CN112573396A - 用于提升机的提升能力系统 - Google Patents

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Abstract

一种提升机包括机器底盘、从机器底盘延伸的吊杆，以及从吊杆延伸用于联接到载荷的连接器。该机器进一步包括控制系统，该控制系统基于由该载荷引起的连接器的偏斜来确定机器的提升能力。

Description

用于提升机的提升能力系统
技术领域
本发明总体上涉及提升机，并且更具体地涉及用于此类机器的提升能力系统。
背景技术
提升机(比如铺管机)用于将大型物体提升并移动到地面中或地面上方。这种物体可以包括用于管线的大长度管道。安装这种管道可能具有挑战性。这种管线的期望位置可以是地球上一些最遥远的区域，并且管线必须穿越的地形通常是一些最崎岖的区域。陆地可以具有显著的海拔高度变化和不同类型的地面。为了安装管道，铺管机必须能够横穿这种地形，并且能够提升和准确地放置通常超过200,000磅的载荷。
当安装管道时，铺管机使用机器的侧面上的吊杆，该吊杆可以相对于机器的底盘在一定角度范围内可控地远离机器延伸。一个或多个缆索可从绞盘或其他动力源延伸通过一系列滑轮或皮带轮，并终止于抓钩或吊杆的其他合适的末端。然后抓钩可以以这种方式固定到管，使得当绞盘回跳时，管被提升。铺管机然后被导引至所期望的位置并且吊杆被降低至所期望的位置以用于准确安装管，比如安装到沟渠里。
在操作期间，铺管机将管道的重量以悬臂的方式定位成远离铺管机的底盘、发动机和底架。由于底盘、发动机和底架构成铺管机的大部分重量，取决于被提升的管的重量和吊杆的长度，所以铺管机可能遭受潜在的倾翻和不稳定。相反，如果操作铺管机小心避开机器的能力，则可以显著地限制铺管机接近所需安装位置的能力。
此外，当前对铺管机提出的要求需要更强的提升能力和吊杆长度/角度。理论上，可以简单地将铺管机做得较大和较重来满足这些需要，但是实际上，铺管机的总体占地面积受到成本、可操作性和运输考虑的限制。如上所述，需要在非常遥远和困难的位置操作铺管机。铺管机还必须足够灵活才能进行作业。此外，增加铺管机的底架和吊杆的尺寸还将增加材料方面的制造成本和燃料方面的操作成本。
授予Bonnet等人的美国专利申请出版物第2019/0033158A1号(“该’158出版物”)公开了用于铺管机的载荷力矩指示器系统和方法。该’158出版物的系统使用传感器阵列来实时确定铺管机的倾翻稳定性。传感器阵列使用全部设置在铺管机的主体上的传感器。具体地，传感器阵列可以包括载荷销、升降加速度计、吊杆绞盘编码器、车辆加速度计和吊钩绞盘编码器。虽然’158公开文件公开了一种实时确定铺管机的倾翻稳定性的系统，但是该系统没有考虑与倾翻稳定性相关的所有因素。鉴于此，需要铺管机包括提升能力系统，该提升能力系统精确地确定铺管机能够在不倾斜的情况下适应的最大载荷。
本发明的提升能力系统可以解决上述问题中的一者或多者和/或本领域中的其他问题。然而，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何具体问题的能力限定。
发明内容
在一个方面，一种提升机包括机器底盘，从该机器底盘延伸的吊杆，以及从吊杆延伸用于联接到载荷的连接器。该机器进一步包括控制系统，该控制系统基于由该载荷引起的连接器的偏斜来确定机器的提升能力。
在另一个方面，公开了一种用于确定提升机的提升能力的方法。该提升机包括底盘、从该底盘延伸的吊杆，以及从该吊杆延伸的用于联接到载荷的连接器。该方法包括感测信息，该信息包括：底盘的前倾位置、后倾位置或侧倾位置、吊杆的角度、联接到连接器的载荷、以及基于载荷的连接器的偏斜。该方法进一步包括至少基于所感测到的信息确定机器的提升能力。
在又一个方面，一种移动式铺管机包括机器底盘、从机器底盘延伸的吊杆、从机器底盘延伸的可移动配重，以及从吊杆延伸用于联接至载荷的连接器。该机器进一步包括控制系统，该控制系统包括控制器，该控制器接收指示底盘的前倾位置、后倾位置或侧倾位置、配重的位置、吊杆的角度、联接到连接器的载荷、基于载荷的连接器的偏斜的信息，并且其中控制系统至少基于该信息确定机器的实时提升能力。
附图说明
图1示出了根据本发明的具有吊车组件的示例性提升机的正视图；
图2示出了图1的提升机的侧视图；
图3示出了图1的提升机的示例性控制系统；
图4示出了与图3的控制系统相关联的示例性提升曲线；并且
图5是操作图1的示例性提升机的方法。
具体实施方式
前面的总体描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，并不限制所要求保护的特征。如在此所使用的，术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”或其其他变体旨在涵盖非排他性的内含物，使得包括一系列要素的过程、方法、物品或装置不仅包括这些要素，而且可以包括未明确列出的或这种过程、方法、物品或装置所固有的其他要素。此外，在本发明中，相对术语(比如，“约(about)”、“大致(substantially)”和“大约(approximately)”等)用于指示所陈述的值的±10％的可能变化。
图1示出了具有吊车组件20的提升机10。在整个本发明中，将参照移动式铺管机10描述提升机10，然而应当理解，机器10可以是具有吊车组件20的任何类型的提升机。铺管机10可以包括底盘12、一对驱动轨道14、可移动配重18，比如内燃机(未示出)的动力源，以及操作者的驾驶室16。如将在下面更详细地描述的，铺管机10还可以包括控制系统60，该控制系统包括联接至多个传感器64-72的控制器62、指示器74，以及位于操作员驾驶室16中的显示器78。
如图1和图2所示，吊车组件20可包括吊杆22和绞盘系统24。吊杆22可包括第一腿24和第二腿2426(图2)，该第一腿24和第二腿2426在一端独立地铰接到底盘12，并延伸到连接的吊杆顶端28。绞盘系统24可包括绞盘30和从绞盘30延伸通过一系列滑轮或皮带轮34、36的第一组提升缆索32。该吊车组件20可以进一步包括抓钩38或其他终端连接器，该抓钩或其他终端连接器通过第二组提升缆索40、滑轮42或皮带轮44以及绞盘30联接到吊杆尖端28。
参考图1和图3，控制系统60可以包括控制器62。控制器62可以包括任何适当的硬件、软件、固件等，以执行本发明中描述的方法，包括图5的方法。控制器62可以包括一个或多个处理器、存储器、通信系统和/或其他适当的硬件。处理器可以是例如单核或多核处理器、数字信号处理器、微控制器、通用中央处理单元(CPU)和/或其他常规处理器或处理/控制电路或控制器。存储器可以包括，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存或其他可移动存储器，或任何其他适当的和传统的存储器。在控制系统60的部件中使用的通信系统可以包括例如任何传统的有线和/或无线通信系统，比如以太网、蓝牙和/或无线局域网(WLAN)类型系统。控制器62的通信系统可以包括与例如传感器64-72、指示器74和显示器76的通信。此外，控制器62可以在其中存储有提升曲线100，这将在下面更详细地描述。
传感器64-72可以是配置成向控制器62提供关于铺管机10的提升能力的数据的传感器。例如，传感器64可以是吊杆角度传感器，用以提供对应于吊杆22相对于底盘12的角度的数据。吊杆角度传感器64可由控制系统60使用，用以确定吊杆22的悬突距铺管机10的底盘12的距离，或作为指示吊杆22的悬突距铺管机10的底盘12的距离的值。吊杆角度传感器64可位于吊杆顶端28处，或位于铺管机10上的其他适当位置处。传感器66可以是底盘角度传感器，其提供与铺管机10的前后倾角(94图2)和侧倾92(图1)相对应的数据。底盘角度传感器66可以位于底盘12上，或者位于铺管机10上的其他适当位置处。传感器68可以是提供关于连接到抓钩38的载荷的数据的载荷传感器。载荷传感器68可以位于绞盘系统24的滑轮或皮带轮36处，或者位于铺管机10上的其他适当位置处。传感器70可以是提供指示配重18的位置或延伸的数据的配重位置传感器。配重位置传感器70可以位于配重18上，或者位于铺管机10上的其他适当位置。传感器72可以是提供关于抓钩38的角度位置的数据的钩位置传感器。例如，钩角度传感器72可提供抓钩38相对于抓钩38的竖直基准线或“垂线”位置80的角度位置--对应于抓钩38和从滑轮或皮带轮42延伸的相关提升缆索40的位置，该滑轮或皮带轮42沿重力竖直延伸。参见图1和图2。如图1所示，抓钩38可以在侧倾方向上以远离铺管机10的侧面延伸的角度82偏斜，或者在倾角方向上以相对于垂线位置80向前或向后延伸的角度84偏斜。钩角度传感器72可以位于抓钩38上，或者位于铺管机10上的其他适当位置处。传感器64-72可以形成感测系统，并且可以包括任何标准类型的传感器，比如惯性测量单元(IMU)、角度传感器、载荷引脚型传感器、基于相机的传感器，或者提供所需数据的任何其他适当类型的传感器。
参照图1和图3，显示器76可以是任何类型的显示器、屏幕、信息面板等，用于从控制器62接收信息并向铺管机10的操作者或管理者提供信息。显示器76可以位于操作员驾驶室16中，和/或位于远程位置处。如将在下面更详细地描述的，显示器76可以提供与例如从控制系统60接收的铺管机10的提升能力相关的信息。指示器74可以是用于向铺管机10的操作者或位于铺管机10附近的人员提供信息的任何类型的指示器。例如，如图1所示，指示器74可以是一系列提供视觉提升能力信息的指示灯，比如绿色、黄色和红色的灯，这些灯基于超过控制系统60所确定的提升极限来提供对铺管机的潜在倾翻的警告。虽然指示器74显示为操作员驾驶室上的视觉指示器，但是应当理解，指示器可以替代地或附加地为听觉指示器，并且可以位于铺管机10上的任何适当位置处。
工业实用性
本发明的所公开的方面可以用于具有基于动态载荷而倾翻的潜能的任何提升机中。例如，本发明可由铺管机使用以向操作者、主管或其他人员提供铺管机10的实时提升能力信息。
参照图3和图5，在铺管机10的操作过程中，控制系统60基于来自传感器64-72的数据和提升曲线100来监测铺管机10的提升能力。实时提升能力状态的输出可以由控制器62提供给显示器76和/或指示器74。
本发明的示例性提升曲线100在图4中示出并且可以存储在控制器62中。提升曲线100可以包括一个或多个地图、表格、图表等，这些地图、表格、图表等基于各种感测的参数(例如来自传感器64-72中的一者或多者的信息)来识别铺管机10的提升极限。提升曲线100可以基于实验数据、经验数据或计算数据来编译或形成，并且可以基于铺管机10的物理属性。如图4所示，提升曲线100可以包括提供铺管机10的倾翻载荷(以千牛顿为单位)的x轴，并且y轴对应于吊杆22远离铺管机10的底盘12的悬突距离或延伸(以英尺为单位)。倾翻载荷对应于吊杆22上的载荷，该吊杆22将使铺管机10在前倾、后倾或侧倾方向上倾翻。
提升曲线100可以包括各种倾翻载荷线102-120，这些倾翻载荷线102-120识别倾翻载荷与来自传感器64-72的感测信息的关系，例如悬臂悬突距离(经由悬臂角度传感器64)、底盘12的前倾、后倾或侧倾角(经由底盘角度传感器66)、悬臂22上的载荷，例如来自管90的载荷(经由载荷传感器68)、配重18的延伸(配重位置传感器70)和抓钩38的倾斜或角度位置(经由钩角度传感器72)。例如，倾翻载荷线102可对应于配重18完全延伸至其远离底盘12的最大位置(即，CTWT 100％)以及铺管机在平坦地面上，即，从底盘角度传感器66测量不到前倾、后倾或侧倾倾斜，并且钩角度传感器72测量不到抓钩38的偏斜。因此，在这些条件下，基线倾翻载荷线102提供了点122，该点122标识了在正好超过6英尺的悬突距离处的600千牛顿的倾翻载荷。因此，如果吊杆角度传感器64指示恰好超过6英尺的悬突距离，并且载荷传感器68指示吊杆上的大于600千牛顿(例如，700千牛顿)的载荷(图4中的点124)，则铺管机10已经超过其提升能力并且存在倾翻的风险。来自提升曲线100和控制器62的该实时提升能力状态可以实时地提供给显示器76和指示器74。
倾翻载荷线104-110还可以考虑铺管机10的前倾角、后倾角和侧倾角。铺管机10的这种角度取向可以指示铺管机10在前倾角、后倾角和侧倾角方向中的一者或多者上倾斜地操作。例如，图4的提升曲线100可以包括对应于以16度的角度的前倾角(即，机器指向下坡)操作的铺管机10的一对倾翻载荷线104、106。倾翻载荷线104表示倾角方向上的倾翻载荷，并且倾翻载荷线106指示侧倾方向上的倾翻载荷。应注意的是，倾翻载荷线106与基线倾翻载荷线102相同，指示机器10的前倾角的16度不影响铺管机10的侧倾倾翻载荷。在这种情况下，倾翻载荷线104和106的复合倾翻载荷线(即，当组合倾翻载荷线104和106时的最小倾翻载荷)对应于由倾翻载荷线104夹在顶部的倾翻载荷线106。
除了前倾角的16度之外，向铺管机10增加负5度(远离沟渠)的侧倾角可使倾翻载荷线108和110倾翻。注意，倾翻载荷线110与基线倾翻载荷线102和前倾角16度的倾翻载荷线106相同。基于-5度侧倾的倾翻载荷线108对倾角倾翻载荷显示出轻微的不利影响，但对与16度的前倾角相关的复合倾翻载荷线没有影响。侧倾的-5度提供了与单独的前倾角的16度相同的基线载荷线102的限幅效果。
如上所述，提升曲线100还可以考虑抓钩38相对于铅垂线位置80的偏斜。抓钩38的偏斜可以是侧倾角偏斜角度82(图1)或倾角偏斜角度84(图2)，并且这些角度可以通过钩角度传感器72获得。参照图4的提升曲线100，倾翻载荷线112和114对应于具有抓钩38的铺管机10，抓钩38以-5度的倾角偏斜角度定位(除了上文讨论的16度的机器前倾角和-5度的机器侧倾之外)。基于抓钩38的5度倾角偏斜的倾翻载荷线112、114示出了对铺管机10的倾斜倾翻载荷的显著不利影响，如与倾翻载荷线108相比由下倾倾翻载荷线112所示。然而，抓钩38的5度倾角偏斜稍微改善了倾翻载荷，如与倾翻载荷线110相比的倾翻载荷线114向右的轻微移动所示。因此，112和114的复合倾翻载荷线对倾翻载荷线108和110的复合倾翻载荷线具有明显的消减效果。
最后，向抓钩38增加4度的额外的侧倾偏斜(除了机器倾角、机器侧倾和钩侧倾偏斜之外)，提供了倾翻载荷线116和118。注意，倾翻载荷线116与倾翻载荷线112相同。抓钩38的4度的侧倾偏斜对铺管机10的侧倾倾翻载荷具有不利影响，如由与倾翻载荷线114相比向倾翻载荷线118的左侧移位所示。倾翻载荷线116和118的复合倾翻载荷线以图4的粗线120示出，并且当铺管机具有16度(指向下坡)的机器侧角度、-5度(远离沟渠)的机器侧倾和以5度的倾角偏斜和4度的侧倾偏斜支撑管90的抓钩38时，对应于倾翻载荷线。如复合倾翻载荷线120所示，抓钩38的偏斜对铺管机10的倾翻载荷具有显著影响。例如，载荷曲线100上的点122指示当铺管机10具有完全延伸的配重，16度的机器倾角(指向下坡)和-5度的机器侧倾(远离沟渠)时，在略微超过6英尺的悬突处600千牛顿的倾翻载荷。通过增加5度的钩倾角偏斜和4度的钩侧倾偏斜，在略微超过6英尺的悬突处的倾翻载荷移动到点126，对应于倾翻载荷降低大约170千牛顿到430千牛顿的值。
图5提供了根据本发明的提升机的操作方法200。方法200包括实时监控来自传感器64-72的信息，例如悬臂悬突距离(经由悬臂角度传感器64)、底盘12的前倾角、后倾角和侧倾角(经由底盘角度传感器66)、悬臂22上的载荷(例如来自管道90的载荷(经由载荷传感器68)、配重18的延伸(配重位置传感器70)和抓钩38的偏斜或角度位置(经由钩角度传感器72)(步骤202)。将监测到的信息提供给控制器62。该方法还包括将机器的抓钩38上的实时载荷与从控制系统60的提升曲线100得出的倾翻载荷进行比较，该倾翻载荷作为悬臂悬突距离(经由悬臂角度传感器64)、底盘12的前倾角、后倾角和侧倾角(经由底盘角度传感器66)、悬臂22上的载荷(经由载荷传感器68)、配重18的延伸(配重位置传感器70)和抓钩38的偏斜或角度位置(经由钩角度传感器72)的函数(步骤204)。在步骤206中，经由显示器76和/或指示器74将实时载荷与实时倾翻载荷的关系输出给操作者、主管或其他人员。提供给显示器76和/或指示器74的信息可以采取不同的形式，比如机器的剩余提升能力的输出(作为绝对值、数字比较或剩余能力的百分比)，或者可以采取在实时载荷接近实时倾翻载荷时的警告(视觉和/或听觉)的形式。
本发明的提升能力系统可以有助于更准确地跟踪倾翻载荷，可以通过帮助避免倾翻而有助于铺管机10的安全操作，和/或通过允许机器更接近其最大能力被操作而有助于铺管机10的更有效操作。
对于本领域技术人员清楚明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所公开的系统进行各种修改和变化。通过考虑在此公开的提升能力系统的说明书和实践，该系统的其他实施例对于本领域的技术人员将是清楚明白的。本说明书和示例旨在被认为仅是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求及其等同物指示。

Claims (11)

1.一种提升机，包括：
机器底盘；
从所述机器底盘延伸的吊杆；
从所述吊杆延伸以联接到载荷的连接器；以及
控制系统，基于由所述载荷引起的所述连接器的偏斜来确定所述机器的提升能力。
2.根据权利要求1所述的提升机，其中所述连接器的所述偏斜是相对于与所述连接器相关联的铅垂线的前后位置或侧倾位置。
3.根据权利要求2所述的提升机，其中所述提升能力进一步基于所述提升机的配重的位置。
4.根据权利要求3所述的提升机，其中所述提升能力进一步基于所述底盘的第一前倾位置、后倾位置和侧倾位置。
5.根据权利要求4所述的提升机，其中所述提升能力进一步基于所述吊杆和所述载荷的悬突。
6.根据权利要求1所述的提升机，其中所述提升机是铺管机。
7.根据权利要求6所述的提升机，进一步包括用于确定所述连接器的偏斜的感测系统。
8.根据权利要求7所述的提升机，其中所述感测系统包括IMU传感器、基于相机的传感器或角度传感器中的一者。
9.根据权利要求6所述的提升机，进一步包括在所述机器上的显示器，所述显示器显示所述机器的提升能力。
10.根据权利要求6所述的提升机，其中所述提升能力是对应于在所述机器开始倾斜之前的提升能力的所述系统的能力。
11.一种用于确定提升机的提升能力的方法，所述提升机包括底盘、从所述底盘延伸的吊杆，以及从所述吊杆延伸用于联接到载荷的连接器，所述方法包括：
感测信息，包括：
所述底盘的前倾位置、后倾位置和侧倾位置；
所述吊杆的角度；
联接到所述连接器的所述载荷；
基于所述载荷的所述连接器的偏斜；以及
至少基于所感测到的信息来确定所述机器的提升能力。
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