电回转体装置及应用该电回转体装置的工程机械的制作方法

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种电回转体装置及应用该电回转体装置的工程机械。

背景技术：

自行走式高空作业平台是一种工程机械，在结构上分为上下车两部分，下车为行驶底盘，可以满足高空作业平台利用自身动力在工作场地范围内短距离行走，上车主要包括作业平台、臂架和转台三部分，上车相对于下车可以进行整周旋转工作。上车控制设备需要下车的信号如下车制动或高低速行进等，为避免上下车之间相对转动使线束发生缠绕的现象，一般采用电回转体装置实现上下车之间的信号传递。

现有技术中有一种电回转体装置如图1所示，采用多层在高度方向上叠加设置的方式，包括电刷结构1a、导电环2a、盖体3a、基座4a和拨叉5a。其中，导电环2a和基座4a固定不动。拨叉5a与转台相连，当转台转动时，通过拨叉5a带动电刷机构1a和盖体3a绕着导电环2a做回转运动。下车的线束依次安装在各层导电环2a内部，依次通过导电环2a、电刷结构1a与上车线束进行信号传递。

在高空作业平台工作过程中，当上车转台旋转超过一定角度时，作业平台上的工作人员由于所处位置的限制，可能一时难以明确车的前后方向，如果在方向判别错误的情况下，冒然行驶高空作业平台，可能会向相反方向行进导致安全事故，所以有必要设定一个限位角度，当超过限位角度时，高空作业平台行驶手柄控制失效，只有工作人员分清楚方向，确定行驶使能以后，方可以继续执行行驶动作。

现有技术中，转台回转限位角度检测通过安装在转台底部的传感器完成，如图2所示，在上车转台固定信号传感器6a，信号传感器6a下方设有滑轮，在下车固定圆弧形导轨7a，当转台回转时，带动信号传感器6a通过下方的滑轮在导轨7a上运动。当滑轮滑动超过导轨7a的范围时，信号传感器6a没有信号输入，表明超过限位角度θ的范围。

在实际中发现，现有技术中的高空作业平台在作业时存在以下安全隐患一个或多个：

(1)上下车信号传递方面：电刷结构1a与导电环2a单边接触并旋转，当与某层电刷结构1a连接的上车线束部分发生断路故障时，该路信号传递将发生中断。

(2)极限角度判断方面：只有滑轮与导轨7a充分接触才能满足信号测量的有效性，当高空作业平台在振动工况下，信号传感器6a的滑轮与导轨7a之间容易发生接触不良，造成信号传递的突然中断，造成角极限位置的判断不准确，有可能会造成事故。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种电回转体装置及应用该电回转体装置的工程机械，能够提高高空作业平台等工程机械工作时的可靠性和安全性。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种电回转体装置，用于设在可相对转动的第一部件和第二部件之间，包括多个信号传递单元，所述多个信号传递单元中包括角位置检测和校验信号传递单元，用于传递检测和校验所述第一部件和所述第二部件相对转动的角极限位置的信号。

进一步地，角位置检测和校验信号传递单元包括第一电刷、第二电刷和第一导电环，所述第一导电环具有导电长度段和非导电长度段，所述第一电刷和所述第二电刷能够在所述第一部件和所述第二部件相对转动的角极限位置范围内输出不同的信号。

进一步地，所述第一电刷与所述第一导电环的非导电长度段对应，所述第二电刷与所述第一导电环的导电长度段对应。

进一步地，所述第一导电环的导电长度段与所述第一部件和所述第二部件之间相对转动的最大角度范围对应。

进一步地，所述第一导电环的导电长度段与所述第一部件和所述第二部件之间相对转动的最大角度以外的范围对应。

进一步地，所述角位置检测和校验信号传递单元包括角位置检测信号传递单元和角位置校验信号传递单元，所述角位置检测信号传递单元用于传递检测所述第一部件和所述第二部件相对转动的角极限位置的信号，所述角位置校验信号传递单元用于传递对所述角位置检测信号传递单元的检测结果进行校验的信号。

进一步地，所述角位置检测信号传递单元包括第二导电环和第一电刷，所述角位置校验信号传递单元包括第三导电环和第二电刷，所述第一电刷和所述第二电刷能够在所述第一部件和所述第二部件相对转动的角极限位置范围内输出不同的信号。

进一步地，所述多个信号传递单元分层叠加设置，所述角位置检测和校验信号传递单元为所述多个信号传递单元中的至少一层。

进一步地，所述多个信号传递单元分层叠加设置，每层所述信号传递单元中包括导电环和电刷，每个所述导电环至少对应两个所述电刷。

进一步地，至少两个所述电刷沿着相应所述导电环的周向等角度设置。

进一步地，每个所述导电环对应两个所述电刷，两个所述电刷的端部偏离所述导电环上电刷所在的中心平面且朝向相反。

进一步地，还包括隔板，所述隔板设在两个所述导电环对应的所述电刷之间。

进一步地，所述多个信号传递单元中还包括刷架，所述电刷设在所述刷架上，同一所述导电环对应的所述刷架相互独立。

进一步地，还包括盖体和拨动部，所述拨动部上设有槽体，所述盖体通过端部嵌设在所述槽体内以安装在所述拨动部上。

为实现上述目的，本发明第二方面提供了一种工程机械，包括上述实施例所述的电回转体装置。

进一步地，所述工程机械为高空作业平台，所述第一部件为上车，所述第二部件为下车。

进一步地，所述角位置检测和校验信号传递单元的初始位置与所述工程机械的前方位置相对应。

基于上述技术方案，本发明的电回转体装置，通过在信号传递单元中设置角位置检测和校验信号传递单元，能够传递对第一部件和第二部件相对转动的角极限位置进行检测和校验的信号。此种电回转体装置能够同时实现信号传递与角极限位置检测的功能，从而简化结构，并省去设置信号传感器的成本；而且角位置检测和校验信号传递单元的设置能够提高角极限位置检测的准确性，并减小环境振动对信号检测的影响，从而提高对角极限位置检测的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术高空作业平台中所采用电回转体装置的结构示意图；

图2为现有技术高空作业平台对角极限位置进行检测的原理示意图；

图3为本发明电回转体装置的一个实施例的结构示意图；

图4为图3所示电回转体装置的A-A剖视图；

图5是利用本发明电回转体装置对角极限位置进行检测的原理示意图。

附图标记说明

1a－电刷结构；2a－导电环；3a－盖体；4a－基座；5a－拨叉；6a－信号传感器；7a－导轨；

1－透气阀；2－盖体；3－隔板；4－电刷；5－刷架；6－导电环；7－下车线束安装口；8－拨动部；9－基座；10－接头；11－槽体；12－上车线束安装口；4A－第一电刷；4B－第二电刷；6A－第一导电环。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

为了克服现有技术中类似于自行走式高空作业平台等工程机械在作业时存在的安全隐患，提高作业的可靠性与安全性，本发明对现有技术中的电回转体装置进行了改进。该电回转体装置设在可相对转动的第一部件和第二部件之间，以实现第一部件和第二部件之间的电信号传递。此种电回转体适用于无需对转动角度实时检测，仅需对相对转动的角极限位置进行检测的场合。

以自行走式高空作业平台为例，相应地，第一部件为上车，第二部件为下车，该电回转体装置包括多个信号传递单元，用于实现多路信号的传递，例如下车制动信号或高低速行进信号等。

在具体的结构形式中，参考图3和图4所示，多个信号传递单元可以分层叠加设置，信号传递单元的数量可根据需要传递信号的种类来选择，每个信号传递单元中都可包括旋转导通的导电环6和电刷4。高空作业平台上车的转台上设有拨动部8，例如拨叉，拨动部8的内部同轴设有基座9，基座9设在下车的底盘上。多个导电环6沿自身轴线层叠设置在基座9上，相邻的导电环6之间通过绝缘材料隔开，多个电刷4层叠设在拨动部8上。当上车转台带动拨动部8旋转时，电刷4围绕导电环6转动，以实现上下车多路信号的传递。

为了实现电刷4的固定，多个信号传递单元中还包括刷架5，各个电刷4均固定在刷架5上，与电刷4的布置形式相对应地，刷架5也形成层叠布置的形式，最底层的刷架5固定在拨动部8上。各个刷架上均设有接头10，上车线束的一端分别连接到各个刷架5对应的接头10上，另一端经过上车线束安装口12与上车控制系统连接。下车线束的一端分别与各个导电环6连接，另一端经过下车线束安装口7与下车控制系统连接。

在本发明的一个实施例中，与现有技术不同的是，多个信号传递单元中包括角位置检测和校验信号传递单元，用于传递检测和校验第一部件和第二部件相对转动的角极限位置的信号。如果将本发明的电回转体装置应用到自行走式高空作业平台中，角位置检测和校验信号传递单元用于传递检测和校验上车相对于下车转动的角极限位置的信号。本发明的这种改进能够提高角极限位置检测的准确性，并减小环境振动对信号检测的影响，从而提高对角极限位置检测的可靠性。

在本发明的该实施例中，主要的改进点在于设计了角位置检测和校验信号传递单元，以将检测和校验信号提供给上车的控制器相应的功能部位，以通过控制器对上车转动的角极限位置进行判断；另外还可对多个信号传递单元中的信号传递通道进行冗余设计，以将多路信号各自以冗余的方式传递给控制器相应的功能部位，控制器在图中未示出。下面将分别对这两个主要改进点进行说明。

角位置检测和校验信号传递单元

图5是角位置检测和校验信号传递单元的第一种实施方式，将其中一层信号传递单元作为角位置检测和校验信号传递单元。角位置检测和校验信号传递单元包括第一电刷4A、第二电刷4B和第一导电环6A。其中，第一导电环6A具有导电长度段和非导电长度段，第一电刷4A和第二电刷4B能够在上车和下车相对转动的角极限位置范围内输出不同的信号。

其中，第一导电环6A的导电长度段可沿部分圆周设置，非导电长度段可采取截断设计或者用绝缘材料代替，第一电刷4A和第二电刷4B能够在转动至导电长度段的端部时输出变化的信号，以使控制器通过信号的变化实现角极限位置的判断。例如，第一电刷4A可输出用于对角极限位置进行检测的信号，同时第二电刷4B可输出不同于第一电刷4A的信号用于实现信号校验。

从图5可以看出，第一导电环6A的导电长度段与上车和下车之间相对转动的最大角度以外的范围对应，此处“对应”是指导电长度段的弧长等于最大角度范围θ以外的角度与导电环半径的乘积。相应地，第一电刷4A与第一导电环6A的非导电长度段对应，第二电刷4B与第一导电环6A的导电长度段对应。在θ不超过180°时，此种设计方式可以使第一导电环6A更长，以增加与第一导电环6A固定的可靠性，在受到振动时不容易产生移位。

另外，作为图5所示第一导电环6A的替代结构，也可以将第一导电环6A的导电长度段与上车和下车之间相对转动的最大角度范围θ对应，此处“对应”是指导电长度段的弧长等于最大角度范围θ与导电环半径的乘积。相应地，第一电刷4A与第一导电环6A的导电长度段对应，第二电刷4B与第一导电环6A的非导电长度段对应。在θ不超过180°时，此种设计方式可以使第一导电环6A具有更短的长度，以节约第一导电环6A的材料。

相比较而言，图5所示第一导电环6A设置方式的优点在于，在检测结果出现问题时，还可以对用于实现角极限位置检测的相关线路进行故障定位，具体故障定位方法如下说明。

例如，在图5所示的结构中，第一电刷4A和第二电刷4B相对于第一导电环6A的轴线对称设置，且第一电刷4A的初始位置与自行走式高空作业平台的正前方对应，在第一电刷4A和第二电刷4B对应的刷架5上分别连接有上车线束A和B，在第一导电环6A的内部连接下车线束C。下车线束C连接至自行走式高空作业平台下车电源，上车线束A用于传递角极限位置的检测信号，上车线束B用于在正常检测状态下传递对角极限位置进行校验的信号，并在角极限位置检测功能出现问题时，对线路故障源进行辅助定位。

上车线束A和第一电刷4A绕着第一导电环6A与转台同步转动，假如上车线束A和B的导通情况相反，则说明未超过最大角度范围θ，一旦上车线束A导通得电，即表明超过最大角度范围θ。这时自行走式高空作业平台行驶手柄控制失效，只有工作人员分清楚方向，确定行驶使能以后，方可以继续执行行驶动作。行驶使能是指高空作业平台可以执行行驶动作。

假如在判断出上车线束A不能正确地检测出角极限位置时，可以人为地将第一部件转到明显超过最大角度范围θ的位置，此时线束B应该处于导通状态。如果此时检测到线束A导通，线束B未导通，则表明第二电刷4B至上车线束B之间存在故障。如果线束A与B均未导通，则表明导电环6与下车线束C之间存在线路故障，或者第一电刷4A与上车线束A、第二电刷4B与上车线束B之间存在线路故障。

接下来将通过与现有技术中采用信号传感器与导轨配合的方式检测角极限位置的方案相比，来说明本发明角极限位置检测的优点。现有技术的方案中，一旦受到振动导致信号传感器移位后，很难恢复到初始位置，会造成信号一直中断。而本发明中的角位置检测和校验信号传递单元采用电刷4和第一导电环6A配合的方式，由于电刷4具有一定的弹性，与第一导电环6A的接触配合较为紧密，不容易脱开，一旦由于振动造成电刷4与第一导电环6A脱离，电刷4也会在弹性作用下很快恢复到接触状态，因而电刷4与第一导电环6A配合以对极限角度进行检测的方式可减小环境振动对信号检测的影响，从而提高对角极限位置检测的可靠性。

而且，现有技术中角极限位置检测装置设置在上车转台与下车之间，安装位置相对隐蔽，为后期设备维修带来困难。本发明的角极限位置检测装置通过电回转体装置实现，在设备维修时，无需对转台进行拆卸，只需对安装在转台上方的电回转体装置进行操作即可，能够提高拆装的便捷性，以降低维修成本。

除了图5所示的第一种实施方式，角位置检测和校验信号传递单元还可采用第二种实施方式，与第一种实施方式主要的区别在于，角位置检测信号和角位置校验信号的传递通过不同的单元来实现，则需要将信号传递单元中的至少两层作为角位置检测和校验信号传递单元，第二种实施方式在图中未示出。

角位置检测和校验信号传递单元包括角位置检测信号传递单元和角位置校验信号传递单元，角位置检测信号传递单元用于传递检测上车和下车相对转动的角极限位置的信号，角位置校验信号传递单元用于传递对角位置检测信号传递单元的检测结果进行校验的信号。

具体地，角位置检测信号传递单元包括第二导电环和第一电刷4A，角位置校验信号传递单元包括第三导电环和第二电刷4B，第一电刷4A和第二电刷4B能够在上车和下车相对转动的角极限位置范围内输出不同的信号，以便通过第二电刷4B对第一电刷4A的检测结果进行校验。其中，第二导电环和第三导电环设置为独立的形式，例如同轴设置在不同的高度上。第一电刷4A和第二电刷4B与上车电连接，第二导电环和第三导电环与下车电连接。

为了使第一电刷4A和第二电刷4B能够在上车和下车相对转动的角极限位置范围内输出不同的信号，可以使第二导电环和第三导电环的导电长度段对应于最大角度范围θ以外的区域，并将第二导电环和第三导电环在高度上完全重叠设置，第一电刷4A与第二导电环的非导电长度段对应，第二电刷4B与第三导电环的导电长度段对应。

另外，为了使第一电刷4A和第二电刷4B能够在上车和下车相对转动的角极限位置范围内输出不同的信号，还可以使第二导电环的导电长度段与最大角度范围θ相对应，第三导电环的导电长度段与最大角度范围θ以外的区域相对应，并将第二导电环和第三导电环在圆周上完全错开设置，第一电刷4A与第二导电环的导电长度段对应，第二电刷4B与第三导电环的非导电长度段对应。

多个信号传递单元中的信号传递通道冗余设计

多个信号传递单元分层叠加设置，每层信号传递单元中中还包括导电环6和电刷4，每个导电环6至少对应两个电刷4。导电环6和电刷4旋转导通，电刷4与上车电连接，导电环6与下车电连接，用于实现上下车之间的信号传递。从电刷4的设置特点上来看，导电环6也可涵盖前述角位置校验信号传递单元中的第一导电环6A、第二导电环和第三导电环。

每个导电环6至少对应两个电刷4能够使上下车之间传递的每一路信号形成多条互为冗余的信号传递路径，在其中一个传递路径发生故障时，其它传递路径仍能正常工作，而且还能减小在受到振动时信号传递路径中断的可能，从而提高上下车之间通信的可靠性和稳定性。

优选地，至少两个电刷4沿导电环6的周向均匀设置。这种设置形式的优点在于，可使所有电刷4附加在拨动部8上的质量分布均匀，防止在拨动部8在转动时受到不平衡力的影响，而且可使导电环6整体受力均匀。当然，作为替代形式，也可以采用至少两个电刷4沿导电环6的周向非均匀布置的形式。

为了设置简单并节约成本，如图3所示，每一个导电环6对应两个电刷4，优选地，两个电刷4相对于导电环6的轴线对称设置。

更进一步地，这两个电刷4的端部偏离导电环6上电刷4所在的中心平面且朝向相反。电刷4采用此种布置形式能够有效地减小环境振动对信号传递的影响。以图3所示的方位为基准，在受到左右方向的振动时，由于两个电刷4分别位于导电环6的两侧，能够保证一边的信号稳定，在受到前后方向的振动时，两个电刷4分别贴在导电环6上电刷4所在中心平面的前后位置，也能保证一边的信号稳定。

由于第一导电环6A、第二导电环和第三导电环在周向上不封闭，为了提高固定的可靠性，在电回转体装置中包括多个导电环6时，多个导电环6同轴设置，第一导电环和第二导电环和第一导电环6A设在导电环6之间，通过上下相邻导电环6的夹持力，能够防止在周向上不封闭的导电环在振动工况下发生错位。

考虑到每个导电环6至少对应两个电刷4，这里进一步给出刷架5的设置方式。优选地，用于固定同一导电环6对应电刷4的刷架5独立设置，这样可将通过刷架5传递到电刷4上的振动隔离开来，避免不同刷架5受到的振动相互耦合从而影响信号传递的稳定性。另外，同一导电环6对应的刷架5也可以一体设置，即该刷架5可以同时安装同一导电环6对应的各个电刷4。

本发明的实施例除了在设置角位置检测和校验信号传递单元和信号冗余传递方面了改进，还存在一些其它具体结构上的改进。

如图3所示，电回转体装置还包括隔板3，隔板3设在需要实现信号隔离的两层导电环6对应的电刷4之间。具体地，隔板3可安装在需要隔离的电刷4对应的刷架5之间。隔板3的设置能够减小不同类信号之间在传递时产生的干扰，提高信号传递的准确性。

例如，结合图3，可以在隔板3的上方连接CAN总线信号，与隔板3上方相邻的三个刷架5的端头10分别连接CAN高、CAN低和CAN电阻信号。为了进一步减弱信号干扰，隔板3下方的第一个刷架5的端头10处于悬空状态。

为了实现电回转体装置的密封性，在拨动部8上设有盖体2，盖体2与拨动部8之间形成封闭的空间，以防止电回转体装置中进入杂质。为了提高封闭性，在拨动部8上设有槽体11，盖体2通过端部嵌设在槽体11内以安装在拨动部8上，还可以通过螺钉将盖体2固定在拨动部8上。

在防止杂质进入电回转体装置的基础上，还需要考虑疏散盖体2内聚集水蒸气的问题。为解决此问题，在盖体2上设有透气阀31，透气阀31的功能是疏通电回转体装置内部的气流，用于排出盖体2内的水蒸气，防止水蒸气在机壳内壁冷凝。透气阀31的设置可防止电回转体装置内部的导电件锈蚀，造成电回转体装置损坏，从而提高电回转体装置的可靠性和使用寿命。

另外，本发明还提供了一种工程机械，包括上述实施例所述的电回转体装置。

优选地，工程机械为高空作业平台，相应地，在电回转体装置主题中提到的第一部件为上车，第二部件为下车。例如，高空作业平台可以是自行走式高空作业平台或者车载式高空作业平台。除此之外，工程机械也可以是上下车之间存在相对转动，但是无需对上下车相对转动角度进行实时检测，只需判断转动极限角度的作业设备。

由于工作人员在控制高空作业平台时，处于作业平台顶端，受到所处位置的限制，上车转台旋转超过一定角度时，工作人员难以判断出车的前后方向，如果在方向判别错误的情况下，冒然行驶高空作业平台，可能会向相反方向行进导致安全事故。因而对高空作业平台限位角度的精确检测具有重要的安全意义，限位角度是当高空作业平台的转台旋转超过此角度，高空作业平台行驶手柄控制失效，只有消除行驶限制后，才能继续行驶。此项设置用来提醒平台上工作人员区分高空作业平台行驶的正反方向，避免误操作。

本发明考虑到高空作业平台操作方式的特殊性，采用了电刷4与导电环6相配合的方式实现角极限位置检测，可减小检测结果受振动的影响，能够提高对角极限位置检测的可靠性，从而提高高空作业平台的安全性。

为了能够准确地判断角极限位置，在一个优选的设置形式中，如图5所示，第一导电环6A对应两个电刷4，分别为用于输出角极限位置检测信号的第一电刷4A和用于输出角极限位置校验信号的第二电刷4B，第一电刷4A的初始位置与高空作业平台下车的前方位置相对应。这种设置方式能够准确地判断出上车相对于下车前方位置的转动角度是否超过角极限位置，以便在工作人员不能判断出车的前后方向时，及时回到初始位置，以提高作业安全性。

而且此种高空作业平台由于采用了本发明的电回转体装置，能够使上下车之间传递的信号具有冗余备份，对同一导电环6设置至少两个电刷4还能减小在受到振动时信号传递路径中断的可能，从而提高上下车之间通信的可靠性和稳定性。

当转台转动时，通过拨动部8带动电刷4，刷架5和盖体2绕着基座9和导电环转动。由于上车线束与转台相连，并随着转台同步转动，下车线束固定在静止的导电环内，上下车线束不会发生缠绕状况，上下车信号通过导电环以及在导电环表面滑动的电刷4完成稳定的信号传递。

以上对本发明的各个实施例进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。