗致动器118(图10)。这使得主体110绕着铲斗关节122枢转，将主体10与后壁114分开，并且排放材料(图10)。

此外，枢转力178总体作用于后壁114的下部164。这当铲斗34靠在地面上时是有利的，因为延伸枢转致动器36使得铲斗34抵着地面枢转。在这种情况下，铲斗34的下部164作为支点，大致将齿150撬入到材料堆170中，并且使得绕着腕关节92作用的提升力186得到充分利用。

因为铲斗34的节距由枢转致动器36主动控制，所以铲斗34事实上可在任意高度插入材料堆170。铲斗34的掘起力由枢转力178和提升力186驱动，而不是几乎完全取决于绳42中拉力提供的提升力186。这不再需要操作者在材料堆170的基部对铲斗34重新定位来初始化每个挖掘周期。相反，操作者可以选择性地挖掘材料堆170。

在升降期间保持有利的提升绳42的提升力的同时，连接到枢转致动器36并且通过吊环66连接到提升绳42的铲斗34的组合利用提升力186增加在进入材料堆170的进入点处的铲斗34的掘起力。该组合同样提供了铲斗34的撬开运动，增加了材料堆170基部的掘起力。此外，可选择性地挖掘材料堆170的能力提高了铲车10的通用性。

此外，连续弯曲唇缘146消除了铲斗34轮廓中的方角。这减少了铲斗34的侧面142处的材料阻力，因而减少了穿透材料堆170所需的阻力。此外，这提供了在铲斗34上更为平衡的载荷条件，减少了铲斗34上的扭转载荷，并且减少了铲斗34上的磨损。总的来说，这些特征提高了铲斗34的挖掘效率以及工作寿命。此外，主体110的成角度的内表面154便于从铲斗34排出材料。该特征减少了铲斗致动器118上的载荷，减少了其倾卸材料的时间量，并且减少由于卡在主体110和后壁114之间造成的材料黏住铲斗34的可能性。

尽管已经参考一些优选的实施例详细说明了本发明，但如所描述的在本发明的一个或更多个独立方面的范围和精神内存在着改变和变型。

因此，本发明尤其提供一种具有枢转铲斗的铲车。在下述权利要求中说明本发明的各种特征和优点。

Claims (27)

1.一种采掘铲车，包括：

基座，所述基座包括用于放出和卷起提升绳的提升卷筒；

吊杆，所述吊杆包括连接到所述基座的第一端以及与所述第一端相对的第二端，所述提升绳在所述吊杆的第二端上方延伸；

第一构件，所述第一构件可移动地连接到所述吊杆，所述第一构件包括第一端和第二端；

铲斗，所述铲斗可枢转地连接到所述第一构件的第二端，；以及

枢转致动器，所述枢转致动器用于相对于所述第一构件的第二端移动所述铲斗，所述枢转致动器包括连接到所述第一构件的第一端。

2.根据权利要求1所述的铲车，其中所述铲斗连接到越过所述吊杆的第二端的所述提升绳。

3.根据权利要求2所述的铲车，其中所述提升绳在所述铲斗上施加拉力，由此在所述铲斗上产生力矩，以使所述铲斗绕着所述第一构件的第二端在第一方向上旋转。

4.根据权利要求3所述的铲车，其中所述枢转致动器是液压缸，从而所述缸的延伸使得所述铲斗绕着所述第一构件的第二端在所述第一方向上旋转。

5.根据权利要求3所述的铲车，其中所述拉力在第一关节处作用在所述铲斗上，并且所述铲斗在偏离所述第一关节的腕关节处可枢转地连接到所述第一构件的第二端。

6.根据权利要求5所述的铲车，其中所述枢转致动器的操作改变了所述腕关节和所述第一关节之间的偏离距离，由此改变了由作用在所述铲斗上的所述拉力产生的所述力矩。

7.根据权利要求1所述的铲车，其中所述第一构件能够相对于所述吊杆以旋转和平移的方式移动。

8.根据权利要求1所述的铲车，其中所述枢转致动器还包括第二端，所述第二端在偏离所述腕关节的第二关节处连接到所述铲斗。

9.根据权利要求1所述的铲车，其中所述铲斗包括主体和壁，并且所述主体限定材料接收口和材料排放口，所述主体可移动地连接到所述壁以选择性地关闭所述材料排放口。

10.根据权利要求9所述的铲车，其中所述铲斗还包括铲斗致动器，所述铲斗致动器包括连接到所述壁的第一端以及连接到所述主体的第二端，从而所述铲斗致动器的操作使得所述主体相对于所述壁枢转。

11.一种采掘铲车，包括：

吊杆，所述吊杆包括第一端和与所述第一端相对的第二端；

提升绳，所述提升绳大致沿着所述吊杆延伸并且越过所述吊杆的第二端；

手柄，所述手柄可移动地连接到所述吊杆，所述手柄包括第一端和第二端；

铲斗，所述铲斗在腕关节处可枢转地连接到所述手柄的第二端，所述铲斗被连接到越过所述吊杆的第二端的所述提升绳，所述提升绳在偏离所述腕关节的位置处对所述铲斗施加拉力，所述拉力在所述铲斗上产生力矩，以使得所述铲斗绕着所述腕关节在第一方向上旋转；以及

枢转致动器，所述枢转致动器包括连接到所述手柄的第一端，所述枢转致动器的操作使得所述铲斗绕着所述腕关节在所述第一方向上旋转。

12.根据权利要求11所述的铲车，其中所述铲斗包括限定了材料接收口的主体，所述主体具有通过铲斗宽度间隔开的一对侧壁、在所述侧壁之间延伸的下壁，和至少部分地围绕所述材料接收口延伸的挖掘刃，所述挖掘刃限定了在每个侧壁和所述下壁之间延伸的连续的圆形轮廓。

13.根据权利要求12所述的铲车，其中所述铲斗还包括沿着所述挖掘刃的长度定位的多个齿。

14.根据权利要求12所述的铲车，其中在所述侧壁和所述下壁之间延伸的所述圆形轮廓具有至少为所述铲斗宽度的5％的半径。

15.根据权利要求12所述的铲车，其中所述铲斗还包括壁，所述主体限定了与所述材料接收口相对的材料排放口，所述主体可枢转地连接到所述壁以选择性地关闭所述材料排放口。

16.根据权利要求15所述的铲车，其中所述铲斗还包括铲斗致动器，所述铲斗致动器包括连接到所述壁的第一端以及连接到所述主体的第二端，从而所述铲斗致动器的操作使得所述主体相对于所述壁枢转。

17.根据权利要求11所述的铲车，其中所述枢转致动器的致动改变了所述拉力和所述腕关节之间的偏离，因而改变了由所述拉力产生的所述力矩。

18.根据权利要求11所述的铲车，其中所述手柄能够相对于所述吊杆以旋转和平移的方式移动。

19.根据权利要求11所述的铲车，其中所述枢转致动器包括连接到所述铲斗的第二端。

20.一种用于挖掘机的铲斗，所述挖掘机包括吊杆以及可移动地连接到所述吊杆的第一构件，所述铲斗被连接到所述第一构件的端部，所述铲斗包括：

一对侧壁，所述一对侧壁以一定距离间隔开；

下壁，所述下壁在所述侧壁之间延伸，所述侧壁和所述下壁限定了材料接收口；及

挖掘刃，所述挖掘刃至少部分地围绕所述材料接收口延伸，所述挖掘刃限定了在每个侧壁和所述下壁之间延伸的连续的圆形轮廓。

21.根据权利要求20所述的铲斗，还包括沿着所述挖掘刃的长度定位的多个齿。

22.根据权利要求20所述的铲斗，其中所述挖掘刃的圆形轮廓具有至少为所述侧壁之间的距离的5％的半径。

23.根据权利要求20所述的铲斗，还包括端壁，其中所述侧壁、下壁和挖掘刃限定主体，所述主体包括第一端和第二端，所述材料接收口靠近所述第一端定位，所述第二端限定材料排放口，所述主体在靠近所述第二端处可枢转地连接到所述端壁，从而选择性地打开和闭合所述材料排放口。

24.根据权利要求23所述的铲斗，还包括致动器，所述致动器包括连接到所述端壁的第一端以及连接到所述主体的第二端，从而所述致动器的操作使得所述主体相对于所述端壁枢转。

25.根据权利要求23所述的铲斗，其中所述主体还包括在所述材料接收口和所述材料排放口之间延伸的内表面，所述内表面限定了靠近所述材料排放口的排放边缘，其中当所述主体相对于所述端壁枢转时，所述排放边缘保持低于所述内表面的任意其它部分。

26.根据权利要求20所述的铲斗，其中所述端壁包括第一关节，所述第一关节连接到越过所述吊杆的端部的提升绳。

27.一种选择性地挖掘材料堆的方法，所述堆包括基部以及上部，所述方法包括：

提供绳铲车，所述绳铲车包括吊杆、提升绳、第一构件以及铲斗，所述吊杆具有第一端和与所述第一端相对的第二端，所述提升绳大致沿着所述吊杆延伸并且越过所述吊杆的第二端，所述第一构件可移动地连接到所述吊杆并且包括第一端和第二端，所述铲斗可枢转地连接到所述第一构件的第二端并且连接到越过所述吊杆的第二端的所述提升绳；

将所述铲斗提升到靠近所述材料堆并且位于所述基部和所述上部之间的位置；

致动连接在所述第一构件和所述铲斗之间的枢转缸以使所述铲斗旋转；以及

延伸所述第一构件以在所述基部和所述上部之间穿透所述材料堆。

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