CN107503390B - 具有被动倾斜控制的铲车 - Google Patents

Abstract

一种具有被动倾斜控制的采掘铲车，所述采掘铲车包括：吊杆，所述吊杆包括端部；提升绳，所述提升绳在所述吊杆的端部上方延伸；细长的柄，所述柄包括第一端部和第二端部，所述柄能够相对于所述吊杆移动；铲斗，铲斗用于接合所述材料堆，所述铲斗联接到所述柄的第二端部，铲斗包括一对侧壁和挖掘边缘；吊环，吊环包括一对下端部和一个上端部，每个下端部都能够枢转地联接到所述铲斗的侧壁中的一个；平衡器，平衡器能够枢转地联接到所述吊环，所述平衡器被紧固到在所述吊杆的端部上方经过的所述提升绳的端部，其中当所述提升绳提升所述铲斗穿过所述材料堆时，所述提升绳中的拉力使得所述铲斗相对于所述柄的第二端部自动地枢转期望的角度。

Description

具有被动倾斜控制的铲车

本申请是申请日为2013年1月31日、申请号为201310122272.4且发明名称为“具有被动倾斜控制的铲车”的中国发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年1月31日递交的美国临时专利申请No.61/593149的优先权，其全部公开内容通过引用而并入本文。

技术领域

本发明涉及采掘铲车的领域。具体地，本发明涉及用于控制铲斗的倾斜角度的机构。

背景技术

如图1和2所示，常规的电绳采掘铲车包括刚性地附接到柄14的铲斗10，并且活塞拉杆18在柄14和铲斗10之间提供连杆。铲斗10由附接到吊环24和平衡器26并且在吊杆槽轮30上方经过的缆线或提升绳22提升穿过料堆(未示出)。吊环组件24联接到铲斗10，并且平衡器26联接到吊环24。铲斗10包括用于接合料堆中的材料的唇部34。在提升阶段期间，铲斗10被提升绳22向上拉动通过料堆。提升绳22通过吊环24和平衡器26对铲斗10施加拉力，并且平衡器26将拉力保持在与吊杆槽轮30相切的取向。

发明内容

在常规的铲车中，活塞拉杆18的设定长度在各种挖掘条件下影响着铲斗10的性能。例如，如果挖掘面较硬，则较长的活塞拉杆长度在料堆的趾部处提供较好的穿透。然而，利用较长的活塞拉杆18，被定位在铲斗10的前边缘上的唇部34在主要水平方向上成角度，并且充填系数或被填充的铲斗10的百分比较低。可替代地，当活塞拉杆18被设定为较短长度时，唇部34在主要竖直方向上成角度。在该情形下，充填系数可能较高，但是铲斗10不能较好地穿透料堆。短活塞拉杆18通常用于挖掘较软的材料。

在一个实施例中，本发明提供一种适于挖掘材料堆的采掘铲车。该采掘铲车包括：具有端部的吊杆；在吊杆端部上延伸的提升绳；可移动地联接到吊杆的细长构件；用于接合材料堆的铲斗；吊环组件；以及活塞拉杆。所述构件包括第一端部和第二端部。铲斗联接到该构件的第二端部，并且包括挖掘边缘。吊环组件包括可枢转地联接到铲斗的第一端部，以及联接到越过吊杆的提升绳的第二端部。活塞拉杆包括可枢转地联接到吊环组件的第一端部，以及可枢转地联接到所述构件的第二端部。

在另一个实施例中，本发明提供一种用于采掘铲车的铲斗组件。该挖掘铲车包括吊杆、可移动地联接到吊杆的构件和越过吊杆的提升绳。该铲斗组件包括铲斗、吊环和活塞拉杆。该铲斗适于联接到所述构件的端部，并且包括挖掘边缘。该吊环包括第一端部和第二端部，所述第一端部可枢转地联接到铲斗，所述第二端部适于联接到越过吊杆的端部的提升绳。该活塞拉杆包括第一端部和第二端部，所述第一端部可枢转地联接到吊环，所述第二端部适于可枢转地联接到所述构件。

在又一个实施例中，本发明提供一种采掘铲车，该采掘铲车包括：吊杆；可移动地联接到吊杆的构件；相对于柄成角度地定位的铲斗主体；吊环组件；以及用于在挖掘操作期间改变铲斗主体相对于柄的角度的机构。该吊杆包括端部和在该端部上方延伸的提升绳。所述构件包括第一端部和第二端部。铲斗主体在第一关节处可枢转地联接到所述构件的第二端部，并且包括挖掘边缘。铲斗主体相对于所述构件成角度地定位。该吊环组件包括：在第二关节处可枢转地联接到铲斗主体的第一端部；和联接到越过吊杆的提升绳的第二端部。用于改变铲斗主体相对于所述构件的角度的机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆。第一连杆由在第一关节和第二关节之间延伸的铲斗的部分限定。第二连杆在第三关节处可枢转地联接到吊环组件，并且在第四关节处可枢转地联接到所述构件。第三连杆由在第二关节和第三关节之间延伸的吊环组件的部分限定。第四连杆由在第四关节和第一关节之间延伸的所述构件的部分限定。

在又一实施例中，本发明提供用于采掘铲车的吊环组件。该铲车包括：吊杆；越过吊杆的端部的提升绳；可移动地联接到吊杆的构件；联接到所述构件的端部的铲斗；联接到所述构件的活塞拉杆。该吊环组件包括：可枢转地联接到铲斗的第一端部；联接到越过吊杆的端部的提升绳的第二端部；以及可枢转地联接到活塞拉杆的拉杆关节。

本发明的其他方面将通过考虑详细说明和附图变得明确。

附图说明

图1(现有技术)是采掘铲车的一部分的侧视图。

图2(现有技术)是铲斗组件的侧视图。

图3是采掘铲车的侧视图。

图4是移除了鞍形块的图1的采掘铲车的一部分的放大侧视图。

图5是铲斗组件的侧视图。

图6是铲斗、吊环和平衡器的透视图。

图7是图5的铲斗组件的侧视图，其中示出了四杆联动机构。

图8是挖掘周期期间的图3的采掘铲车的一部分的侧视图。

图9是提升操作期间的铲斗组件的侧视图。

图10铲斗靠在地面上时是图1的采掘铲车的一部分的侧视图。

具体实施方式

在对本发明的任意实施例进行详细说明之前，应理解的是，本发明的应用不限于在以下描述中阐述的或在以下附图中示意的部件布置和结构细节。本发明能够由其它实施例实现，并且能够以各种方式实施或实现。此外，应理解的是，此处使用的措辞和术语是出于说明的目的，而不应被视为限定。此处使用的“包括”和“包含”及其变形意味着包括了后面所列出的物体和其等同物以及另外的物体。此处使用的“由…构成”及其变形意味着仅包括了后面所列出的物体及其等同物。除非特别指定或限定，则术语“安装”、“连接”、“支撑”、“联接”及其变形被广泛使用，并包括了直接和间接的安装、连接、支撑和联接。

如图3所示，采掘铲车50靠在支撑表面或地面54上，并且包括基座62、吊杆66、细长构件或柄70和铲斗组件78。基座62包括提升卷筒(未示出)，用于卷绕或拉出缆线或提升绳82。吊杆66包括联接到基座62的第一端部86，与第一端部86相反的第二端部90、吊杆槽轮94、鞍形块98和推压大轴102。吊杆槽轮94联接到吊杆66的第二端部90，并且在第二端部90上方引导绳82。绳82联接到铲斗组件78。铲斗组件78分别地随着绳82被提升卷筒卷绕或放出而升起或降低。鞍形块98通过推压大轴102可旋转地联接到吊杆66，所述推压大轴102被定位在吊杆66的第一端部86和第二端部90之间，并且横向地延伸穿过吊杆66。柄70通过鞍形块98可移动地联接到吊杆66。

如图3和4所示，柄70包括第一端部118、第二端部122(图3)和齿条126(图4)。柄70的第一端部118可移动地接收在鞍形块98中，并且柄70穿过鞍形块98，使得柄70被构造为相对于吊杆36(图3)进行旋转和平移运动。换言之，柄70能够相对于鞍形块98线性延伸，并且能够绕推压大轴102旋转。

如图4所示，推压大轴102包括花键齿轮106，该花键齿轮106限定了节圆110。齿条126接合花键齿轮106，并且推压大轴102的旋转经由齿条和齿轮机构促进了柄70的平移运动。即，推压大轴102的旋转导致花键齿轮106移动齿条126，从而相对于吊杆66延伸和缩回柄70。齿条126限定了节线130，并且节距圆110上的齿轮106与齿条126接合的点限定节点134。在柄70延伸和缩回时，节点沿着节线130移动。节点134代表柄70通常相对于吊杆66绕其旋转的点。

参考图5和6，铲斗组件78包括铲斗142、吊环组件146和活塞拉杆150。铲斗142包括铲斗主体158和铲斗门162。在一个实施例中，铲斗主体158具有用于承载材料的大致矩形中空横截面(图6)。铲斗主体158包括：用于接收铲斗主体158内的材料的接收端166；和排出端170。铲斗主体158包括顶壁178、与顶壁178相对的底壁182和两个侧壁186(图5仅示出了该两个侧壁中的一个侧壁)。顶壁178在第一关节或地面关节194处可枢转地连接到柄70的第二端部。在所示意的实施方式中，地面关节194是销连接。底壁182包括：接近接收端166的唇部190；和靠近排出端170的根部198。唇部190限定挖掘边缘210。多个齿(未示出)被连接到挖掘边缘210。铲斗门162可枢转地联接到顶壁178，并且可释放地附接到底壁182。当门闩(未示出)被触发时，铲斗门162朝柄70旋转，从而排出在铲斗主体158内的材料。在所示意的实施例中，门162绕如下关节可枢转地联接，该关节沿着与地面关节194相同的轴线设置。在其他实施例中，门162绕不与地面关节194同共轴的轴线枢转。

参考图6，吊环组件146包括吊环238和平衡器242。在其他实施例中，吊环组件146可以仅包括吊环，仅包括平衡器，或包括吊环及平衡器的另一类型的组合。在所示意的实施例中，吊环238具有包括两个端部246的马蹄形。每一个端部246均通过定位在接收端166附近的第二关节或吊环关节254而可枢转地联接到铲斗主体158的侧壁186中的一个侧壁。在所示意的实施例中，吊环关节254为销连接。平衡器242绕平衡器销256联接到吊环238。平衡器242包括具有圆化边缘的部分槽轮248。绳82(图5)绕该部分槽轮248卷绕，从而将平衡器242拴系到吊杆槽轮94。在挖掘周期中，平衡器242相对于吊环238铰接，使得绳82保持相对于吊杆槽轮94相切，而没有导致铲斗142的非期望倾斜。平衡器242防止绳82缠线并且解决松弛情况。

如图5中最佳地示出，活塞拉杆150在第三关节或拉杆关节250处可枢转地联接到吊环238，并且在靠近柄70的第二端部122的第四关节或柄关节254处可枢转地联接到柄70。在所示意的实施例中，拉杆关节250被设置在吊环关节254和平衡器销256之间，并且活塞拉杆150具有固定长度。此外，在该所示意的实施例中，拉杆关节250和臂关节254是销连接。在其他实施例中，活塞拉杆150可具有可调节的长度。

再次参考图3，前倾线218被限定为在节点134和挖掘边缘210之间延伸的线。齿线222从根部198延伸通过挖掘边缘210。前倾线218和齿线222之间的角度限定前倾角230。通常，对于柄70的给定延伸长度，前倾角230指示铲斗142的挖掘边缘210和柄70之间的相对关系。

如图7所示，铲斗组件78提供了四杆联动机构262，该四杆联动机构262用于在挖掘期间控制前倾角230(图3)。更具体地，联动机构262允许前倾角230在挖掘操作期间在没有相对于吊杆66延伸柄70(即，柄70保持固定的延伸长度)的情况下发生改变。该四杆联动机构262包括第一连杆或从动连杆266、第二连杆或耦合连杆270、第三连杆或输入连杆274和第四连杆或地面连杆278。从动连杆266由在地面关节194和吊环关节254之间的铲斗主体158的部分限定。耦合连杆270由在拉杆关节250和柄关节254之间延伸的活塞拉杆150限定。输入连杆274由在吊环关节254和拉杆关节250之间的吊环238的部分限定。地面连杆278由在柄关节254和地面关节194之间的柄70的部分限定。

图8示出了挖掘周期的示例，包括在该周期期间的挖掘边缘210的轮廓282。在蜷曲位置(在左下处以虚线示出)开始，铲斗142被推挤或移动到材料堆中(底部中心)。铲斗142然后被提升通过料堆(右中心和右上方)。尽管柄70的延伸在所示意的周期的推挤阶段期间稍微改变，但是四杆联动机构262(图7)对铲斗142的取向的正面影响是明显的。

在铲斗142被推挤到料堆中(图8底部中心)时，铲斗142以稍微向下的角度取向，从而允许联接到挖掘边缘210的齿(未示出)更好地穿透料堆的基部或趾部。在该取向中，初始的前倾角232相对较小。在铲斗142进入料堆时，绳子82被提升卷筒卷绕以将铲斗142升起或提升穿过料堆(见图8中右中心的柄70的位置)。在提升期间，活塞拉杆150传递绕吊环关节254产生的力矩，从而导致铲斗主体158远离料堆地倾斜。铲斗主体158的旋转导致大于初始前倾角232的最终前倾角234(图8的右上方)。这允许铲斗142捕获从料堆释放的脱落材料，并且为铲斗142提供更好的充填系数。

作用在吊杆槽轮94和吊环238之间的拉力沿着由绳82限定的作用线作用。由于平衡器242，绳82(并且因此拉力)保持与吊杆槽轮94大致相切。吊环238也趋于沿着与吊杆槽轮94大致相切的线对准，尽管吊环238会由于料堆对铲斗142产生的反作用力而偏离。如图8所示，在推挤和提升阶段期间，拉力在输入连杆274上(即，吊环238)引起绕吊环关节254的第一力矩。例如，在提升期间，第一力矩在图8的示例中作用在顺时针方向上。活塞拉杆150提供反作用力，该反作用力在铲斗主体158上引起绕地面关节194的第二力矩。第二力矩作用在与第一力矩相反的方向上。这导致从动连杆266(即，铲斗主体158)绕着地面关节194旋转。结果，铲斗142远离料堆(图8的示例中的逆时针方向)地旋转，从而增加了前倾角230。增加前倾角230使得来自料堆地材料填充到铲斗142的后部或靠近顶壁178的部分(图6)。

在挖掘期间，四杆联动机构262利用由吊环238的运动而产生的力矩来控制前倾角230的变化，而无需使用马达或致动器。吊环238通过平衡器242附接到绳82，无需任何额外的缆线或致动器来倾斜铲斗142。在挖掘操作期间，联动机构262利用大体上沿着提升绳82的单个作用线作用的拉力来控制前倾角230。铲斗主体158从在挖掘周期的初始阶段中的大致水平取向旋转至在挖掘周期的后期阶段中的大致竖直取向。初始位置具有相对小的前倾角230，其在推挤阶段期间促进挖掘边缘210穿透到料堆地趾部中，并且前倾角230在挖掘周期期间增加，以允许铲斗主体158接收更大量的材料并且取得更好的充填系数。这样，联动机构262控制铲斗142的行为，以优化铲斗边缘210的穿透力和铲斗142的充填系数。

如图7所示的四杆联动机构262的连杆的长度可以改变，以优化初始穿透力和充填系数。可以基于柄70在挖掘期间的行为以及被挖掘的材料的类型而定制联动机构262。每一个连杆的尺寸可以独立于其他连杆而改变，并且连杆的相对尺寸不限于在所示意的实施例中示出的布置。此外，柄70和铲斗142的行为受到推压大轴102、第二吊杆端90和吊杆槽轮94的尺寸、几何形状和相对位置(图3)的影响。这些部件限定了挖掘包络线282，并且能够被改型以优化铲斗142的行为。

四杆联动机构262改进了挖掘周期期间的穿透力。如图9所示，当铲斗向上移动穿过料堆时，料堆在铲斗边缘190上施加反作用力286。该反作用力286引起绕地面关节194的趋于逆时针旋转铲斗142的力矩。然而，活塞拉杆150提供了反作用力290，该反作用力形成抵抗反作用力286的力矩。活塞拉杆150因此辅助挖掘边缘210，从而提高挖掘边缘210和齿的掘起力并且促进铲斗142移动穿过料堆。

图9还示出了铲斗142地顶壁178可以包括吊环止动件294。该吊环止动件294与吊环238接触，并且防止吊环238相对于铲斗142过度旋转或旋转超过了期望点。

如图10所示，联动机构262允许铲斗142靠在地面54上使得底壁182相对于地面54是平的。该构造允许铲斗142执行其中铲斗142夷平(level)支撑表面54的一部分的“清理”操作。在该条件下，铲斗142是大致水平的，并且前倾角230相对较小。尽管未在图10中示出，但是在可选实施例中，当铲斗142的底壁182靠在地面54上时，吊环238和平衡器242与绳82在直线上对准。

尽管本发明已经参考特定的优选实施例进行详细说明，但在所描述的本发明的一个或多个独立方面的范围和精神内存在着变型和改型。

因此，除了方面之外，本发明提供具有被动倾斜控制的铲车。本发明的各种特征和优势在所附权利要求中阐述。

Claims (21)

1.一种用于采掘铲车的吊环组件，所述铲车包括：吊杆；提升绳，所述提升绳在所述吊杆的端部的上方经过；柄，所述柄能够相对于所述吊杆移动；铲斗，所述铲斗联接到所述柄的端部，所述吊环组件包括：

吊环，所述吊环包括：第一端部；第二端部；和拉杆关节，所述拉杆关节被定位在所述第一端部和所述第二端部之间，所述第一端部被构造成能够枢转地联接到所述铲斗；

平衡器，所述平衡器包括能够枢转地联接到所述吊环的端部，所述平衡器被构造成联接到在所述吊杆的端部的上方经过的所述提升绳；和

活塞拉杆，所述活塞拉杆包括：能够枢转地联接到所述拉杆关节的第一端部；和被构造成能够枢转地联接到所述柄的第二端部。

2.根据权利要求1所述的吊环组件，其中所述平衡器的端部能够枢转地联接到所述吊环的第二端部。

3.根据权利要求1所述的吊环组件，其中所述吊环具有马蹄形形状，使得所述吊环包括一对平行臂，每个臂限定臂端部，所述臂端部被构造成能够枢转地联接到所述铲斗的侧壁，所述吊环的第一端部由所述臂端部限定，所述吊环限定在所述臂之间延伸的横梁，所述吊环的第二端部被沿所述吊环的上边缘限定。

4.根据权利要求1所述的吊环组件，其中当从所述吊环的侧面观察时，所述吊环限定在所述吊环的第一端部和所述吊环的第二端部之间延伸的吊环轴线，其中所述拉杆关节从所述吊环轴线偏移。

5.根据权利要求1所述的吊环组件，其中所述平衡器包括具有圆化边缘的部分槽轮，所述圆化边缘被构造成接收所述提升绳的一部分，使得所述提升绳卷绕在所述圆化边缘上。

6.根据权利要求1所述的吊环组件，其中所述活塞拉杆具有固定长度。

7.一种适合于挖掘材料堆的采掘铲车，所述采掘铲车包括：

吊杆，所述吊杆包括端部；

提升绳，所述提升绳在所述吊杆的端部上方延伸；

细长的柄，所述柄包括第一端部和第二端部，所述柄能够相对于所述吊杆移动；

铲斗，所述铲斗用于接合所述材料堆，所述铲斗联接到所述柄的第二端部，所述铲斗包括一对侧壁和挖掘边缘；

吊环，所述吊环包括一对下端部和一个上端部，每个下端部都能够枢转地联接到所述铲斗的侧壁中的一个；

活塞拉杆，所述活塞拉杆包括第一端部和第二端部，所述第一端部能够枢转地联接到所述吊环，所述活塞拉杆的第二端部能够枢转地联接到所述柄；

平衡器，所述平衡器能够枢转地联接到所述吊环，所述平衡器被紧固到在所述吊杆的端部上方经过的所述提升绳的端部，

其中当所述提升绳提升所述铲斗穿过所述材料堆时，所述提升绳中的拉力使得所述铲斗相对于所述柄的第二端部自动地枢转期望的角度。

8.根据权利要求7所述的采掘铲车，其中所述活塞拉杆的第一端部在位于所述吊环的上端部和所述吊环的下端部之间的位置处能够枢转地联接到所述吊环。

9.根据权利要求7所述的采掘铲车，其中所述柄经由齿条和齿轮机构能够相对于所述吊杆旋转地并且平移地移动。

10.根据权利要求7所述的采掘铲车，其中所述吊杆包括横向轴，其中所述柄能够相对于所述吊杆绕所述横向轴枢转。

11.根据权利要求10所述的采掘铲车，其中所述铲斗包括：材料接收开口；材料排出开口，所述材料排出开口与所述材料接收开口相对；和壁，所述壁在所述材料接收开口和所述材料排出开口之间延伸，所述挖掘边缘靠近所述材料排出开口定位，根部边缘沿着所述壁并且靠近所述材料排出开口定位，其中在所述根部边缘和所述挖掘边缘之间延伸的轴线限定齿线。

12.根据权利要求11所述的采掘铲车，其中所述柄在节点处接合所述横向轴，并且其中，在所述节点和所述挖掘边缘之间延伸的轴线限定前倾线，其中前倾角被限定在所述前倾线和所述齿线之间。

13.根据权利要求12所述的采掘铲车，其中所述提升绳将拉力施加到所述吊环上并且引起在所述吊环上绕所述吊环的第一端部的力矩，其中所述活塞拉杆施加反作用力以使所述铲斗相对于所述柄的第二端部旋转，所述铲斗的旋转使得所述前倾角改变。

14.根据权利要求7所述的采掘铲车，其中所述平衡器的端部能够枢转地联接到所述吊环的上端部。

15.一种用于采掘铲车的挖掘组件，所述采掘铲车包括吊杆和在所述吊杆的端部上方经过的提升绳，所述挖掘组件包括：

柄，所述柄被构造成被支撑以用于相对于所述吊杆移动，所述柄包括第一端部和第二端部；

铲斗，所述铲斗联接到所述柄的第二端部，所述铲斗包括挖掘边缘；

吊环，所述吊环包括第一端部和第二端部，所述第一端部能够枢转地联接到所述铲斗；

平衡器，所述平衡器能够枢转地联接到所述吊环，所述平衡器被构造成紧固到所述提升绳的端部；

活塞拉杆，所述活塞拉杆包括第一端部和第二端部，所述第一端部能够在所述吊环的第一端部和所述吊环的第二端部之间枢转地联接到所述吊环，所述第二端部能够枢转地联接到所述柄。

16.根据权利要求15所述的挖掘组件，其中当所述铲斗被提升穿过材料堆时，所述铲斗相对于所述柄的第二端部自动地枢转。

17.根据权利要求15所述的挖掘组件，其中所述平衡器的端部能够枢转地联接到所述吊环的第二端部。

18.根据权利要求15所述的挖掘组件，其中所述吊环具有马蹄形形状，使得所述吊环包括一对平行臂，每个臂限定臂端部，所述臂端部能够枢转地联接到所述铲斗的侧壁，所述吊环的第一端部由所述臂端部限定，所述吊环限定在所述臂之间延伸的横梁，所述吊环的第二端部被沿所述吊环的上边缘限定。

19.根据权利要求15所述的挖掘组件，其中所述铲斗包括：材料接收开口；材料排出开口，所述材料排出开口与所述材料接收开口相对；和壁，所述壁在所述材料接收开口和所述材料排出开口之间延伸，所述挖掘边缘靠近所述材料排出开口定位，根部边缘沿着所述壁并且靠近所述材料排出开口定位，其中在所述根部边缘和所述挖掘边缘之间延伸的轴线限定齿线。

20.根据权利要求19所述的挖掘组件，其中所述柄在节点处接合吊杆，并且其中在所述节点和所述挖掘边缘之间延伸的轴线限定前倾线，其中前倾角被限定在所述前倾线和所述齿线之间。

21.根据权利要求20所述的挖掘组件，其中所述提升绳将拉力施加到所述吊环上并且引起在所述吊环上绕所述吊环的第一端部的力矩，其中所述活塞拉杆施加反作用力以使所述铲斗相对于所述柄的第二端部旋转，所述铲斗的旋转使得所述前倾角改变。

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