一种移动式智能索道山区运输装置

1.本发明涉及索道运输装置技术领域，具体涉及一种移动式智能索道山区运输装置。


背景技术：

2.我国山区面积广大，广袤山地物产丰富，主要包括果园、农作物、树木、竹材、药材等。这些产品需要从复杂的山地运送到公路上，传统方式采用人工肩挑，劳动强度大，生产效率低，人力成本高。现代化运输工具包括公路运输车、轨道式运输车和架空索道运输系统。轨道式输送机输送能力强，输送距离远，但该型输送机占地面积较大、结构复杂，使用前需要铺设相应轨道、成本较高，使用后拆卸和转场工作繁琐。公路运输车适用坡道较小的山地，需要修建密集的林场道路，对林地植被破坏较大，前期投入成本高。传统的架空索道主要用于运送木材，需要选用伐区中的大树固定主索，并通过适当的稳绳索加固，索道安装后不便于频繁地转场。
3.因此，开发转场方便、运输效率高的移动式山区索道运输装置已成为一个亟需解决的难题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种移动式智能索道山区运输装置，拆装转场方便，可以代替人力或畜力完成山地运输，工作效率高、运输成本低、作业安全，解决了山地运输过程的难题。
5.为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：
6.一种移动式智能索道山区运输装置，包括移动小车、尾部支架、承载索装置、跑车、跑车动力装置、以及控制系统；
7.所述移动小车包括底盘、设于所述底盘且倾斜度可调的折叠式臂架、一端固定于所述底盘另一端与所述臂架连接的变幅油缸、设于所述底盘且可滑动的配重块、驱动所述配重块远离或靠近所述臂架运动的配重驱动装置、设于所述底盘的伸缩支腿、及设于所述伸缩支腿端部的垂直油缸，所述控制系统控制所述配重驱动装置以及所述变幅油缸的工作状态，以调节所述配重块的位置以及臂架的倾斜角度；
8.所述承载索装置包括设于所述配重块的承载索卷扬、由所述承载索卷扬引出并与臂架和尾部支架连接的承载索；
9.所述跑车支撑于所述承载索并与所述承载索滚动连接，且所述跑车上设有用于物品运载的起重装置；
10.所述跑车动力装置用于牵引所述跑车远离或靠近所述移动小车。
11.进一步地，所述移动小车还包括用于检测承载索卷扬扭矩的扭矩传感器，所述控制系统根据承载索卷扬扭矩计算所述承载索的拉力，并根据承载索拉力控制所述配重驱动装置及变幅油缸的工作状态。
12.进一步地，承载索拉力f0＝a0*t0/r0，其中a0表示承载索传动过程中的摩擦系数，取值为1.03～1.1，r0表示承载索卷扬半径，t0表示承载索卷扬扭矩。
13.进一步地，所述移动小车的稳定性满足以下条件：
14.g1*l3+g0*l2＞a1*a2*f0*l1；
15.其中g0表示移动小车除去配重及其上安装物外的固定重量，g1表示移动小车上的配重及安装物重量，f0表示承载索拉力，l1表示承载索拉力到伸缩支腿与地面作用点的距离，l2表示移动小车重力到伸缩支腿与地面作用点的距离，l3表示移动小车上的配重及安装物重力到伸缩支腿与地面作用点的距离，a1表示安全系数，取值为1.2-1.5，a2表示作用力系数，取值为1.1-1.2。
16.进一步地，所述移动小车还包括用于检测底盘上测量点至地面距离的位移传感器，设定底盘上测量点至地面初始距离为h1，当检测底盘上测量点至地面距离h＞a3*h1时，控制系统发出移动小车将发生倾覆报警提示，其中a3表示稳定系数，取值为1.0-1.1。
17.进一步地，所述变幅油缸控制所述臂架的倾斜角度，且所述臂架与所述底盘的夹角为70-85
°
；所述臂架包括固定于底盘的臂架安装座、与所述臂架安装座铰接的第一臂架、与所述第一臂架铰接的第二臂架，所述变幅油缸的另一端与所述第一臂架连接。
18.进一步地，所述跑车动力装置包括设于所述底盘的第一副卷筒和第二副卷筒、驱动所述第一副卷筒和第二副卷筒转动的副卷筒电机、由所述第一副卷筒引出并经设于臂架顶部的第一导向轮导向后与所述跑车连接的牵引索、由所述第二副卷筒引出并经设于臂架顶部的第二导向轮导向、设于尾部支架的第三导向轮导向后与所述跑车连接的回空索。
19.进一步地，所述跑车包括车体、设于所述车体且支撑于所述承载索的第一滑轮、设于所述第一滑轮一侧的限位板、设于所述车体且分别用于连接牵引索和回空索的牵引索固定器和回空索固定器，所述起重装置固定安装于所述车体。
20.进一步地，所述起重装置包括设于所述车体的安装架、设于所述安装架的起重索卷扬装置、由起重索卷扬装置引出的起重索、与起重索连接的连接块、设于所述安装架底部的起重索锁紧装置、设于所述安装架的位置传感器；
21.当所述位置传感器检测所述连接块到达设定位置时，控制系统根据工况控制所述起重索锁紧装置将所述连接块锁紧或解锁。
22.进一步地，还包括设于所述臂架与尾部支架之间用于支撑承载索、牵引索和回空索的中间支架，所述中间支架为模块化支架，且倾斜度可调。
23.进一步地，所述中间支架包括支座、与所述支座铰接的第一中间支架、与所述第一中间支架可拆卸连接的第二中间支架、设于所述中间支架顶部的第一横杆、设于所述第二中间支架且与所述第一横杆间隔设置的第二横杆、设于所述第一横杆且具有承载索滑槽和牵引索滑轮的滑动支架、设于所述第二横杆且用于支撑牵引索或回空索的滚轮；所述第一中间支架的一侧与所述支座通过销轴连接，所述第一中间支架的另一侧与所述支座通过中间支架可调螺杆连接，通过调节所述中间支架可调螺杆的长度调整所述中间支架的倾斜度。
24.与现有技术相比，本发明提供的移动式智能索道山区运输装置，有益效果在于：
25.一、本发明提供的移动式智能索道山区运输装置，在移动小车的底盘上设置配重块以及配重驱动装置，控制系统控制配重驱动装置工作，以调节配重块至伸缩支腿的距离，
在无需稳绳的情况下方便快速安装和转场，并能提高移动小车的稳定性；臂架采用折叠式，并通过变幅油缸自动调节臂架的倾斜角度，可实现快速安装，且方便调节臂架变幅角，以便减小臂架承受的弯矩；通过控制系统控制配重驱动装置的伸缩量以及变幅油缸的伸缩量，使移动小车保持稳定。
26.二、本发明提供的移动式智能索道山区运输装置，通过设置稳定模型和安全保护系统，防止移动小车发生倾覆。
27.三、本发明提供的移动式智能索道山区运输装置，跑车自带起重装置，且可根据工作需要锁紧起重索，使货物运输时起重装置的电机不受载荷，提高跑车的可靠性。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本发明提供的移动式智能索道山区运输装置的结构示意图；
30.图2是图1所示移动式智能索道山区运输装置中移动小车的结构示意图；
31.图3是图2中的a部放大结构示意图；
32.图4是图2所示的移动小车中臂架与底盘的倾斜角度的关系示意图；
33.图5是图2所示的移动小车的稳定性模型示意图；
34.图6是图1所述移动式智能索道山区运输装置中跑车的结构示意图；
35.图7是图1所示移动式智能索道山区运输装置中尾部支架的结构示意图；
36.图8是图7中的b部放大结构示意图；
37.图9是图8所示的尾部支架中尾部支架调节螺杆的结构示意图；
38.图10是图1所示移动式智能索道山区运输装置中中间支架的结构示意图；
39.图11是图10所示的中间支架的另一角度的结构示意图；
40.图12是图10中的c部放大结构示意图。
具体实施方式
41.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
42.在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
43.请参阅图1，是本发明提供的移动式智能索道山区运输装置的结构示意图。本发明提供的移动式智能索道山区运输装置包括移动小车1、承载索装置3、跑车动力装置4、跑车5、尾部支架6、控制系统(未图示)。
44.请结合参阅图2和图3，其中图2是图1所示移动式智能索道山区运输装置中移动小车的结构示意图；图3是图2中的a部放大结构示意图。移动小车1包括底盘11、设于底盘11且
倾斜度可调的臂架12、一端固定于底盘11另一端与臂架12连接的变幅油缸13、设于底盘且可滑动的配重块14、驱动配重块滑动的配重驱动装置15、设于底盘的伸缩支腿16、设于伸缩支腿16端部的垂直油缸17。
45.臂架12用于张紧承载索以及跑车牵引所需的牵引索和回空索。本实施例中，臂架12为折叠式臂架，方便安装及转场。本实施例中，臂架12包括固定于底盘11的臂架安装座121、与臂架安装座121铰接的第一臂架122、与第一臂架铰接的第二臂架123。安装时，第一臂架122与臂架安装座121通过两对销轴连接，第一臂架122与第二臂架123同样通过两对销轴连接。第一臂架122与臂架安装座121铰接、第一臂架122与第二臂架123铰接可实现臂架的倾斜度可调。安装固定并调整好倾斜角度后，将第一臂架122与臂架安装座121的连接销轴锁死，并将第一臂架122与第二臂架123的连接销轴锁死，防止在工作过程中倾倒。转场时，拆卸第一臂架122与臂架安装座121连接的其中一对销轴，并拆卸第一臂架122与第二臂架123连接的其中一对销轴，即可实现臂架的折叠。折叠后的臂架便于转场运输。具体的，请参阅图3，第一臂架122与第二臂架123通过两对销轴124、125铰接，在转场时销轴124拆卸，而销轴125保留。
46.变幅油缸13用于实现臂架12的倾斜角度调整，其一端固定与底盘11，另一端与第一臂架122连接。
47.配重块14与底盘11滑动连接，如在底盘11上设置一滑槽，滑槽内配合连接滑轨141，配重块14设于滑轨上。滑轨在滑槽内滑动，从而带动配重块14滑动。本发明中，配重块14的滑动方向为远离或靠近臂架12的方向。
48.配重驱动装置15用于驱动配重块14远离或靠近臂架运动，本实施例中，配重驱动装置15为伸缩油缸，伸缩油缸的伸缩量由控制系统控制。通过控制伸缩油缸的伸缩量调整配重块的位置，增加移动小车的稳定性。
49.本实施例中，伸缩支腿16安装在底盘11上，与配重块14分布于底盘11的相对两侧。垂直油缸17设于伸缩支腿16的端部，安装时垂直油缸17着地，支撑移动小车。具体的，伸缩支腿16包括固定于底盘11的固定支腿161、与固定支腿161可伸缩连接的活动支腿162，垂直油缸17与活动支腿162的端部连接。优选地，伸缩支腿16为两组，对应的，垂直油缸17为两组，与伸缩支腿一一对应。
50.移动小车到场后，伸出活动支腿，并伸出垂直两组垂直油缸，使垂直油缸着地。优选地，伸缩支腿16与底盘轴线的夹角为5-30
°
，即两组伸缩支腿的夹角为10-60
°
，可以增强移动小车纵向和横向的稳定性。伸缩支腿16有利于增加移动小车的稳定性力臂，配重块有利于增加移动小车的稳定性力臂和重力。伸缩支腿和配重块共同作用，增强了移动小车的稳定性，如果配置合适，移动车可以不需要稳绳索，减少了移动索道拆装时间，更重要的是，移动小车位于空旷区域，相较于现有技术中通过大型活木、稳绳索固定较为方便。
51.本发明中，臂架12与底盘11的夹角为70-85
°
，即臂架向配重块14方向倾斜5-20
°
。请结合参阅图4，是图2所示的移动小车中臂架与底盘的倾斜角度的关系示意图，该实施例中，臂架12与底盘11夹角分别为90
°
和71
°
，当臂架与底盘为90
°
，卷扬端承载索与臂架夹角为58
°
，其作用力到臂架底部的力臂为hsin58
°
，当臂架与车架为71
°
，卷扬端承载索与臂架夹角为73
°
，其作用力到臂架底部的力臂为hsin73
°
，力臂大于前者，因此更有利于减小臂架力矩。其次，当臂架向承载索卷扬方向倾斜时，其重心远离支腿，也更有利于整车稳定性。
52.本发明中，承载索装置3包括设于配重块的承载索驱动电机31、由承载索驱动电机31驱动的承载索卷扬32、用于检测承载索卷扬扭矩的扭矩传感器33。承载索34由承载索卷扬32引出，经臂架顶部的第一承载索导向轮35导向后与尾部支架连接，经尾部支架6上的第二承载索导向轮36导向后，固定在大型活木或坚固物体上。
53.本发明中，通过扭矩传感器33检测承载索卷扬扭矩，控制系统根据承载索卷扬扭矩计算所述承载索拉力，并根据承载索拉力控制所述配重驱动装置及变幅油缸的工作状态。本实施例中，承载索拉力f0＝a0*t0/r0，其中a0表示承载索传动过程中的摩擦系数，取值为1.03～1.1，r0表示承载索卷扬半径，t0表示承载索卷扬扭矩。
54.本发明中，根据承载索拉力等参数设计移动小车的稳定性模型。请结合参阅图5，是图2所示的移动小车的稳定性模型示意图，移动小车的稳定性满足以下条件：
55.g1*l3+g0*l2＞a1*a2*f0*l1；
56.其中g0表示移动小车除去配重及其上安装物外的固定重量，g1表示移动小车上的配重及安装物重量，f0表示承载索拉力，l1表示承载索拉力到伸缩支腿与地面作用点的距离，l2表示移动小车重力到伸缩支腿与地面作用点的距离，l3表示移动小车上的配重及安装物重力到伸缩支腿与地面作用点的距离，a1表示安全系数，取值为1.2-1.5，a2表示作用力系数，取值为1.1-1.2。
57.根据以上稳定性模型，为了使移动小车在工作过程中保持稳定状态，由控制系统控制配重驱动装置以及变幅油缸的工作状态(即配重驱动装置的伸缩油缸及蝙蝠油缸的伸缩量)，以调整配重块的位置以及臂架的倾斜角度，改变l1、l2、l3的参数值以满足其稳定性模型设计。
58.为了进一步保证移动小车的稳定性，移动小车还包括用于检测底盘上测量点至地面距离的位移传感器19，移位传感器19设于底盘靠近伸缩支腿的一端。设定底盘上测量点至地面的初始距离为h1,当检测底盘上测量点至地面距离h＞a3*h1时，控制系统发出移动小车将发生倾覆报警提示，其中a3表示稳定系数，取值为1.0-1.1。此时，控制系统再次调整配重块14至伸缩支腿16的距离，使两者距离增加。
59.跑车动力装置4用于牵引跑车远离或靠近移动小车1，其包括设于底盘11的第一副卷筒41和第二副卷筒42、驱动第一副卷筒41和第二副卷筒42转动的副卷筒电机43、由第一副卷筒41引出并经设于臂架12顶部的第一导向轮44导向后与跑车5连接的牵引索45、由第二副卷筒42引出并经设于臂架12顶部的第二导向轮46导向、设于尾部支架6的第三导向轮47导向后与跑车5连接的回空索48。本实施例中，副卷筒电机43同时驱动第一副卷筒41和第二副卷筒42转动，第一副卷筒41和第二副卷筒42通过变速箱连接，且牵引索45的缠绕方向与回空索48的缠绕方向相反，可满足当牵引索收缩时回空索释放。
60.在安装索道时，变速箱传动比为0，副卷筒电机43反转(顺时针转动)，使第一副卷筒41释放牵引索45，第二副卷筒42可自由转动；安装好牵引索后，变速箱传动比为-1，副卷筒电机43正转(逆时针转动)，使第一副卷筒41收缩牵引索45，第二副卷筒42释放回空索48，两个副卷筒直径相等，转速大小相等，牵引索长度不变，第一副卷筒41作为主导作用使跑车靠近移动小车运动；当变速箱传动比为-1，副卷筒电机43反转时，第一副卷筒41释放牵引索45，第二副卷筒42收缩回空索48，第二副卷筒42作为主导作用使跑车远离移动车运动；在拆卸索道时，跑车靠近移动车，将牵引索与跑车分离，变速箱传动比为0，副卷筒电机正转，使
第一副卷筒41收缩牵引索，第二副卷筒42可自由转动，收回回空索48。
61.请结合参阅图6，是图1所述移动式智能索道山区运输装置中跑车的结构示意图。跑车5支撑于承载索34，其包括车体51、设于车体51且支撑于承载索34的第一滑轮52、设于第一滑轮52一侧的限位板53、设于车体51且分别用于连接牵引索45和回空索48的牵引索固定器54和回空索固定器55、以及设于车体51的起重装置56。
62.车体51为板状结构，可减少跑车重量；限位板53与车体相对设置，用于防止跑车在工作时脱离承载索34；牵引索固定器53和回空索固定器55分别为接线扣。
63.本实施例中，跑车5采用自带起重索方式，起重装置56包括设于车体51的安装架561、设于安装架561的起重索卷扬装置562、由起重索卷扬装置562引出的起重索563、与起重索563连接的连接块564、设于安装架561底部的起重索锁紧装置565、设于安装架561的位置传感器566。
64.起重索卷扬装置562包括固定于车体的起重索驱动电机5621、由起重索驱动电机5621驱动的带轮5622、由带轮5622带动转动的起重索卷扬筒5623。起重索563缠绕于起重索卷扬筒5623上，且起重索的一端与连接块564连接。
65.起重索锁紧装置565根据工况锁紧或释放起重索，实现吊装物品、拿取物品的目的。
66.起重索锁紧装置565包括设于安装架561的控制电机5651、由控制电机5651带动进行伸缩移动的限位轴5652；为实现起重索的锁紧和释放目的，在连接块564上设置一限位孔5641。起重索锁紧装置565的工作原理是：当位置传感器566检测连接块564到达设定位置时，控制系统根据工况控制起重索锁紧装置565将连接块564锁紧或解锁。当处于锁紧状态时，控制电机5651带动限位轴5652伸出，当限位轴穿过限位孔5641时，限位轴5652限制连接块564相对于移动小车滑动，从而实现连接块的锁紧，此时起重索不能下降；当起重索需要下降时，连接块处于解锁状态，此时控制电机5651带动限位轴5652缩回，限位轴5652与连接块564的约束力取消，此时可通过起重索卷扬装置562工作，使起重索下降，该过程为起重索锁紧装置565解锁。
67.具体工作过程中，当物品需要固定于起重装置，或物品需要从起重装置取出时，起重索锁紧装置解锁；当物品吊装过程中，起重索锁紧装置锁紧，此时起重装置的电机不受载荷，提高跑车的可靠性。
68.为了提高货物吊装的效率，跑车的数量可以设置为多个，相邻两个跑车之间通过连接索连接，使多个跑车连接为一体。
69.尾部支架6用于连接承载索及跑车牵引所需的牵引索和回空索。为了适应不同的场地，优选地将尾部支架6设计为倾斜度可调整的结构。请结合参阅图7-图9，其中图7是图1所示移动式智能索道山区运输装置中尾部支架的结构示意图；图8是图7中的b部放大结构示意图；图9是图8所示的尾部支架中尾部支架调节螺杆的结构示意图。尾部支架6包括支架底座61、与支架底座61铰接的尾部支架62。其中支架底座61的四角通过四个螺栓64固定，螺栓插入地下，稳定尾部支架。尾部支架62的一侧与支架底座61通过销轴连接，尾部支架62的另一侧与支架底座61通过尾部支架可调螺杆63连接，通过调节尾部支架可调螺杆的长度调整尾部支架62的倾斜度。
70.具体的，尾部支架调节螺杆63包括第一螺杆631、第二螺杆632和调节螺母633，通
过旋转尾部支架调节螺母633实现调节调节螺杆63的长度，从而调节尾部支架62的倾斜角度。
71.本发明中的尾部支架可以设置于山顶，也可以是设置在山脚，具体根据实际应用情况确定。
72.本发明中，为了提高运输装置的可靠性，优选地，在臂架12与顶部之间2之间设置中间支架7，且中间支架7的倾斜度可调。本实施例中，中间支架为模块化支架，易于拆装。
73.请结合参阅图10至图12，其中图10是图1所示移动式智能索道山区运输装置中中间支架的结构示意图；图11是图10所示的中间支架的另一角度的结构示意图；图12是图10中的c部放大结构示意图。本实施例中，中间支架7为两组，分别包括支座71、与支座71铰接的第一中间支架72、与第一中间支架72可拆卸连接的第二中间支架73、设于中间支架顶部的第一横杆74、设于第二中间支架73且与第一横杆74间隔设置的第二横杆75、设于第一横杆75且具有承载索滑槽761和牵引索滑轮762的滑动支架76、设于第二横杆75且用于支撑牵引索或回空索的滚轮77。其中，第一中间支架72的一侧与支座71通过销轴连接，第一中间支架72的另一侧与支座71通过中间支架可调螺杆78连接，通过调节中间支架可调螺杆78的长度调整中间支架7的倾斜度。
74.第一中间支架与支座的连接方式与尾部支架对应相同，且中间支架可调螺杆的结构与尾部支架可调螺杆的结构及原理对应相同，在此不做赘述。
75.第二中间支架73与第一中间支架72可拆卸连接，为了使第二中间支架73可靠地连接第一中间支架72，第二中间支架73的四根立柱的下部包含伸出轴，伸出轴插入第一中间支架72顶部的内孔，可以传递载荷和限定第二中间支架的位移；并且，将第一中间支架顶部的安装板与第二中间支架底部的安装板通过螺栓固定杆，使第二中间支架与第一中间支架紧紧相连。
76.本实施例中，第一横杆74和第二横杆75分别用于连接两组中间，使中间支架结构更稳定。且第一横杆和第二横杆分别通过销钉固定于第二中间支架72的顶部和中部。
77.滑动支架76与第一横杆滑动连接，即滑动支架76可沿第一横杆的轴向滑动，以便调整承载索的横向位置，确保承载索的转弯角度符合规定。
78.滚轮77设于承载索下方，用于拖住牵引索或回空索，防止在运行过程中由于距离较远而引起的牵引索/回空索着地的问题，避免绳索与地面磨损。
79.与现有技术相比，本发明提供的移动式智能索道山区运输装置，有益效果在于：
80.一、本发明提供的移动式智能索道山区运输装置，在移动小车的底盘上设置配重块以及配重驱动装置，控制系统控制配重驱动装置工作，以调节配重块至伸缩支腿的距离，在无需稳绳的情况下方便快速安装和转场，并能提高移动小车的稳定性；臂架采用折叠式，并通过变幅油缸自动调节臂架的倾斜角度，可实现快速安装，且方便调节臂架变幅角，以便减小臂架承受的弯矩；通过控制系统控制配重驱动装置的伸缩量以及变幅油缸的伸缩量，使移动小车保持稳定。
81.二、本发明提供的移动式智能索道山区运输装置，通过设置稳定模型和安全保护系统，防止移动小车发生倾覆。
82.三、本发明提供的移动式智能索道山区运输装置，跑车自带起重装置，且可根据工作需要锁紧起重索，使货物运输时起重装置的电机不受载荷，提高跑车的可靠性。
83.以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。