該申請要求在2011年2月1日提交的美國臨時專利申請61/438,475的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該專利申請的全部內(nèi)容由此在這里引入作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在采掘和建筑工業(yè)中使用的繩鏟。

背景技術(shù)：

在采掘領(lǐng)域中和在應(yīng)該從工作場地收集并移除大量物料的其它領(lǐng)域中，典型的是采用動力鏟，動力鏟包括用于從工作場地鏟除物料的大鏟斗。在將鏟斗填充有物料之后，鏟向一側(cè)擺動鏟斗，以將物料傾卸到物料處理單元諸如傾卸卡車或局部處理單元(例如破碎機(jī)、分揀器或輸送機(jī))中。通常，在工業(yè)中使用的鏟包括液壓鏟和電動繩鏟。傳統(tǒng)的電動繩鏟通常包括被剛性連接到鏟斗手柄的鏟斗挖掘構(gòu)件。這種構(gòu)造允許挖掘附件在鏟斗的挖掘路徑中具有僅兩個移動自由度：提升和推擠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個實(shí)施例中，一種采掘鏟包括基部和從基部延伸的吊桿。該吊桿包括被附接到基部的下端部和遠(yuǎn)離基部的上端部。拉動機(jī)構(gòu)被安裝在吊桿的上端部上。吊桿附件具有樞轉(zhuǎn)聯(lián)接到吊桿的第一端部和被附接到鏟斗的第二端部，該鏟斗被拉動機(jī)構(gòu)以可移動方式支撐。鏟斗致動器被聯(lián)接在吊桿附件和鏟斗之間。鏟斗致動器能夠操作以相對于吊桿附件樞轉(zhuǎn)鏟斗。

在其它實(shí)施例中，一種采掘鏟包括：基部；吊桿，所述吊桿具有第一吊桿端部和第二吊桿端部，所述第一吊桿端部被聯(lián)接到所述基部；和在所述第二吊桿端部處的拉動機(jī)構(gòu)。吊桿附件包括第一部分和第二部分，所述第一部分在所述第一吊桿端部和所述第二吊桿端部之間被聯(lián)接到所述吊桿，所述第二部分樞轉(zhuǎn)聯(lián)接到所述第一部分并由所述拉動機(jī)構(gòu)支撐。鏟斗被聯(lián)接到所述吊桿附件的所述第二部分。

在另外的其它實(shí)施例中，一種采掘鏟包括：基部；吊桿，所述吊桿具有第一吊桿端部和第二吊桿端部，所述第一吊桿端部被聯(lián)接到所述基部；和在所述第二吊桿端部處的拉動機(jī)構(gòu)。吊桿附件具有第一部分和第二部分，所述第一部分在所述第一吊桿端部和所述第二吊桿端部之間被聯(lián)接到所述吊桿，所述第二部分樞轉(zhuǎn)聯(lián)接到所述第一部分并由所述拉動機(jī)構(gòu)支撐。吊桿附件致動器在所述基部和所述吊桿中的至少一個和所述吊桿附件之間延伸。所述吊桿附件致動器能夠操作以相對于所述吊桿樞轉(zhuǎn)所述吊桿附件。鏟斗樞轉(zhuǎn)聯(lián)接到所述吊桿附件的所述第二部分，并且鏟斗致動器被聯(lián)接在所述吊桿附件和所述鏟斗之間，并且所述鏟斗致動器能夠操作以相對于所述吊桿附件樞轉(zhuǎn)所述鏟斗。

通過考慮詳細(xì)說明和附圖，本發(fā)明的其它方面將變得明顯。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的繩鏟的側(cè)視圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的電動繩鏟的透視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施例的電動繩鏟的透視圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的電動繩鏟的透視圖。

應(yīng)該理解，本發(fā)明在它的應(yīng)用中不限于在以下說明中闡述或在圖中示出的構(gòu)件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其它實(shí)施例和被以各種方式實(shí)踐或?qū)嵤?。而且，?yīng)該理解，在這里使用的措辭和術(shù)語是為了說明而不應(yīng)該被視為限制。

具體實(shí)施方式

傳統(tǒng)的電動繩鏟不能像液壓鏟能夠?qū)崿F(xiàn)的那樣在初始穿入物料堆期間“腕動”鏟斗。液壓鏟在挖掘的同時通常擁有三個自由度：提升、推擠和鏟斗腕動。這些液壓鏟在較低的挖掘高度下展示了優(yōu)良的初始堆穿入。然而，液壓鏟在挖掘路徑循環(huán)中后來失去效率。隨著它們在較高挖掘高度下耙過堆時，它們努力在鏟斗齒處保持高的挖掘力。軟弱的努力在堆中更高的原因是：液壓鏟應(yīng)該舉升吊桿、手柄、鏟斗和物料的組合重量，而電動繩鏟并不需要舉升吊桿。

在另一方面，電動繩鏟展示了在堆中更高的優(yōu)良的挖掘力，因?yàn)樗鼈兝酶吒叩卦诘孛嫔戏角疫h(yuǎn)離鏟斗定位的吊桿末端槽輪或者滑輪。電動繩鏟使用該吊桿末端槽輪作為滑輪，從而將卷筒力矩轉(zhuǎn)換成在將鏟斗負(fù)載直接舉升和提升通過堆并進(jìn)入空中的方向上的繩套拉動。這在鏟斗齒處產(chǎn)生了非常有效和強(qiáng)大的挖掘力。然而，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的電動繩鏟中的鏟斗相對于鏟斗臂是固定的，所以當(dāng)鏟斗距地面低時形成高挖掘力的能力受到鏟斗臂的固定幾何形狀、吊桿和移動軸(shipper shaft)及吊桿末端槽輪的相對位置限制。

因此，存在對一種電動繩鏟的需求，該電動繩鏟將電動繩鏟的吊桿末端滑輪的提升力與液壓鏟的鏟斗腕動特征結(jié)合。這種改進(jìn)的電動繩鏟提供能夠在所有類型的堆條件下有效操作的高度有效和多用途的挖掘附件。

圖1-4示出根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的繩鏟10。使用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識同樣的部分。參考圖1，繩鏟10包括下基部15和上基部25(也被稱為平臺)，該下基部15被支撐在驅(qū)動履帶20上，該上基部25位于被安裝到下基部15的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)30上。該旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)30允許上基部25相對于下基部15旋轉(zhuǎn)。除了其它元件之外，上基部25包括操作區(qū)域33，操作員或駕駛員坐在該操作區(qū)域33中，以操作繩鏟10。

繩鏟10進(jìn)一步包括從上基部25向上和向前延伸的吊桿45。該吊桿45包括第一端部46和遠(yuǎn)側(cè)的第二端部47，該第一端部46聯(lián)接到上基部25。所示出的吊桿45被彎曲且具有“香蕉”或“V”的形狀，雖然彎曲吊桿45提供某些優(yōu)點(diǎn)，但是其它的實(shí)施例可以包括大致直的吊桿。吊桿45包括下附接點(diǎn)26，吊桿45在該下附接點(diǎn)26處被銷接頭或者其它適當(dāng)?shù)母浇訖C(jī)構(gòu)聯(lián)接到上基部25。吊桿45還包括上附接點(diǎn)54，支撐支柱48被連接于該上附接點(diǎn)54。該支撐支柱48從上附接點(diǎn)54向下和向后延伸，并且支撐支柱48被聯(lián)接到上基部25。支柱48、上基部25和吊桿45一起限定在豎立取向中支撐吊桿45的大致剛性的三角結(jié)構(gòu)。

所示出的彎曲吊桿45包括大體豎直的第一部分31和傾斜的第二部分32，該第一部分31從基部25大體向上延伸，該第二部分32從第一部分31成角度地朝向吊桿的第二端部47延伸。吊桿45的第一部分31相對于吊桿的第二部分32是成角度的。在一些實(shí)施例中，在吊桿的第一部分31和第二部分32之間的角度可以在大約一百二十度和大約一百六十度之間。更具體地，在第一部分31和第二部分32之間的角度可以在近似一百六十度。換言之，吊桿45的第二部分32從吊桿45的第一部分31偏移在大約二十和大約六十度之間。特別地，在吊桿45的第二部分32和第一部分31之間的偏移可以是二十度。所示出的吊桿45具有將吊桿的第一部分31和第二部分32組合的一體件構(gòu)造。在其它實(shí)施例中，吊桿45可以由通過焊接、銷接頭、緊固器或任何其它附接機(jī)構(gòu)接合的兩個或更多個分離件形成。

繩鏟10還包括挖掘附件，該挖掘附件包括：樞轉(zhuǎn)聯(lián)接到吊桿45的吊桿附件50(也被稱為吊桿手柄)；和樞轉(zhuǎn)聯(lián)接到該吊桿附件50的鏟斗55。該鏟斗55包括鏟斗齒56，并且鏟斗55被用于開挖所期望的工作區(qū)域、收集物料并將所收集的物料轉(zhuǎn)移到所期望的位置(例如物料處理車輛)。吊桿附件50在第一樞軸位置42處樞轉(zhuǎn)安裝到吊桿45，并且鏟斗55在第二樞軸位置49處樞轉(zhuǎn)安裝到吊桿附件50。在所示出的實(shí)施例中，第一樞軸位置42大體位于吊桿45的第一部分31和第二部分32連接或交叉之處。

所示出的吊桿附件50包括第一臂或上臂64和在第三樞軸位置51處樞轉(zhuǎn)聯(lián)接到該上臂的第二臂或下臂65。上臂64在第一樞軸位置42處樞轉(zhuǎn)聯(lián)接到吊桿45，并且鏟斗55在第二樞軸位置49處樞轉(zhuǎn)聯(lián)接到下臂65。在上臂64及下臂65和鏟斗55之間的樞轉(zhuǎn)連接提供多自由度系統(tǒng)，該多自由度系統(tǒng)允許通過包括圖1中的上臂64及下臂65和鏟斗55的短劃線表示在內(nèi)的運(yùn)動范圍操縱鏟斗55。該運(yùn)動范圍大于具有剛性吊桿附件50和固定鏟斗55的傳統(tǒng)繩鏟。雖然所示出的實(shí)施例將第一樞軸位置42、第二樞軸位置49和第三樞軸位置51作為銷接頭示出，但是也可以使用其它機(jī)械連接諸如凸輪、連桿、齒輪組等來實(shí)現(xiàn)在上臂64、下臂65和鏟斗55之間的所期望的相對移動。在這方面，“樞軸位置”可以不必位于繩鏟10的結(jié)構(gòu)部分上或與該結(jié)構(gòu)部分一致，而是可以替代地位于如由在相應(yīng)構(gòu)件之間的具體機(jī)械連接限定的空間中的固定或可移動位置處。

所示出的繩鏟10包括用于控制吊桿附件50和鏟斗55的移動的多個液壓缸。吊桿附件50由以第一液壓缸66為形式的第一致動器控制，該第一液壓缸66具有被聯(lián)接到基部25的第一端部和被聯(lián)接到在吊桿附件50的上臂64上的安裝點(diǎn)67的第二端部。鏟斗55由以第二液壓缸71為形式的第二致動器控制，第二液壓缸71具有被聯(lián)接到第三樞軸位置51的第一端部和被聯(lián)接到在鏟斗55上的安裝點(diǎn)68的第二端部。第一液壓缸66因此能夠操作以相對于基部25和吊桿45繞第一樞軸位置42樞轉(zhuǎn)上臂64，并且第二液壓缸71能夠操作以相對于下臂65繞第二樞軸位置49樞轉(zhuǎn)鏟斗55。

第二液壓缸71在鏟斗55上提供可控力用于產(chǎn)生鏟斗55的前后移動。因此，第二液壓缸71允許鏟斗55在通過鏟10的挖掘路徑行進(jìn)期間“腕動”。在穿入物料堆期間腕動鏟斗允許更快且更有效收集物料，并給予鏟操作員為了在堆中選擇性有力挖掘而需要的多功能性。應(yīng)該指出，第二液壓缸71可以用其它機(jī)械裝置和結(jié)構(gòu)替代。例如，也可以使用樞轉(zhuǎn)齒條和小齒輪系統(tǒng)、氣壓缸、活塞、電動馬達(dá)等來移動鏟斗55。也可以使用這些替代機(jī)構(gòu)來替代第一液壓缸66。因此，若需要，能夠在無任何液壓裝置的情況下制造整個挖掘附件。

吊桿45包括安裝在吊桿45的第二端部47處的拉動機(jī)構(gòu)58。在一些實(shí)施例中，該拉動機(jī)構(gòu)58包括滑輪或吊桿槽輪60。柔性提升繩62被附接到吊桿附件50的連接部分73，并且該提升繩62至少部分地支撐吊桿附件50和鏟斗55。在其它實(shí)施例(未示出)中，提升繩62可以直接附接到鏟斗55。例如，繩62可以附接到鏟斗連接元件57。柔性提升繩從連接部分73(或連接元件57)延伸越過槽輪60，然后被纏繞在卷筒63上，該卷筒63安裝在電動繩鏟10的上基部25上。柔性提升繩62可以是或者包括一根或多于一根繩，所述一根或多于一根繩可以在槽輪60上通過多次。在這方面，連接部分73可以是或者包括平衡器，該平衡器能夠平衡在各種繩62或支撐鏟斗55的繩部分上的負(fù)載。卷筒63由電動馬達(dá)(未示出)提供動力，該電動馬達(dá)通過齒輪式提升傳動機(jī)構(gòu)(未示出)向卷筒63提供轉(zhuǎn)動力矩。

槽輪60在位于吊桿45的第二端部47處的一對槽輪支撐部件37(在圖1中僅一個槽輪支撐部件37可見)之間被以可旋轉(zhuǎn)的方式聯(lián)接到吊桿45的第二端部47。棒或負(fù)載銷34在槽輪支撐部件37之間延伸通過槽輪60，由此將槽輪60以可旋轉(zhuǎn)的方式聯(lián)接到吊桿45。因此，槽輪60繞棒或負(fù)載銷34旋轉(zhuǎn)。在其它實(shí)施例中，可以使用用于將槽輪60連接到吊桿45的替代機(jī)構(gòu)。卷筒63的旋轉(zhuǎn)卷入和放出提升繩62，提升繩62在槽輪60上行進(jìn)并升高和降低鏟斗55。

所示出的實(shí)施例的一個共同特征是：如果提升繩62被移除，則吊桿附件50將具有與第三樞軸位置51相關(guān)聯(lián)的一個無約束自由度。因此，第一液壓缸66和第二液壓缸71不能自身充分地協(xié)調(diào)吊桿附件50和鏟斗55的移動。相反，正是第一液壓缸66及第二液壓缸71和提升繩62的組合操作允許完全控制吊桿附件50和鏟斗55。

在操作中，從吊桿45延伸的吊桿附件50被位于基部25上的第一液壓缸66驅(qū)動。使用該力，吊桿附件的上臂64通過利用在第三樞軸位置51處的銷接連接驅(qū)動下臂65。旋轉(zhuǎn)上臂64將下臂65和鏟斗55推進(jìn)到物料堆中。這構(gòu)成推擠力。鏟斗55的旋轉(zhuǎn)或腕動由安裝在吊桿附件50和鏟斗55之間的第二液壓缸71提供。同時，滑輪60和卷筒63協(xié)作對提升繩62施加力，該力將鏟斗55舉升通過物料堆并進(jìn)入空中。鏟斗55同時被吊桿附件50和由被卷筒63驅(qū)動并在滑輪60上的繩62產(chǎn)生的提升力驅(qū)動。因此，鏟10擁有三個挖掘自由度：提升、推擠和鏟斗腕動。

卷筒63及提升繩62與第一液壓缸66及第二液壓缸71的上述組合協(xié)調(diào)操作在吊桿附件50和鏟斗55的整個運(yùn)動范圍中提供有效的挖掘力。例如，當(dāng)?shù)鯒U附件50和鏟斗55處于圖1中的短劃線所示位置中時，與提升繩62相比，液壓缸66、71處于具有用于將鏟斗55大體向前地驅(qū)動到堆中的優(yōu)良機(jī)械優(yōu)點(diǎn)的位置中。在吊桿附件50和鏟斗55被推入堆中并進(jìn)一步移動離開下基部15之后，與液壓缸66、71相比，提升繩62占據(jù)具有用于將鏟斗大體豎直地升高通過物料堆的優(yōu)良機(jī)械優(yōu)點(diǎn)的位置。因此，通過協(xié)調(diào)液壓缸66、71和提升繩62的操作，能夠在吊桿附件50和鏟斗55的整個運(yùn)動范圍中維持強(qiáng)的有效的挖掘力。

圖2-4示出繩鏟10的替代實(shí)施例，除了在下面討論的具體差異之外，這些替代實(shí)施例在構(gòu)造和操作上大體類似于圖1的繩鏟10。

因?yàn)閳D2-4是透視圖，所以在圖2-4中更充分地示出支柱48的具體結(jié)構(gòu)。支柱48完全地替代在許多傳統(tǒng)鏟中使用的門架結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，支柱48包括被剛性連接部件51聯(lián)接的兩個平行支柱腿49。支柱48的一個端部52在被從吊桿45的第一端部46間隔開的位置處被聯(lián)接到基部25。通過將每一個支柱腿49連接到吊桿45的上附接點(diǎn)54，支柱48的第二端部53被聯(lián)接到吊桿45。在一些實(shí)施例中，支柱48的第二端部53被聯(lián)接到一般區(qū)域，吊桿45的第一部分31和第二部分32在該一般區(qū)域處連接或交叉。支柱48在豎立位置中支撐吊桿45。

在一些實(shí)施例中，支柱48經(jīng)由移動銷接頭或其它類型的連接器而樞轉(zhuǎn)連接到基部25和吊桿45。在鏟操作期間，支柱48能夠被暴露于壓縮和拉伸負(fù)載和力。因此，支柱48可以設(shè)有被結(jié)合到在支柱48、基部25和吊桿45之間的銷接附接接頭中的沖擊吸收連接器諸如各種類型的彈簧組件。這些沖擊吸收連接器能夠當(dāng)壓力和張力作用于支柱上時減小支柱組件的總剛度，由此減小或消除沖擊負(fù)載并繼而減小由各種構(gòu)件經(jīng)受的總應(yīng)力。

圖2-4還示出：上臂64包括一對間隔開的上臂部件43，并且下臂65包括一對間隔開的下臂部件39。圖2和3的實(shí)施例包括具有一對間隔開的吊桿部件44的吊桿45。這兩個吊桿部件44被附接到上基部25并從上基部25延伸，并且第一液壓缸66延伸通過在兩個吊桿部件44之間和該對上臂部件43之間的空間，用于聯(lián)接到安裝點(diǎn)67。另一方面，圖4的實(shí)施例包括大致實(shí)心的吊桿第一部分31，并且一對第一液壓缸66位于吊桿45的每一側(cè)上并延伸到與每一個上臂部件43相關(guān)聯(lián)的安裝點(diǎn)67。如圖4中還示出，安裝點(diǎn)67在上臂部件43的下側(cè)上，或者在繪制于第一樞軸位置42和第三樞軸位置51之間的假想線的下方。在圖1-3中，安裝點(diǎn)67位于繪制于第一樞軸位置42和第三樞軸位置51之間的假想線的上方。因此，除了別的以外，第一液壓缸66的具體構(gòu)造和布置可以取決于吊桿45和上臂64的具體構(gòu)造而改變。

類似地，可以包括多于一個液壓缸的第二液壓缸71的具體構(gòu)造和布置可以取決于下臂65和鏟斗55的具體構(gòu)造和布置而改變。例如，在圖1中，第二液壓缸71具有被聯(lián)接到第三樞軸位置51的一個端部。在其它實(shí)施例諸如圖2和4的實(shí)施例中，第二液壓缸71可以在第二安裝位置79處被聯(lián)接到下臂65。第二安裝位置79可以在繪制于第二樞軸位置49和第三樞軸位置51之間的假想線的上方(圖2)或下方(圖4)。第二液壓缸71位于下臂65的上方的圖1和2的實(shí)施例的一個益處是：如果下臂65在操作期間意外地撞擊裝載車輛或其它結(jié)構(gòu)，則液壓缸71較小可能損壞。在另外的其它實(shí)施例諸如圖3的實(shí)施例中，第二液壓缸71可以被聯(lián)接到上臂64，從而第二安裝位置79位于上臂64上。其它實(shí)施例可以包括能夠?qū)⒌诙簤焊?1附接到上臂64或下臂65的各種其它中間結(jié)構(gòu)。另外，在一些實(shí)施例中，液壓缸71被附接到鏟斗55的下部(圖3和4)。在其它實(shí)施例中，液壓缸71可以被附接到鏟斗55的上部(圖1和2)。