具有多位置铲斗的铲挖设备 技术领域 本发明通常涉及一种具有多位置铲斗的铲挖设备， 该铲挖设备适合在地下煤矿中 使用， 并且被设计并配置成特别在容纳煤输送运输系统 (belt line) 的走廊 (corridors) 中使用。
背景技术 煤输送运输系统将煤从采矿作业面 (mine face) 运到倒煤场或其它地点， 并且通 常经由窄的走廊通过矿的全长。这些走廊与矿内的运输路线分离并通常平行于该运输路 线。许多节间 (panel) 垂直于运输路线设置， 以提供进入运输系统走廊的入口。
煤不时地从运输系统上下落到走廊的地面上。此外， 这些走廊的壁随着时间的过 去而发生损坏， 使得松动的岩石和落下的煤一起集中在走廊的地面上。运输系统走廊中积 聚的煤和岩石导致火灾并形成潜在的爆炸性环境。 因此， 为了矿的安全， 必须定期地从运输 系统走廊的地面去除松散的煤和岩石屑。目前， 通过人工将积聚的岩屑铲到运输系统上而 将其去除， 这通常比较危险并且耗费很多时间和金钱。运输系统可能在地面上方超过 4 英 尺， 使得人工清理运输系统走廊更费力。 尽管如此， 没有已知的适于从走廊地面移除煤和岩 石屑并将其移动到运输系统的车辆和机械装置。
因此， 本发明的一个目的是提供一种机械设备， 所述机械设备用于从运输系统走 廊地面 ( 包括运输系统下面 ) 铲挖煤和其它岩屑、 将其运输到运输系统上以从煤矿中移除。 通过下面的描述， 本发明的其它目的和目标对于本领域技术人员来说将变得明显， 在下面 的描述中， 示出并描述了本发明的优选实施例。
发明内容
本发明的铲挖设备包括低轮廓车辆、 悬臂 (boom) 组件和铲斗组件， 其中悬臂组件 能够将铲斗组件定位到运输系统走廊内， 使得可以收集走廊中的煤和岩屑并将其并运输到 运输系统， 以便通过运输系统进一步从矿运出。
低轮廓车辆通常包括驾驶室部分、 推进支撑件和至少一个运动支撑件。驾驶室部 分为铲挖设备的操作者在车辆中提供工作空间 ； 运动支撑件 ( 例如连续的履带、 轮 ) 使低轮 廓车辆运动 ； 并且推进支撑件支撑悬臂组件并从驾驶室部分推进悬臂组件。
悬臂组件通常包括旋转致动器、 线性致动器和细长支撑结构， 其中旋转致动器使 该细长支撑结构相对于低轮廓车辆的推进支撑件在每个方向上侧向转动 90° ； 线性致动 器使所述结构相对于推进支撑件竖直旋转 ； 并且， 细长支撑结构相对于地面支撑和定位铲 斗组件 ( 细长支撑结构进一步包括管、 金属线和 / 或其它动力和通讯 (communication) 部 件 )。悬臂组件固定到推进支撑件并被推进支撑件支撑。
铲斗组件通常包括铲斗组件旋转致动器、 铲斗和在一些实施例中的翻转机构， 其 中该旋转致动器使铲斗相对于悬臂组件的细长支撑结构在每个方向上侧向旋转高达 90° ； 铲斗帮助铲挖和移动物质 ； 并且翻转机构使铲斗相对于铲斗组件旋转致动器竖直翻转。铲斗组件可以进一步包括帮助从铲斗移出物质的推进板。 铲斗组件固定到悬臂组件并被悬臂 组件支撑。
由此， 本发明通过下述运动中的一个或多个来使铲斗运动到多个位置 ： 通过推进 支撑件产生的悬臂组件的推进或收回 ； 通过悬臂组件旋转致动器产生的悬臂组件细长支撑 结构的侧向旋转 ； 通过悬臂组件线性致动器产生的悬臂组件细长支撑结构的竖直旋转 ； 通 过铲斗组件旋转致动器产生的铲斗的侧向旋转 ； 以及， 通过翻转机构产生的铲斗的竖直翻 转， 以便于在例如地下煤矿的场所中的运输系统走廊和类似的难以到达的区域中通过铲挖 设备铲挖、 搬运和倾倒物质。 附图说明 结合下面的附图阅读时， 可以更好地理解下面的具体实施例的详细描述， 其中相 同的结构使用了相同的附图标记， 并且其中 ：
图 1 是根据一个实施例的铲挖设备的透视图 ；
图 2 是图 1 所示的铲挖设备的实施例的透视图 ；
图 3 是图 1 所示的铲挖设备的实施例的透视图 ；
图 4 是铲挖设备的一个实施例的铲斗组件的放大的透视图 ；
图 5 是铲挖设备的一个实施例中的推进支撑件的部件的局部视图 ；
图 6 是铲挖设备的实施例中的推进支撑件和悬臂组件的多个部分的视图 ；
图 7 是铲挖设备的实施例中的悬臂组件和铲斗组件的多个部分的视图。
附图中阐述的实施例在本质上是例示性的， 并且不限制权利要求中限定的实施 例。而且， 通过具体描述， 附图和实施例的各个方面将更加明显且更容易理解。
具体实施方式
首先参照图 1， 铲挖设备 10 的实施例分别包括低轮廓 (low profile) 车辆 12、 悬 臂组件 14 和铲斗组件 16。铲挖设备 10 的这些部件 12、 14、 16 相互协作， 以从地下煤矿的煤 层附近和煤层下铲挖煤和岩石， 并将岩屑倾倒在输煤带上以运出煤矿。
如图 1-3 所示， 低轮廓车辆 12 包括驾驶室部分 18、 一个或多个运动支撑件 20 和推 进支撑件 22。驾驶室部分 18 为铲挖设备的操作人员在车辆 12 中提供工作空间， 并且通常 包括操纵室或者其它防护性外壳或者部分外壳， 以便为操作人员提供保护， 防止可能掉在 车辆上的外来物体造成伤害。通常， 操作人员能够在车辆的驾驶室部分中控制低轮廓车辆 12、 悬臂组件 14 和铲斗组件 16。 低轮廓车辆 12 可以包括多种尺寸 ( 保持知道 (cognizant) 高度和在地下煤矿内的可操作性限制 )。在一个优选实施例中， 低轮廓车辆的长度为 9-11 英尺 (9′ -11′ )， 优选为大约 10 英尺 5 英寸 (10′ 5″ )， 高度为 3-5 英尺 (3′ -5′ )， 优 选为大约 4 英尺 3 英寸 (4′ 3″ )。
运动支撑件 20 使低轮廓车辆 12 运动， 并提供足够的离地距离 (groundclearance)， 以使车辆在岩石和 / 或不平的地形上行进。例如， 在一个实施例中， 运动支撑件提供了大约 12 英寸的离地距离。 一个或多个运动支撑件 20 可以被设置成一个或多个连续的履带、 轮子 或者其它支撑性部件， 或者它们的组合， 从而使或者有可能使低轮廓车辆 12 运动。
如图 1-3、 5 和 6 所示， 低轮廓车辆 12 的推进支撑件 22 支撑悬臂组件 14。本文中的 “推进” 简单地指从靠近车辆的位置纵向推进到远离车辆的位置的能力。推进支撑件 22 能将悬臂组件 14 从驾驶室部分 18 纵向推进到任何可能的距离。例如， 但是不限于， 推进支 撑件 22 可以将悬臂组件 14 推进至离驾驶室部分 18 高达约 4 英尺的可变距离。优选地， 推 进支撑件允许至少 1-3 英尺的推进， 以促进铲斗组件 16 进入带走廊 (belt corridor)。
如图 5 所示， 推进支撑件 22 通常包括细长支撑结构 30 和一个或多个接收装置 37， 所述一个或多个接收装置 37 部分地接收、 支撑和促进支撑结构的纵向运动。在附图中所示 的实施例中， 细长支撑结构包括平行的臂 38， 所述平行的臂 38 通过车辆的每一侧上的开口 36A 从所述低轮廓车辆 12 的两侧上的相对应的空腔 36 中侧向伸出并收回到所述相对应的 空腔 36 中。平行的臂 38 的暴露的末端优选以朝向地面 28 的角度延伸， 并终止于面板 40， 面板 40 大体上垂直于地面。为了额外支撑， 这些暴露的末端优选地在至少一个边缘上以一 定角度向外展开 (flare out)， 使得暴露的末端的宽度大致和面板 40 的高度相同 ； 可选地， 附加支撑结构 38B 可以进一步将臂 38 连接到面板 40。 在完全装配之后并且在操作期间， 平 行的臂 38 的内端保持在空腔 36 中。在一些实施例中， 平行的臂 38 由 3 英寸 ×6 英寸的矩 形管构成， 该矩形管的壁厚为 0.5 英寸， 长度在 3-10 英尺之间 ( 优选是 5-8 英尺 )， 使得当 装配推进支撑件时， 它支持它的距离空腔 36 的最前端或驾驶室部分 18 优选的距离是 3 英 尺的延伸。如该实施例所示， 液压缸的缸筒 39A 长 3 英尺 ； 因此， 为了达到该延伸， 臂 38 至 少要 6 英尺长。 如在图 1 和 5 的实施例中所示的那样， 每个空腔 36 都设有外壁， 以保护其内部的 部件， 空腔 36 具有充分大的开口， 以允许推进平行的臂 38。通常， 一个或多个接收装置 37 被置于空腔内， 以接收、 支撑和促进平行臂 38 的推进和收回。在图 5 的实施例中， 空腔 36 中安置了 3 个接收装置， 每个接收装置上固定有两个辊 37A， 两个辊 37A 定位成在它们之间 容纳平行的臂 38。
可以通过任何常规的装置纵向推进和收回推进支撑件 22， 所述常规的装置例如是 但是不局限于 ： 线性致动器、 齿轮、 链条、 致动器、 带、 和 / 或其它的机械装置和 / 或电气装 置、 或者它们的组合。在如图 5 所示的优选实施例中， 液压缸系统 39 用来控制平行的臂 38 的纵向推进和收回， 其中每个液压缸的 U 形夹 ( 从活塞杆 39B 的暴露末端伸出且安置于其 上 ) 安置于或者接合平行的臂 38 的 ( 和暴露的末端相反的 ) 内端， 使得当活塞杆 39B 完全 伸出液压缸的缸筒 39A 时， 平行的臂在空腔 36 内被收回 ( 其中平行的臂的一部分和面板 40 仍在空腔外部 ) ； 当活塞杆被液压缸系统的常规装置缩回 (contract) 时， 平行臂 38 被从空 腔推进， 直到达到它的完全伸出的位置 ( 其中平行的臂的一部分仍然在空腔内 )。 在一些实 施例中 ( 如图 5 所示 )， 液压缸系统 39 的缸筒 39A 在空腔内固定到接收装置 37 的顶部， 以 为缸筒 39A 提供附加支撑， 其中板 37B 从最外面的接收装置延伸。这样， 推进支撑件 22 从 / 朝向驾驶室部分 18 纵向推进和收回悬臂组件 14。
在如图 1-4、 6 和 7 所示的实施例中， 悬臂组件 14 将铲斗组件 16 连接到低轮廓车 辆 12， 并通常包括旋转致动器 24 和细长支撑结构。在所示实施例中， 悬臂组件的细长支撑 结构包括定位臂 26 和调整臂 (leveling arm)44。
悬臂组件的旋转致动器 24 使悬臂组件的细长支撑结构相对于推进支撑件 22 侧向 旋转高达 180° ( 每个方向 90° )。如图 1、 2 和 6 所示， 在一些实施例中， 悬臂组件的旋转 致动器 ( 借助于其底座 ) 通过支撑结构 40A 固定到推进支撑件的面板 40， 其中该支撑结构
40A 从板的平面延伸。支撑结构 40A 的尺寸设定成 ( 并且致动器定位在其上 ) 允许定位臂 和调整臂能在任一方向上摆动 90°， 而不与面板 40 或支撑结构 40A 发生干涉 ； 优选地， 支 撑结构为稍大于致动器基部的底座的矩形箱， 其深度为 0.5-1.5 英尺。通过本实施例和其 它的实施例， 悬臂组件的旋转致动器指引 (direct) 并控制悬臂组件的细长支撑结构侧向 相对于面板 40 的旋转。
如图 6 所示， 定位臂 26 和调整臂 44 通过托架 (bracket)24A 固定到旋转致动器 24， 该托架 24A 跨坐 (straddle) 安装致动器上， 并且栓接到致动器的端盖凸缘和轴。调整 臂 44 和定位臂 26 中的每一个都枢转地固定到托架 ( 通过 U 形夹 (clevises)24B、 销 24C 和 位于每个臂的末端处的相对应的孔口 )， 使得除了支撑臂的载荷并通过悬臂组件的旋转致 动器使臂能够侧向旋转之外， 所述臂还能够竖直地旋转 ( 绕销 )， 这将在下文中描述。
定位臂 26 和调整臂 44 中的每一个也相对于低轮廓车辆并绕它们与旋转致动器 24 上固定点 24C 在竖直平面内旋转， 以提升和降低铲斗组件 ( 参见图 1 和 3) ； 优选地， 这种旋 转是由线性致动器 ( 例如图中所示的具有载荷锁 (loadlock) 的一对悬臂提升缸 42) 或者 类似的系统或设计产生并控制的， 以支撑定位臂、 调整臂、 铲斗组件和由铲斗运输的煤和岩 屑的载荷。 当伸出时， 线性致动器将定位臂和调整臂定位成使得铲斗位于地面上 ； 当完全收 回时， 线性致动器将定位臂和调整臂定位成使得铲斗处于最高设计高度 ( 至少足以将煤放 下到输煤带上， 但知道运输系统走廊的受限竖直空间 )。如所示的实施例中， 悬臂提升缸 42 在缸筒的末端处固定到托架 24A， 并且在活塞杆的暴露的末端处固定到定位臂 26。 在一个实施例中， 定位臂 26 和调整臂 44 大约 8 英尺长， 因而能够将铲斗组件 16 竖 直定位在接触地面 28 和位于地面 28 上方大约 5 英尺 3 英寸之间的可变距离上。优选地， 定位臂的长度为 6-10 英尺， 并且定位臂将铲斗定位在地面 28 上方 4-7 英尺的最大高度。
定位臂优选为 6 英寸 ×6 英寸、 31 磅 (lb)、 如盒子一般地围起来 (boxed-in) 的梁。 如图 1、 2、 4 和 7 所示， 定位臂 26 的离铲斗组件 16 最近的底端可以在一侧上向后倾斜， 使得 当铲斗接近地面 28 时， 定位臂并不阻止铲斗平展地放置在地面上从而高效地铲挖煤和岩 屑。优选地， 调整臂为横截面为 2 英寸 ×4 英寸的管状结构， 其壁厚为 1/4 英寸。尽管不是 优选的， 定位臂和调整臂可以是足以支撑铲斗和该铲斗所铲挖的任何煤和岩石并将它们携 带和输送到运输系统 (belt line) 的单个臂或结构。
如图 1-4 和 7 所示， 铲斗组件 16 包括旋转致动器 30、 铲斗 32 和翻转机构 34。铲 斗组件的旋转致动器 30 使铲斗 32 在任一方向上相对于悬臂组件的细长支撑结构侧向旋转 高达 90°。如图 1、 2 和 7 所示， 板 30A 帮助将悬臂组件的细长支撑结构 ( 通过销和 U 形夹 枢转地固定到 ) 固定到铲斗组件的旋转致动器 30( 在底座处固定到所述板 )。 因此， 当定位 臂和调整臂绕销 24B 旋转时， 定位臂和调整臂能够枢转， 同时铲斗组件的旋转致动器保持 处于稳定的水平位置。
如图 4 和 7 所示， 铲斗通过支撑结构 31 固定到铲斗组件的旋转致动器。该支撑结 构 31 包括板 31A， 托架 31B 从板 31A 伸出到后面， 以允许托架 31B 跨坐在致动器 30 上。支 撑表面或板 31C 在底部并且从所述板垂直地伸出， 支撑表面或板 31C 通过销 31D 和 U 形夹 或其它铰接装置旋转地固定到铲斗的后部 ( 由此允许板翻转， 这将在下文中描述 )。
铲斗相对于铲斗组件的旋转致动器的翻转通过一个或多个线性致动器 ( 优选为 液压缸系统 46) 控制， 每个线性致动器在相对的侧上与铲斗 32 的后侧的顶半部分和支撑结
构 31 的底半部分接合。当活塞杆从这些系统的缸筒伸出时， 铲斗向下翻转 ； 当活塞杆收回 时， 铲斗恢复到它的正常位置 ( 横向于表面或者向上翻转 )。因此， 铲斗 32 能构翻转， 以帮 助在其中收集和保持煤， 并将煤从其中卸除。
借助于铲斗的深度尺寸、 侧壁和后壁， 铲斗 32 通常包括一个空腔 48， 可以在该空 腔 48 中保持物质， 直到物质被从铲斗 32 移除为止。通常， 如上所述， 通过经由翻转机构 34 使铲斗向下翻转， 以倾倒铲斗 32 中的物质。可选地或者另外， 通过如图 4 所示的推进板 50 或其它类似的执行装置将物质从铲斗 32 的空腔 48 中推出。推进板 50 通常垂直于空腔 48 的底部或者至少与空腔 48 的底部成一定角度， 并且能够至少部分地横过 (across) 空腔 48 从铲斗的背板到其开口前部推进， 但优选地完全横过空腔 48 推进。由此， 通过推进板 50 至 少部分地横过空腔 48 的推进， 推进板 50 能够在空腔 48 中定向地推动物质。推进板 50 横 过铲斗 32 的空腔 48 的推进和收回通过例如液压千斤顶之类的装置控制， 该装置置于杆 52 内并被杆 52 保护。
铲斗 32 可以包括适于在运输系统走廊的受限空间中铲挖、 搬运和 / 或倾倒物质的 任意多个尺寸。例如， 铲斗 32 的长和宽分别在 2-4 英尺之间， 深度在 0.5-2 英尺之间。更 优选地， 宽度和高度的范围为 2.5-3.5 英尺， 并且深度大约为 1 英尺。
通过本发明， 铲斗 32 相对于低轮廓车辆的驾驶室部分 18 能够定位在多个位置上 ( 并且因此能够达到运输系统走廊或在运输系统走廊内工作， 以机械地收集落下的煤和岩 石屑， 并将它们输送到运输系统 )。 更具体地， 铲斗 32 可以通过以下运动中的一个或多个定 位： 通过推进支撑件 22 产生的悬臂组件 14 的侧向推进和 / 或收回 ； 通过悬臂组件的旋转致 动器 24 产生的定位臂 26 和调整臂 44 的双向侧向旋转 ； 通过悬臂组件的线性致动器 42 产 生的铲斗组件 16 双向垂直定位 ； 通过铲斗组件的旋转致动器 30 产生的铲斗 32 的双向侧向 旋转 ； 和通过翻转机构 34 产生的铲斗 32 双向竖直翻转。铲斗 32 的定位的多样性增强了铲 挖设备 10 到达难以到达的区域的操作能力， 并且便于通过铲挖设备 10 铲挖、 搬运和 / 或倾 倒物质。
虽然在本发明的设备中液压缸和致动器是优选的， 但是其它结构如气泵或其它线 性或旋转运动装置也适用于本发明。特别适合在本发明中使用的是 Helac Corporation 提 供的螺旋液压旋转致动器 (L30 系列 )。
应当注意， 此处列举的实施例的组成部件以特定方式被 “配置” 或体现特定性质或 以特定方式工作， 是结构的列举而不是预期应用的列举。 更确切地说， 此处引用的 “配置” 指 组成部件的实际状况， 同样地， 被认为是组成部件的结构特性的明确描述。
此处所使用的术语 “通常” 并不限制实施例的保护范围或者暗示一些特征对于实 施例的结构或功能来说是关键性的， 必不可少的或者更重要的。 恰恰相反， 这些术语只是指 识别实施例的特定方面或者强调在特定实施例中使用或不使用的可选或附加特征。
为了描述和限定本文中所述的实施例， 可以注意到本文中使用了术语 “基本上” 和 “部分地” ， 以表示内在不确定性的程度， 其可能归因于任何数量比较、 值、 测量或者其它表 示。术语 “基本上” 和 “部分地” 还用于表示数量表示在不导致所讨论的主题的基本功能发 生变化的前提下可以从规定的参考变化的程度。
在详细描述本发明的实施例并参考本发明的特定实施例， 明显的是， 在不背离所 附权利要求中限定的实施例的范围的前提下， 可以作出很多修改和变形。 更具体地， 虽然本发明的实施例的一些方面在本文中被认为是优选的或是特别有利的， 但是应当理解本发明 的实施例并不一定局限于这些优选的方面。