专利名称：具有用于确定调节范围的计算机单元的建筑机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1所述的建筑机械以及一种如权利要求10所述的用于操作建筑机械的方法。
背景技术：
在操作大型建筑机械例如地钻设备期间，在建筑机械上可能会产生倾斜力矩。这样的倾斜力矩可能例如由超长负载静态地造成，也可能例如由于离心力动态地造成。为了避免产生过度的倾斜力矩，已知要尤其结构性地限制超长负载的调节路径。 但是，在很多情况下这也会导致对建筑机械操作范围的约束，并因此限制了建筑机械的应用范围。
发明内容
本发明的目标是提供一种建筑机械，而其具有非常高的操作稳定性的特征，特别是在关于防止倾斜的安全性方面，具有非常大的工作半径，拥有特别好的应用多面性和特别高的效率。所述目标可通过提供具有权利要求1中特征的建筑机械来实现。从属权利要求中列举了优选实施例。而且，所述目标也可通过具有权利要求10中特征的建筑机械来实现。根据本发明，提供了一种建筑机械，具有承载单元、相对于承载单元可调节的致动单元、用于检测建筑机械状态数据的至少一个检测装置以及计算机单元，通过计算机单元即可根据检测到的状态数据来确定致动单元的至少一个调节范围，其中致动单元在防止建筑机械倾斜的指定安全性下是可调节的。本发明是基于以下认知在相对于支撑致动单元的承载单元调节重型致动单元期间，可能会发生质心的移位，质心的移位会伴以相应变化的倾斜力矩。为了使得尽管有这些变化的倾斜力矩但都能够实现安全的倾斜操作，根据本发明提供了计算机单元。该计算机单元确定调节范围，在该调节范围内致动单元能够相对于其承载单元安全地移动。该安全调节范围的特征例如可以在于在该安全调节范围内能遵守预设的倾斜安全性因素。为了确定该调节范围，例如可以将适当的特征曲线或图表存储在评估单元内。根据建筑机械的状态数据来实现调节范围的确定，也就是说，通过综合考量，计算机单元就能够注意到倾斜趋势不仅由致动单元的超长决定，而且还会受到更多因素例如致动单元上存在的负载或者建筑机械的动态状态的影响。因此，状态数据可以是例如与由致动单元容纳的钻管直径有关的数据，其中该直径相应地通过钻管的相关质量而对倾斜力矩有所影响。所关注的建筑机械具体地可以是地钻设备。在此情况下，致动单元例如可以是用于地钻工具的钻头驱动器，而承载单元可以是钻挖设备的下车架。特别有利的是通过计算机单元即可确定致动单元在调节范围内的位置并且可以在达到调节范围界限时发出信号。根据该实施例，计算机单元相对于算出的调节范围来设定致动单元的实际位置以使得能够对是给出了安全倾斜操作还是逼近危险的倾斜进行直接评估。在达到调节范围界限时发出的信号例如可以是驾驶员信号，也就是例如能够由建筑机械的驾驶员感知的声学或光学信号。具体地，作为光学信号，可以在驾驶员的显示屏上提供相应的显示。这就使得驾驶员能够察觉到临界倾斜范围的临近， 从而可以由驾驶员采取适当的对策。可选地或附加地，可以对要发出的控制信号进行设置以作为用于致动单元的信号。通过利用这样的控制信号，计算机单元就能够将致动单元自动地保持在安全的调节范围内以给出特别可靠的操作。本发明可以特别适用于移动式建筑机械，因为在此情况下必须要对防止倾斜的安全性予以特别的关注。所以，对于承载单元具有行动装置是有益的。具体地，所关注的承载单元可以是建筑机械的下车架。作为参考，可以对致动单元进行设置以具有至少一个地基构造工具特别是钻挖工具。致动单元可以被设计为例如旋转钻挖驱动器和/或振动钻挖驱动器。对于特别大的工作范围，致动单元相对于承载单元可围绕竖直轴线枢转和/或可相对于竖直轴线径向调节是有利的。竖直轴线可以被具体地理解为至少是接近于沿竖直方向延伸的轴线。具体地，可以对致动单元进行设置，将其设计为设置在支柱上的钻挖驱动器，支柱相对于上车架是径向可调节的，这样相对于被设计作为下车架的承载单元就相应地是可枢转的。根据本发明的检测装置可以通过物理测量来检测状态数据。对于提供的至少一个检测装置来说，其检测由驾驶员手动输入的状态数据可能也是有利的。例如，可以进行设置以供驾驶员接收可能的钻管直径例如880mm或1300mm的选择菜单，或者是自动检测钻管直径。根据输入，计算机单元随后确定不同尺寸的调节范围，其中该调节范围在钻管直径较大且因此钻管较重的情况下与直径较小的情况相比总是比较小的。如果提供的是用于检测手动输入状态数据的检测装置，那么计算机单元具有用于存储手动输入数据的存储装置就是有利的。用这种方式即可进行可获得的记录，目的是为了能够在可能有缺陷的情况下确定输入数据是否正确。本发明的另一个优选实施例基于以下事实提供能够由驾驶员致动并且与计算机单元信号连通的装卸辅助开关装置，由此使计算机单元适用于根据装卸辅助开关装置的开关状态来修改调节范围。该实施例顾及了在建筑机械上经常出现的需要对防止倾斜的安全性有不同考量的各种操作模式。例如，在钻挖设备进行钻挖操作的情况下，钻挖工具上经常会出现能够增加倾斜趋势的附加作用力，或者用于在操作中使用的倾斜支柱也可能会增加倾斜趋势。因此，计算机单元在钻挖操作期间只能确定有限的调节范围。另一方面，在装卸操作期间，此时仅移动工具例如是为了在远离钻孔定位的位置处倒空钻斗，这些附加载荷中的至少一部分经常就不再存在以使得能够提供扩展的调节范围。装卸辅助开关装置例如可以通过开关或触摸屏实现，驾驶员在其上预定义提供的是工作操作(特别是钻挖操作)还是装卸操作。为了记录，装卸辅助开关装置适合具有存储装置，其适用于存储驾驶员在装卸辅助开关装置上的选择。装卸模式下调节范围的扩展预先假设建筑机械中的其他操作参数和与其相关的倾斜力矩都是有限的。例如，装卸模式下扩展的调节范围只能在主绞盘、辅助绞盘或输送绞盘的绞盘牵引力低于容许限度时方可调整。为了使驾驶员更容易观察到这些限度，如果装卸辅助开关装置具有指示装置，如果在装卸辅助开关装置上选择了装卸模式，那么指示装置就向驾驶员示出这些操作参数的限度，这样可能是有利的。例如可以在显示屏上示出容许的绞盘牵引力。但是，特别有利的是设置限制单元 ，其适用于根据装卸辅助开关装置的开关状态来限制建筑机械的至少一个操作参数。根据该实施例，如果在装卸辅助开关装置上选择了装卸模式，那么可以自动地限制临界操作参数。受限的确和/或指示给驾驶员的至少一个操作参数具体地可以是绞盘牵引力。因此，如果选择了装卸操作，那么即可对限制单元进行设置以减小输送绞盘的转矩并关闭辅助绞盘。而且，装卸辅助开关装置包括保护装置是有利的，如果建筑机械的至少一个操作参数位于指定范围以外，那么保护装置就禁止装卸辅助开关装置的致动作用。根据该实施例，如果至少一个操作参数是用于装卸操作的非典型值，那么就可以禁止装卸辅助开关装置的致动作用从而不调整扩展的调节范围。建筑机械的其限度被指示给驾驶员的至少一个操作参数具体地可以是上车架的转速和/或支柱的倾角，该到少一个操作参数通过限制单元限制和/或由保护装置考量。在很多情况下，建筑机械都具有通过可围绕竖直轴线旋转地被设置在承载单元上的上车架， 并且在上车架上设有支撑致动单元的支柱。如果上车架与致动单元一起相对于承载单元围绕竖直轴线旋转，那么就会产生导致倾斜趋势动态增加的离心力。因此，手动或自动限制上车架的转速可能是有利的。而且，支柱相对于上车架的倾角也可以对倾斜趋势有所影响以使得限制支柱倾角对于防止倾斜的安全性可以是同样有利的。其限度被予以指示的至少一个操作参数(其通过限制单元限制和/或由保护装置考量)也可以是上车架相对于下车架的旋转角度，原因是在很多情况下移动的下车架并非在所有空间方向上都具有相同的倾斜安全性。状态数据具体地可以是致动单元上的重力，计算机单元根据该数据确定调节范围。例如，可以考虑致动单元上的管长，因为在很多情况下悬挂在致动单元上的钻管越长， 倾斜的趋势就越大。而且，提供至少一个检测装置用于检测支柱支撑吊臂的位置是有利的。将支柱与上车架相连的支柱支撑吊臂的位置经常构成了支柱径向位置的量度并且因此构成了致动单元相对于上车架的位置的量度，由于此原因它也决定了倾斜力矩。另外，优选的是提供至少一个检测装置用于检测上车架的旋转角。原因在于承载单元经常不是在所有的空间方向上都具有相同的倾斜稳定性。因此，上车架相对于承载单元特别是围绕竖直轴线的旋转角也是关于防止倾斜的安全性的一个指标。而且，合适的是提供至少一个检测装置用于检测滑板输送系统内的拉力和/或推力。滑板输送系统可以被具体地理解为相对于支柱沿竖直方向移动致动单元的系统。在此作用的拉力和/或推力也对倾斜力矩有所影响。而且，有利的是提供至少一个检测装置用于检测主绳内的拉力。对应的主绳能够支撑在致动单元上延伸的钻杆。因此，主绳的拉力也可以决定倾斜力矩。另外，有益的是提供至少一个检测装置用于检测辅助绳内的拉力。对于这样的例如能够在安装钻杆期间使用的辅助绳来说，也可以导致倾斜力矩。另一个实施例基于以下事实提供至少一个检测装置用于检测辅助绳的至少一个进入角，因为进入角也可以对由辅助绳造成的倾斜力矩有所影响。为了最佳的适用性，在两个空间平面内确定进入角。本发明的另一个优选实施例基于以下事实提供至少一个检测装置用于检测承载单元的至少一个倾角。为了最佳的适用性，在两个空间平面内确定该倾角。下车架的倾角也可以对倾斜力矩有所影响。而且，优选的是提供至少一个检测装置用于检测支柱的至少一个倾角。支柱的倾角可以被具体地理解为支柱相对于上车架的倾角。类似地，该角度也可以影响倾斜力矩。为了最佳的适用性，在两个空间平面内确定该倾角。而且，有利的是提供至少一个检测装置用于检测辅助绳的绳末端位置。用这种方式可能是对以下事实进行了考虑固定在辅助绳上的载荷可能会经历振动，这也会影响到倾斜力矩。用于检测辅助绳的绳末端位置的检测装置可以具体地被设计为用于检测辅助绳滚轮的释放角的检测装置。另外，有益的是提供至少一个检测装置用于检测风速。用这种方式是考虑到风载荷也会对倾斜力矩有增加的效果的事实。
而且，根据本发明，可以提供至少一个检测装置用于检测上车架的转速。上车架相对于承载设备围绕竖直轴线的旋转伴有相应的离心力，也可能具有增加倾斜力矩的效果。 在此背景下，检测上车架相对于承载设备的转速证明是有益的。此外，有利的是提供至少一个检测装置用于检测输送绳的绳末端位置。输送绳的位置提供了关于致动装置位置的指示并因此提供了与防止倾斜的安全性相关的质心位置的指示。另外，优选的是提供至少一个检测装置用于检测主绳的绳末端位置。通过检测主绳的末端位置，即可确定决定了倾斜力矩的质心坐标。因此，有利的是状态数据涉及支柱支撑吊臂的位置、上车架的旋转角、滑板输送系统内的拉力和/或推力、主绳内的拉力、辅助绳内的拉力、辅助绳的至少一个进入角、承载单元的至少一个倾角、支柱的至少一个倾角、辅助绳的绳末端位置、风速、上车架的转速、输送绳的绳末端位置和/或主绳的绳末端位置。本发明的另一个优选实施例基于以下事实提供指示装置，利用指示装置可以将调节范围与致动单元的当前位置一起指示，并且指示装置适用于在一幅公共示意图中表示调节范围以及当前位置。具体地，可以对指示装置进行设置以适用于通过彩色高亮部分来表示调节范围。根据该实施例，安全调节范围以及致动单元相对于该调节范围实际的当前位置被通过视觉指示给驾驶员。因此，以驾驶员能够直观理解的方式指示了倾斜安全性的情况。本发明还涉及一种用于操作建筑机械的方法，具体地是根据本发明的建筑机械， 具有承载单元、相对于承载单元可调节的致动单元、用于检测建筑机械状态数据的至少一个检测装置以及计算机单元，在此情况下进行设置以通过计算机单元基于检测到的状态数据来确定致动单元的至少一个调节范围，其中致动单元能够在防止建筑机械倾斜的指定安全性下进行调节。根据本发明关于建筑机械介绍的实施例也可以使用于关于根据本发明的方法，由此即可实现结合建筑机械所列举的优点。
在下文中将通过附图中示意性示出的优选实施例来更加详细地介绍本发明，其中
图1示出了根据本发明的建筑机械的侧视图。
具体实施例方式图1示出了根据本发明的建筑机械。建筑机械1被设计为移动式地钻设备。其具有被设计为下车架并且具有行动装置9的承载单元10，行动装置9被设计为履带式的行动装置。在该承载单元10上设有建筑机械1的上车架11。上车架11可围绕竖直轴线3枢转地被设置在承载单元10上。在上车架11上设有支柱支撑吊臂12，其支撑支柱14并将其连接至上车架11。支柱支撑吊臂12以围绕水平延伸的轴线可枢转的方式设置。通过枢转支柱支撑吊臂12，支柱 14即可相对于上车架11并因此相对于承载单元10进行径向调节。在支柱14上以竖直可移动的方式相应设有滑板15。在该滑板15上设有构成旋转钻挖驱动器的致动单元18。致动单元18具有从动的地基构造工具19，20，该工具由具有设置在下侧的钻头20的钻杆19 构成。钻杆19可以具体地被设计为方钻杆。 通过相对于承载单元10枢转上车架11，致动单元18也可以相对于承载单元10围绕竖直轴线3枢转。通过枢转支柱支撑吊臂12，致动单元18可以相对于竖直轴线3被径向枢转至承载单元10。地基构造工具的钻杆19被悬挂在围绕支柱14头部延伸的主绳41上。为了致动主绳41，主绳绞盘42被设置在上车架11的后部或者支柱14上。而且，围绕支柱14来引导辅助绳44，辅助绳44通过辅助绳绞盘45能够被致动。如果例如钻杆19被安装在建筑机械 1上，那么就可以使用该辅助绳44。为了在支柱14上竖直移动滑板15，提供具有输送绞盘 48和输送绳49的输送系统，输送绳围绕支柱14延伸并且被固定在滑板15上。在建筑机械1上，设有计算机单元23，其与在下文中更详细介绍的多个检测装置 51到64信号连通。在由检测装置51到64检测的状态数据的基础上，即可由计算机单元 23确定致动单元18的调节范围，其中可以用安全倾斜的方式来调节致动单元18，具体地是可以向竖直轴线3径向移动和/或可围绕竖直轴线3枢转。为此可以在上车架11的驾驶室中设置指示装置24，指示装置24与计算机单元23信号连通并且通过指示装置24即可将调节范围与致动单元18实际的当前位置一起指示。为此，指示装置24例如可以具有显示屏。在指示装置24上还设有例如可以通过触摸屏来实现的装卸辅助开关装置30。通过该装卸辅助开关装置30，驾驶员即可输入要设置钻挖操作还是装卸操作。装卸辅助开关装置30与计算机单元23信号连通，由此使计算机单元23可以根据操作模式来改变安全倾斜的调节范围。在建筑机械1上进一步设有限制单元32，限制单元32与计算机单元23信号连通并且根据装卸辅助开关装置30的开关状态来限制建筑机械1的至少一个操作参数。例如， 如果选择了装卸模式，那么限制单元32即可限制上车架11围绕竖直轴线3相对于承载单元10也就是下车架的枢转速度，而在钻挖模式下该限制即可被取消。可选地或附加地，限制单元32也可以通过限制支柱支撑吊臂12的位移来限制致动单元18的径向位置。而且，在建筑机械1上设有保护装置33，保护装置33与装卸辅助开关装置30和/ 或指示装置24信号连通，并且如果例如支柱的倾角对于该用途过大，那么就禁止选择装卸模式。正如以上已经指明的那样，建筑机械1具有多个检测装置51到64与计算机单元 23信号连通，并且由计算机单元23使用其数据来确定调节范围。具体地，提供第一检测装置51用于检测其中一个支柱支撑吊臂12的位置。检测装置51例如可以被设计为支柱支撑吊臂12和上车架11之间的旋转编码器，其被设置在后支柱支撑吊臂12的竖直枢转轴线上。提供另一个检测装置52用于检测上车架11相对于承载单元10的旋转角。通过该检测装置52来确定围绕竖直轴线3的旋转角，上车架11以该旋转角相对于承载单元10 旋转。提供另外两个检测装置53用于检测滑板15的输送系统内的拉力和/或推力。在图示的实施例中，这些检测装置53由位于输送绳49的转向滑轮内的两个测力螺栓构成。在滚筒输送设备的情况下，这些检测装置可以由测量输送滚筒的拉力和/或推力的压力检测装置构成。提供另一个检测装置54用于检测主绳41内的拉力。该检测装置54由设置于主绳41的上转向滑轮内的测力螺栓构成。提供另一个检测装置55用于检测辅助绳44内的拉力。该检测装置55由位于辅助绳44的上转向滑轮内的测力螺栓构成。此外，还提供了两个检测装置56和57用于检测辅助绳44在支柱14上的进入角。 第一检测装置56确定辅助绳44在纵向上相对于上车架11的斜拉角，而第二检测装置57 确定辅助绳44在横向上相对于上车架11的斜拉角。两个检测装置56，57均由伸入辅助绳 44上绳道内的绳进入点上的角度检测装置构成。在建筑机械1的设计为下车架的承载单元10上，进一步提供了另一检测装置58 用于检测承载单元10的至少一个倾角。该检测装置58可以具有两个倾角传感器用于测量承载单元10纵向或横向上的倾角。提供了另一检测装置59用于检测支柱14的倾角。该检测装置59具有两个传感器用于测量在纵向或横向上相对于上车架11的倾角。提供了另一检测装置60用于检测辅助绳44的绳末端位置。该检测装置60被设计为设置在辅助绳轿盘45的滚轮上的旋转编码器。该检测装置检测解开的绳索长度。由此，即可确定固定在辅助绳44上的载荷位置，如果载荷在上车架11转动后载荷有所振动从而可能导致倾斜力矩，那么就特别要考虑到载荷的位置。提供了另一检测装置61用于检测风速。该检测装置61由位于支柱14顶端的风速计构成。提供了另一检测装置62用于检测上车架11相对于承载单元10围绕竖直轴线3 的转速。该检测装置62可以具体地被设置在上车架11上。另外，还提供了检测装置63用于检测输送系统中输送绳49的绳末端位置。具体地，该检测装置63可以被设计用于测量设计为旋转驱动器的致动单元18的位置。根据检测装置63中的数据即可确定设备各部件的质心坐标。 另外，提供了另一检测装置64用于检测主绳41的绳末端位置。更具体地，该检测装置64可以被设计用于测量主绳41的绳索位置。根据主绳41的绳末端位置，再结合考虑输 送绳49的绳末端位置，即可确定地基构造工具19，20的质心坐标。
权利要求
1.建筑机械，具有 承载单元，相对于承载单元可调节的致动单元， 用于检测建筑机械状态数据的至少一个检测装置，以及计算机单元，通过计算机单元可以根据检测到的状态数据来确定致动单元的至少一个调节范围，其中致动单元在防止建筑机械倾斜的指定安全性下是可调节的。
2.如权利要求1所述的建筑机械，其中通过计算机单元可以确定致动单元在调节范围内的位置并且可以在达到调节范围界限时发出信号，特别是用于致动单元的控制信号。
3.如权利要求1所述的建筑机械，其中 承载单元具有行动装置，致动单元具有至少一个地基构造工具，特别是钻挖工具，并且致动单元相对于承载单元可围绕竖直轴线枢转并且可以相对于竖直轴线径向地调节。
4.如权利要求1所述的建筑机械，其中提供至少一个检测装置，其检测由驾驶员手动输入的状态数据。
5.如权利要求1所述的建筑机械，其中提供能够由驾驶员致动并且与计算机单元信号连通的装卸辅助开关装置，由此使计算机单元适用于根据装卸辅助开关装置的开关状态来修改调节范围。
6.如权利要求5所述的建筑机械，其中提供限制单元，其适用于根据装卸辅助开关装置的开关状态来限制建筑机械的至少一个操作参数。
7.如权利要求5所述的建筑机械，其中装卸辅助开关装置包括保护装置，如果建筑机械的至少一个操作参数位于指定范围以夕卜，那么保护装置就禁止装卸辅助开关装置的致动作用。
8.如权利要求1所述的建筑机械，其中提供至少一个检测装置用于检测支柱支撑吊臂的位置，提供至少一个检测装置用于检测上车架的旋转角，提供至少一个检测装置用于检测滑板输送系统内的拉力和/或推力，提供至少一个检测装置用于检测主绳内的拉力，提供至少一个检测装置用于检测辅助绳内的拉力，提供至少一个检测装置用于检测辅助绳的至少一个进入角，提供至少一个检测装置用于检测承载单元的至少一个倾角，提供至少一个检测装置用于检测支柱的至少一个倾角，提供至少一个检测装置用于检测辅助绳的绳末端位置，提供至少一个检测装置用于检测风速，提供至少一个检测装置用于检测上车架的转速，提供至少一个检测装置用于检测输送绳的绳末端位置，和/或提供至少一个检测装置用于检测主绳的绳末端位置。
9.如权利要求1所述的建筑机械，其中提供指示装置，利用指示装置可以将调节范围与致动单元的当前位置一起指示，并且指示装置适用于在一幅公共示意图中表示调节范围以及当前位置。
10.用于操作特别是如权利要求1所述的建筑机械的方法，建筑机械具有 承载单元，相对于承载单元可调节的致动单元， 用于检测建筑机械状态数据的至少一个检测装置，以及计算机单元，其中通过计算机单元基于检测到的状态数据来确定致动单元的至少一个调节范围，其中致动单元能够在防止建 筑机械倾斜的指定安全性下进行调节。
全文摘要
本发明涉及一种具有用于确定调节范围的计算机单元的建筑机械，具有承载单元、相对于承载单元可调节的致动单元、用于检测建筑机械状态数据的至少一个检测装置以及计算机单元，通过计算机单元可以根据检测到的状态数据来确定致动单元的至少一个调节范围，其中致动单元在防止建筑机械倾斜的指定安全性下是可调节的。本发明还涉及一种用于操作该类型建筑机械的方法。
文档编号E21B44/00GK102220839SQ201110095020
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月15日 优先权日2010年4月16日
发明者J.哈斯, M.兰茨尔, M.安格迈尔, M.迈尔, T.埃尔斯纳 申请人:包尔机械有限公司