Устройство обеспечения безопасности для строительной машины

Изобретение относится к устройству обеспечения безопасности для строительной машины, оснащенной несущей установкой и исполнительным устройством, установленным с возможностью регулирования положения относительно несущей установки. Техническим результатом является повышение безопасности, надежности и устойчивости к опрокидыванию строительных машин. Устройство содержит, по меньшей мере, один датчик для восприятия мгновенного положения исполнительного устройства относительно несущей установки, устройство отображения, выполненное с возможностью отображения мгновенного положения исполнительного устройства относительно несущей установки, и блок обработки данных, посредством которого в зависимости, по меньшей мере, от одной вводимой величины может быть определен, по меньшей мере, один диапазон регулирования исполнительного устройства, в пределах которого положение исполнительного устройства может регулироваться при предварительно заданной устойчивости строительной машины к опрокидыванию, при этом с помощью устройства отображения может отображаться диапазон регулирования вместе с мгновенным положением исполнительного устройства. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству обеспечения безопасности для строительной машины, оснащенной несущей установкой и исполнительным устройством, установленным с возможностью регулирования положения относительно несущей установки, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

При эксплуатации крупных строительных машин, таких как бурильные установки, в них могут возникать опрокидывающие моменты. Такие опрокидывающие моменты могут создаваться статически, например, консольными грузами, или динамически, например, инерционными или центробежными силами.

Для предотвращения создания чрезмерных опрокидывающих моментов кроме прочего известно конструктивное ограничение вылета консольных грузов. Однако часто это приводит к ограничению эксплуатационного диапазона и соответственно к ограничению возможностей использования строительной машины.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание устройства обеспечения безопасности для строительной машины, которое обеспечивает при особенно высокой надежности эксплуатации, в частности в отношении устойчивости к опрокидыванию, особенно большой радиус действия, высокую универсальность использования и особенно высокую производительность строительной машины.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается в устройстве обеспечения безопасности, обладающем признаками по пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные примеры осуществления изложены в зависимых пунктах.

Согласно изобретению предусмотрено устройство обеспечения безопасности для строительной машины, оснащенной несущей установкой и исполнительным устройством, установленным с возможностью регулирования положения относительно несущей установки, содержащее, по меньшей мере, один датчик для восприятия мгновенного положения исполнительного устройства относительно несущей установки, устройство отображения, выполненное с возможностью отображения мгновенного положения исполнительного устройства относительно несущей установки, и блок обработки данных, посредством которого в зависимости, по меньшей мере, от одной вводимой величины может быть определен, по меньшей мере, один диапазон регулирования исполнительного устройства, в пределах которого положение исполнительного устройства может регулироваться при предварительно заданной устойчивости строительной машины к опрокидыванию, при этом с помощью устройства отображения может отображаться диапазон регулирования вместе с мгновенным положением исполнительного устройства.

Изобретением учитывается то обстоятельство, что при регулировании положения тяжелого исполнительного устройства относительно несущей установки, которая несет это исполнительное устройство, могут происходить смещения центра тяжести, которым сопутствуют соответствующие переменные опрокидывающие моменты. Для того чтобы, несмотря на эти переменные опрокидывающие моменты, обеспечивать безопасную в отношении опрокидывания эксплуатацию, согласно изобретению предусмотрен блок обработки данных. Этот блок обработки данных определяет диапазон регулирования, в пределах которого исполнительное устройство может безопасно перемещаться относительно несущей установки. Безопасный диапазон регулирования может характеризоваться, например, тем, что в его пределах сохраняется предварительно заданный коэффициент устойчивости к опрокидыванию. Для определения диапазона регулирования в блоке обработки данных могут быть записаны, например, соответствующие поля характеристических кривых или таблицы характеристик. При этом определение диапазона регулирования осуществляется в зависимости, по меньшей мере, от одной вводимой величины. Другими словами, блок обработки данных может комплексным образом учитывать, что тенденция к опрокидыванию определяется не только вылетом исполнительного устройства, но также другими факторами, например такими как нагрузка на исполнительном устройстве или динамическое состояние строительной машины. Поэтому этой, по меньшей мере, одной вводимой величиной может быть, например, диаметр удерживаемой исполнительным устройством бурильной трубы, так как связанная с ним масса бурильной трубы также влияет на опрокидывающий момент.

Далее согласно изобретению предусмотрено устройство отображения, с помощью которого для оператора отображается совместно как установленный безопасный диапазон регулирования, так и действительное мгновенное положение установки исполнительного устройства. Таким образом, оператор с одного взгляда может понять, действительно ли исполнительное устройство находится в центре безопасного диапазона регулирования, что является указанием на большие резервы безопасности, или же оно работает у краев безопасного диапазона регулирования, где при определенных обстоятельствах уже невозможно увеличение вылета исполнительного устройства. При этом оператор может заблаговременно узнавать, не требуются ли дополнительные меры для повышения устойчивости к опрокидыванию, например такие как ограничение динамических сил. За счет этого обеспечивается возможность особенно эффективной и одновременно безопасной эксплуатации. В результате изобретение предоставляет в распоряжение визуальное отображение действительной ситуации безопасности в отношении опрокидывания, которое может особенно просто и интуитивно восприниматься оператором и благодаря этому обеспечивает возможность эксплуатации с особенно высокой надежностью.

Строительной машиной может быть в особенности буровая установка. В этом случае исполнительным устройством может являться, например, буровой привод рабочего органа для бурения грунта, а несущей установкой - шасси буровой установки.

В качестве примера может быть предусмотрено, что исполнительное устройство установлено с возможностью поворота относительно несущей установки вокруг высотной оси, что предусмотрен, по меньшей мере, один датчик для восприятия мгновенного положения поворота исполнительного устройства относительно несущей установки вокруг высотной оси и с помощью устройства отображения может отображаться диапазон регулирования вместе с мгновенным положением поворота исполнительного устройства. Согласно этому примеру осуществления исполнительное устройство, например буровой привод, может регулироваться по своему положению поворотом вокруг вертикальной оси, что обеспечивает для строительной машины особенно большую рабочую область. В данном случае диапазон регулирования относится к углу поворота вокруг высотной оси, а упомянутое мгновенное положение исполнительного устройства включает в себя, по меньшей мере, положение поворота вокруг высотной оси.

Далее, предпочтительно исполнительное устройство установлено с возможностью регулирования радиального положения относительно высотной оси, предусмотрен, по меньшей мере, один датчик для восприятия мгновенного радиального положения исполнительного устройства относительно высотной оси и с помощью устройства отображения может отображаться диапазон регулирования вместе с мгновенным радиальным положением исполнительного устройства. Согласно этому примеру осуществления исполнительное устройство может регулироваться радиально относительно высотной оси, а безопасный диапазон регулирования относится к этому ходу радиального перемещения. Соответственно упомянутое мгновенное положение включает в себя, по меньшей мере, радиальное положение исполнительного устройства.

Устройство обеспечения безопасности может в особенности использоваться для мобильных строительных машин, так как в них часто особое внимание должно уделяться устойчивости к опрокидыванию. Соответственно предпочтительно несущая установка представляет собой шасси. В частности, может быть предусмотрено, что исполнительное устройство содержит, по меньшей мере, рабочий орган для подземной разработки, в особенности бурильный рабочий орган. Исполнительное устройство может быть выполнено, например, в виде вращательного бурового привода и/или вибрационного бурового привода для такого рабочего органа для подземной разработки.

В принципе возможно отображение диапазона регулирования и мгновенного положения исполнительного устройства на одном и том же дисплее, но, например, рядом друг с другом. Однако особенно выгодно, когда устройство отображения выполнено с возможностью отображения диапазона регулирования вместе с мгновенным положением на эскизном плане положения. Такое отображение дает возможность особенно простого визуального восприятия оператором ситуации безопасности в отношении опрокидывания, поскольку мгновенное положение непосредственно сопоставлено с границами безопасного диапазона регулирования. Предпочтительно эскизный план положения отображается на дисплее.

Далее, в отношении отображения данных может быть целесообразно, чтобы при изменении положения исполнительного устройства диапазон регулирования отображался устройством отображения неподвижным. Согласно этому примеру осуществления при регулировании положения исполнительного устройства его изображение на дисплее перемещается, в то время как диапазон регулирования остается на дисплее неизменным. За счет этого обеспечивается особенно спокойная картина. Однако в принципе возможно при изменении положения исполнительного устройства оставлять его изображение неподвижным, а изображение диапазона регулирования перемещать. При этом может быть получена картина, особенно легкая для восприятия.

Особенно целесообразно, чтобы устройство отображения воспроизводило стилизованный вид сверху, по меньшей мере, части строительной машины и диапазона регулирования. Благодаря этому в распоряжение предоставляется особенно простое для восприятия отображение ситуации.

Согласно изобретению может быть предпочтительно, чтобы устройство отображения было выполнено с возможностью отображения диапазона регулирования посредством цветового выделения. В частности, диапазон регулирования может быть отображен на дисплее путем цветового выделения его площади. Так, например, может быть предусмотрено отображать на дисплее допустимый диапазон регулирования в виде зеленой площади. Альтернативно или дополнительно возможно отображение на дисплее границ диапазона регулирования в виде линий. Мгновенное положение исполнительного устройства может отображаться, например, точкой и/или перекрестием, которая или которое при изменении мгновенного положения исполнительного устройства перемещается на дисплее на фоне изображения диапазона регулирования. Возможно также отображение на дисплее мгновенного положения исполнительного устройства посредством его стилизованного воспроизведения, что снижает абстрактность изображения.

Другой предпочтительный пример осуществления изобретения заключается в том, что с помощью устройства обработки данных возможно определение первого диапазона регулирования для эксплуатации без ограничений и второго диапазона регулирования для ограниченной эксплуатации строительной машины. При этом под диапазоном регулирования для ограниченной эксплуатации может подразумеваться диапазон, в котором для достижения необходимой устойчивости к опрокидыванию должны быть ограничены дополнительные эксплуатационные параметры, например, такие как нагрузка на исполнительном устройстве, в то время как в диапазоне регулирования для эксплуатации без ограничений такие ограничения дополнительных эксплуатационных параметров не требуются. Благодаря предоставлению в распоряжение нескольких диапазонов регулирования может быть увеличен радиус действия строительной машины.

В связи с этим предпочтительно устройство отображения выполнено с возможностью отображения двух диапазонов регулирования и мгновенного положения на эскизном плане, причем два диапазона регулирования предпочтительно отображаются в различных цветах. В частности, диапазон регулирования для эксплуатации без ограничений может быть отображен в зеленом цвете, а диапазон регулирования для ограниченной эксплуатации отображен в желтом цвете. Это соответствует обычным цветам для различных степеней опасности и обеспечивает возможность особенно быстрого восприятия ситуации оператором.

Согласно изобретению предусмотрено, что, по меньшей мере, один диапазон регулирования определяется устройством обработки данных в зависимости, по меньшей мере, от одной вводимой величины. При этом вводимая величина может восприниматься датчиком и может быть, например, величиной, которая относится к положению строительной машины или к действующим на строительную машину силам. Альтернативно или дополнительно может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, одна вводимая величина может вводиться вручную. Согласно этому предпочтительно для влияния на диапазон регулирования возможно предварительное задание оператором на устройстве обработки данных эксплуатационного параметра для эксплуатации строительной машины. Так, например, может быть предусмотрено, что оператор вводит эксплуатационный параметр, относящийся к выполнению бурильного рабочего органа. В другом варианте может быть предусмотрено, что оператор задает, выполняется ли режим бурения, связанный с соответствующими эксплуатационными нагрузками, или выполняется режим только операций манипулирования по перемещению бурильного рабочего органа.

При этом согласно изобретению вводимые величины для устройства обработки данных могут восприниматься датчиками на строительной машине, могут быть вводимыми вручную и/или выбираемыми из банка данных.

Изобретение относится также к строительной машине, оснащенной устройством обеспечения безопасности.

Краткий перечень чертежей

Далее изобретение будет объяснено более подробно на примерах выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.

На чертежах:

фиг.1 схематично изображает на виде сбоку строительную машину с устройством обеспечения безопасности по изобретению,

фиг.2 изображает возможное отображение на устройстве обеспечения безопасности в первом примере осуществления изобретения,

фиг.3 изображает возможное отображение на устройстве обеспечения безопасности во втором примере осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Строительная машина по изобретению показана на фиг.1. Строительная машина 1 выполнена в виде мобильной буровой установки. Она содержит гусеничный ходовой механизм, образующий несущую установку 10. На несущей установке 10 расположена верхняя платформа 11 строительной машины 1. Верхняя платформа 11 установлена на несущей установке 10 с возможностью вращения вокруг высотной оси 3. На верхней платформе 11 расположены опорные подкосы 12 мачты, которые несут мачту 14 и соединяют ее с верхней платформой 11. При этом опорные подкосы 12 мачты выполнены поворотными вокруг горизонтальных осей. Посредством поворота опорных подкосов 12 мачта 14 может изменять радиальное положение относительно верхней платформы 11, а следовательно, и относительно несущей установки 10. На мачте 14 расположены салазки 15, выполненные с возможностью вертикального перемещения. На салазках 15 предусмотрено исполнительное устройство 18, образующее вращательный буровой привод для бурильной штанги 19.

Посредством поворота верхней платформы 11 относительно несущей установки 10 исполнительное устройство 18 может также быть повернуто относительно несущей установки 10 вокруг высотной оси 3. Посредством поворота опорных подкосов 12 исполнительное устройство 18 может быть повернуто с изменением радиального положения относительно несущей установки 10 с отклонением от высотной оси 3.

На верхней платформе 11 предусмотрен датчик 29 для восприятия мгновенного положения поворота верхней платформы 11, а следовательно, и исполнительного устройства 18 относительно несущей установки 10. Далее, на верхней платформе 11 предусмотрен другой датчик 28 для восприятия мгновенного радиального положения исполнительного устройства 18 относительно верхней платформы 11, а следовательно, и несущей установки 10. Этот второй датчик 28 выполнен в виде датчика угла поворота для определения угла поворота опорных подкосов 12 вокруг горизонтальной оси.

Устройство обеспечения безопасности по изобретению содержит блок 22 обработки данных, который для определения мгновенного положения исполнительного устройства 18 связан с датчиками 28 и 29 связью передачи сигналов. Далее, устройство обеспечения безопасности содержит устройство 20 отображения, расположенное в кабине оператора строительной машины 1. Блок 22 обработки данных может быть связан связью передачи данных также с другими датчиками на строительной машине 1. В качестве примера такого другого датчика на фиг.1 показан датчик 31 для определения тяговой и/или напорной силы при вертикальной подаче салазок 15 относительно мачты 14.

С помощью блока 22 обработки данных и устройства 20 отображения создается и отображается эскизный план положения, который визуально отображает устойчивость к опрокидыванию строительной машины 1. Пример такого эскизного плана 60 показан на фиг.2. Этот эскизный план 60 может быть отображен, например, на дисплее устройства 20 отображения.

Как показано на фиг.2, эскизный план содержит стилизованное изображение строительной машины 1 на виде сверху. На стилизованном изображении 61 строительной машины показано стилизованное изображение 68 исполнительного устройства 18. В качестве фона показана окруженная границей площадь 71, которая представляет безопасную область поворота. Эта площадь 71 может быть показана на изображении, например, зеленым цветом. При рассмотрении эскизного плана 60 оператор распознает, что стилизованное изображение 68 исполнительного устройства 18 находится в пределах площади 71, и это указывает оператору, что эксплуатация безопасна в отношении устойчивости к опрокидыванию. Если же стилизованное изображение 68 находится за пределами площади 71, это означает, что имеется опасность опрокидывания.

Другой пример эскизного плана 60 показан на фиг.3. В примере осуществления по фиг.3 определяются два диапазона регулирования, а именно первый диапазон регулирования для эксплуатации без ограничений и второй диапазон регулирования для ограниченной эксплуатации. В режиме ограниченной эксплуатации могут требоваться дополнительные ограничения, например ограничение тяговых сил основной лебедки, вспомогательной лебедки и/или лебедки подачи.

Первый диапазон регулирования представлен на эскизном плане 60 площадью 71, а второй диапазон регулирования - площадью 72. При этом площадь 71 может быть представлена, например, зеленым, а площадь 72 оранжевым цветом. В зависимости от того, находится ли стилизованное изображение 68 исполнительного устройства 18 в области площади 71 или в области площади 72, оператор узнает, какая возможна эксплуатация - без ограничений или ограниченная.

Для того чтобы подсказать оператору о достижении второго, ограниченного диапазона регулирования, может быть также предусмотрено, что при достижении второй области устройство 20 отображения представляет соответствующее справочное окно, при этом может быть также вставлено информационное окно с указанием допустимых тяговых сил. В частности, вставка может быть показана на том же дисплее, что и эскизный план 60.

1. Устройство обеспечения безопасности для строительной машины (1), оснащенной несущей установкой (10) и исполнительным устройством (18), выполненным с возможностью регулирования положения относительно несущей установки (10), содержащее:
- по меньшей мере, один датчик (28, 29) для восприятия мгновенного положения исполнительного устройства (18) относительно несущей установки (10),
- устройство (20) отображения, выполненное с возможностью отображения мгновенного положения исполнительного устройства (18) относительно несущей установки (10), и
- блок (22) обработки данных, посредством которого в зависимости, по меньшей мере, от одной вводимой величины может быть определен, по меньшей мере, один диапазон регулирования исполнительного устройства (18), в пределах которого исполнительное устройство (18) может регулироваться при предварительно заданной устойчивости строительной машины (1) к опрокидыванию,
- при этом устройство (20) отображения выполнено с возможностью отображения диапазона регулирования вместе с мгновенным положением исполнительного устройства (18).

2. Устройство обеспечения безопасности по п.1, отличающееся тем, что
- исполнительное устройство (18) установлено с возможностью поворота относительно несущей установки (10) вокруг высотной оси (3),
- предусмотрен, по меньшей мере, один датчик (29) для восприятия мгновенного положения поворота исполнительного устройства (18) относительно несущей установки (10) вокруг высотной оси (3) и
- с помощью устройства (20) отображения может отображаться диапазон регулирования вместе с мгновенным положением поворота исполнительного устройства (18).

3. Устройство обеспечения безопасности по п.2, отличающееся тем, что
- исполнительное устройство (18) установлено с возможностью регулирования радиального положения относительно высотной оси (3),
- предусмотрен, по меньшей мере, один датчик (28) для восприятия мгновенного радиального положения исполнительного устройства (18) относительно высотной оси (3) и
- с помощью устройства (20) отображения может отображаться диапазон регулирования вместе с мгновенным радиальным положением исполнительного устройства (18).

4. Устройство обеспечения безопасности по п.1, отличающееся тем, что несущая установка (10) представляет собой шасси, а исполнительное устройство (18) содержит, по меньшей мере, рабочий орган для подземной разработки, в особенности бурильный рабочий орган.

5. Устройство обеспечения безопасности по п.1, отличающееся тем, что устройство (20) отображения выполнено с возможностью отображения диапазона регулирования вместе с мгновенным положением на эскизном плане (60).

6. Устройство обеспечения безопасности по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что при изменении положения исполнительного устройства (18) диапазон регулирования отображается устройством (20) отображения неподвижно.

7. Устройство обеспечения безопасности по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что устройство (20) отображения воспроизводит стилизованный вид сверху, по меньшей мере, части строительной машины (1) и диапазона регулирования.

8. Устройство обеспечения безопасности по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что устройство (20) отображения выполнено с возможностью отображения диапазона регулирования посредством цветового выделения.

9. Устройство обеспечения безопасности по п.1, отличающееся тем, что
- с помощью устройства (22) обработки данных возможно определение первого диапазона регулирования для эксплуатации без ограничений и второго диапазона регулирования для ограниченной эксплуатации строительной машины и
- устройство (20) отображения выполнено с возможностью отображения двух диапазонов регулирования и мгновенного положения на эскизном плане (60), причем два диапазона регулирования отображаются в различных цветах.

10. Устройство обеспечения безопасности по любому из пп.1-5, 9, отличающееся тем, что для влияния на диапазон регулирования возможно предварительное задание оператором на устройстве (22) обработки данных эксплуатационного параметра для эксплуатации строительной машины (1).

11. Устройство обеспечения безопасности по п.10, отличающееся тем, что вводимые величины для устройства (22) обработки данных, которые могут восприниматься датчиками (31) на строительной машине (1), могут быть вводимыми вручную и/или выбираемыми из банка данных.

12. Строительная машина (1), оснащенная устройством обеспечения безопасности по любому из предыдущих пунктов.