混凝土泵车和用于与稳定性相关地控制混凝土泵车的方法与流程

本发明涉及一种混凝土泵车(autobetonpumpe)和一种用于与稳定性相关地控制混凝土泵车的方法。

背景技术：

ep2733281a1公开了一种与稳定性相关的控制，所述控制基于对下部结构的静态重心(稳心)的计算。在从具体的支撑配置(abstuetzkonfiguration)进一步考虑整个车辆的重心和安全运行的极限的情况下，确定安全系数。安全系数相应于稳心和重心的间距与重心和安全极限的间距之间的比率。大于1的安全系数标志着安全运行。

由ep2555067a1已知一种用于混凝土输送车辆的稳定性控制，其中，确定每个部件的重心，以便由此计算出车辆的总重心。将该总重心与预设的平衡范围比较，该平衡范围考虑在水平投影中的支撑臂。在超出该平衡范围时发出警报。

ep2038493a1公开了一种带有支撑悬臂(stuetzausleger)和用于杆臂运动的控制设备的混凝土泵车。已知的控制设备包括响应于支撑悬臂的所选择的支撑配置的软件例行程序，所述软件例行程序根据所选择的支撑配置限定第一弯折臂(knickarm)围绕其弯折轴线的摆动角度和回转头围绕高度轴线的相关的回转角度范围。随之而来的是悬臂活动半径的缩短，而对于给定的支撑配置而言的径向的可行的作业区域增大。

由de102014215019a1已知一种混凝土泵车，该混凝土泵车带有由多个能摆动的杆臂形成的、能回转地布置在底盘上的回转机构处的混凝土分配杆和用于检测混凝土泵车的倾斜位置的倾斜度传感器，其中，设置有与倾斜度传感器联结的安全设备，以用于根据倾斜位置限制混凝土分配杆的作业区域。安全设备配置成根据车辆的倾斜位置限定回转机构处的回转运动和/或至少一个杆臂的摆动运动。

de10242270a1公开了一种升降平台车辆，其中，为了在不平的地形中安全地运行，在考虑到架起倾斜度的情况下对升降平台进行活动半径限定。为此，利用倾斜度传感器检测升降作业平台在其运行时的架起倾斜度，并且在不同的倾斜位置中如此进行对于允许的活动半径而言的理论-实际-比较，使得取得最大活动半径。

技术实现要素：

由此出发，根据本发明，提出一种带有权利要求1的特征的混凝土泵车以及一种带有权利要求6的特征的用于与稳定性相关地控制混凝土泵车的方法。

本发明基于以下认识：混凝土泵车的与稳定性相关的控制实时地有效地通过计算杆臂中的负载力矩以及混凝土泵车的至少两个支撑腿中的竖直力和/或水平力能实现。为此，竖直力或水平力可直接测量(例如在利用适合的传感器进行的3d力测量的情况下)，或者以传感器的方式至少检测杆臂的调节缸中的压力、杆臂铰接部的回转机构角度、支撑腿的支撑点以及混凝土泵下部结构(也就是说底盘)的倾斜度，以便在此基础上确定在至少两个支撑腿中的竖直或水平作用的力。

本发明在考虑到当前的支撑配置和机器倾斜度的情况下实现了关于混凝土泵车的实际的稳定性储备的论断和所谓的泵论断，也就是说关于在当前的机器架起(杆位置、下部结构倾斜度)中是否能够引入泵送过程的论断(在考虑到以下认识的情况下：通过用混凝土填充输送管路发生进一步的重量变化，该重量变化可将机器从稳定性储备的区域中导出)。

本说明书也覆盖了一种带有程序代码的计算机程序，其适合于当计算机程序在计算机或相应的计算单元、尤其是混凝土泵车的计算单元上运行时实施根据本发明的方法。不仅计算机程序本身而且存储在计算机可读介质上的计算机程序(计算机程序产品)都被要求。

本发明的其他优点和设计方案由说明书和附图得出。

不言而喻的是，上文提及的和下文还要阐述的特征不仅能够在相应说明的组合中使用，而且能够在其他组合中或单独地使用，而不脱离本发明的范围。

本发明依据实施例在附图中示意性地示出并且在下面参考附图详细描述。

附图说明

图1以强烈示意性的侧视图示出在倾斜的地面上的混凝土泵车，其中，杆臂摆出。

图2以俯视图示出图1的混凝土泵车，其中，支撑腿移出并且混凝土分配杆朝侧面回转。

图3以根据图2的剖切线iii-iii的侧剖视图示出对在支撑在倾斜的地面上的情况下施加到支撑腿上的力作用的图解的放大示意图。

图4以俯视图示出施加到图3的支撑腿上的力作用的图解的放大示意图。

图5示出在沿纵向方向倾斜时在混凝土泵车的极端倾斜位置和完全支撑的情况下允许的杆力矩的示例性的示意图。

图6示出在沿纵向方向倾斜时在混凝土泵车的极端倾斜位置和部分支撑的情况下允许的杆力矩的示例性的示意图

图7示出在沿横向方向倾斜时在混凝土泵车的极端倾斜位置和部分支撑的情况下允许的杆力矩的示例性的示意图。

图8示出操作显示物(bedienungsanzeige)的示例性的示意图。

具体实施方式

图1以强烈示意性的侧视图示出根据本发明的混凝土泵车10，带有底盘(下部结构)12和经由回转机构16安装在底盘12上的混凝土分配杆18，该混凝土分配杆包括能摆动的杆臂20(在所示出的实施例中三个杆臂20.1,20.2,20.3)。混凝土分配杆18的第一杆臂(a臂)20.1借助于调节缸22以能调节倾斜度的方式铰接在回转机构16处。后续的杆臂20.2,20.3能够相应地借助于(未示出的)调节缸相对于彼此摆动。

为了在运行中进行支撑，混凝土泵车10以本身已知的方式和方法具有四个能移出的(且如有可能可调节的)且能利用支撑盘(abstuetzteller)15支撑在地面u上的支撑腿14(参见图2)。此外，在底盘或下部结构12处设置有混凝土接纳料斗(betonaufnahmetrichter)24。

此外，根据本发明的混凝土泵车10包括在支撑腿14中的用于检测支撑腿14的支撑点p的支撑传感器sb、用于检测底盘12的倾斜度α的倾斜度传感器sn，用于检测回转机构16的回转角度δ的回转角度传感器sd和用于检测调节缸22中的压力的传感器sz(缸压力传感器或缸力传感器)以及布置在杆臂20中的杆角度传感器sm(第一杆臂20.1的打开角度表示为φ)。对底盘12的倾斜度(因此地面u的倾斜角度)的检测，优选沿着两个轴线测量；出于简化图示的原因，在图1中仅绘出纵向倾斜角度α(在混凝土泵车10的纵向延伸部l的剖切平面中)。在垂直于混凝土泵车10的纵向延伸部l的平面中可例如存在大约横向倾斜角度β的倾斜度(为此也参见随后对图3和4的描述)。

利用下面详细地描述的发明，实现了对混凝土泵车10的稳定性监控，以便避免在混凝土泵运行时的错误操作(尤其是在混凝土分配杆18倾斜地架起、回转/移出时对混凝土泵车10的支撑，在极限范围中的泵运行)，所述错误操作可导致机器10倾翻或机器的钢构件过载。在此，根据本发明也可(至少在受限的范围内)在增大的倾斜位置α的情况下作业，所述倾斜位置超过通常要维持的3°倾斜度。

为此，测量技术地依据适合的传感器检测如下参量：分配杆18(或更准确地说第一杆臂20.1)的一个调节缸(或多个调节缸)中的铰接式缸压力(gelenkzylinderdruck)、回转机构角度δ、支撑腿的支撑点和混凝土泵下部结构(围绕两个轴线)的倾斜度α以及a-铰链的打开角度。

作为另外的参量需要总重量、下部结构重量和下部结构重心，其基于其可变性而作为估算值纳入到计算中。

利用在杆18与下部结构12之间的剪切力和剪切力矩以及质量(杆加上下部结构)和下部结构12的重心，现在可经由简化的理论计算在所有三个维度上实时地计算支撑力。利用该计算可执行后续的检验。

可检验，仅经由两个支撑点p引导出的竖直力的份额有多大。如果超出极限值(例如95%)，机器有倾翻风险并且必须避免所有让负载力矩上升的行动。

此外，可检验施加到支撑腿14上的横向力，尤其是在强烈倾斜的机器架起的情况下(>3°)。对于所有支撑腿14检验，是否超出允许的比较负载(由支撑腿14处的水平力和竖直力构成的组合)。如果是这种情况，则机器不再允许如此移动，使得关键负载(例如在极端的倾斜位置中施加到支撑腿上的负载力矩和/或横向力或诸如此类)提高。这示例性地在图3和4中绘制：图3示出根据图2的剖切线iii-iii的围绕支撑腿14在倾斜的地面u上的支撑点p的放大的截段。沿着通过支撑腿14的平面的地面u的倾斜度用γ表示。在支撑点p处的力关系借助对于本领域技术人员而言常用的力平行四边形来呈现。

作用于支撑腿14的支撑点p处的重力(也就是说混凝土泵车作用到该支撑腿14上的总重力的份额)竖直向下指向地用fg表示。该力能够在所示出的穿过支撑腿14的剖切平面中被拆分成垂直于地面u伸延的垂直的力分量fs,u和平行于地面u伸延的平行的力分量fp。平行的力分量fp是在倾斜角度γ的情况下沿支撑腿方向作用的下坡从动力(hangabtriebskraft)。

图4以俯视图示例性地且示意性地示出将该下坡从动力fp进一步划分成平行于(通过角度γ和α限定的)总地面倾斜度的分量和垂直于支撑腿14的分量。平行于地面的总倾斜度(即在考虑到纵向倾斜角度α和沿支撑腿方向的倾斜角度γ的情况下)伸延的且作用于支撑点p处的力分量用fu表示。该力分量由平行的力分量fp和垂直于支撑腿14伸延的分量fs,14组合成。这些分量fp和fs,14是实际作用于支撑点p处的沿支撑腿方向以及横向于支撑腿的力。

最后，可检验回转机构传动装置处的转矩，同样地尤其是在强烈倾斜的机器架起(>3°)的情况下。现在，在不使回转机构16过载的情况下，杆18无法在完全延展的位置中以最大的负载力矩回转。计算对于杆回转所需的转矩；如果该转矩大于悬臂转矩，则不应当再实施提高力矩的运动。

本发明也实现了所谓的泵送预测，也就是说显示：在给定的杆位置下是否还能够泵送。为此，并行地计算在当前的杆位置和下部结构倾斜度的情况下理论上最大的负载力矩，其方式为，利用已知的角度和由机器技术说明书已知的质量来确定在最大的输送线路重量情况下的负载力矩。在此，必须对料斗24中以及水箱中的填充高度做出可靠的假设。

在此基础上，可对于当前的情形(杆位置，运行负载和倾斜度)相应对针对关键系统的安全系数(例如立稳性，腿过载和回转机构处的转矩)进行计算(控制的安全性关键的部分)。

此外，还可计算在臂处的最大的运行负载情况下在当前的杆位置和倾斜度中的非安全性关键的安全系数(例如对于“我在该架起情形或臂位置或倾斜度下还能进行泵送吗”的论断)。这些非安全性关键的安全系数仅用于操作人员的信息并且在控制中没有结果。

可设置有用于操作人员的显示物，在该显示物中相应仅显示针对当前的负荷和最大负荷的最小安全系数。由此，机器操作员可看到，他在当前的位置中是否还能够进行泵送，并且避免机器意外地将这作为提高负载力矩的过程而拒绝。

图5至8示出用于产生用于操作人员的显示物的示例性图示。

图5示出在完全支撑的情况下(也就是说在支撑腿14完全移出的情况下)在沿混凝土泵车10的纵向方向l上极端的倾斜位置中允许的杆力矩的示例性的图示。图5的图示说明，混凝土泵车10的杆构造18的运动半径的总限制的视觉显示如何由对各部分限制的观察组合成。在第一图像d1.1中，以俯视图强烈示意性地示出在支撑腿14完全移出的情况下的混凝土泵车10，由圆形实线z包围，该圆形实线表示在平面的(即无倾斜的)完全支撑的情况下(理想情况)的允许的负载力矩。因此，圆形线z是混凝土泵车的最大作用圆。此外，在第一图像d1.1中，利用虚线l1.1绘出在机器的具体倾斜位置中由于不允许的支撑腿纵向力和支撑腿横向力(参见图3和4)引起的对作用圆的限制。第二图像d1.2利用虚线l1.2示出在机器的具体倾斜位置中由于提高的回转机构力矩引起的对作用圆的限制，并且第三图像d1.3用虚线l1.3示出限制l1.1和l1.2的叠加，因此示出在当前的支撑和倾斜位置的情况下允许的最大负载力矩的极限。

图6以类似图示示出在沿纵向方向相同的倾斜位置中，但处于部分支撑下的混凝土泵车10。如由第一图像d2.1可见的，支撑腿14.1由于障碍物h而仅部分移出，而剩余的支撑腿完全移出。由此得到由于不允许的支撑腿纵向力和支撑腿横向力引起的对作用圆的经改变的限制(虚线l2.1)，因为仅部分移出的支撑腿14.1只能承担较小的陡降份额(absturzanteil)，从而在图示中处于左下方的区域中，杆臂18的移出强烈受到限制。第二图像d2.2又利用虚线l2.2类似于图5的第二图像示出在机器的具体倾斜位置和部分支撑的情况下由于提高的回转机构力矩引起的对作用圆的限制(与图5相比没有变化)，并且第三图像d2.3又利用虚线l2.3示出限制l2.1和l2.2的叠加，因此在当前的(部分)支撑和倾斜位置的情况下允许的最大负载力矩的极限。

最后，图7以类似方式依据三个图像d3.1、d3.2、d3.3示出在相应于图6中的情形而部分支撑的情况下的限制情况，但在混凝土泵车10沿横向方向的倾斜位置中(横向于纵轴线l的方向，倾斜度β)。这导致在考虑支撑腿纵向力和支撑腿横向力的情况下作用圆没有变化(图像d3.1中的线l3.1)，但导致根据图像d3.2中的虚线l3.2可见的鉴于由于提高的传动机构力矩(由于改变的倾斜位置)引起的限制而相对于图6的图示有所改变的作用圆。相应地，得到作用圆的稍微改变的叠加，如其利用图像d3.3中的虚线l3.3所示出的那样。

图8依据图7的第三图像d3.3的负载力矩-情况的示例(即由于障碍物h引起的部分支撑和横向于纵轴线l的倾斜位置β)示出可行的用于操作人员的显示图示，其中，杆臂18移出，该杆臂在图8的图示中相对于其在混凝土泵车10上的静止位置摆出了约70°。此外，该显示物给操作人员提供关于在混凝土泵车和杆臂的输送软管的当前负载的情况下负载力矩状况的提示。在图8的实施例中，这是沿着杆臂18的描绘部(wiedergabe)绘出的圆形显示物ma，所述显示物位于通过虚线l3.3描绘的作用圆内。由此，向操作人员发出信号：混凝土泵车10在非危急(绿色)区域中操作。相应地，显示物ma可例如是绿色的。为了进一步通知操作人员可附加地设置有显示物mz，所述显示物描绘在该杆位置中在允许的最大负载情况下的负载力矩状况。所述显示物mz可同样沿着杆臂18的描绘部绘出。因为涉及极限参数(在具体的杆臂位置情况下允许的最大负载)，所以该显示物同样处于线l3.3的作用圆内。在这两个显示物ma和mz之间的间距向操作人员发出信号：是否还能以及还能将多少混凝土泵送到杆臂的输送软管中。

下面作为实施例示出可行的计算方式。

负载力矩可由缸压力根据以下来计算：

最后提及的方程中的系数“hebel(即杠杆)”是与a铰链(也就是说第一杆臂20.1(a臂)与回转机构16的铰链)的铰链位置(也就是说与当前的铰链打开角度φ)有关的比例系数，该比例系数给出了在铰链力矩mlast和测量到的缸力fa-zylinder之间的关系，并且可实时地由几何形状计算出。备选地，在控制装置中可存储特性曲线族或代数方程。进一步备选地，可直接测量缸力。

然后可由臂位置计算在当前的位置中可能的最大负载力矩。

如果混凝土泵车包括能测定杆位置的传感装置，则附加地可实现：确定当输送线路用最大密度的混凝土填充时负载力矩多大，。

各个臂的重心和端部点以及所述臂在管路中带有和没有混凝土的情况下的质量用表格存储。

当如下计算以该负载力矩实施时，可给出：在当前的杆位置中是否能够泵送。当测定杆位置的传感装置以安全性为导向时，则可使用该力矩，然而在此没有认识到混凝土泵的过载(例如由于重混凝土引起的)。

接下来确定机器自重和重心。臂重量(如下面还看出的)不被纳入到计算中，但总重量和负载力矩被纳入到计算中。为了估算机器的总重量，在计算中应始终保守地考虑可能的最小臂重量。

如果考虑到如上所确定的可能的最大负载力矩，则这相应于分配杆处的经填充的输送线路(否则负载力矩将较小)。

如果考虑到事先由测量到的缸压力确定的负载力矩，则必须考虑最小臂重量，该最小臂重量可产生被测量的负载力矩。也就是说当在最小臂质量的情况下负载力矩小时，臂质量只有当完全延展的臂在没有有效负载的情况下不能再产生负载力矩时才被提升到对于产生力矩所需要的值。当然也可行的是，始终保守地考虑最小臂质量(用于导出悬臂臂组件的重心-在负载力矩一样的情况下臂越轻，重心就越远地位于“外部”)。

此外，下部结构(或总车辆)的总质量和下部结构的重心是重要的。两者通常对于每个机器在“空”的情况下测量(在工厂中测量一次)并且可被提供到控制装置中。

此外，对于下部结构质量特性重要的是支撑腿14的位置。这些位置通过常见的传感装置sb、例如本申请人的esc传感装置已知，从而在控制装置中计算其重心并且相应地可修正下部结构重心。

附加地，也可考虑混凝土泵10中的料斗24中的混凝土重量和水箱中的水。根据杆位置可/应分别考虑到最糟糕的情况(在臂向前伸时，料斗是空的，当向后泵送时，料斗是满的)。在水箱的情况下也可设想填充状态测量，其中，那么根据支撑而定必须锁定箱体的空泵送。

最后，进行对进行支撑腿力的计算。负载力矩现在可沿坐标方向进行划分(在此，不重要的是，该负载力矩来自哪种计算方法)。

支撑腿14中的力可根据静力学的材料力学的定律近似地计算：

在常用的坐标系选择中，回转头或回转机构16的位置位于坐标原点，从而杆重量从方程中落出(herausfallen)。仅机器的总重量以及下部结构重量连同重心被纳入到方程中。

当多于三个支撑腿14与底部接触时，系统是超定的，则不可实现单义的解。因此，对于这些支撑腿可假设弹簧常数，以便计算力。此外，假设机器10处于(斜倾的)平面中。对于每个另外的支撑腿(在四个支撑腿的情况下仅存在另一个支撑腿，但也可设想带有其他支撑腿的情况)，也必须还满足下列条件：

在此，对于每个支撑腿适用的是：

如果在该计算中对于力得到负的数值，则这表示：相关的支撑腿抬起。那么该支撑腿从计算中移除，并且方程组在少一个支撑腿的情况下求解。

支撑腿的刚性在一般情况下取决于移出长度和下部结构的结构类型；在此可选择性地选择常数、特性曲线族或近似公式，其在机械设计中确定或者以实验的方式确定。

一种备选的公式(其在所有空间方向上提供支撑力)利用简化的有限元模型(fem)确定支承力。该有限元模型在最简单的情况下由四个梁单元构成，所述梁单元被预先换算到回转机构中点上的力和力矩加载。在这些力和力矩中，所有负载由自重、杆、运行负载等组合成。

现在对于混凝土泵的所有决定性的部件检验允许的极限。示例性地，在此示出用于一些构件的检验。

在立稳性计算(standsicherheitsberechnung)或稳定性检验中检验：仅经由两个支撑点导出的竖直力的份额有多大。如果超出极限值(例如95%)，则机器有倾翻风险，并且必须避免所有会提升负载力矩的行动，(例如和尤其是使杆铰链移动到更不利的位置中，使回转机构行驶到更不利的位置中，利用核心泵向前泵送等)。

在检验支撑腿14的负载时假设，在机器笔直架起时，沿x方向或z方向的横向力相应于垂直力的风因数份额，有意义的是1%至5%的假设。当机器倾斜架起时，横向力近似地随着倾翻角度的正弦而升高：

由力借助于常数确定支撑腿14的比较负荷度。常数可例如在fem-设计参数中而确定或以实验的方式确定。例如适用的是：

当上述不等式对于所有支撑腿14都满足时，则当前的角度是允许的。

在此，有意义的可以是，方程中的安全系数sx至sz与相应的支撑腿的当前位置有关。安全系数可在fe系统中的设计中确定或以实验的方式确定。

回转机构传动装置处的转矩的检验尤其是在机器以>3°的倾斜度架起时进行。现在在不使回转机构以及由此还有所述杆过载的情况下，所述杆无法在完全延展的位置中以最大的负载力矩回转到任何位置中。因此，计算对于回转杆所需的转矩；如果该转矩大于悬臂转矩，则不允许再实施提高力矩的运动。

在系数sdrehwerk中包含安全性，尤其是在此可考虑风力。理论上也可行的是，在运行时确定该系数(风速表)，然而那么将易受可变的天气条件影响。

如果对臂位置的测量或该测量结果的使用停止，则此外可实现稳定性监控，然而无法得出关于在最大负载情况下的立稳性论断。

如果当前的臂位置利用可靠的传感装置测定，则由这些信号可计算在满负载的情况下的最大负载力矩。因此可始终计算出机器是否还能够在该位置中进行泵送，不需要测定当前的a铰链力矩。

如果立稳性经由对当前的防倾翻安全性的测量实现，则对于在最大负载情况下的立稳性必须附加地分析评价臂角度。但因为该信息并不是对于安全性关键的，所以这可利用不以安全性为导向的杆传感装置来进行，并且对于机器是否也还能够在该位置中进行泵送的说明纯粹地通过信息的方式显示。

根据本发明，立稳性计算因此可

-由对调节缸压力(a缸)、a臂的打开角度、回转机构角度δ的测量和对支撑腿位置的测量(附加地由(不安全的)铰链角度测量进行重心计算以用于计算最大的a铰链力矩和支撑腿位置)；

-由对支撑力的测量(附加地由(不安全的)铰链角度测量进行重心计算以用于计算最大的a铰链力矩和支撑腿位置)；

-由对缸力或螺栓力的测量(用于避免在端部位置中的测量问题)结合对最大的a铰链力矩的计算(由对铰链角度和回转机构角度δ的测量)实现。

根据本发明即使在强烈倾斜地架起的情况下也避免对混凝土泵车的作业区域进行不必要的限制。也可在当前的、安全的带有缩短的活动半径的作业区域中进行作业。可在操作显示器中进行泵送预测。此外，可实现增大机器的允许的倾斜角度(例如10°)；如果需要的话，由控制装置限制活动半径。