CN109071191B - 液压起重机 - Google Patents

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Abstract

一种液压起重机包括：‑ 可旋转的柱(7)；‑ 起重机悬臂系统(10)，其包括两个或更多个可提升且可降低的起重机悬臂(11,13)；以及‑ 电子控制装置(25)，其配置成阻止将使起重机的提升力矩超过起重机的最大允许提升力矩的起重机悬臂移动的执行，并且配置成持续地确定关于起重机悬臂系统的负载悬挂点(P)的当时位置的位置信息。当起重机的提升力矩达到处于低于最大允许提升力矩的给定水平的极限值时，电子控制装置配置成阻止将增加负载悬挂点与所述竖直旋转轴线之间的水平距离的起重机悬臂移动的任何组合的执行，并且同时允许保持所述水平距离不变或者减小所述水平距离的起重机悬臂移动的任何组合的执行。

Description

液压起重机
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的液压起重机。
背景技术
为了避免液压起重机的过载，为起重机的提升力矩确定最大允许值是已知的，其考虑了起重机的强度和稳定性。起重机的提升力矩的该最大允许值在下面被称为“提升力矩最大值”。提升力矩最大值可为固定值或根据起重机的内悬臂的外摆角度确定的可变值，并且可能为限定起重机的起重机悬臂系统的当时位置的另外的变量。提升力矩最大值通常转换成对于起重机的提升缸的最大允许工作压力的对应值，并且通过限制该工作压力，确保起重机的提升力矩将不超过允许的最大提升力矩。液压起重机的过载保护系统通常配置成在起重机的提升力矩达到提升力矩最大值时停止当前执行的起重机悬臂移动，其中过载保护系统配置成仅允许此类停止直接后接预期会减小起重机的提升半径的起重机悬臂移动的执行。这通常是因为通过阻止单独的液压缸沿特定方向移动来阻止单独的起重机悬臂的某些移动方向而实现的。这种过载保护系统例如先前从GB 2 078 197 A中已知。
发明目的
本发明的目的在于提供一种在液压起重机中实施过载保护的新且有利的方式。
发明内容
根据本发明，借助于具有权利要求1中限定的特征的液压起重机来实现所述目的。
根据本发明的液压起重机包括：
- 起重机基部；
- 柱，其可旋转地安装至起重机基部，以便可绕着基本竖直的旋转轴线相对于起重机基部旋转；
- 起重机悬臂系统，其包括两个或更多个可提升且可降低的起重机悬臂，它们铰接地连接至彼此，至少包括铰接地连接至柱的第一起重机悬臂，和可伸缩地延伸以使其延伸长度能够调节的第二起重机悬臂；
- 电子控制装置，其配置成阻止将使起重机的提升力矩超过表示起重机的提升力矩的最大允许值的提升力矩最大值的起重机悬臂移动的执行；以及
- 传感器，其连接至电子控制装置并且配置成确定变量的值，所述变量的值与起重机悬臂系统的起重机悬臂的当时位置有关，其中电子控制装置配置成基于这些变量的值来确定关于起重机悬臂系统的负载悬挂点相对于所述竖直旋转轴线的当时位置的位置信息。
电子控制装置配置成在其确定起重机的提升力矩达到处于低于提升力矩最大值的给定水平的极限值时阻止将增加负载悬挂点与所述竖直旋转轴线之间的水平距离的起重机悬臂移动的任何组合的执行，并且同时允许将保持负载悬挂点与所述竖直旋转轴线之间的水平距离不变或者减小负载悬挂点与所述竖直旋转轴线之间的水平距离的起重机悬臂移动的任何组合的执行。
利用根据本发明的解决方案，对于起重机的操作员而言将例如可行的是，在检测到的过载情况下使由起重机悬臂系统承载的负载从由负载占用的位置直接竖直向下移动，并且起重机操作员可由此将负载放下在地面上的某地点处或在所述位置竖直正下方的任何其它支承表面处，而不必首先将负载移动成更靠近起重机的柱，这与以上提及的类型的现有技术过载保护系统相反，其中在现有技术过载保护系统中，起重机操作员必须在由检测到的过载情况引起的停止之后将负载移动成更靠近起重机的柱。
本发明的实施例的特征在于：
- 在第一操作模式中，电子控制装置配置成在其确定起重机的提升力矩达到极限值时阻止将增加负载悬挂点与所述竖直旋转轴线之间的水平距离的起重机悬臂移动的任何组合的执行，并且同时允许保持负载悬挂点与所述竖直旋转轴线之间的水平距离不变或者减小负载悬挂点与所述竖直旋转轴线之间的水平距离的起重机悬臂移动的任何组合的执行；
- 在第二操作模式中，电子控制装置配置成在由电子控制装置确定起重机的提升力矩达到提升力矩最大值时，停止当前执行的起重机悬臂移动，并且仅允许此类停止后接减小负载悬挂点与所述竖直旋转轴线之间的水平距离的起重机悬臂移动的组合的执行；并且
- 起重机包括切换器件，起重机操作员可借助于该切换器件从第一操作模式切换到第二操作模式。
因此，通过从第一操作模式切换到第二操作模式，对于起重机的操作员而言将可行的是，利用起重机的全部提升能力，并且由此将负载移动小段水平距离而进一步远离起重机的柱。
根据本发明的液压起重机的另外的优点以及有利特征将从以下描述和从属权利要求中显现。
附图说明
本发明将在下面参照附图借助于实施例示例来更严密地描述。在附图中：
图1为根据本发明的实施例的设有液压起重机的起重车的示意性后视图，
图2为具有用于控制不同的起重机功能的多个操纵部件的操纵单元的示意性透视图，
图3为图1的起重机的轮廓图，
图4为图1的起重机的另一轮廓图，以及
图5为根据本发明的实施例的起重机的示意性图示。
具体实施方式
在本描述中，表述“可提升且可降低的起重机悬臂”是指可在竖直平面中枢转以便由此执行由起重机承载的负载的提升和降低的起重机悬臂。表述“用于提升和降低起重机悬臂的液压缸”在此处是指与可提升且可降低的起重机悬臂相关联并且在竖直平面中执行其枢转的液压缸。
图1示出安装在框架2上的液压起重机1，其例如可连接至起重车4的底盘3。框架2设有可调节的支承腿部5，用于支承起重机1。
起重机1包括：
- 起重机基部6，其固定至框架2；
- 柱7，其可旋转地安装至起重机基部6，以便可借助于促动装置8绕着基本竖直的旋转轴线A1相对于起重机基部旋转；
- 可提升且可降低的第一起重机悬臂11，此处被称为内悬臂，其铰接地连接至柱7，使得其可绕着基本水平的旋转轴线A2相对于柱枢转；
- 第一液压缸12，此处被称为提升缸，用于相对于柱7提升和降低内悬臂11；
- 可提升且可降低的第二起重机悬臂13，此处被称为外悬臂，其以铰接地连接至内悬臂11，使得其可绕着基本水平的旋转轴线A3相对于内悬臂枢转；以及
- 第二液压缸14，此处称为被外悬臂缸，用于相对于内悬臂11提升和降低外悬臂13。
在示出的示例中，提升缸12包括铰接地连接至柱7的缸部分12a，和接收在缸部分12a中并且可相对于缸部分12a移位的活塞，其中活塞固定至活塞杆12b，活塞杆12b铰接地连接至内悬臂11。外悬臂缸14包括铰接地连接至内悬臂11的缸部分14a，和接收在缸部分14a中并且可相对于缸部分14a移位的活塞，其中活塞固定至活塞杆14b，活塞杆14b铰接地连接至外悬臂13。
在示出的实施例中，起重机1的起重机悬臂系统10由内悬臂11和外悬臂13以及相关的液压缸形成。然而，起重机1的起重机悬臂系统10还可包括铰接地连接至彼此的多于两个可提升且可降低的起重机悬臂。作为示例，呈所谓的起重臂形式的可提升且可降低的起重机悬臂可安装至外悬臂13的外端部，以由此使执行需要更大范围的提升操作成为可能。
外悬臂13可伸缩地延伸，以使其延伸长度L能够调节。在示出的示例中，外悬臂13包括一个伸缩式起重机悬臂区段13b，其可滑动地接收在外悬臂13的基部区段13a中并且可沿基部区段13a的纵向方向移位，用于外悬臂13的延伸长度L的调节。伸缩式起重机悬臂区段13b可借助于由外悬臂13承载的液压缸15相对于基部区段13a移位。在示出的示例中，该液压缸15包括固定至基部区段13a的缸部分15a，和接收在缸部分15a中并且可相对于缸部分15a移位的活塞，其中活塞固定至活塞杆15b，活塞杆15b固定至伸缩式起重机悬臂区段13b。作为备选方案，外悬臂13可包括两个或更多个伸缩式起重机悬臂区段13b，它们可沿外悬臂13的纵向方向相对于彼此相互滑动，用于其延伸长度的调节。
在示出的实施例中，旋转器16铰接地紧固于外悬臂13的外端部处的负载悬挂点P，该旋转器继而承载提升吊钩17。在该情况下，待由起重机1承载的负载例如借助于提升钢丝或类似物固定至提升吊钩17。作为备选方案，任何其它合适类型的提升工具可连接至起重机悬臂系统的外端部处的负载悬挂点P。
用于控制起重机悬臂系统10的液压缸12,14,15的控制系统包括泵20(见图5)，泵20将液压流体从储存器21泵送至方向控制阀块22。方向控制阀块22包括用于起重机悬臂系统10的液压缸12,14和15中的各个的方向控制阀区段23，液压缸液压流体根据滑动部件在相应方向控制阀区段23中的设定位置以常规方式供应至液压缸12,14和15。
起重机1包括操纵单元24(见图2)，其中一个或更多个操纵部件S1-S6配置成可由起重机操作员操纵，以便控制起重机悬臂系统10的负载悬挂点P的位置。控制信号经由电缆或无线连接从操纵单元24传输至电子控制装置25(例如呈微处理器的形式)，电子控制装置25继而根据与操纵部件S1-S6的操纵有关的来自操纵单元24的控制信号来控制滑动部件在方向控制阀块22的阀区段23中的设定位置。
根据第一备选方案，电子控制装置25配置成基于来自操纵单元24的控制信号和用于悬臂末梢控制的计算模型来控制起重机悬臂移动。计算模型可例如作为算法存储在电子控制装置25的存储器中。在悬臂末梢控制的情况下，第一操纵部件S1可用于控制柱7绕着竖直旋转轴线A1相对于起重机基部6的旋转，第二操纵部件S2可用于控制负载悬挂点P沿竖直方向的移动，并且第三操纵部件S3可用于控制负载悬挂点P沿水平方向的移动。在悬臂末梢控制的情况下，操纵单元24可作为备选方案设有待用于控制负载悬挂点P沿竖直和水平方向的移动的控制杆。
作为悬臂末梢控制的备选方案，第一操纵部件S1可用于控制柱7绕着竖直旋转轴线A1相对于起重机基部6的旋转，第二操纵部件S2可用于控制提升缸12，第三操纵部件S3可用于控制外悬臂缸14，并且第四操纵部件S4可用于控制液压缸15。
各个单独的方向控制阀区段23控制至特定液压缸12,14,15的液压流体流的量级和方向，并且由此控制特定的起重机功能。为清楚起见，用于提升缸12的方向控制阀区段23仅在图5中被示出。
方向控制阀块22还包括分流阀26和电控放泄阀27，分流阀26将过量的液压流体泵送回至储存器21，电控放泄阀27可被制作成使来自泵20的整个液压流直接返回回至储存器21。
在示出的示例中，方向控制阀块22为感测负载和补偿压力类型的，这意味着供应至液压缸的液压流的量级总是与滑动部件在对应的方向控制阀区段23中的位置成比例。方向控制阀区段23包括压力限制器28、压力补偿器29以及方向控制阀30。该类型的方向控制阀块和方向控制阀区段为已知的并且可在市场上获得。而且，除了此处描述的阀装置之外的其它类型的阀装置当然可在根据本发明的起重机中使用。
负载保持阀31布置在相应的液压缸12,14,15与相关的方向控制阀区段23之间，该负载保持阀在放泄阀27被制作成使来自泵20的整个液压流直接返回回至储存器21时，确保负载将在液压系统耗完压力时保持吊挂。
传感器41,42,43,44(在图5中示意性地被示出)连接至电子控制装置25并且配置成确定变量α,β,L,θ(见图3)的值，变量α,β,L,θ的值与起重机悬臂系统10的起重机悬臂11,13的当时位置有关，并且电子控制装置25配置成基于这些变量α,β,L,θ的值持续地确定关于起重机悬臂系统10的负载悬挂点P相对于竖直旋转轴线A1的当时位置的位置信息。在具有图1、图3、图4和图5中示出的配置的起重机1中，所述变量包括：
- 变量α，其表示内悬臂11的外摆角度；
- 变量β，其表示外悬臂13的外摆角度；
- 变量L，其表示外悬臂13的延伸长度；以及
- 变量θ，其表示柱7的回转角度。
外摆角度α,β、延伸长度L以及回转角度θ一起限定根据图1、图3、图4和图5的起重机悬臂系统10和起重机的负载悬挂点P的位置，并且这些变量将因此提供关于起重机悬臂系统10和包括在其中的起重机悬臂11,13的当时位置的完整信息。
在图3和图4中示出的示例中，内悬臂11的外摆角度α限定为内悬臂11的纵向轴线与水平面之间的角度，而外悬臂13的外摆角度β限定为外悬臂13的纵向轴线与内悬臂11的纵向轴线之间的角度。
内悬臂11的外摆角度α可例如借助于传感器41确定，传感器41持续地感测活塞杆12b相对于提升缸12的缸部分12a的位置，而外悬臂13的外摆角度β可借助于传感器42确定，传感器42持续地感测活塞杆14b相对于外悬臂缸14的缸部分14a的位置。外摆角度α为提升缸12的活塞杆12b的延伸位置的函数，并且外摆角度β为外悬臂缸14的活塞杆14b的延伸位置的函数。作为备选，这些外摆角度α,β可借助于合适的角度传感器确定，该合适的角度传感器直接地感测相应的外摆角度。
外悬臂13的延伸长度L可例如借助于传感器43确定，传感器43持续地感测活塞杆15b相对于液压缸15的缸部分15a的位置。备选地，延伸长度L可借助于包括US 5 877 693 A中所述类型的超声波接收器和超声波发射器的测量装置或者借助于任何其它合适的测量装置来确定。
柱7相对于起重机基部6的回转角度θ借助于传感器44确定，传感器44持续地感测柱的回转位置。
电子控制装置25连接至以上提及的传感器41,42,43,44，以便接收与外摆角度α、外摆角度β、延伸长度L以及回转角度θ有关的来自这些传感器的测量信号。
电子控制装置25配置成阻止将使起重机1的提升力矩超过表示起重机1的提升力矩的最大允许值的提升力矩最大值Mmax的起重机悬臂移动的执行。在由电子控制装置25确定起重机1的提升力矩达到处于低于提升力矩最大值Mmax的给定水平的极限值Mlimit时，电子控制装置25配置成阻止将增加提升半径r(见图3)(即，负载悬挂点P与以上提及的竖直旋转轴线A1之间的水平距离)的起重机悬臂移动的任何组合的执行，并且允许保持提升半径r不变或者减小提升半径r的起重机悬臂移动的任何组合的执行。因此，在确定起重机1的提升力矩达到极限值Mlimit时，电子控制装置25阻止负载悬挂点P沿将增加提升半径r的方向移动，并且同时允许负载悬挂点P的任何其它移动。
在起重机1的提升力矩达到极限值Mlimit时的情况下，内悬臂11和外悬臂13的位置由图3中的实线示出。在该情况下达到的提升半径r在图3和图4中被指示为rlimit。利用根据本发明的解决方案，起重机操作员可将负载9从用图3中的实线示出的位置直接向下移动至用图3中的虚线示出的位置。起重机操作员可因此在起重机1的提升力矩达到极限值Mlimit时的情况下，将负载9放下在由负载悬挂点P达到的点正下方的地点上。
极限值Mlimit优选地对应于提升力矩最大值Mmax的预定百分比。极限值Mlimit可例如位于对应于提升力矩最大值Mmax的95-99％(优选为98-99％)的区间内。
呈以下命名的第一和第二操作模式的两种不同的操作模式有利地被提供用于电子控制装置25。在第一操作模式中，电子控制装置25配置成在其确定起重机的提升力矩达到极限值Mlimit时阻止将增加提升半径r的起重机悬臂移动的任何组合的执行，并且允许保持提升半径r不变或者减小提升半径r的起重机悬臂移动的任何组合的执行，并且允许保持提升半径r不变或者减小提升半径r的起重机悬臂移动的任何组合的执行。在第二操作模式中，电子控制装置25配置成在由电子控制装置25确定起重机的提升力矩达到提升力矩最大值Mmax时，停止当前执行的起重机悬臂移动，并且仅允许此类停止后接减小提升半径r的起重机悬臂移动的组合的执行。在该情况下，起重机1包括例如呈操纵单元24上的操纵部件S6形式的切换器件，起重机操作员可借助于该切换器件从第一操作模式切换到第二操作模式。可在第一操作模式中达到的提升半径r在图4中被指示为rlimit，而可在第二操作模式中达到的提升半径r在图4中被指示为rmax。
电子控制装置25以常规方式有利地适于将当时的极限值Mlimit和提升力矩最大值Mmax分别转换成对于提升缸12的最大允许工作压力的对应值。在图5中示出的实施例中，起重机1包括压力传感器32，压力传感器32布置成测量提升缸12的活塞侧上的液压压力。电子控制装置25连接至压力传感器32，以便接收与所述液压压力有关的来自该传感器的测量信号。电子控制装置25持续读取来自压力传感器32的输出信号，并且将来自压力传感器的输出信号与对于提升缸12的最大允许工作压力的确定值进行比较。如果由压力传感器32感测的压力超过对于提升缸12的确定的最大允许工作压力，则电子控制装置25将信号传递至放泄阀27，放泄阀27将液压流直接放泄至储存器21，这导致液压系统耗完压力，并且当前执行的起重机悬臂移动停止。在该情况下，借助于负载保持阀31保持负载9。
在以上描述的示例中，电子控制装置25配置成使对于提升缸12的最大允许工作压力代表提升缸的活塞侧上的最大允许液压压力。然而，电子控制装置25可备选地配置成使对于提升缸12的最大允许工作压力代表提升缸中的最大允许压差。该压差被限定为提升缸的活塞侧上的液压压力减去除以汽缸比的其活塞杆侧上的液压压力。在最后提及的情况下，电子控制装置25还布置成接收来自压力传感器的测量信号，该压力传感器测量提升缸12的活塞杆侧上的液压压力，以便由此能够确定提升缸的当时的压差，并且将该压差与对于提升缸的最大允许工作压力的确定值进行比较。因此，如在本说明书中使用的表述“工作压力”是指液压缸的活塞侧上的液压压力或液压缸中的压差。
电子控制装置25可由一个单式的电子控制单元实施，如图5中示出的那样。然而，电子控制装置25可作为备选方案由两个或更多个相互协作的电子控制单元实施。
当然，本发明决不限于以上描述的实施例。相反，其修改的若干可能性应当对本领域技术人员而言为显而易见的，而不由此脱离如所附权利要求中限定的本发明的基本思想。起重机的控制系统可例如具有除了图5中示出和以上描述的控制系统外的另一设计。此外，起重机的起重机悬臂系统可具有除了图1、图3、图4和图5中示出和以上描述的起重机悬臂系统外的另一设计。

Claims (6)

1.一种液压起重机，所述液压起重机包括：
- 起重机基部(6)；
- 柱(7)，其可旋转地安装至所述起重机基部(6)，以便可绕着基本竖直的旋转轴线(A1)相对于所述起重机基部旋转；
- 起重机悬臂系统(10)，其包括两个或更多个可提升且可降低的起重机悬臂(11,13)，它们铰接地连接至彼此，至少包括铰接地连接至所述柱(7)的第一起重机悬臂(11)，和可伸缩地延伸以使其延伸长度能够调节的第二起重机悬臂(13)；
- 电子控制装置(25)，其配置成阻止将使所述起重机的提升力矩超过提升力矩最大值(Mmax)的起重机悬臂移动的执行，所述提升力矩最大值(Mmax)表示针对所述起重机的所述提升力矩的最大允许值；以及
- 传感器(41,42,43,44)，其连接至所述电子控制装置(25)并且配置成确定变量(α,β,L,θ)的值，所述变量(α,β,L,θ)的值与所述起重机悬臂系统(10)的所述起重机悬臂(11,13)的当时位置有关，其中所述电子控制装置(25)配置成基于这些变量(α,β,L,θ)的所述值来确定关于所述起重机悬臂系统(10)的负载悬挂点(P)相对于所述竖直的旋转轴线(A1)的所述当时位置的位置信息，
其特征在于，所述电子控制装置(25)在其确定所述起重机(1)的所述提升力矩达到处于低于所述提升力矩最大值(Mmax)的给定水平的极限值(Mlimit)时配置成阻止将增加所述负载悬挂点(P)与所述竖直的旋转轴线(A1)之间的水平距离(r)的起重机悬臂移动的任何组合的执行，并且同时允许将保持所述负载悬挂点(P)与所述竖直的旋转轴线(A1)之间的所述水平距离(r)不变或者减小所述负载悬挂点(P)与所述竖直的旋转轴线(A1)之间的所述水平距离(r)的起重机悬臂移动的任何组合的执行。
2.根据权利要求1所述的液压起重机，其特征在于，所述极限值(Mlimit)对应于所述提升力矩最大值(Mmax)的预定百分比。
3.根据权利要求2所述的液压起重机，其特征在于，所述极限值(Mmax)位于对应于所述提升力矩最大值(Mmax)的95-99％的区间内。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的液压起重机，其特征在于：
- 在第一操作模式中，所述电子控制装置(25)配置成在其确定所述起重机(1)的所述提升力矩达到所述极限值(Mlimit)时阻止将增加所述负载悬挂点(P)与所述竖直的旋转轴线(A1)之间的所述水平距离(r)的起重机悬臂移动的任何组合的执行，并且同时允许保持所述负载悬挂点(P)与所述竖直的旋转轴线(A1)之间的所述水平距离(r)不变或者减小所述负载悬挂点(P)与所述竖直的旋转轴线(A1)之间的所述水平距离(r)的起重机悬臂移动的任何组合的执行；
- 在第二操作模式中，所述电子控制装置(25)配置成在由所述电子控制装置(25)确定所述起重机的所述提升力矩达到所述提升力矩最大值(Mmax)时，停止当前执行的起重机悬臂移动，并且仅允许此类停止后接减小所述负载悬挂点(P)与所述竖直的旋转轴线(A1)之间的所述水平距离(r)的起重机悬臂移动的组合的执行；并且
- 所述起重机(1)包括切换器件(S6)，起重机操作员可借助于所述切换器件(S6)从所述第一操作模式切换到所述第二操作模式。
5.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的液压起重机，其特征在于，所述变量至少包括表示所述第一起重机悬臂(11)的外摆角度的第一变量(α)、表示所述第二起重机悬臂(13)的所述外摆角度的第二变量(β)，以及表示所述第二起重机悬臂(13)的延伸长度的第三变量(L)。
6.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的液压起重机，其特征在于，
- 所述起重机(1)包括操纵单元(24)，其中一个或更多个操纵部件(S1,S2,S3)配置成可由起重机操作员操纵，以便控制所述起重机悬臂系统(10)的所述负载悬挂点(P)的位置，其中所述操纵单元(24)配置成向所述电子控制装置(25)供应与所述一个或更多个操纵部件(S1,S2,S3)的操纵有关的控制信号；并且
- 所述电子控制装置(25)配置成基于所述控制信号和针对起重机悬臂末梢控制的计算模型控制所述起重机悬臂移动。
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