专利名称：有稳定性监控的自走式施工机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自走式施工机械，尤其一种自行式混凝土泵，它有一个底盘，底盘包括两个在前面和两个在后面可从行车位置向至少一个支承位置移出可各用一个优选地可伸缩的支座支承在地基上的外伸支架；有一个可从行车位置向超过底盘伸出的工作位置移出并可绕一固定在底盘上的竖轴旋转的优选设计为混凝土摊铺杆的施工臂；有设在支座的区域内用于确定各自的支承负荷的测量装置；以及一个可加入测量装置输出信号的用于监控稳定性的装置。
背景技术：
此类自走式施工机械设有可移出的外伸支架，它们在使用地点应改善施工机械的稳定性。外伸支架一方面有消除汽车弹性和车轮卸载的任务。另一方面外伸支架应减少翻倒的危险，若通过施工臂形成大的倾覆力矩时便产生这种危险。外伸支架的支座构成一个四边形的角，四边形的侧线确定了一个面积的界限，施工机械的总重心必须处于此面积内部，以保证稳定性。因为悬臂式施工臂是可以旋转的，所以在旋转一圈时总重心描绘出一个整圆，它在施工臂的工作范围内必须处于四边形面积的内部。因为在施工现场空间状况狭窄，所以往往放弃全支承。由此限制了施工臂的回转范围。为保证倾覆安全性，已建议了一种监控装置。它监测在四个液压操纵的支柱伸缩缸筒内存在的压力。若在两个支柱缸筒内的压力降低，则停止摊铺杆的运动和混凝土泵的工作。这项技术也可以利用于由于空间位置原因不能全面支承机械的情况下(杂志BETON 6/96,362、364页)。研究证明，在支柱伸缩式缸筒内的压力测量对于可靠地监控支柱是不够的。而且通过这种监控系统也没有能够检测动态的支承效果。
发明内容
由此出发，本发明的目的是，对于自走式施工机械的稳定性监控在其处于复杂的支承状况下的精度和可使用性加以改进。
为了达到此目的建议了在权利要求1中所说明的特征组合。由从属权利要求给出本发明有利的设计和进一步发展。
按本发明的方案主要基于下述计划在每个支座内设至少一个力传感器；每个力传感器设在一个用于输出一个与支承负荷有关的测量信号的电测量回路内；以及，监控装置包括一个电子估算单元，它可以按预定的扫描周期加入与支座有关的支承负荷测量值并且为了与之比较，可以加入至少一个预定的确定稳定性的阈值。按本发明的装置允许在一狭窄的时间光栅内实时监测在各支座区内的支承负荷，所以在此监测内也可以包含施工机械工作时的动态效果及惯性效果。
本发明的一项优选的设计规定，电子估算单元包括一个软件程序用于确定每个扫描周期与支座有关的第二最低支承负荷测量值，以及用于此测量值与一个确定稳定性的阈值比较。在这里基于下列知识考虑到四点支承的静不定性通常调整为一种三点支承，它在施工臂运动时导致变换的支承型态。在这种情况下甚至其中一个支柱抬离地基，也不会危及倾覆稳定性。按本发明对于稳定性起决定性作用的始终是与支座有关的第二最低的支承负荷测量值。若此测量值有下降的趋势且将低于一个最小力，则指示紧急停止施工臂的运动和泵的工作。对此为关键的额定值定值器例如调整为最小力是与支柱有关的最大力的0.5％至5％。此外本发明还允许在达到上述危险范围前报警。相应地采用另一个额定值定值器用于规定报警力，报警力例如处于与支柱有关的最大负荷的5至10％并例如通过声和/或光信号向泵操作员指示，需要提高注意力。原则上监控设备也可以直接用于紧急切断施工臂和/或混凝土泵的工作。
本发明另一项优选的设计规定，在每个支座内设两个优选地同类的力传感器，它们设在彼此独立的用于输出一个与支承负荷有关的测量信号的测量回路内。在这种情况下电子估算单元有利地含有一个软件程序，用于成对地比较由与支座有关的测量信号导出的测量值确定它们是一致的或是不一致的。只有当属于各个支座的测量值成对地在一个给定的公差范围内相同时，才能在电子估算单元内作进一步的处理。由此导致的测量系统的冗余度是有必要的，以保证可靠地监控机械的支承状况。
力传感器恰当地有一个电阻应变片或一个压电元件。电测量回路有利地包含一个桥式电路，在其一个支路内设附属的力传感器以及它的出口连接在一个运算放大器上。
因为在稳定性控制中首先取决于测得的与支承负荷有关的测量值与给定的阈值的比较，所以按本发明的一项优选的设计建议，电测量回路在一个包括阈值的测量范围内调整为提高了的测量精度。因为确定稳定性的阈值应处于支承负荷标度(Stützlastskala)的下端，所以有利的是电测量回路有一种从高的向低的与支座有关的支承负荷方向渐增的测量精度。业已证明特别有利的是，电测量回路在一个低于与支座有关的最大负荷30％，优选地低于其15％的测量范围内调整为提高了的测量精度。
为了避免地基破坏，对于有危象的地面状况也可能必要的是引入一个上极限值。此阈值恰当地选择为在提供的支承面积内不发生地基破坏。
本发明另一项优选的设计规定，力传感器设在一个优选地可事后固定在支座上的底部构件内。在这种情况下，测量回路和必要时电子估算单元的一部分也可以组合在底部构件内。此时测量回路优选地通过电的或无线的传输距离与电子估算单元连接。
下面借助附图表示的实施例进一步说明本发明。其中图1停放在路边的具有在临街面上狭窄地支承的外伸支架的自行式混凝土泵视图；图2a和2b按图1的自行式混凝土泵在全支承状态和一侧狭窄支承状态下的支承结构俯视图；图3a带有安装在上面的支承负荷传感器的一个外伸支架支座的剖切侧视图；图3b通过一个外伸支架支座和组合在内的支承负荷传感器的剖面；图4a有冗余度的支承负荷传感器的支座简图；以及图4b冗余的支承负荷传感器与电子估算单元的电路图。
具体实施例方式
图1所示的自行式混凝土泵主要包括一多轴底盘10、可绕一固定在底盘上的竖轴13旋转地支承在前轴附近的杆座12上的混凝土摊铺杆14和一个支承结构15，支承结构有一个固定在底盘上的支承框架16、两个在支承框架16上可分别移入一个设计为推出盒的伸缩套筒18内的前部外伸支架20以及两个可绕一垂直轴22回转的后部外伸支架24。外伸支架20、24可各用一个可向下移出的支座26支承在地基28上。前部和后部外伸支架20、28可借助液压机构从一个在底盘附近的行车位置移出到一个支承位置。在图1所示的实施例中，在临街面上选择了一种狭窄的支承。这种可以顾及施工现场空间困难的窄狭支承，必然导致限制施工臂14的转角。
四个站立在地面上的支座VL(前左)、VR(前右)、HL(后左)和HR(后右)展开了一个四边形，它的侧边l、r、v和h(左、右、前和后)分别构成一个倾转边缘。为了保证稳定性，在施工臂移动时，系统的总重心不允许向外越过此四边形的侧边。本发明利用了下列认识总重心在倾覆四边形内部的位置可以通过在构成此倾覆四边形的角的支座26上的支承负荷传感器监控。因此在每个支座26内设一个传感器单元30，它包括两个力传感器32、34和相关的电测量回路36、38及运算放大器40、42。每个测量回路36、38通过其放大器40、42输出一个可按预定的时间周期扫描的与支承负荷有关的测量信号，它在一个中央电子估算单元54内进行处理。
只有在通过一个支座26的两个测量回路36、38确定的测量值在一个规定的误差范围内一致时，才将它们输入计算装置作进一步处理。相应地电子估算单元54包含一个软件程序60，用于成对地比较由与支座有关的测量信号导出的测量值是否一致。若在多个扫描周期中均未提供这种一致性，这意味测量或电子设备故障，这种故障导致紧急切断此系统并因而导致自行式混凝土泵停机。
电子估算单元54另一个特点在于，它包括一个软件程序62，用于确定每个扫描周期与支座有关的第二最低支承负荷测量值，以及用于将此测量值与一个确定稳定性的阈值比较。在这里基于下列知识有四个支座26的支承结构15是超静定的，所以在施工杆14的任何状况下四个与支座有关的测量值中只有三个才对于稳定性有意义。原则上当在三个支座26上还作用一个超过给定的最小力的支承负荷时是稳定的。在外伸支架20、24移出后，在正常情况下在所有支座26内测得的支承负荷都大于一个给定的报警力。若施工臂14运动，一个支座26可以甚至完全抬离地面而没有破坏稳定性的危险。只有在另一个支座26上的支承负荷降到报警力以下时才发出报警(声/光)。若所涉及的那个支座进一步卸载并且它的支承负荷降到低于规定的最小力，则借助紧急截止阀56切断压力油供给来停止施工臂14的运动和混凝土泵的工作。在这种情况下，操作员可通过紧急操作，伴随着通过鸣笛报警，自行负责地将施工臂14抢救出危险区。环形灯58也向操作者指示这种报警状态。在手操纵的抢救过程中，环形灯58通过熄灭表示，在三个支座26内的支承负荷已重新超过最小力。
如由图3a和3b可以看出，传感器单元30夹紧在支座26的摇座底44与一个可直接安放在地面上的托盘46之间。在图3a的情况下，托盘46带有传感器单元30事后固定在支座26已经存在的摇座底44上，而在图3b的情况下采用有围板结构的摇座底44替代原有的那个摇座底。因此按图3b的结构高度比按图3a的结构低，以及除此之外通过围板48防止污物进入和外来物破坏。
由图4b可以看出，测量回路36、38设计为惠斯顿电桥，在其一条支路上设置设计为电阻应变片的力传感器32或34。测量回路36、38的对角分支点50、52安置在附属的运算放大器40、42的进口上，在它们的出口可输出与支承负荷成比例的电测量信号。利用在放大器40、42出口处4至20mA的测量范围，以便在力值低时保持尽可能高的精度。因此，通过相应地调整放大器在一个范围内提高测量精度，这一范围大约相当于在一个支座处出现的最大负荷的20％。在更大的支承负荷时，在放大器出口始终输出最大值(例如20mA)。
原则上可以切换测量回路的测量范围，所以在测量技术上也可以检测最大负荷。
总之，本发明涉及一种自走式施工机械，尤其一种自行式混凝土泵，它有一个用于监控工作时稳定性的装置。此施工机械有一底盘10，它包括一个有两个在前面和两个在后面的外伸支架20的支承结构。外伸支架可从行车位置向至少一个支承位置移出并可各用一可伸缩的支座26支承在地基28上。此施工机械还有一个可从行车位置向超出底盘伸出的工作位置移出并可绕一固定在底盘上的竖轴旋转的优选设计为混凝土摊铺杆的施工臂14。在支座的区域内设用于确定各自的支承负荷的测量装置，它们的输出信号输入一个用于监控稳定性的装置。按本发明，在每个支座内设至少一个力传感器32、34，力传感器本身设在一个用于输出与支承负荷有关的测量信号的电测量回路36、38内。监控装置包括一个电子估算单元54，它可以按预定的扫描周期加入与支座有关的支承负荷测量值以及为了与之比较可以加入至少一个预定的确定稳定性的阈值。
权利要求
1.自走式施工机械，尤其自行式混凝土泵，有一个底盘(10)，底盘包括两个在前面和两个在后面可从行车位置向至少一个支承位置移出可各用一个优选地可伸缩的支座(26)支承在地基(28)上的外伸支架(20)；有一个可从行车位置向超过底盘伸出的工作位置移出并可绕一固定在底盘上的竖轴(13)旋转的优选设计为混凝土摊铺杆的施工臂(14)；有设在支座(26)区域内用于确定各自的支承负荷的测量装置(30)；以及一个可加入测量装置输出信号的用于监控稳定性的装置，其特征为在每个支座(26)内设至少一个力传感器(32、34)；每个力传感器设在一个用于输出一个与支承负荷有关的测量信号的电测量回路(36、38)内；以及，监控装置包括一个电子估算单元(54)，它可以按预定的扫描周期加入与支座有关的支承负荷测量值并且为了与之比较，可以加入至少一个预定的确定稳定性的阈值。
2.按照权利要求1所述的施工机械，其特征为电子估算单元(54)包括一个软件程序(62)用于确定每个扫描周期与支座有关的第二最低支承负荷测量值，并且用于此测量值与一个确定稳定性的阈值比较。
3.按照权利要求1或2所述的施工机械，其特征为电子估算单元(54)包括一个软件程序用于确定每个扫描周期与支座有关的最大支承负荷测量值，并且用于此测量值与一个确定稳定性的阈值比较。
4.按照权利要求1至3之一所述的施工机械，其特征为电子估算单元(54)有一个用于给定最小力的阈值发送器。
5.按照权利要求1至4之一所述的施工机械，其特征为电子估算单元(54)有一个用于给定报警力的阈值发送器。
6.按照权利要求1至5之一所述的施工机械，其特征为电子估算单元(54)有一个用于给定最大力的阈值发送器。
7.按照权利要求1至6之一所述的施工机械，其特征为电子估算单元(54)与一个用于控制施工臂(14)的控制装置(56)连接。
8.按照权利要求1至7之一所述的施工机械，其特征为电子估算单元(54)与一个用于控制混凝土泵的控制装置(56)连接。
9.按照权利要求1至8之一所述的施工机械，其特征为电子估算单元(54)与一个声和/或光的信号发生器(58)连接。
10.按照权利要求1至9之一所述的施工机械，其特征为在每个支座(26)内设两个优选地同类的力传感器(32、34)，它们设在彼此独立的用于输出一个与支承负荷有关的测量信号的测量回路(36、38)内。
11.按照权利要求10或11所述的施工机械，其特征为电子估算单元(54)有一个软件程序(60)用于成对地比较由与支座有关的测量信号导出的支承负荷测量值，确定它们是否一致。
12.自走式施工机械，尤其自行式混凝土泵，有一个底盘(10)，底盘包括两个在前面和两个在后面可从行车位置向至少一个支承位置移出可各用一个优选地可伸缩的支座(26)支承在地基(28)上的外伸支架(20)；有一个可从行车位置向超过底盘伸出的工作位置移出并可绕一固定在底盘上的竖轴(13)旋转的优选设计为混凝土摊铺杆的施工臂(14)；有设在支座(26)区域内用于确定各自的支承负荷的测量装置(30)；以及一个可加入测量装置输出信号的用于监控稳定性的装置，其特征为在每个支座(26)内设两个优选地同类的力传感器(32、34)，它们设在彼此独立的用于输出一个与支承负荷有关的测量信号的测量回路(36、38)内；以及，监控装置有一个软件程序(60)用于成对地比较由与支座有关的测量信号导出的支承负荷测量值，确定它们是否一致。
13.按照权利要求1至12之一所述的施工机械，其特征为力传感器(32、34)有一个电阻应变片。
14.按照权利要求1至12之一所述的施工机械，其特征为力传感器(32、34)设计为压电传感器。
15.按照权利要求1至14之一所述的施工机械，其特征为电测量回路(36、38)包含一个桥式电路，在此桥式电路的一个支路内设附属的力传感器(32、34)。
16.按照权利要求15所述的施工机械，其特征为测量回路(36、38)包含一个在进口侧与桥式电路的对角分支点(50、52)连接的运算放大器(40、42)。
17.按照权利要求1至16之一所述的施工机械，其特征为电测量回路(36、38)有一个从低的向高的与支座有关的支承负荷测量值方向渐降的测量精度。
18.按照权利要求1至17之一所述的施工机械，其特征为电测量回路(36、38)在一个与支座有关的最大负荷30％以下，优选地在15％以下的测量范围内调整为更高的测量精度。
19.按照权利要求1至18之一所述的施工机械，其特征为电测量回路(36、38)的测量精度可按选择切换。
20.按照权利要求1至19之一所述的施工机械，其特征为力传感器(32、34)设在一个优选地可事后固定在支座(26)上的底部构件(44、46)内。
21.按照权利要求20所述的施工机械，其特征为至少一个的测量回路(36、38)组合在所属的底部构件(44、46)内。
22.按照权利要求21所述的施工机械，其特征为至少一个的测量回路(36、38)通过电的或无线的传输距离与电子估算单元(54)连接。
23.底部构件，用于固定在一自走式施工机械尤其自行式混凝土泵的在支承位置可以支承在地基(28)上的外伸支架(20)上的一个支座(26)上，其特征在于至少一个装在一个用于输出一个与支承负荷有关的测量信号的电测量回路(36、38)内响应传入的与支承负荷有关的力的力传感器(32、34)。
24.按照权利要求23所述的底部构件，其特征为采用两个设在分开的测量回路(36、38)内优选地同类的力传感器(32、34)。
25.按照权利要求23或24所述的底部构件，其特征为力传感器(32、34)包括一个电阻应变片。
26.按照权利要求24或25所述的底部构件，其特征为力传感器(32、34)设计为压电元件。
27.按照权利要求23至26之一所述的底部构件，其特征为每个测量回路(36、38)含有一个桥式电路，在其一个支路内设所属的力传感器(32、34)。
28.按照权利要求27所述的底部构件，其特征为每个测量回路(36、38)有一个在进口侧与桥式电路连接的运算放大器(40、42)。
全文摘要
本发明涉及一种自走式施工机械，尤其自行式混凝土泵，包括一个用于监控工作时稳定性的装置。此施工机械有一底盘(10)，它包括一个有两个在前面和两个在后面的外伸支架(20)的支承结构。外伸支架可从行车位置向至少一个支承位置移出并可各用一可伸缩的支座(26)支承在地基(28)上。此施工机械还有一个可从行车位置向超过底盘伸出的工作位置移出并可绕一固定在底盘上的竖轴旋转的优选设计为混凝土摊铺杆的施工臂(14)。在支座的区域内设用于确定各自的支承负荷的测量装置，它们的输出信号输入一个用于监控稳定性的装置。按本发明，在每个支座内设至少一个力传感器(32、34)，力传感器本身设在一个用于输出与支承负荷有关的测量信号的电测量回路(36、38)内。监控装置包括一个电子估算单元(54)，它可以按预定的扫描周期加入与支座有关的支承负荷测量值并且为了与之比较，可以加入至少一个预定的确定稳定性的阈值。
文档编号B66C23/90GK1543527SQ02805893
公开日2004年11月3日 申请日期2002年2月27日 优先权日2001年3月2日
发明者沃尔夫－迈克尔·佩特佐尔德, 斯特凡·格列斯, 迪亚特·阿尔维斯, 格列斯, 阿尔维斯, 沃尔夫-迈克尔 佩特佐尔德 申请人:粉刷师股份公司