CN115140664A - 用于起重机器的配重系统 - Google Patents

Abstract

一种移动式铺管机器包括具有前端、后端、第一侧和第二侧的机器底盘，以及从机器底盘的第一侧延伸的吊杆。移动式铺管机器还包括从机器底盘的第二侧延伸的可移动配重系统，可移动配重系统选择性地可移动以在向前或向后方向中的至少一个方向上改变机器的重心。

Description

用于起重机器的配重系统

技术领域

本发明总体上涉及起重机器，并且更具体地涉及用于这种机器的配重系统。

背景技术

起重机器，诸如铺管机器，用于将大型物体提升和移动到地面内或地面上。这种物体可以包括用于管线的大长度导管。这种导管的安装可能具有挑战性。这种管线的期望位置可能是地球上一些最偏远的区域，并且管线必须穿越的地形通常是一些最崎岖的区域。陆地可能具有显著的海拔变化和不同类型的地面。为了安装导管，铺管机器必须能够穿越这种地形并且能够提升和准确地放置通常超过200，000磅的负载。

当安装导管时，铺管机器使用机器侧面的吊杆，该吊杆可以相对于机器底盘在一定角度范围内可控制地远离机器延伸。一根或多根缆索可以从绞盘或其他动力源延伸穿过一系列滑轮或皮带轮，并终止于吊杆的抓钩或其他合适的末端。然后，抓钩可以以这样的方式固定到管道上，即当绞盘反冲时，管道就会被提升。然后将铺管机器导航到期望的位置，并将吊杆降低到期望的位置，以准确地安装管道，诸如安装到沟渠中。

在操作期间，铺管机器以悬臂方式将导管的重量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，根据被提升的管道的重量和吊杆臂的长度，铺管机可能会发生潜在的倾斜和不稳定性。通过使配重组件在机器的与吊杆相对的一侧上远离铺管机器延伸，可以抵消这种沿滚动方向的潜在倾斜。然而，这种配重组件不能解决沿前后(向前或向后)方向的潜在倾斜。

目前对铺管机器的要求需要更高的提升能力和吊杆长度/角度。理论上铺管机可以简单地制造得较大和较重以满足这些需要，但实际上铺管机的总占地面积受到成本、可操作性和运输考虑的限制。如上所述，铺管机需要在非常偏远和困难的位置操作。铺管机器还必须足够灵活以执行作业。此外，使铺管机的底架和吊杆尺寸过大还将增加材料方面的制造成本和燃料方面的操作成本。

Camacho等人的美国专利第8，783，477B2号(“’477专利”)公开了一种用于铺管机器的配重系统。’477专利的配重系统通过一旦吊杆延伸超过预定距离就选择性地将配重系统远离底架展开而提供额外的提升能力。因此，配重系统解决了铺管机在滚动(侧到侧)方向的倾斜。

本发明的配重系统可以解决上述一个或多个问题和/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，而不是由解决任何特定问题的能力限定。

发明内容

根据本发明的一方面，一种移动式铺管机器包括具有前端、后端、第一侧和第二侧的机器底盘，以及从机器底盘的第一侧延伸的吊杆。移动式铺管机器还包括从机器底盘的第二侧延伸的可移动配重系统，可移动配重系统选择性地可移动以在向前或向后方向中的至少一个方向上改变机器的重心。

根据本发明的另一方面，一种移动式铺管机器包括具有前端、后端、第一侧和第二侧的机器底盘，以及从机器底盘的第一侧延伸的吊杆。移动式铺管机器还包括从机器底盘的第二侧延伸的可移动配重系统，可移动配重系统选择性地朝向和远离机器底盘的第二侧向前、向后和横向可移动，以在向前、向后和滚动方向上改变机器的重心。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于调节铺管机器的重心的方法。铺管机器包括底盘、从底盘延伸的吊杆以及从吊杆延伸的用于联接到负载的连接器。该方法包括沿向前或向后的方向选择性地移动配重组件，以改变铺管机器的向前或向后的重心。

附图说明

图1示出了根据本发明的具有吊车组件和配重组件的示例性起重机器的正视图；

图2-5示出了图1的起重机器的透视图，其中配重组件处于不同位置；

图6示出了图1的起重机器的示例性控制系统；

图7是操作图1的示例性起重机器的示例性方法。

具体实施方式

前面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，而不是对所要求保护的特征的限制。如本文所使用的，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”或其其他变型旨在覆盖非排他性的包括，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或装置不仅包括那些元素，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元素。此外，在本发明中，相对术语诸如“大约”、“基本上”和“近似地”用于表示所述值的±10％的可能变化。

图1示出了具有吊车组件20的移动式起重机器10。贯穿本发明，将参照移动式铺管机器来描述起重机器10，然而，应当理解，起重机器10可以是具有吊车组件20的任何类型的起重机器。铺管机器10可以包括向前或前端、向后或后端、底盘12、一对驱动轨道14、可移动配重系统100、诸如内燃发动机(未示出)的动力源、以及操作者驾驶室16。如下面将更详细地描述的，铺管机器10还可以包括控制系统50，其包括联接到多个传感器54-62的控制器52、指示器66和位于操作者驾驶室16中的显示器64。

如图1和2所示，吊车组件20可以居中地位于铺管机器10的一侧上，并且可以包括吊杆22和绞盘系统24。吊杆22可以包括第一和第二臂26、28(图1中仅示出一个臂)，第一和第二臂26、28在一端独立地铰接到底盘12，并延伸到连接的吊杆末端30。绞盘系统24可以包括绞盘32和从绞盘32延伸穿过一系列皮带轮或滑轮36、38的第一组提升缆索34。吊车组件20还可以包括抓钩40或其他端接连接器，其通过第二组提升缆索42、皮带轮或滑轮44，46和绞盘32联接到吊杆末端30。虽然上面描述了绞盘系统24，但是应当理解，可以采用其他系统来控制吊车组件20的各方面，诸如控制吊杆22的运动的液压致动器系统(未示出)。

配重系统100可以包括一个或多个移动配重组件，诸如一对移动配重组件102、104(图2)。每个配重组件102、104可以通常是相同的配置，因此以下对配重组件102的特定特征的引用同样适用于配重组件104，反之亦然。配重组件102、104选择性地在与底盘12相邻并垂直地位于驱动轨道14上方的完全缩回或收起位置(图5)和与底盘12和驱动轨道14横向间隔开的完全延伸的位置(图2)之间可移动。在收起位置，配重组件通常平行于铺管机器10的纵向轴线80，而在完全延伸的位置，配重组件通常垂直于机器的纵向轴线80延伸。因此，配重组件102、104中的每一个围绕大约90度的弧可移动，从而使配重组件沿向前或向后的方向(即行进方向)以及朝向和远离铺管机器10的底盘12移动。

配重组件102、104可以采用任何适当的配置，以提供每个组件在向前或向后方向上以及在横向方向上朝向和远离机器底盘12的运动。例如，参照图1和2-5所示的配重组件102，配重组件102、104可以具有包括臂或脊108的可移动搁板106和用于接收一个或多个配重112的下平台110。配重组件102、104还可以包括致动器114，用于可控制地在收起和完全延伸的位置之间移动搁板106。

可移动搁板106的臂或脊108可以通常是平面的并且在配重112的顶部与下平台110之间垂直地延伸。臂108可以包括邻近底盘12的铰链联接器116，以形成铰链连接118，铰链连接118具有在铺管机器10的一侧联接到底盘12的配合铰链联接器120。通过这种连接，可移动搁板106从铺管机器10的底盘12悬臂伸出。下平台110可以通常是平面的，从臂108水平延伸，并且可以刚性地联接到臂108。下平台110的尺寸适于接收一个或多个配重112，诸如多个水平延伸的堆叠板。

每个配重组件102、104的致动器114可以联接到铺管机器10的可移动搁板106和底盘12，使得致动器114的致动选择性地将可移动搁板106围绕水平面从完全延伸的位置可移动到完全缩回或收起位置的任何位置(例如，图2和5)。致动器114可以是例如从控制器52接收配重位置命令68的液压致动器组件(图6)，这将在下面更详细地解释。如图1中最佳示出的，致动器114可以枢转地联接到下平台110的下侧和轨道14上方的底盘12，使得致动器114的延伸将可移动搁板106朝向延伸位置移动，并且致动器114的缩回将可移动搁板106朝向缩回或收起位置移动。应当理解，致动器可以采用其他形式(例如，马达驱动致动器)，并且可以联接在任何其他适当的位置以移动配重组件102、104。配重组件102可以独立于配重组件104移动，反之亦然。如本文所使用的，关于联接到底盘12可以包括直接或间接联接。

如上所述，配重系统可以采用图中所示的可替代形式。例如，配重系统100可以仅包括一个配重组件102，配重组件102围绕上述90度的弧可枢转，或围绕180度的弧从完全缩回的向前位置可枢转，经过完全延伸的位置，并到达完全缩回的向后位置。可替代地，配重系统100可以包括配重组件，其包括水平型枢轴或四杆连接，使得配重组件可以上下移动以将配重组件朝向和远离底盘12延伸。在这种配重组件中，通过选择性地向前或向后移动承重下搁板，配重可以线性地向前或向后移动以改变前后重心。可替代地，这种系统可以被分离成独立地且选择性地向前后可移动的配重组件。在又一布置中，一个或多个配重可以沿直线轨道可移动，以允许从前向后调节，从而调节前后重心。

如将在下面更详细地讨论的，图2-5示出了根据机器俯仰和滚动以及吊车组件20的吊杆22上的负载的处于不同位置的配重组件102、104的示例。如图2所示，当两个配重组件102、104处于它们的完全延伸的位置时，它们各自的臂108相邻，通常垂直于底盘12延伸，并且彼此面对。如图5所示，当配重组件102、104均处于其完全缩回或收起位置时，它们各自的臂108通常彼此平行。此外，配重组件各自在铺管机器10的通常中心纵向位置处连接到底盘12，并且与吊车组件20(例如，吊杆末端30)通常纵向对准。如图5所示，当配重组件102、104处于其完全缩回或收起位置时，配重组件102、104不纵向延伸超过铺管机器10的前端或后端，并且例如纵向延伸近似地铺管机器10的整个长度。此外，在完全缩回的位置，配重组件102、104折在轨道14上，以便在轨道14的大部分上延伸，并且近似地延伸到轨道14的横向范围82。因此，配重组件102、104包括通常不增加铺管机器10的长度或宽度(或高度)轮廓的收起位置。

参照图6，控制系统50可以包括具有输入70和输出72的控制器52。控制器52可以包括任何适当的硬件、软件、固件等，以执行在本发明中描述的方法，包括图7的方法。控制器52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、或任何其他适当的常规存储器。控制器的软件可以存储在存储器中，并且可以包括数学方程、查找表和/或映射，诸如一个或多个升力曲线74，用于确定如下所述的值。在控制系统50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，诸如以太网、蓝牙和/或无线局域网(WLAN)类型的系统。控制器52的通信系统可以包括去往和来自控制器52的通信，例如去往或来自传感器54-62、指示器66和显示器64的通信。

到控制器52的输入70可以包括来自传感器54-62的输入，传感器54-62提供关于铺管机器10的提升能力的数据。例如，传感器54可以是吊杆角度传感器，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54可以由控制系统50用来确定或作为表示吊杆22的悬伸离开铺管机器10的底盘12的距离的值。吊杆角度传感器54可以位于吊杆末端30处或铺管机器10上的其他适当位置处。传感器56可以是底盘角度传感器，其提供对应于铺管机器10的前后俯仰和滚动的数据。底盘角度传感器56可以位于底盘12上，或铺管机器10上的其他适当位置。传感器58可以是提供关于连接到抓钩40的负载的数据的负载传感器。负载传感器58可以位于绞盘系统24的皮带轮或滑轮38处，或位于铺管机器10上的其他适当位置处。传感器60可以与每个配重组件102、104相关联，以提供指示每个配重组件102、104的方位、位置或延伸的数据。配重位置传感器60可以位于致动器114，配重组件102、104上，或铺管机器10上的其他适当位置。传感器62可以是提供关于抓钩40的角位置的数据的钩位置传感器。例如，钩角度传感器62可以提供抓钩40相对于抓钩40的垂直参照线或“铅垂线”位置的角度位置--对应于抓钩40和从沿重力垂直延伸的皮带轮或滑轮44延伸的相关提升缆索42的位置。抓钩40可以在远离铺管机器10的一侧延伸的滚动方向上偏斜，或在相对于来自吊杆末端30的铅垂线位置向前或向后延伸的俯仰方向上偏斜。钩角度传感器62可以位于抓钩40上，或铺管机器10上的其他适当位置。传感器54-62可以形成感测系统，并且可以包括任何标准类型的传感器，诸如用于底盘角度传感器56的惯性测量单元(IMU)、用于吊杆角度和钩角度传感器54，62的角度传感器、用于负载传感器58的负载销型传感器、用于配重位置传感器60的线性位置传感器或旋转传感器、基于摄像机的传感器、或用于提供所需数据的任何适当类型的传感器。

来自控制器52的输出72可以包括例如发送到显示器64和指示器66的信息，以及配重位置命令68。参照图1和6，显示器64可以是任何类型的显示器、屏幕、信息面板等，用于从控制器52接收信息并向铺管机器10的操作者或管理者提供信息。显示器64可以位于操作者驾驶室16中，和/或位于远程位置。如下面将更详细地描述的，显示器64可以提供与例如从控制系统50接收的铺管机器10的提升能力相关的信息。指示器66可以是用于向铺管机器10的操作者或位于铺管机器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66可以是一系列提供视觉提升能力信息的指示灯，诸如绿灯、黄灯和红灯，其基于超过由控制系统50确定的提升极限而提供铺管机器潜在倾斜的警告。虽然指示器66被示出为操作者驾驶室上的视觉指示器，但是应当理解，指示器可以可替代地或附加地是听觉指示器，并且可以位于铺管机器10上的任何适当位置。配重位置命令68可以包括从控制器52到致动器114的命令，用于控制致动器114的运动，从而控制配重组件102、104的位置。

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负载的倾斜潜力的任何铺管机器10。例如，本发明可以由铺管机器10使用，以在铺管机器10位于向前-向后斜坡上时提供避免铺管机器10向前-向后倾斜的辅助。

在铺管机器10的操作期间，控制系统50基于来自传感器54-62的数据监测铺管机器10的提升能力。实时提升能力状态的输出可以由控制器52提供给显示器64和/或指示器66。配重位置命令68可以根据提升能力状态和/或基于机器操作者命令自动生成。

如上所述，控制器52可以包括一个或多个地图、表格、图表等，其基于诸如来自一个或多个传感器54-62的信息的各种感测参数来识别铺管机器10的提升极限。例如，控制器52可以包括基于实验、经验或计算数据编译或形成的一个或多个升力曲线74，并且可以基于铺管机器10的物理属性。升力曲线74可以提供铺管机器10的根据来自传感器54-62的感测信息的倾斜负载，例如吊杆悬伸距离(经由吊杆角度传感器54)；底盘12的前、后和滚动角度(经由底盘角度传感器56)；吊杆22上的负载，例如来自管道90的负载(经由负载传感器58)；配重组件102、104的位置(经由配重位置传感器60)；以及抓钩40的偏斜或角度位置(经由钩角度传感器62)。倾斜负载或倾斜极限可以对应于将使铺管机器10沿向前、向后(前或后)或滚动方向中的一个或多个方向倾斜的吊杆22上的负载。例如，升力曲线74可以将感测到的信息与关于铺管机器10的倾斜负载极限的实验、经验或计算数据进行比较。来自升力曲线74和控制器52的实时提升能力状态可以实时地提供给显示器64和/或指示器66。

作为控制器52中的实时提升能力状态确定的一部分，考虑配重组件102、104的向前或向后位置。当实时提升能力状态指示铺管机器正在接近向前或向后(前后)倾斜点或倾斜负载极限时，控制器52还可以用于主动控制配重组件102、104的向前或向后运动。例如，控制器52可以发出一个或多个配重位置命令68，以致动致动器114沿向前或向后的方向移动配重组件102和/或104，以减小前后倾斜的可能性。虽然控制器52可以提供配重组件102、104的自动定位，但是配重组件102、104的定位可以附加地或可替代地由操作者命令启动，诸如通过操作者界面。配重组件102、104的这种手动启动的运动可以由操作者得出，以基于铺管机器10的向前向后斜坡来抵消沿向前向后方向的潜在倾斜。

图2-5示出了基于铺管机器10的前后斜坡的配重组件的不同位置。例如，图2描绘了均处于完全延伸的位置的配重组件102、104。当铺管机器10在平坦地面86上时，这种位置可能是合适的。在这种情况下，铺管机器10可以具有前后重心92。当铺管机器10向上定位在地面86的斜坡上时，如图3所示，向前配重102可以沿向前方向移动(自动或手动)，诸如移动到图3所示的完全缩回或收起位置。这种运动用于将前后重心92向前移动到94，从而增加铺管机器10在前后方向上的提升能力。当铺管机器10如图4所示位于地面86的下斜坡上时，向后配重组件104可以沿向后方向移动(自动或手动)，诸如移动到图4所示的完全缩回或收起位置。这种运动用于将前后重心92向后移动到96，从而增加铺管机器10在前后方向上的提升能力。虽然图3和4示出了配重组件102、104到完全缩回的位置的运动，但是应当理解，配重组件102、104可以定位在完全延伸的位置(图2)和完全缩回的位置(图5)之间的任何中间位置。例如，控制器52可以从升力曲线确定配重系统100应该增加前后倾斜能力和滚动倾斜能力。因此，配重组件102、104可以部分地向前或向后移动以增加前后倾翻能力，同时还使配重组件102、104远离底盘12延伸以增加滚动倾斜能力。因此，虽然图2和图5中所示的配重组件102、104的位置具有相同的前后重心，但图2中所示的配重组件102、104的完全延伸的位置通过将滚动重心移动离开底盘12而提供用于增加铺管机器10的滚动倾斜能力。

图7提供了根据本发明的铺管机器10的操作方法200。方法200包括实时监测来自传感器54-62的信息，例如吊杆悬伸距离(经由吊杆角度传感器54)；底盘12的前、后和滚动角度(经由底盘角度传感器56)；吊杆22上的负载，例如来自管道90的负载(经由负载传感器58)；配重组件102、104的位置(经由配重位置传感器60)；以及抓钩40的偏斜或角度位置(经由钩角度传感器62)(步骤202)。监测的信息被提供给控制器52。该方法还包括根据吊杆悬伸距离(经由吊杆角度传感器54)；底盘12的前、后和滚动角度(经由底盘角度传感器56)；吊杆22上的负载(经由负载传感器58)；配重组件102、104的位置(经由配重位置传感器60)；以及抓钩40的偏斜或角度位置(经由钩角度传感器62)，将铺管机器10的抓钩40上的实时负载与从控制系统50的升力曲线74导出的倾斜负载或极限进行比较(步骤204)。在步骤206中，经由显示器64和/或指示器66将实时负载与实时倾斜负载或极限的关系输出给操作者、管理者或其他人员。提供给显示器64和/或指示器66的信息可以采用不同的形式，诸如机器的剩余提升能力的输出(作为绝对值、数值比较或剩余能力的百分比)，或者当实时负载接近实时倾斜负载时可以采用警告(视觉和/或听觉)的形式。方法200还可以包括一个或多个配重组件102、104在完全缩回的位置和完全延伸的位置之间的自动或手动运动，以增加前后倾斜负载或极限和/或滚动倾斜负载或极限(步骤208)。如上所述，自动运动可以通过从控制器52发送到致动器114的配重位置命令68来执行，并且可以通过铺管机器10接近前后倾斜负载或极限来触发。可替代地或附加地，当显示器64或指示器66向操作者通知铺管机器10正接近倾斜负载或极限时，配重组件102、104可以手动移动。

本发明的配重系统100可以通过提供在前后(向前-向后)方向操纵铺管机器10的重心的能力而有助于铺管机器10的更大提升能力，因此在斜坡上获得提升能力优势。此外，配重组件102、104的选择性和独立控制提供了对铺管机器10的重心在前后方向和滚动方向上的宽范围的调节。配重组件102、104定位在不增加起重机器的长度、宽度或高度轮廓的收起位置的能力有助于铺管机器10的更有效运输。

对于本领域技术人员显而易见的是，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。对于本领域技术人员来说，考虑到本文公开的配重系统的说明书和实践，该系统的其他实施例将是显而易见的。说明书和示例仅被认为是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求及其等同物指示。

Claims (10)

1.一种移动式铺管机器，包括：

机器底盘，其具有前端、后端、第一侧和第二侧；

吊杆，其从所述机器底盘的所述第一侧延伸；以及

可移动配重系统，其从所述机器底盘的所述第二侧延伸，所述可移动配重系统选择性地可移动以在向前或向后方向中的至少一个方向上改变所述机器的重心。

2.根据权利要求1所述的铺管机器，其中所述配重系统包括至少一个配重组件，其在所述向前或所述向后的方向上选择性地可移动。

3.根据权利要求2所述的铺管机器，其中所述配重系统包括基于机器的向前向后斜坡自动移动所述至少一个配重组件。

4.根据权利要求3所述的铺管机器，其中所述自动运动还基于联接到所述吊杆的负载。

5.根据权利要求2所述的铺管机器，其中所述至少一个配重组件可枢转地连接到所述机器底盘的所述第二侧以围绕水平面运动。

6.根据权利要求5所述的铺管机器，其中所述至少一个配重组件包括一对配重组件。

7.根据权利要求6所述的铺管机器，其中所述一对配重组件各自可枢转通过近似地90度的范围。

8.根据权利要求6所述的铺管机器，其中所述一对配重组件独立地可移动。

9.根据权利要求6所述的铺管机器，其中所述一对配重组件可移动到收起位置，在所述收起位置，所述配重组件不增加所述铺管机器的宽度轮廓。

10.根据权利要求2所述的铺管机器，其中所述至少一个配重组件在所述铺管机器的轨道上可移动到收起位置。

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