專利名稱：尤其用于大型機械手和移動式混凝土泵的作業(yè)桿的制作方法
尤其用于大型機械手和移動式混凝土泵的作業(yè)桿
本發(fā)明涉及一種在權利要求1和2前序部分中所述類型的作業(yè)桿。 已知的這種的作業(yè)桿主要包括一個圍繞機架上的豎軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn) 臺、 一個圍繞水平的鉸接軸相對于轉(zhuǎn)臺通過一個驅(qū)動器可有限回轉(zhuǎn)的 第一桿臂和至少一個相對于相鄰的桿臂通過配屬的驅(qū)動器沿著位移軸 可縱向移動的和/或圍繞水平的鉸接軸回轉(zhuǎn)的另外的桿臂。為桿運動設 置有一個優(yōu)選遙控的控制裝置，它具有配設于各驅(qū)動器的執(zhí)行機構(gòu)。 此外具有至少一個用于行程和角度測量的傳感器，它配設于桿臂中的
至少一個、位移軸或鉸接軸、豎軸和/或驅(qū)動器。此外在至少一個構(gòu)成 為液壓缸的驅(qū)動器的底面一側(cè)和/或活塞桿一側(cè)的端部上設置壓力或
力傳感器。在安全程序的評價單元中，在桿運動過程中對所述至少一 個用于行程或角度測量的傳感器及壓力和力傳感器的輸出數(shù)據(jù)進行分 析評價。
這種作業(yè)桿優(yōu)選用于大型機械手、具有折彎桿和伸縮桿的自行式 混凝土泵和移動式的伸縮輸送設備。
混凝土泵通常通過操作員進行操縱，他通過遙控器不僅負責控制 泵而且負責定位設置在折彎桿頂端上的終端軟管。為此，操作員在注 意工地現(xiàn)場條件的同時，在非具體結(jié)構(gòu)的三維工作空間，通過附屬的 驅(qū)動器運動折彎桿，來操縱折彎桿的多個旋轉(zhuǎn)自由度。為了在這個方 面易于操作，已經(jīng)有人提出過這樣一種操縱裝置(DE-A43 06 127)， 其中，折彎桿冗余的鉸接軸在桿的旋轉(zhuǎn)位置中獨立于其旋轉(zhuǎn)軸地通過 遙控機構(gòu)的唯一一個調(diào)整過程總體控制。這樣操縱折彎桿的基本前提 是位置調(diào)節(jié)裝置，其中配設于各個桿臂、鉸接軸和/或驅(qū)動器的用于測 量行程和角度的傳感器屬于該位置調(diào)節(jié)裝置。因為不能完全排除在這 種不僅包括機械的、而且包括電子的和液壓的部件的技術系統(tǒng)中發(fā)生 故障，因此需要一種安全監(jiān)控，它警示操作員并且可靠地干預功能過程。為此需要感應地識別并評價所產(chǎn)生的故障，目的是避免意外的錯 誤和傷害。這種安全裝置已經(jīng)結(jié)合折彎桿內(nèi)部的位置調(diào)節(jié)裝置被投入
使用(DE-A 101 07 107)，例如著眼于供給閥的接通狀態(tài)、通過遙控 的運行條件的存在和不存在、針對行程或角度的過調(diào)節(jié)偏差的出現(xiàn)或 者這種調(diào)節(jié)偏差的速度提高以及對超量角速度作出響應。
本發(fā)明所針對的目標是，將安全監(jiān)控擴展到考慮強度和穩(wěn)定性的 極限負荷監(jiān)控。這個問題例如會在這樣的折彎桿中產(chǎn)生，該折彎桿的 桿臂在折疊狀態(tài)按照頂置-成巻疊合(Ueberkopf-Rollfalter)的方式折 疊。而頂置-成巻疊合確實具有桿組展開相對簡單且迅捷的優(yōu)點。與其 它疊合方式不同，在行駛狀態(tài)中以其第一桿臂靠放在行駛機架上的桿 組能夠圍繞鉸接軸A在第一象限中抬起并且從那里按第二象限旋轉(zhuǎn)到 作業(yè)區(qū)域中。這里，在展開時卻產(chǎn)生了問題，此問題主要是基于第 一桿臂通過一液壓缸操縱，其缸體鉸接在桿臂上而其活塞桿鉸接在轉(zhuǎn) 臺的轉(zhuǎn)向杠桿上。這意味著，液壓缸在抬起第一桿臂時在活塞桿一側(cè) 以壓力油加載，由于構(gòu)成為環(huán)面的活塞面積較小，所以為了產(chǎn)生所需 的作用力，就要求有相應高的壓力。由此，可能會出現(xiàn)在活塞部位中 活塞桿固定點處的強度問題。因為所有其余的桿組頂靠在第一桿臂上， 出于強度的原因需要相應的展開策略方案，以便能使第 一桿臂抬起。 此外，由于幾何方面的原因要考慮到頂置-成巻疊合的臂組在折疊狀 態(tài)超出于司機室。在抬起時也必需首先釋放臂組，為的是不與司機室 發(fā)生碰撞。因此必需使其余臂組圍繞鉸接軸B旋轉(zhuǎn)，而且要轉(zhuǎn)一定的 角度例如20。。然后才可以使第一桿臂在其余臂組還疊合著的情況下 圍繞A鉸鏈抬起到約65。的極限角。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，在那里存在一 個終端開關，它在運行狀態(tài)出于強度和穩(wěn)定性的原因負責保證不低于 第一桿臂的極限角65°，而不管其余桿臂的位置如何。在其余臂組轉(zhuǎn) 出來時，出于相同的原因要考慮使桿臂2無論如何都需要垂直地定 向，這對應于相對臂1約155。的角位。在臂2上也存在一個終端開關， 它負責保證桿臂2在最極端的情況下處于垂直。垂直位置例如通過一 個設計為水銀繼電器的傾斜開關來控制。而上桿臂只通過結(jié)構(gòu)上的限制措施來限制其回轉(zhuǎn)范圍。相應地，桿臂3也以180。的回轉(zhuǎn)范圍在臂 2垂直豎立的情況下垂直地定向。
在使用給定的終端開關時，發(fā)現(xiàn)有這樣的缺陷A鉸鏈在運行狀 態(tài)不能在65。角度下開動，這對于某些澆注混凝土任務被視為是障礙。 相應地，對于B鉸鏈也是這樣，因為垂直位置對于澆注過程不總是理 想位置。這些預定條件已經(jīng)被證實是過于僵化的。它們沒有完全發(fā)揮 運動學的可能性，而是可望而不可及地限制了桿運動。
由此出發(fā)，本發(fā)明的目的是，給出一種結(jié)構(gòu)設計原理，借此取消 在操縱作業(yè)桿時的僵化限制并保證桿臂更靈活的操作和運行可能性。
為實現(xiàn)上述目的而提出了在權利要求1中給出的特征組合。由從 屬權利要求給出本發(fā)明的有利設計和改進方案。
按照本發(fā)明的解決方案源自這種構(gòu)思，即，安全裝置包括一個在 作業(yè)桿內(nèi)部用于連續(xù)地確定位置和力測量值的適合的傳感裝置，以及
具有一個安全程序，它使所獲得的測量值相互關聯(lián)，而保持預先給定 的用于系統(tǒng)的強度和/或穩(wěn)定性的極限值的臨界條件。另外，泵在最大 可達到的泵壓力方面的設計具有重要的作用。因為強度和穩(wěn)定性的極 限值主要取決于瞬間的桿配置并由此取決于各個桿臂的瞬間行程和角 度測量值，故而可以在分析評價運動學特性的情況下以解析的形式或 者作為表格預先給定對于安全監(jiān)控必需的極限值。據(jù)此，本發(fā)明首先 提出安全程序包括一個帶有解析地或以表格形式預先給定的數(shù)據(jù)段 的數(shù)據(jù)存儲器，所述數(shù)據(jù)段包括依據(jù)對應于至少一個桿臂的行程或角 度測量值而定的壓力或力極限值，并且，評價單元具有一個比較器， 它被供給壓力或力傳感器的和相應行程或角度傳感器的輸出數(shù)據(jù)或者 由其推導出來的參數(shù)，用以實施與來自所述數(shù)據(jù)段的相應極限值數(shù)據(jù) 的比較以及用以在低于或超過極限值數(shù)據(jù)時觸發(fā)一個信號。
按照本發(fā)明的一種有利的發(fā)展設計，行程傳感器設置在相應的、 構(gòu)成為液壓缸的桿臂驅(qū)動器上。對此，也可以選擇使角度傳感器設置 在相應桿臂的鉸接軸區(qū)域。
為了也可以附加地將穩(wěn)定性引入到監(jiān)控系統(tǒng)里面，這首先對于載有折彎桿的行駛機架的單邊窄支撐是重要的，按照本發(fā)明的優(yōu)選設計，
建議另一行程或角度傳感器設置在驅(qū)動器上或轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸上，并 且附加地通過配設于轉(zhuǎn)臺的行程或角度測量值修正在安全程序的數(shù)據(jù) 存儲器中解析地或者以表格形式存儲的包括壓力或力極限值的數(shù)據(jù) 段。
本發(fā)明的另一優(yōu)選的設計規(guī)定在桿臂上設置測地學的角度傳感 器，用于確定相應于各個桿臂的以地為基準的角度測量值。此外，還 可以在轉(zhuǎn)臺和/或機架上設置另 一測地學的角度傳感器，用于測量至少 一個相應于轉(zhuǎn)臺或機架的以地為基準的角度測量值。適宜地，在這種 情況下，軟件程序具有一個用于將以地為基準的、針對桿臂的角度測 量值換算成各個桿臂的折彎角的坐標轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的另 一有利設計規(guī)定，至少 一個執(zhí)行機構(gòu)響應于通過所述 安全程序在超過極限數(shù)據(jù)時觸發(fā)的信號，而實施安全運動或者安全停 機。
按照本發(fā)明的另一優(yōu)選改進方案，所述控制裝置包括一個響應于 行程或角度測量數(shù)據(jù)的用于桿運動的位置調(diào)節(jié)器。
本發(fā)明的另 一有利設計規(guī)定，所述控制裝置包括一個響應于與時 間有關的行程或角度測量值和/或響應于壓力或力測量值的用于布料 桿的桿臂的緩沖器。
上文主要是借助于設計為頂置-成巻疊合的混凝土布料桿描述了 本發(fā)明。本發(fā)明并不局限于這種實施方案，而是也可以用于其它結(jié)構(gòu) 形式的作業(yè)桿。對此，在下面舉出幾個例子
-一種作業(yè)桿，在該作業(yè)桿中，第一桿臂借助構(gòu)成為液壓缸的驅(qū) 動器相對于轉(zhuǎn)臺可回轉(zhuǎn)約90°。除了設計為折彎桿和/或伸縮桿的混凝 土布料桿以外，用于移動式輸送裝置的伸縮輸送桿也屬于此類作業(yè)桿。
-作業(yè)桿，其中，在第一桿臂的端部上，圍繞一水平軸可回轉(zhuǎn)地 鉸接一個由至少一個另外的桿臂組成的桿懸伸架。尤其是設計為折彎 桿的混凝土布料桿屬于此類作業(yè)桿。
-作業(yè)桿，其中，第一桿臂與多個伸縮式相互間可縱向移動的桿臂連接。主要是可伸縮的用于濕物和干物的輸送裝置屬于此類作業(yè)桿。 -作業(yè)桿，其中，在可縱向移動的桿臂端部上，鉸接至少一個由
多個圍繞水平軸相互間可回轉(zhuǎn)的桿臂組成的桿懸伸架。主要是桿臂之
一可伸縮的折彎桿屬于此類作業(yè)桿。
-作業(yè)桿，其中，在至少一個桿臂上，與第一桿臂的轉(zhuǎn)軸間隔距
離地設置一個轉(zhuǎn)向輪，通過它導引一根具有用于一活動荷栽的承接機
構(gòu)的繩索，在繩索上設置一個壓力或力傳感器，其輸出與安全程序的
評價單元連接。在這種情況下，本發(fā)明能在加入懸掛于繩索上的荷載
的條件下實現(xiàn)對作業(yè)桿的安全監(jiān)控。
下面借助于附圖詳細描述本發(fā)明。附圖中


圖1以側(cè)視圖示出一個自行式混凝土泵的折疊行駛狀態(tài)，帶有按 照頂置-成巻疊合形式構(gòu)成的作業(yè)桿，
圖2a至d簡示出具有傳統(tǒng)的安全裝置的頂置-成巻疊合的展開策 略方案，
圖3a示出一個頂置-成巻疊合的桿臂1的局部，具有用于確定外 部轉(zhuǎn)矩平衡的尺寸標注(分系統(tǒng)l),
圖3b為對應于圖3a的視圖，具有用于確定內(nèi)部轉(zhuǎn)矩平衡的尺寸 標注(分系統(tǒng)2),
圖4示出桿臂1的液壓缸剖視圖，具有用于計算缸作用力的尺寸 標注，
圖5示出兩個曲線圖，涉及鉸鏈A中的極限轉(zhuǎn)矩(上面的曲線) 和許用的缸作用力(下面的曲線)與桿臂1繞鉸接軸A的旋轉(zhuǎn)角的關 系，
圖6a示出頂置-成巻疊合的運行狀態(tài)，在按照傳統(tǒng)的安全標準的 極限位置，
圖6b和c示出按照圖6a的頂置-成巻疊合，在按照本發(fā)明的安全 標準的許用工作位置，
圖7示出安全程序的流程圖，
圖8示出標準的混凝土布料桿的桿臂1的局部圖，具有圍繞鉸接軸A90。的最大折彎角，
圖9示出自行式混凝土泵的布料桿的側(cè)視圖，具有可伸縮的桿臂
圖IO示出具有吊車功能的作業(yè)桿的局部側(cè)視圖，
圖lla和b示出用于濕物或干物的輸送裝置的側(cè)視圖，具有轉(zhuǎn)臺 和可伸縮的作業(yè)桿。
首先借助于在圖1、 2a至d和6a至c中所示的具有頂置-成巻疊 合的自行式混凝土泵的實施例解釋本發(fā)明。
在圖1、 2a至d和6a至c中所示的自行式混凝土泵10包括多軸 的行駛機架ll，具有一個司機室15、 一個泥漿泵12以及一個圍繞固 定在車輛上的豎軸13可旋轉(zhuǎn)的作業(yè)桿14，作為未示出的混凝土輸送 管的支架。通過混凝土輸送管將在澆注混凝土期間連續(xù)加入到給料容 器17里面的液態(tài)混凝土輸送到離開車輛11停放位置的澆注位置。
所述作業(yè)桿14包括一個通過液壓旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置圍繞豎軸13可旋 轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺21和一個在這個轉(zhuǎn)臺上可回轉(zhuǎn)的折彎桿20，該折彎桿可以 在變化的伸展半徑和行駛機架11與澆注位置之間的高度差中連續(xù)地 調(diào)整。所述折彎桿20在所示實施例中由四個相互鉸接連接的桿臂1 至4組成，它們可圍繞相互平行的且與轉(zhuǎn)臺21的豎軸13成直角延伸 的鉸接軸A至D回轉(zhuǎn)。由鉸接軸A至D所構(gòu)成的鉸鏈的折彎角^至 ￡4 (圖2d)和其相互設置是這樣彼此協(xié)調(diào)的，使得作業(yè)桿14以由圖1 所示的、多重折疊的相應節(jié)省空間的輸送配置可放置在行駛機架11 上。所述折彎桿20在附圖所示的實施例中形成一個頂置-成巻疊合， 其中，桿臂1在折疊狀態(tài)直接放置在行駛機架11上并且其余桿臂2 至4螺旋形地巻繞并且在巻繞狀態(tài)向前伸出于司機室15。通過啟動在 圖3和4以及6a至c所示的實施例中由雙作用液壓缸22至25構(gòu)成的 分別配設于鉸接軸A至D的驅(qū)動器，可以使折彎桿20從其折疊的運 輸位置展開到其相互打開的工作位置(圖2a至d)。只有在行駛機架 11通過兩個前面的和兩個后面的支腿26、28支承在地面30上的時候， 才能將折彎桿20相互打開。在狹窄的工地現(xiàn)場也能夠通過支腿26、28實現(xiàn)單邊窄支承，它們在折彎桿20展開時為了避免傾翻需要附加 的安全措施。
在不同實施方案中示出的、由頂置-成巻疊合構(gòu)成的折彎桿20具 有這樣的優(yōu)點，即，可以使桿組的展開相對簡單且迅捷地實現(xiàn)。與其 它疊合方式不同，桿組能夠圍繞一個軸A抬起并且由第一象限旋轉(zhuǎn)到 在第二象限內(nèi)的作業(yè)區(qū)域中。因為其余桿組整個靠放在桿臂1上，所 以需要公知的在圖2a至d中所示的展開策略方案，以便能使桿臂1 抬起。這主要是由于其余臂組伸出于司機室15。因此，在抬起時必需 首先使臂組按照圖2a和b圍繞鉸接軸B以約￡2 = 10°至30。抬起，接 著使臂l以相應角度^抬起，由此在繼續(xù)偏轉(zhuǎn)時在這個部位不存在碰 撞。為了避免過載，在其它桿臂按照圖2c和2d打開之前，必需使臂 1圍繞鉸接軸A按照圖2c以角度^ = 65°抬起，同時使臂2以角度>90。 抬起。在運行狀態(tài)，按傳統(tǒng)的設計，桿臂1在角度￡1 = 65°時通過終端 開關保險，而桿臂2在極端情況下可以置于其垂直位置(圖2d)。該 垂直位置通過一個傾斜開關保險。桿臂3在所示實施例中只以￡3 = 180。 的可能性回轉(zhuǎn)。因此桿臂3在桿臂2垂直豎立的情況下垂直指向上方。 尤其是在圖2d中示出的關于旋轉(zhuǎn)角￡1和S2的傳統(tǒng)的極限限制在某些 混凝土澆注任務中是有障礙的。另一方面，它們并不能完全發(fā)揮運動 學的可能性，而是限制了回轉(zhuǎn)角，在有些位置可望而不可及。
為了在操縱折彎桿時可以完全發(fā)揮運動學的可能性，除了要設計 液壓泵以提供最大泵壓力之外，首先必需考慮在液壓缸力傳遞位置上 的強度和支承在地面30上的系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了可以遵守在強度和穩(wěn) 定性方面的極限標準，需要適合的傳感器，用以監(jiān)控作用于液壓缸22 部位中的力和通過打開的折彎桿20作用于系統(tǒng)上的轉(zhuǎn)矩。
強度標準主要涉及配設于鉸接軸A的液壓缸22,其缸體32在軸 34處鉸接在桿臂1上，而活塞桿36在軸38處鉸接在轉(zhuǎn)臺21的轉(zhuǎn)向 杠桿50上。這意味著，桿臂1的缸體32在抬起時在活塞桿一側(cè)以壓 力油加載。由于小的活塞面積，在那里為了產(chǎn)生抬起所需的缸作用力 Fzly而需要相應較高的壓力。另一方面由于供使用的極限壓力例如380bar只能提供一定的升力。由此在活塞37處的活塞桿36的固定點 上可能產(chǎn)生強度問題。這個問題在打開過程中在上述意義上通過按照 圖2a至d的展開策略方案來應對。為了也在運行狀態(tài)可以完全利用極 限，按照本發(fā)明，通過壓力傳感器42、 44來監(jiān)控在活塞桿一側(cè)和底面 一側(cè)的液壓缸32端部上的壓力ps和pB并在用于確定瞬間缸作用力的 評價電路中進行分析評價
f" = Fs - Fs =胥。 Ps - ^"(。b2 - Ds2). Ps (1)
其中，F(xiàn)b和Fs是底面一側(cè)和活塞桿一側(cè)上的力，Pb、 ps是底面 一側(cè)和活塞桿一側(cè)上的壓力，Db是缸直徑，而Ds是活塞桿直徑。
缸作用力Fzly由于強度的原因不能超過最大值Fmax，它考慮的是 在活塞處的焊縫和在活塞和缸體中的彎曲力處于最大負荷下。通過將 測得的和按照公式(1)計算的缸作用力Fzly與預先給定的極限值進行 比較，可以通過評價電路監(jiān)控超過極限力并且觸發(fā)相應的信號57。通 過信號57例如可以中斷折彎桿的操作。
另 一 極限限制是通過折彎桿作用于整個系統(tǒng)上的轉(zhuǎn)矩M ，它們可 能影響穩(wěn)定性。對于頂置-成巻疊合，這主要是在桿臂l臺架位置的運 行方式，此時，降到上述的安全角^65。以下(圖6a中的箭頭70)和 /或在該角度下桿臂2從其垂直位置偏轉(zhuǎn)到臺架位置(圖6a中的箭頭 72)。這個問題主要是在單邊窄支撐時出現(xiàn)，其中，折彎桿20圍繞豎 軸13進入到相對于車輛縱軸側(cè)偏的工作位置。
對于確定轉(zhuǎn)矩平衡所需的運動學部件在圖3a中對于外部的分系 統(tǒng)1用部件轉(zhuǎn)臺21、臂/臂組1和壓桿52表示而對于內(nèi)部的分系統(tǒng)2 用部件轉(zhuǎn)向杠桿50、壓桿52和液壓缸22表示。
在分系統(tǒng)l中，圍繞桿臂1的鉸接軸A的外部轉(zhuǎn)矩平衡可以如下 計算
-fos- b + G細a =0 (2) 其中Fds是作用于圧桿52上的力，而Ga^是臂組的重力，它作用于旋轉(zhuǎn)點46上。距離a和b定義為離開鉸接軸A的確定轉(zhuǎn)矩的距 離。
由公式(2)得出關系式
<formula>formula see original document page 13</formula> (3)
用于由轉(zhuǎn)向杠桿50、壓桿52和液壓缸22組成的分系統(tǒng)2的內(nèi)部
轉(zhuǎn)矩平衡由圖3b關于轉(zhuǎn)向杠桿50的旋轉(zhuǎn)軸48給出如下 <formula>formula see original document page 13</formula>
<formula>formula see original document page 13</formula> <4)
其中Fds是作用于圧桿上的力，F(xiàn)z,y是缸作用力，c和d是離開旋 轉(zhuǎn)軸48的相應距離。
由用于兩個分系統(tǒng)1和2的公式(4)和(3)，能夠推導出缸作用 力Fz,y與臂組重力GA^和距離參數(shù)a至d的關系式
如果考慮到距離變量a至d與桿臂1的折彎角￡l的關系并且考慮 到附加地由于強度的原因的最大許用缸作用力Fmax，則得到對應于按 照圖5的曲線1的缸作用力FGrenz (￡l)(單位為kN)與臂轉(zhuǎn)角(折彎
角)￡1關系的極限曲線。曲線2示出許用荷載轉(zhuǎn)矩Mcrenz ( ￡l )(單位
為kNm)的極限曲線。許用的缸作用力范圍在圖表中以F表示并且許 用的荷載轉(zhuǎn)矩范圍以M表示。在此要注意的是，處于水平的桿臂l對 應于臂旋轉(zhuǎn)角^ = 0。，而處于垂直的桿臂1對應于^ = 90°。
在下面的臂旋轉(zhuǎn)角范圍0°至10。產(chǎn)生一個相對于最大力F腿受限 的極限范圍FCrenz，它由達到轉(zhuǎn)向杠桿力的極限而得出。在10°至50。 之間的水平范圍是由理論上的最大許用缸作用力F^,確定的。相應地， 在該水平范圍中也產(chǎn)生相對于M則x受限的許用荷載轉(zhuǎn)矩范圍MGrenz。
對于50。以上的臂旋轉(zhuǎn)角￡l，缸作用力M(^M受到理論上的許用荷載
轉(zhuǎn)矩Mmax的限制。
曲線1以表格形式作為用于缸作用力FGrenz(￡l)的極限值的數(shù)據(jù) 段預先給定并且通過軟件程序(圖7)與測量值Fz,v比較，該測量值借助于壓力傳感器42、 44在考慮公式(1)的條件下得出而且依據(jù)相 應的角度測量值^而定，它借助配設于鉸接軸A的角度或行程傳感器 確定。角度測量值可以通過設置在鉸接軸A上的角度傳感器54確定。 原則上，對此也可以使用一個與液壓缸22的活塞桿36和缸體32連接 的行程傳感器，將行程數(shù)據(jù)相應地換算成角度數(shù)據(jù)。第三種可能方案 是利用測地學的角度傳感器，它與桿臂1連接并且其測量值可以換算 成圍繞鉸接軸A的角度測量值。
按照本發(fā)明的安全裝置也能由感應的測量值Ps、 PB、 ^和由此推 導出來的缸作用力Fz,y通過與在數(shù)據(jù)存儲器中以表格形式寄存的按照 圖5的極限值FGrenz ( ￡l)進行比較
<formula>formula see original document page 14</formula>(6)
來計算許用的臂配置，其比目前為止的系統(tǒng)更好地利用系統(tǒng)的運動學 可能性。上述的極限值監(jiān)控借助于圖7以安全程序的流程圖表示。在 這方面的另一改進由此實現(xiàn)，即，還將用于其它桿臂尤其是桿臂2的 相應的極限值表格和在這些桿臂區(qū)域中的相應的傳感器計入到安全裝 置中。
作為另一方案，可以加入折彎桿20圍繞豎軸13的旋轉(zhuǎn)位置，它 主要在單邊窄支承的極限范圍中導致更好地利用折彎桿的作業(yè)區(qū)域。
在圖6a至c中，作為簡單的例子表示了桿臂1和2在箭頭70、 72的方向上(圖6a)所實現(xiàn)的回轉(zhuǎn)范圍的擴展，此擴展可以在考慮上 述的極限值監(jiān)控的情況下相對于傳統(tǒng)的、以虛線(圖6b， c)表示的 極限角實現(xiàn)。
用于按照本發(fā)明的壓力和角度值測量的傳感器也在借助一個遙控 器的只一個控制桿進行計算機控制的多臂折彎桿20操縱時(參見DE 101 07 107 Al)和在折彎桿的振蕩緩沖時(參見DE 100 46 546 Al) 使用。因此，裝設在系統(tǒng)中的傳感裝置可在系統(tǒng)控制和監(jiān)控的不同范 圍中多重地使用。
上面已經(jīng)借助于頂置-成巻疊合作為第一實施例詳細解釋了本發(fā)明。本發(fā)明的思想也能夠轉(zhuǎn)移到許多其它的應用場合。下面借助于在
圖8至11中所示的應用場合解釋這一點。
在圖8中示出了標準混凝土布料桿的局部，其圍繞桿臂l的鉸接 軸A相對于轉(zhuǎn)臺21的旋轉(zhuǎn)角￡1為90。。用于確定轉(zhuǎn)矩平衡必需的運動 學部件在圖8中仿照圖3a和在那里給出的標記符號表示。對于轉(zhuǎn)矩平 衡按照下面的關系式給出
如果考慮到距離變量a和b與桿臂1的旋轉(zhuǎn)角^的關系并且還考 慮到基于強度原因的最大許用缸作用力Fmax,則與上述的用于頂置-成巻疊合類似地得到缸作用力FGrenz (￡l)關于臂旋轉(zhuǎn)角(折彎角)￡l 的極限曲線。此外還可給出用于許用荷載轉(zhuǎn)矩Mcr面(sJ的極限曲 線。通過這些曲線，能夠按照上述實施例實現(xiàn)桿運動時的穩(wěn)定性監(jiān)控。
在圖9中所示的實施例涉及具有混凝土布料桿的自行式混凝土泵 10，其桿臂1以圍繞轉(zhuǎn)臺21的鉸接軸A的旋轉(zhuǎn)角￡1回轉(zhuǎn)。該桿臂1 有多個相互間可伸縮的桿段la至If組成，在其端部上連接具有多個 其它桿臂2、 3、 4、 5的折彎桿懸伸架。
對于穩(wěn)定性監(jiān)控重要的圍繞桿臂1的鉸接軸A的轉(zhuǎn)矩平衡在這里 也適用公式(7)。
如果考慮到距離變量a和b與桿臂l的折彎角^的關系和與其余 桿臂位置的關系并且考慮到附加地基于強度原因的最大許用缸作用力 Fm^的關系，則得到與圖5類似的缸作用力Fz,y與臂旋轉(zhuǎn)角^關系的 極限曲線。
在圖10中示出的實施例表示例如混凝土泵的作業(yè)桿14的局部， 它同時作為吊車起到提升荷載的作用。為此，在那里與桿臂l的鉸接 軸A間隔距離b設置一個轉(zhuǎn)向輪80,通過它導引 一個具有用于一活動 荷載的承接機構(gòu)84的繩索82。此外在繩索82上還設置一個用于確定 重力G^t的力傳感器86，其輸出與安全程序的評價單元連接。通過 這個系統(tǒng)如下計算圍繞桿臂1的鉸接軸A的轉(zhuǎn)矩平衡F" .c -G細a + GLas( b
--^-
如果考慮到距離變量a、 b和c與桿臂1的角度￡1的關系和與其 余桿臂位置的關系并且考慮到附加地基于強度原因的最大許用缸作用
力F咖x的關系，則在這里也得到用于缸作用力FG，z(^)的極限曲線，
它能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定性監(jiān)控。
在圖lla和b中示出的實施例涉及一種移動式的帶輸送裝置90， 它具有鉸接在轉(zhuǎn)臺21上并帶有相互間可伸縮的桿臂la至ld的作業(yè)桿 14。該作業(yè)桿14可以圍繞鉸接軸A借助于構(gòu)成為液壓缸22的驅(qū)動器 以角度^回轉(zhuǎn)。
為了確定轉(zhuǎn)矩平衡，要考慮在圖lib中標注的尺寸和力。由此計 算對應于平衡條件的等式(7)。如果考慮到距離變量a和b與桿14 的折彎角^和與桿臂la至ld的位置的關系并且還考慮到基于強度原 因的最大許用缸作用力Fmax,則得到用于缸作用力FGrenz(￡l)的對應 于圖5曲線1的極限曲線。該曲線以表格的形式作為缸作用力極限值 的數(shù)據(jù)段預先給定并且通過對應于圖7的軟件程序與測量值Fz,y進行 比較。
由此，對于所有的實施例可以確定出作業(yè)桿14的許用的臂配置， 其對應于按照等式(6)的安全標準。
可概括如下本發(fā)明涉及一種尤其用于大型機械手和混凝土泵的 作業(yè)桿。該作業(yè)桿14具有一個圍繞機架11上的豎軸13可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺 21、 一個圍繞水平的鉸接軸A相對于轉(zhuǎn)臺21通過一個驅(qū)動器22可有 限地回轉(zhuǎn)的第一桿臂1和至少一個相對于相鄰的桿臂通過配屬的驅(qū)動 器23至25沿著位移軸可縱向移動的和/或圍繞水平的鉸接軸B、 C、 D可回轉(zhuǎn)的另外的桿臂2、 3、 4。還具有優(yōu)選可遙控的借助配設于各 個驅(qū)動器22至25的執(zhí)行機構(gòu)用于桿運動的控制裝置。作為執(zhí)行機構(gòu) 首先考慮控制閥，通過它們控制構(gòu)成為液壓缸的驅(qū)動器22至25。在 至少一個桿臂、位移軸和/或鉸接軸、豎軸13和/或驅(qū)動器22至25上 設置一個用于測量行程或角度的傳感器?？刂蒲b置具有一個對至少一個傳感器的輸出數(shù)據(jù)響應的安全程序。在底面和/或活塞桿一側(cè)的至少
一個由液壓缸22構(gòu)成的驅(qū)動器端部上設置壓力或力傳感器42、 44， 而安全程序包括一個對壓力和力傳感器輸出數(shù)據(jù)響應的評價單元56。 為了在折彎桿運動時能更好地利用運動學特性，所述安全程序包括一 個用于接收解析地或以表格形式預先給定的數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)存儲器，所 述數(shù)據(jù)段包括依據(jù)對應于至少一個桿臂的行程或角度測量值而定的壓 力或力極限值。該評價單元56具有一個比較器，它被供給所述壓力或 力傳感器42、 44的和相應行程或角度傳感器54的輸出數(shù)據(jù)或者由其 推導出來的參數(shù)，用以實施與來自所述數(shù)據(jù)段的相應極限值數(shù)據(jù)的比 較以及用以在低于或超過極限值數(shù)據(jù)時觸發(fā)一個信號。
權利要求
1.作業(yè)桿，具有一個圍繞機架(11)上的豎軸(13)可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(21)；具有至少三個桿臂(1，2，3，4)，它們分別圍繞水平的、相互平行的鉸接軸(A，B，C，D)相對于轉(zhuǎn)臺(21)或相鄰的桿臂通過各一個驅(qū)動器(22至25)可有限地回轉(zhuǎn)；具有優(yōu)選可遙控的借助配設于各個驅(qū)動器(22至25)的執(zhí)行機構(gòu)用于桿運動的控制裝置；具有至少一個用于測量行程或角度的傳感器，它配設于桿臂(1，2，3，4)中的至少一個、鉸接軸(A，B，C，D)、豎軸(13)和/或驅(qū)動器(22至25)，其中，所述控制裝置具有一個對所述至少一個傳感器的輸出數(shù)據(jù)響應的安全程序，以及，在至少一個構(gòu)成為液壓缸的驅(qū)動器的底面和/或活塞桿一側(cè)的端部上設置壓力或力傳感器(42，44)，并且所述安全程序包括一個對所述壓力和力傳感器的輸出數(shù)據(jù)響應的評價單元(56)，其特征在于，所述安全程序包括一個用于接收解析地或以表格形式預先給定的數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)存儲器，該數(shù)據(jù)段包括依據(jù)對應于至少一個桿臂的行程或角度測量值(ε1)而定的壓力或力極限值(FGrenz)；并且，所述評價單元(56)具有一個比較器，它被供給所述壓力或力傳感器(42，44)的和相應行程或角度傳感器(54)的輸出數(shù)據(jù)或者由其推導出來的參數(shù)(FZyl)，用以實施與來自所述數(shù)據(jù)段的相應極限值數(shù)據(jù)(FGrenz)的比較以及用以在低于或超過極限值數(shù)據(jù)時觸發(fā)一個信號(57)。
2. 作業(yè)桿，具有一個圍繞機架(11)上的豎軸(13)可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn) 臺(21);具有一個圍繞水平的鉸接軸(A)相對于轉(zhuǎn)臺(21)通過一 個驅(qū)動器可有限地回轉(zhuǎn)的第一桿臂(1);具有至少一個相對于各自相 鄰的桿臂通過配屬的驅(qū)動器沿著位移軸可縱向移動的和/或圍繞水平 的鉸接軸(B， C， D)可回轉(zhuǎn)的另外的桿臂(2， 3， 4);具有優(yōu)選可 遙控的借助配設于各個驅(qū)動器的執(zhí)行機構(gòu)用于桿運動的控制裝置；具 有至少 一個用于測量行程或角度的傳感器，它配設于桿臂中的至少一 個、位移軸和/或鉸接軸、豎軸(13)和/或驅(qū)動器，其中，所述控制裝置具有一個對所述至少一個傳感器的輸出數(shù)據(jù)響應的安全程序，以 及，在至少一個構(gòu)成為液壓缸的驅(qū)動器的底面和/或活塞桿一側(cè)的端部 上設置壓力或力傳感器，并且所述安全程序包括一個對壓力和力傳感器的輸出數(shù)據(jù)響應的評價單元(56),其特征在于，所述安全程序包括 一個用于接收解析地或以表格形式預先給定的數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)存儲器， 該數(shù)據(jù)段包括依據(jù)對應于至少一個桿臂的行程或角度測量值(￡l)而 定的壓力或力極限值(FGrenz);并且，所述評價單元(56)具有一個 比較器，它被供給所述壓力或力傳感器(42， 44)的和相應行程或角 度傳感器(54)的輸出數(shù)據(jù)或者由其推導出來的參數(shù)(FZyl),用以實 施與來自所述數(shù)據(jù)段的相應極限值數(shù)據(jù)(FGrenz)的比較以及用以在低 于或超過極限值數(shù)據(jù)時觸發(fā)一個信號(57)。
3. 如權利要求2所述的作業(yè)桿，其特征在于，所述第一桿臂(l) 借助構(gòu)成為液壓缸的驅(qū)動器(22)相對于轉(zhuǎn)臺(21)可回轉(zhuǎn)約90。。
4. 如權利要求2或3所述的作業(yè)桿，其特征在于，在所述笫一桿 臂(1)的端部上，圍繞一個水平鉸接軸(B， C, D)可回轉(zhuǎn)地鉸接 一個由至少一個另外的桿臂(2， 3, 4)組成的桿懸伸架。
5. 如權利要求2所述的作業(yè)桿，其特征在于，所述第一桿臂(l) 與多個可相互間伸縮式縱向移動的桿臂(la至lf)連接。
6. 如權利要求5所述的作業(yè)桿，其特征在于，在最后的那個可縱 向移動的桿臂(lf)的端部上鉸接至少一個由多個圍繞水平的鉸接軸(B至E)相互間可回轉(zhuǎn)的桿臂(2至5)組成的桿懸伸架。
7. 如權利要求1至6中任一項所述的作業(yè)桿，其特征在于，在至 少一個桿臂上，與第一桿臂(1)的鉸接軸(A)間隔距離地設置一個 轉(zhuǎn)向輪(80)，通過它導引一根具有用于一活動荷載的承接機構(gòu)(84) 的繩索(82)，并且在該繩索(82)上設置一個壓力或力傳感器(86)， 其輸出與安全程序的評價單元(56)連接。
8. 如權利要求1至7中任一項所述的作業(yè)桿，其特征在于，至少 一個角度傳感器(54)設置在相應的桿臂(1)的鉸接軸(A)上。
9. 如權利要求1至7中任一項所述的作業(yè)桿，其特征在于，至少一個行程傳感器設置在桿臂(l至4)的構(gòu)成為液壓缸(22至25)的 相應驅(qū)動器上。
10. 如權利要求1至9中任一項所述的作業(yè)桿，其特征在于，在 驅(qū)動器上或者在轉(zhuǎn)臺(21)的豎軸(13)區(qū)域設置另一行程或角度傳 感器，并且附加地通過配設于轉(zhuǎn)臺的行程或角度測量值修正在安全程 序的數(shù)據(jù)存儲器中解析地或者以表格形式存儲的包括壓力或力極限值(FGrenz)的數(shù)據(jù)段。
11. 如權利要求1至10中任一項所述的作業(yè)桿，其特征在于，至 少一個執(zhí)行機構(gòu)響應于通過所述安全程序在超過極限數(shù)據(jù)時觸發(fā)的信 號，而實施安全運動或者安全停機。
12. 如權利要求1至11中任一項所述的作業(yè)桿，其特征在于，所 述控制裝置包括一個響應于行程或角度測量數(shù)據(jù)的用于桿運動的位置 調(diào)節(jié)器。
13. 如權利要求1至12中任一項所述的作業(yè)桿，其特征在于，在 至少 一個桿臂上設置一個測地學的角度傳感器，用以實施針對桿臂的 行程或角度測量。
14. 如權利要求13所述的作業(yè)桿，其特征在于，附加地設有一個 設置在轉(zhuǎn)臺(21)上的測地學的角度傳感器，用以測量相應于轉(zhuǎn)臺的 以地為基準的角度測量值。
15. 如權利要求13或14所述的作業(yè)桿，其特征在于，附加地設 有至少一個設置在機架(11)上的測地學的角度傳感器，用于測量至 少一個相應于機架的以地為基準的角度測量值。
16. 如權利要求13至15中任一項所述的作業(yè)桿，其特征在于， 所述測地學的角度傳感器設計成響應于地心引力的傾斜角傳感器。
17. 如權利要求13至16中任一項所述的作業(yè)桿，其特征在于， 所述控制裝置具有一個用于將以地為基準的針對桿臂的角度測量值換 算成折彎角(￡i)的軟件程序。
18. 如權利要求1至17中任一項所述的作業(yè)桿，其特征在于，所 述控制裝置包括一個響應于與時間有關的行程或角度測量值和/或響 應于壓力或力測量值的用于布料桿的桿臂的緩沖器。
全文摘要
本發(fā)明涉及尤其用于大型機械手和移動式混凝土泵的作業(yè)桿。該作業(yè)桿(14)具有一個圍繞機架(11)上的豎軸(13)可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(21)、一個圍繞水平的鉸接軸(A)相對于轉(zhuǎn)臺(21)通過一個驅(qū)動器(22)可有限地回轉(zhuǎn)的第一桿臂(1)和至少一個相對于相鄰的桿臂通過配屬的驅(qū)動器(23至25)沿著位移軸可縱向移動的和/或圍繞水平的鉸接軸(B，C，D)可回轉(zhuǎn)的另外的桿臂(2，3，4)。還具有優(yōu)選可遙控的借助配設于各個驅(qū)動器(22至25)的執(zhí)行機構(gòu)用于桿運動的控制裝置。作為執(zhí)行機構(gòu)首先考慮控制閥，通過它們控制構(gòu)成為液壓缸的驅(qū)動器(22至25)。在至少一個桿臂、位移軸和/或鉸接軸、豎軸(13)和/或驅(qū)動器(22至25)上設置一個用于測量行程或角度的傳感器?？刂蒲b置具有一個對至少一個傳感器的輸出數(shù)據(jù)響應的安全程序。在底面和/或活塞桿一側(cè)的至少一個由液壓缸(22)構(gòu)成的驅(qū)動器端部上設置壓力或力傳感器(42，44)，而安全程序包括一個對壓力和力傳感器輸出數(shù)據(jù)響應的評價單元(56)。為了在折彎桿運動時能更好地利用運動學特性，所述安全程序包括一個用于接收解析地或以表格形式預先給定的數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)存儲器，該數(shù)據(jù)段包括依據(jù)對應于至少一個桿臂的行程或角度測量值而定的壓力或力極限值。評價單元(56)具有一個比較器，它被供給所述壓力或力傳感器(42，44)的和相應行程或角度傳感器(54)的輸出數(shù)據(jù)或者由其推導出來的參數(shù)，用以實施與來自所述數(shù)據(jù)段的相應極限值數(shù)據(jù)的比較以及用以在低于或超過極限值數(shù)據(jù)時觸發(fā)一個信號。
文檔編號B66C23/00GK101292072SQ200680038880
公開日2008年10月22日 申請日期2006年10月17日 優(yōu)先權日2005年10月18日
發(fā)明者J·布勞恩, S·格利斯 申請人:普茨邁斯特混凝土泵有限公司