用于工业机械的吊杆和铲斗柄部组件的制作方法

本申请要求2012年4月2日提交的美国临时专利申请No.61/619,361的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于工业机械的吊杆和铲斗柄部，诸如电动绳铲车或动力铲车。

背景技术：

在采矿场中以及在大体积的材料必须被收集并且从工作场地移除的其它场中，典型的是，利用包括用于将材料从工作场地铲除的大铲斗的工业机械。工业机械诸如电动绳铲车或动力铲车、拉铲挖掘机等被用来执行挖掘操作以例如从矿堆移除材料。电动绳铲车一般包括：铲吊杆、以可移动的方式联接到吊杆并且支撑铲斗的柄部以及以可旋转的方式支撑在吊杆上的滑轮或吊杆槽轮。柄部支撑铲斗，而铲斗将材料从堆移除。提升绳在吊杆槽轮的一部分的上方延伸并且被连接到铲斗以使铲斗升起和下降，从而产生有效的挖掘运动来挖掘材料堆。

由于电动绳铲车的吊杆和柄部的当前构造和位置，所以铲车操作员一般在铲的收回区域中操纵铲斗和铲斗柄部上有困难。较新的铲车也具有增加的有效负载以及更进一步降低铲斗和柄部的可操作性的较大的铲斗。同时，操作员必须维持铲车的平坦地面清除距离以及能够可靠地且准确地将铲斗卸载到车辆中。由于有效负载增加，所以车箱高度也已经增加，使得铲车操作员更难以准确地卸载铲斗。因为添加到铲车的必要的平衡重量和增加的所需的结构强度，增加有效负载、提拉力以及铲车的伸出距离导致较高的颠覆力矩范围和较高的机械重量，所以该增加对铲车而言是不利的。这增加了摆动惯性（即，循环时间）、前空转轮负载，以及可能导致较短的结构寿命的铲车摇动。

技术实现要素：

在一个实施例中，本发明提供一种采掘机，该采掘机被支撑在支撑表面上。采掘机包括基座、吊杆、提升绳、构件以及铲斗。基座包括框架部分，该框架部分能够相对于支撑表面绕机械轴线旋转。吊杆包括联接到基座的第一端部、与第一端部相反的第二端部以及联接到吊杆的第二端部的槽轮。第一距离被限定在吊杆的机械轴线与第二端部之间。提升绳在槽轮上方延伸。构件绕被定位成大致在吊杆的第一端部与第二端部之间的枢轴点被以可移动的方式联接到吊杆。第二距离被限定在机械轴线与枢轴点之间。第二距离对第一距离的长度比率在27%与43%之间。铲斗被联接到构件的端部并且被提升绳支撑，使得随着该绳被卷起，提升绳升起铲斗。

在另一个实施例中，本发明提供一种被支撑在支撑表面上的采掘机。采掘机包括基座、吊杆、提升绳、构件以及铲斗。吊杆包括联接到基座的第一端部、与第一端部相反的第二端部以及联接到吊杆的第二端部的槽轮。第一高度被限定在支撑表面与吊杆的第二端部之间。提升绳在槽轮上方延伸。构件绕被定位成大致在吊杆的第一端部与第二端部之间的枢轴点被以可移动的方式联接到吊杆。第二高度被限定在支撑表面与枢轴点之间，并且第二高度对第一高度的高度比率在50%与64%之间。铲斗被联接到构件的端部并且被提升绳支撑，使得随着该绳被卷起，提升绳升起铲斗。

在还有另一个实施例中，本发明提供一种用于采掘机的吊杆，该采掘机包括基座和柄部。吊杆包括：第一端部，该第一端部适于被联接到基座；第二端部，该第二端部适于支撑槽轮；吊杆轴线，该吊杆轴线延伸通过第一端部和第二端部；以及推压大轴，该推压大轴延伸通过吊杆的宽度并且限定横向轴线。吊杆距离被限定在第一端部与第二端部之间。推压大轴被定位在第一端部与第二端部之间。第一距离被限定在吊杆的第一端部与推压大轴之间，并且第一距离对吊杆距离的第一比率在20%与33%之间。

通过考虑详细的描述和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1是工业机械的侧视图。

图2是用于图1的根据本发明的实施例的工业机械的吊杆的侧视图。

图3A是用于包括根据现有技术的吊杆的工业机械的铲斗和负载车辆的透视图。

图3B是用于包括图2的吊杆的工业机械的铲斗和负载车辆的透视图。

图3C示出负载车辆和包括图2的吊杆的工业机械的顶视图。

图4是根据本发明的实施例用于图1的工业机械的柄部的侧视图。

图5是根据本发明的实施例的结合图2的吊杆以及图4的柄部的电动绳铲车的侧视图。

图6是图5的电动绳铲车的一部分的侧视图，其中柄部在竖直定向上。

图7是图5的电动绳铲车的一部分的侧视图，其中铲斗在收回位置。

图8是图5的电动绳铲车的侧视图。

图9是图2的吊杆的侧视图。

图10是图2的吊杆的另一个侧视图。

在详细地说明本发明的任何实施例之前，应理解的是，本发明在其应用上并不限于以下的说明中所阐明的或以下的附图中所示出的部件的结构和布置的细节。本发明能够具有其它实施例并且能够被以各种方式实施或执行。另外，应理解的是，本文所使用的用语和术语是出于说明的目的，并且不应被视为限制性的。

具体实施方式

虽然本文中所描述的本发明能够适应于各种工业机械、由各种工业机械执行或与各种工业机械结合使用，但是相对于电动绳铲车或动力铲车诸如图1中所示的动力铲车10描述本文中所描述的本发明的实施例。铲车10包括移动基座15、驱动机构或履带20、转盘25、回转框架30、吊杆35、吊杆35的下端40（也被称为吊杆脚）、吊杆35的上端42(也被称为吊杆点)、张力缆线50、机架张力构件55、机架压缩构件60、具有门72和齿73的铲斗70、一根或多根提升绳75、绞盘滚筒（未示出）、铲斗臂或柄部85、鞍座块90、定位在推压大轴孔隙96中的推压大轴95(如图2中所示）以及传输单元（也称为推挤驱动装置，未示出）。旋转结构25允许上框架30相对于下基座15旋转。转盘25限定铲车10的旋转轴线27。旋转轴线27垂直于被基座15限定的平面28，并且大体与地面或支撑表面的等级对应。

移动基座15被驱动履带20支撑。移动基座15支撑转盘25和回转框架30。转盘25相对于移动基座15能够360度地旋转。吊杆35在下端40处被以可枢转的方式连接至回转框架30。吊杆35被张力缆线50保持成相对于平台向上且向外延伸，该张力缆线50被锚固至机架张力构件55和机架压缩构件60。机架压缩构件60被安装在回转框架30上，槽轮45被以可旋转的方式安装在吊杆35的上端42上。

铲斗70被提升绳75从吊杆35悬吊。提升绳75被缠绕在槽轮45上并且在提拉件71处被附接到铲斗70。提升绳75被锚固至回转框架30的绞盘滚筒（未示出）。绞盘滚筒被结合传输单元（未示出）的至少一个电动马达驱动。随着绞盘滚筒旋转，提升绳75被放出以使铲斗70下降，或提升绳75被拉进以升起铲斗70。细长构件或铲斗柄部85也被联接到铲斗70。一个或多个间距支撑链接件101提供在柄部85的上部与铲斗70的上部之间的连接。在一个实施例中，可以改变间距支撑链接件101的长度以调节铲斗70相对于柄部85的角度。除该调整以外，铲斗70相对于柄部85被大体固定。铲斗柄部85被以可滑动的方式支撑在鞍座块90中，并且鞍座块90在推压大轴95处被以可枢转的方式安装到吊杆35。铲斗柄部85包括在铲斗柄部85上的齿条齿装置，该齿条齿装置与安装在鞍座块90中的驱动小齿轮接合。驱动小齿轮被电动马达和传输单元驱动以相对于鞍座块90和推压大轴95使铲斗柄部85延伸或缩回。因此，柄部85相对于吊杆35能够以旋转和平移的方式移动。

电源被安装到回转框架30以对用于驱动提升卷筒的提升电动马达、用于驱动推挤传输单元的一个或多个推挤电动马达以及用于转动转盘25的一个或多个摆动电动马达提供动力。推挤马达、提升马达和摆动马达中的每个均能够被其自身的马达控制器或响应于来自控制器的控制信号的驱动器驱动，如下所述。

铲车10也包括与铲车10的操作相关联的控制器（未示出）。控制器被电气地和/或通信地连接到铲车10的各种模块或组件。例如，控制器被连接到一个或多个传感器、用户接口、一个或多个提升马达和提升马达驱动装置、一个或多个推挤马达和推挤马达驱动装置、一个或多个摆动马达和摆动马达驱动装置等（该元件在附图中未示出）。控制器包括硬件和软件的组合，该组合能够尤其控制动力铲车10的操作，控制吊杆35、铲斗柄部85、铲斗70等的位置，监测铲车10的操作等。传感器可以尤其包括位置传感器、速率传感器、速度传感器、加速度传感器、倾斜计、一个或多个马达磁场模块等。

在一些实施例中，控制器包括多个电气部件和电子部件，该电气部件和电子部件为在控制器内的部件和模块和/或铲车10提供动力、操作控制以及保护。例如，控制器尤其包括处理单元（例如，微处理器、微控制器或其它适合的可编程装置）、存储器、输入单元以及输出单元（未示出）。控制器的处理器发送控制信号以控制铲车10的操作。例如，控制器能够尤其监测和/或控制铲车10的挖掘操作、倾倒操作、提升操作、推挤操作以及摆动操作。

本发明的目的是提供一种用于铲车10的新的吊杆和铲斗柄部，该吊杆和铲斗柄部改进具有增大的有效负载的铲车的性能。通过改变吊杆35和柄部85的几何结构（例如，构造）和定位，本发明改进铲车的收回可操作性和挖掘包络，同时还增加铲车的平板清除能力。本发明还改进铲车的操作员的卡车定位范围以及改进操作员的视线。此外，本发明增加铲车的元件的结构寿命。

图2示出根据本发明的一个实施例的并且用于与铲车10一起使用的改进的吊杆35B。在图2中，吊杆A（以虚线示出）表示常规吊杆，并且吊杆B（以实线示出）表示改进的吊杆。吊杆A、B关于吊杆脚40对准，并且吊杆A、B中的每一个吊杆限定吊杆点42和用于接纳推压大轴95的推压大轴孔隙96。推压大轴95B（图5）能够以可枢转的方式支撑吊杆上的柄部85B。吊杆点42是吊杆的吊杆连接到槽轮45的端点。如图2中所示，当与用于吊杆A的推压大轴孔隙96A相比时，吊杆B的推压大轴孔隙96B被定位成显著地较靠近铲车10的旋转轴线27B（图5）。例如，在一些实施例中，在吊杆A的推压大轴孔隙96A与吊杆B的推压大轴孔隙96B之间的水平距离97是近似12英寸。换句话说，当与吊杆A的推压大轴孔隙96A相比时，吊杆B的推压大轴孔隙96B较靠近旋转轴线27B近似12英寸。在其它实施例中，推压大轴孔隙96B被定位成更多地较靠近旋转轴线27B。

如图2中所示，吊杆35B的推压大轴孔隙96B以及因此推压大轴95B被定位成高于常规吊杆A的推压大轴孔隙96A。在一个实施例中，在吊杆A的推压大轴孔隙96A与吊杆B的推压大轴孔隙96B之间的竖直距离98是近似22英寸。此外，在一个实施例中，在吊杆A的吊杆点42A与吊杆B的吊杆点42B之间的竖直距离99是近似22英寸。换言之，改进的吊杆B的吊杆点42B被定位成高于吊杆A的吊杆点。在其它实施例中，竖直距离99可以更大得多。

吊杆35B对于吊杆A具有显著的优势。例如，推压大轴孔隙96B的新的位置改进操作员的在吊杆35B下方的可见度。在一些实施例中，吊杆35B改进（即，增加）操作员的地面能见度（即，围绕铲车10的区域的能见度）以及操作员对负载车辆的能见度。图3A示出操作带有吊杆A的铲车10的铲车操作员的观察点。图3B示出操作带有吊杆35B的铲车10的铲车操作员的改进的观察点。此外，图3C示出地面的对带有吊杆35B的铲车10的操作员可见的其它区域77。

图4示出根据本发明的一个实施例的改进的铲斗柄部85B。铲斗柄部85B包括联接到吊杆35B（图2）的第一端部100B和联接到铲斗70B的第二端部105B。柄部85B的第二端部105B包括第一或上铲斗连接凸起107B、第二或下铲斗连接凸起（在图4中不可见）以及抗扭箱109B。被下凸起接纳的下铲斗销111B和穿过间距支撑链接件101被上凸起107B接纳的上铲斗销113B将铲斗柄部85B连接到铲斗70B。间距支撑链接件101的长度是可调节的以允许改变铲斗70B相对于柄部85B的位置和角度。在操作之前，间距支撑链接件101被锁定，使得铲斗70B相对于柄部85B被固定。齿条117B沿着柄部85B的下部延伸并且有助于柄部85B相对于吊杆35B延伸和缩回。中心线115B从铲斗柄部35B的第一端部100B与齿条117B的底平坦表面平行地延伸到第二端部105B。在柄部85B的第一端部100B处，中心线115B被定位在离柄部的顶板116B和齿条117B的底平坦表面相等的距离处。此外，柄部85B的第二端部105B和附接点（即，铲斗销111B和113B）关于中心线115B被不对称地定位。在一个实施例中，当与常规铲斗柄部相比时，改进的柄部85B的凸起和抗扭箱109B被定位成相对于中心线115B高出近似24英寸。

在一个实施例中，齿条117B的总长度C为近似318英寸。此外，在中心线115B与下铲斗销111B之间的第二凸起距离D为近似12英寸。因此，就铲斗柄部85B而言，齿条117B的长度C与第二凸起距离D之间的比率为近似26.5:1。此外，中心线115B与上铲斗销113B之间的第一凸起距离E为近似64英寸。因此，就铲斗柄部85B而言，在第二凸起距离D与第一凸起距离E之间的凸起比率为近似1:5。在一些实施例中，第二凸起距离D与第一凸起距离E之间的比率总是不同于1:1（例如，1:2、1:6、1:8、1:10等）。同时，铲斗柄部的齿角α保持相同（即，铲斗齿相对于堆的定向是相同的）。如在下文中更详细地解释的，因为在抗扭箱109B与吊杆35B干涉之前将抗扭箱109B拉动成较靠近吊杆35B的下侧，铲斗柄部85B的构造增加铲车10的平板清除并且允许较大的收回可操作性和卡车负载范围。

图5示出包括上文所讨论的改进的吊杆35B和铲斗柄部85B的铲车10。如所提及的，将吊杆35B的推压大轴95B移动近似12英寸成较靠近铲车10的旋转轴线27B。因此，当与被常规吊杆和柄部支撑的常规铲斗的伸出距离相比时，铲斗70B的最大伸出距离较靠近铲车10的框架并且较靠近旋转轴线27B。吊杆35B的重心91B也比吊杆35A的重心靠近旋转轴线27B。因此，由于改进的吊杆35B和铲斗柄部85B，需要较小的平衡重量来支撑铲斗70B和总体机械重量，并且惯性减小。另外，减小的伸出距离使铲车10的颠覆力矩最小化。虽然铲斗70B的伸出距离与常规铲车相比较靠近旋转轴线27B，但是新的吊杆和柄部的构造增加铲车10在堆的低的区域中以及图5中所示的挖掘包络“F”的外部区域中的有效挖掘区域。因此，在示出的实施例中，铲斗70B的挖掘包络F比常规铲车10大近似65平方英尺，这改进铲车10的整体性能。

图5进一步示出铲车10的门间隙距离118B（即，当门72B打开时，从地面或平面28B到铲斗门72B的下端的距离）。通过升起吊杆35B的推压大轴95B、柄部85B的凸起和抗扭箱109B，铲车10的门间隙距离118B与常规铲车相比增加，这允许当铲车的柄部85B在水平位置中时较容易地操纵卡车。因此，在增加箱高度的情况下，可以将铲车10相对于卡车准确地定位，并且铲车操作员能够正好对铲斗进行卸载。在一些实施例中，使铲车10的门间隙118B增加到近似281英寸（即，比常规铲车大46英寸）。换句话说，与常规铲车相比，改进的铲车的门间隙增加近似19.5%。

吊杆35B与柄部85B的构造和附接也改进铲车10的平板清除。换句话说，铲车10在每个挖掘循环期间维持平板的较长的基部。图5示出由在离旋转轴线27B的平板伸出距离的最外面的距离123B与离旋转轴线27B的平板伸出距离的最里面的距离125B之间的差限定的增加的平板范围121B。在一些实施例中，平板伸出距离的最外面的距离123B是近似647英寸，并且平板伸出距离的最里面的距离125B是近似345英寸。在一个实施例中，被吊杆/柄部构造限定的平板范围121B近似302英寸，当与常规铲车相比时该平板范围121B增加近似12英寸。换句话说，与常规铲车相比，改进的铲车的平板范围121B增加近似4%。因此，与常规铲车相比，平板伸出距离的最外面的距离123B与平板范围121B均增加。

此外，吊杆35B和柄部85B允许在铲车10的竖直收回可操作性上的改进。例如，铲车10的竖直柄部距离124B（图6）增大到近似56英寸，这比常规铲车大近似27英寸。当柄部85B是在竖直定向上并且被向上缩回至铲斗70B限制的位置时，或当抗扭箱109B与吊杆一起进入碰撞区域时，竖直柄部距离124B是齿73B的末端与平面28B之间的距离。换句话说，与常规铲车相比，铲车的竖直柄部距离124B增加近似93%。只要吊杆35B或柄部85B在铲车10中被实施，则竖直柄部距离的增加得尽管较小但也被实现。此外，图7示出涉及铲车的改进的收回可操作性的铲车10的齿半径126B。齿半径126B是从铲斗齿73B的末端到旋转轴线27B的距离。如图7中所示，在一个实施例中，齿半径126B是近似337英寸（例如，当柄部85B在竖直和向后位置中被向上并且向后缩回，直至铲斗70B的保险杠碰到吊杆35B时）。在该实施例中，竖直柄部距离124B从近似26英寸增加17英寸至近似43英寸。换句话说，与常规铲车相比，改进的吊杆和柄部的竖直柄部距离124B增加约65%。该构造改进铲车10的竖直和向后的收回可操作性。

在一些情况下，随着铲斗70B在履带板（crawler shoe）39B的角部的上方摆动（图5），铲斗70B可能撞击板39B。一般地，当使推压大轴95B移动得较靠近旋转轴线27B时，在铲车10的铲斗70B与板39B之间的干涉增加。然而，由于改进的柄部85B，使铲斗70B朝较向前的位置移动（即，离开如图7中所示的旋转轴线27B），铲车10的新的吊杆/柄部构造允许铲车10的板干涉保持不变。

需理解的是，图5至图7示出改进的吊杆/柄部构造的一个实施例。在其它实施例中，推压大轴孔隙96B和推压大轴95B在吊杆35B上的位置可以是不同的，这也会改变铲斗柄部85B在铲车10上的位置。图8至图10示出铲车10并且识别推压大轴孔隙96B和推压大轴95B的不同的可能位置。相对于图8示出并讨论沿着吊杆35B和铲车10的不同的点的关系。沿着吊杆35B和铲车10的相关的点或位置包括推压大轴95B、旋转轴线27B、吊杆点42B以及平面28B。

如图8中所示，第一推压大轴距离130B被限定为在X方向上从旋转轴线27B到推压大轴95B的距离。第一吊杆点距离132B被限定为在X方向上从旋转轴线27B到吊杆点42B的距离。第二推压大轴距离134B被限定为在Y方向上从推压大轴95B到平面28B的距离。第二吊杆点距离136B被限定为在Y方向上从吊杆点42B到平面28B的距离。区域138B表示包括用于根据本发明的一个实施例的推压大轴95B的可能的位置的区域。

在一个实施例中，在第一推压大轴距离130B对第一吊杆点距离132B之间的长度比率是近似0.39（例如，当第一推压大轴距离130B是近似285英寸，并且第一吊杆点距离132B是近似728英寸时）。此外，在第二推压大轴距离134B与第二吊杆点距离136B之间的高度比率是近似0.51（例如，当第二推压大轴距离134B是近似417英寸，并且第二吊杆点距离136B是近似814英寸时）。参照图8，该比率被用来限定区域138B的位置，吊杆35B的推压大轴可以设置在区域138B内。在一个实施例中，区域138B在X方向上的长度在第一吊杆点距离132B的近似27%与43%之间。此外，区域138B在Y方向上的高度在第二吊杆点距离136B的近似50%与64%之间。因此，改进的吊杆35B的推压大轴95B可以被定位在区域138B的范围内的任何位置并且被联接到改进的柄部85B以实现上述的铲车结果。

图9示出改进的吊杆35B和表示推压大轴95B的可能的位置的区域138B。如在图8中，相对于图9示出并讨论沿着吊杆35B的不同的点的关系。沿着吊杆35B的相关的点或位置包括吊杆脚40B、推压大轴95B、和吊杆点42B。吊杆轴线140B（即，吊杆长度）被限定为在吊杆脚40B与吊杆点42B之间的水平距离。在一些实施例中，吊杆轴线140B是近似810英寸。第一基准距离142B被限定为在平行于吊杆轴线140B的方向上从吊杆脚40B到推压大轴95B的距离。第二基准距离144B被限定为在垂直于吊杆轴线140B的方向上从吊杆轴线140B到推压大轴95B的距离。

在一个实施例中，在第一基准距离142B与吊杆轴线140B之间的比率是近似0.265（例如，当第一基准距离142B是近似215英寸时）。此外，在第二基准距离144B与吊杆轴线140B之间的比率是近似0.032（例如，当第二基准距离144B是近似26英寸时）。参照图9，该比率用来限定区域138B在吊杆35B上的位置。在一个实施例中，在第一基准距离142B与吊杆轴线140B之间的比率的最大值是近似0.330，并且第一比率的最小值是近似0.200。此外，在第二基准距离144B与吊杆轴线140B之间的比率的最大值是近似0.143，并且第二比率的最小值是近似0.017。因此，改进的吊杆35B的推压大轴95B可以被定位在由该两个比率限定的区域138B的范围内。

图10示出吊杆35B和表示推压大轴95B的可能的位置的环形形状区域139B。如在图8和图9中，相对于图10示出并讨论沿着吊杆35B的不同的点的关系。沿着吊杆35B的相关的点或位置包括吊杆脚40B、推压大轴孔隙96B(以及因此推压大轴95B）以及吊杆点42B。在示出的实施例中，轴孔隙96B的位置被在吊杆轴线140B与从吊杆脚40B延伸通过轴孔隙96B的中心的线149B之间限定的角度θ识别。在该实施例中，角度θ是近似7度。此外，第一角度θ1被限定在吊杆轴线140B与延伸通过环形区域139B的最下方的区域的线148B之间。第二角度θ2被限定在吊杆轴线140B与延伸通过环形区域139B的最上方的区域的线150B之间。在示出的实施例中，角度θ1是近似3度，并且角度θ2是近似36度。

在示出的实施例中，基准距离或半径R被限定在吊杆脚40B与轴孔隙96B的中心之间。在该实施例中，基准距离R是离吊杆轴线140B的近似216英寸或27%。在示出的实施例中，角度θ和基准距离R限定轴孔隙96B（并且因此推压大轴95B）的位置。此外，基准距离或半径R1被限定为从吊杆脚40B到环形区域139B的最里面的弯曲区域的距离。基准距离或半径R2被限定为从吊杆轴线140B到环形区域139B的最外面的弯曲区域的距离。在示出的实施例中，基准距离R1是离吊杆轴线140B的近似20%（即，162英寸），并且基准距离R2是近似离吊杆轴线140B的33%（即，267.5英寸）。角度θ1/θ2和基准距离R1/R2限定环形形状区域139B的边界。改进的吊杆35B的轴孔隙96B和推压大轴95B可以被定位在区域139B内。

因此，本发明尤其提供用于工业机械的吊杆和铲斗柄部组件。虽然已经参照某些优选的实施例详细地描述了本发明，但是变化和修改存在于如所描述的本发明的一个或多个独立方面的范围和精神内。以上的权利要求中阐明了本发明的各种特征和优点。