CN111655936B - 包括具有自由回转功能的上部回转体的挖掘机 - Google Patents

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Abstract

一种用于使建筑设备的上部回转体能够自由回转的系统。作业装置附接到上部回转体，以提升和移动物体。回转马达连接到动力单元，以使上部回转体回转。控制器被电连接到作业装置和回转马达，以检测施加到作业装置的力，并且基于所检测到的力生成控制信号以控制回转马达，使得上部回转体自由回转。该系统使上部回转体能够在该上部回转体提升负载时自由回转，以在确保安全性的同时减少能量消耗。

Description

包括具有自由回转功能的上部回转体的挖掘机
技术领域
本公开涉及一种挖掘机，更具体地，涉及具有如下功能的挖掘机：即，使得上部回转体能够在该上部回转体提升负载时自由回转，以在确保安全性的同时减少能量消耗。
背景技术
在现有技术中，在挖掘机的操作期间，诸如管材等的沉重物体通常在被提升时使用绳索连接到铲斗。出于以下原因，这种操作需要大量的注意力。当在不合适的位置上操作动臂时，沉重物体可能以非预期的方式移动(例如，动臂可能在提升时在空中意外回转)。物体的这种非预期的运动会引起对事故(例如，对重型设备(例如挖掘机)周围的人员的伤害以及对重型设备的损坏)的担忧。
此外，动臂的回转的增加可能增大以下风险：重型设备(例如挖掘机)可能倾翻并且该重型设备的操作员可能因此受伤。
当物体没有从该物体所处的位置被直接竖直提升时，可能需要该重型设备施加较大的力，从而可能消耗更大量的能量。此外，因为必须执行多次精确的回转操作来竖直地提升物体，所以操作员必须长时间集中注意力。然而，虽然操作员做出了这些努力，但在执行操作时可能未正确将该设备对准，从而导致上述危险情形和浪费。
发明内容
技术问题
因此，考虑到现有技术中出现的上述问题已做出了本公开，并且本公开提出了一种构造，该构造允许挖掘机的上部回转体响应于力而自由回转，以在负载提升操作期间防止危险和浪费。
技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种用于使建筑设备的上部回转体能够自由回转的系统，该建筑设备包括下部行驶体和位于该下部行驶体上的上部回转体。该系统可包括：作业装置，该作业装置附接到上部回转体以提升和移动物体；动力单元；回转马达，该回转马达连接到动力单元以使上部回转体回转；以及控制器，该控制器电连接到作业装置和回转马达，以检测施加到作业装置的力，并且基于所检测到的力生成控制信号以控制回转马达，使得上部回转体自由回转。
还提供了一种用于使建筑设备的上部回转体能够自由回转的系统，该建筑设备包括下部行驶体和位于该下部行驶体上的上部回转体。该系统可包括：作业装置，该作业装置附接到上部回转体以提升和移动物体；液压泵；回转马达，该回转马达使上部回转体回转；回转制动器，该回转制动器控制回转马达的回转；电比例阀，该电比例阀连接到液压泵，以控制回转马达的自由回转；储罐，该储罐连接到电比例阀并容纳用于控制回转马达的液压流体；以及控制器，该控制器连接到回转制动器和电比例阀，以生成用于上部回转体的自由回转的控制信号。
该系统还可以包括压力调节器，该压力调节器连接到回转马达和电比例阀，以应对压力的异常增大。
该系统还可以包括传感器，该传感器检测施加到作业装置的力的大小和方向，并将检测到的数据传送到控制器。
该系统还可以包括自由回转开关，该自由回转开关连接到控制器，以开启或关断上部回转体的自由回转功能。
该控制器可以基于由所述传感器检测到的力和力的大小而生成控制信号。
当自由回转开关接通时，回转马达可响应于控制信号输入到该回转马达而被解除(deactiveated)，以使得上部回转体能够自由回转。
当自由回转开关接通时，电比例阀可响应于控制信号输入到该电比例阀而被解除(deactiveated)，使得上部回转体能够自由回转。
上部回转体可自由回转到与对准位置相距预定距离的点，并且可通过回转马达从该点回转到所述对准位置而不是自由回转。
当传感器所检测到的合力在向前或向后方向上而不是在向左或向右方向上施加到作业装置时，控制器可生成控制信号，该控制信号用于指示作业装置在合力被消除的方向上移动。
有利效果
本公开的应用能够在挖掘机的负载提升操作期间提高挖掘机周围的人员的安全性、以及该挖掘机的安全性。
此外，本公开能够减少挖掘机的能量浪费。
附图说明
图1A是示出了导致根据示例性实施例的具有自由回转功能的上部回转体回转的力的概念图；
图1B示出了与根据示例性实施例的上部回转体的回转相关的力为0的情况；
图1C示出了与根据示例性实施例的上部回转体的回转相关的力不为0的情况；
图2是示出了根据示例性实施例的挖掘机的概念图，该挖掘机包括具有自由回转功能的上部回转体；
图3是示出了根据示例性实施例的电动挖掘机的构造的框图，该电动挖掘机包括具有自由回转功能的上部回转体；
图4是示出了根据示例性实施例的液压挖掘机的构造的框图，该液压挖掘机包括具有自由回转功能的上部回转体；
图5是示出了除图4中所示的构造之外还包括压力调节器的构造的框图；
图6A示出了在根据示例性实施例的具有自由回转功能的上部回转体提升负载m之前的位置；
图6B示出了待提升的负载m位于竖直方向的外侧并因此被朝向挖掘机受力的情况；
图6C示出了待提升的负载m位于竖直方向的内侧并因此被相对于挖掘机向外受力的情况；
图7A示出了在根据示例性实施例的具有自由回转功能的上部回转体提升负载之前的位置；
图7B示出了当从挖掘机的角度观察时、待提升的负载位于竖直方向的左侧的情况；
图7C示出了当从挖掘机的角度观察时、待提升的负载m位于竖直方向的右侧并因此被朝向中心受力的情况；
图8A示出了当从挖掘机的角度观察时、待由具有自由回转功能的上部回转体提升的负载m位于竖直方向的右外侧的情况；
图8B示出了当从挖掘机的角度观察时、待提升的负载m位于竖直方向的左外侧的情况；并且
图8C是示出了根据待提升的负载相对于作业装置的竖直方向的位置、当负载被提升时该负载受力的方向的俯视图。
具体实施方式
本文中使用的术语“挖掘机”是指当前使用的典型挖掘机，而本文中使用的术语“液压挖掘机”是指当前使用的由液压压力致动的典型挖掘机。本文中使用的术语“电动挖掘机”是指其臂是使用电力而不是使用液压压力来致动的挖掘机。电动挖掘机的构造和操作与液压挖掘机的构造和操作基本上相同，其中，在电动挖掘机的构造中省去了与液压压力相关的部件。
将参照附图来详细描述本公开。
图1A至图1C示出了适用本公开的系统中的示例性挖掘机操作。图1A至图1C示出了挖掘机的上部回转体的动臂上升操作，其中当物体D不位于对准位置(在竖直方向上)时，上部回转体利用固定到斗杆(作业装置)的一端且固定到沉重物体D的绳索来提升该沉重物体D。此处，所述对准位置是指物体D和作业装置(例如，斗杆)在竖直方向上对准的位置。在图1A中，附图标记A表示提升该物体D的力，B表示由物体施加的力，该物体在被提升时不位于所述对准位置，并且C表示由力A和力B生成的合力(当然，在提升物体D时，绳索被拉紧)。
图1B示出了如下情况：通过力A'和B'来提升物体，并且由于该物体位于对准位置而不产生用于横向移动该物体的力，而图1C示出了由于该物体不位于对准位置、提升力A"和由物体产生的拉力B"形成合力C"的情况。在这种情况下，由于物理定律，上部回转体在合力C"终止的点处自由地停止回转。接着，斗杆的端部(即，悬挂绳索的位置)和该物体位于竖直线上。在下文中，此位置将被称为对准位置。
当如图1C中所示的那样产生力C"时，由包括具有自由回转功能的上部回转体的挖掘机执行的动臂上升操作能够使上部回转体相对于该物体进入对准位置。
这种情况将详细描述如下。
根据物理定律显而易见的是，当物体D如图1B中所示的那样被竖直提升时，竖直向下作用在物体D上的力Fmaterial等于物体D的质量m和重力加速度g的乘积mg。因此，斗杆(作业装置)可以仅通过用大于力Fmaterial的力向上拉动物体D来提升物体D。然而，如图1A或图1C中所示，在该物体不处于对准位置的情况下，当上部回转体从固定位置被释放以能够自由回转时，在挖掘机所施加的用于提升物体的力超过该物体所施加的力之前，挖掘机的上部回转体利用该物体所施加的力而自由回转到对应于该物体的位置，使得挖掘机的上部回转体与该物体对准。
下面将参照图2来描述用于实现这种自由回转的构造。
当用于该上部回转体的自由回转开启/关断开关82被接通时，位于回转马达85的端口A与储罐88之间的处于关闭位置的电比例控制阀87、以及位于回转马达85的端口B与储罐88之间的处于关闭位置的电比例控制阀87通过设定值(set values)被移动到打开位置，并且回转制动器89被释放。因此，回转马达85能够响应于操作员操纵动臂上升输入装置81而自由回转。
例如，如图1A中所示，当从操作员的角度观察时，在上部回转体的斗杆(作业装置)位于该物体的右侧时，可以通过接通上部回转体自由回转开启/关断开关82来执行动臂上升操作。在这种情况下，上部回转体向左回转以与该物体对准，在储罐88中储存的液压流体流经由处于储罐88与回转马达85的端口B之间的被设定为打开的电比例控制阀87而供应到回转马达85，并且，由回转马达85排出的液压流体流经由处于回转马达85的端口A与储罐88之间的被设定为打开的电比例控制阀87而返回到储罐88。
图4和图5示出了上述液压挖掘机中的具有自由回转功能的上部回转体的构造。该构造将被描述如下。
在提升与挖掘机的作业装置28或38连接的物体的操作期间，在力被施加到该物体的状态下，即使该物体尚未被提升，自由回转开关20或30也被接通。当传感器S检测到如上所述的施加到作业装置的力时，控制器21或31确定需要自由回转。
当确定需要自由回转时，控制器21或31生成控制信号，并将该控制信号传送到回转制动器26或36和回转马达25或35。当接收到该控制信号时，所述回转制动器解除制动功能，并且所述回转马达能够基于如上所述的液压动作而在施加合力的方向上自由回转。
图5示出了除图4中所示的构造之外还包括压力调节器的构造。压力调节器37可以是用于应对压力的异常增大的压力调节安全阀。
图3示出了不使用液压压力的电动挖掘机中的具有自由回转功能的上部回转体的构造。参照图3中所示的构造进行描述，在通过将物体连接到挖掘机的作业装置18来提升该物体的操作期间，在力被施加到该物体但该物体尚未被提升的状态下，自由回转开关10被接通。响应于传感器S检测到被施加到作业装置的力，控制器11确定需要自由回转。
当确定需要自由回转时，控制器11生成控制信号，并将该控制信号传送到回转马达15。当接收到该控制信号时，回转马达15从发动机解锁(unlock)，使得能够在施加合力的方向上执行自由回转。
如上所述，这种自由回转操作通过检测物理力而允许作业装置(斗杆)自由回转到对准位置。然而，在实际中，由于摩擦等原因，斗杆可能不能精确地移动到对准位置。因此，当作业装置已几乎已经移动到对准位置时，通过使用传感器S驱动该回转马达来执行使作业装置到达不出现横向回转力的点处的最终移动。在这种情况下，考虑到挖掘机的特性和状况，该最终移动的距离可预先被确定为预定值。
图6A示出了其中连接到作业装置的物体在竖直线上与物体对准的情况，图6B示出了其中连接到作业装置的物体相对于竖直线远离作业装置的情况，并且图6C示出了其中连接到作业装置的物体相对于竖直线邻近作业装置的情况。在这种情况下，即使自由回转开关被接通，也不执行自由回转，并且在图6B的情况下，作业装置(斗杆)向外(在向前方向上)移动，而在图6C的情况下，作业装置(斗杆)向内(在向后方向上)移动，以抵消由物体引起的拉力。
图7A、图7B和图7C示出了需要自由回转功能的情况。图7A示出了当自由回转开关被接通时不执行到对准位置的自由回转的情况，图7B示出了当自由回转开关被接通时执行向作业装置(挖掘机)的左侧回转的情况，并且图7C示出了当自由回转开关被接通时执行向作业装置(挖掘机)的右侧回转的情况。
图8A、图8B和图8C示出了图6A至图6C的情况与图7A至图7C的情况相组合的情况。在图8A至图8C所示的情况下，作业装置(上部回转体)不仅横向回转，而且还向内或向外移动。
参照图8C，在物体K相对于作业装置M的位置的相对位置上产生的力分别用箭头表示。当自由回转开关被接通时，作业装置和上部回转体在相应的箭头被消除的方向上移动(例如，向左或向右或向内或向外移动)。
在需要横向回转和向内或向外移动这二者的情况下，当自由回转开关被接通时，作业装置(斗杆)可首先执行向左或向右的自由回转，然后向内或向外移动。然而，这不是必需的，并且顺序可以变化。
附图标记说明
10、20、30、82：开关 11、21、31、83：控制器
15、25、35、85：回转马达 17：发动机(动力单元)
18、28、38：作业装置 22、32、84：液压泵
26、36、89：回转制动器 23、33、87：比例阀
24、34、88：储罐
37、86：压力调节器(安全阀)
81：动臂上升输入装置 S：传感器

Claims (7)

1.一种用于使建筑设备的上部回转体能够自由回转的系统，所述建筑设备包括下部行驶体和位于所述下部行驶体上的上部回转体，所述系统包括：
作业装置，所述作业装置附接到所述上部回转体，以提升和移动物体；
液压泵；
回转马达，所述回转马达使所述上部回转体回转；
回转制动器，所述回转制动器控制所述回转马达的回转；
电比例阀，所述电比例阀连接到所述液压泵，以控制所述回转马达的自由回转；
储罐，所述储罐连接到所述电比例阀，并容纳用于控制所述回转马达的液压流体；
传感器，所述传感器被配置成检测被施加到所述作业装置的力；以及
控制器，所述控制器连接到所述回转制动器和所述电比例阀，所述控制器被配置成：当所述传感器检测到被施加到所述作业装置的所述力时，所述控制器确定需要自由回转，并且当确定需要所述自由回转时，所述控制器生成用于所述上部回转体的自由回转的控制信号，当接收到所述控制信号时，所述回转制动器解除制动功能，
其中，所述上部回转体自由回转到与对准位置相距预定距离的点，然后通过所述回转马达从所述点回转到所述对准位置而不是自由回转，在所述对准位置上，所述物体和所述作业装置在竖直方向上对准。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括压力调节器，所述压力调节器连接到所述回转马达和所述电比例阀，以应对压力的异常增大。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器检测被施加到所述作业装置的所述力的大小和方向，并将所检测到的数据传送到所述控制器。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器基于由所述传感器检测到的所述力和所述力的大小来生成所述控制信号。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括自由回转开关，所述自由回转开关连接到所述控制器，以开启或关断所述上部回转体的自由回转功能。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，当所述自由回转开关接通时，所述电比例阀响应于所述控制信号输入到所述电比例阀而被解除，从而使所述上部回转体能够自由回转。
7.根据权利要求3所述的系统，其中，当由所述传感器检测到的合力在向前或向后方向上而不是在向左或向右方向上被施加到所述作业装置时，所述控制器生成用于指示所述作业装置在所述合力被消除的方向上移动的控制信号。
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