本申请是申请日为2015年4月1日、申请号为201510271776.1、名称为“车轮组件、指示保养需求的方法及物料搬运车辆”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0003] 本发明涉及用于车辆的车轮组件，且更特别地，涉及用于物料搬运车辆、例如码垛车的车轮组件。
背景技术
[0004] 车辆、例如物料搬运车辆(例如码垛车、前移式叉车、平衡重叉车、
牵引车、捡料车等等)杂物车、货车等等，具有多种
角色的轮子，例如
驱动轮、转向轮、
支撑轮或其中一些组合。在一些构造中，车轮组件包括
脚轮。全部这些车轮都随着时间而磨损，并且最终将需要保养来维修或更换车轮。
[0005] 在物料搬运工业中，增加的负载由车轮承载，较小的车轮直径和较高旋转速度的车轮易于加重磨损，进一步影响车轮的使用寿命。
[0006] 物料搬运车辆且特别是码垛车通常装配有主驱动轮或一个或多个附加轮。包含这些可以是脚轮的附加轮例如来增强操作性和机动性。虽然当适当保养时脚轮性能很好，但是可能的是，脚轮随着驱动轮的磨损而需调整。调整脚轮是耗时的
进程。
[0007] 传统的脚轮需要周期调整以补偿驱动轮磨损。这一调整通常通过增加或移除脚轮和车辆之间的
垫片而升高或降低脚轮来实现。该调整进程是劳动力密集型的。在特定情形中，为了调整脚轮，车辆必须被提升并且在垫片可被增加或拆除之前必须拆除脚轮。
[0008] 更先进的脚轮具有调整螺钉，其可升高或降低脚轮以便于周期调整。调整螺钉在一些设计中可从侧面进入且在另一些设计中从顶部进入。在这一情形中，脚轮可被调整而无需移除脚轮，但是调整点在车辆下方。顶部调整脚轮提供更容易的进入点，但是在操作者地板中需要洞。
[0009] 从根本上，现有的用于物料搬运车辆的脚轮系统的缺点是需要周期调整。因此，存在改进的车辆车轮组件的需求，其降低了脚轮周期调整的
频率。此外，存在对用于提供明确指示的装置的需求，以在确定何时需要维修或更换驱动轮或脚轮中辅助维修技师。
发明内容
[0010] 本发明提供了一种脚轮组件，其可在响应于驱动轮磨损的领域中需要更低频率的调整。在一个实施方式中，脚轮组件可随着驱动轮的磨损而产生恒定向下的力。脚轮组件可被调整以提供适当的额定向下力。这一向下力可基于所需的车辆性能特征而被调整。随着驱动轮磨损，经过脚轮的偏移会增加同时脚轮力保持固定在额定
水平。在一些实施方式中，所需的力曲线可通过包括恒力机构的脚轮组件而实现。恒力机构可使得脚轮能够贯穿物料运输车辆的操作期间在地面
接触表面上施加恒定向下力。在一些实施方式中，可变恒力机构可包括第二
弹簧元件，一旦脚轮偏移超过了
阈值，其可提供额外阻力。
[0011] 本发明通常提供了一种车轮组件，包括恒力机构和连接至恒力机构的车轮。车轮可在至少一个维度中位移，并且恒力机构在至少一个维度中在车轮上施加基本上恒定的力。在一些实施方式中，对于大于预定车轮位移的车轮位移，可变恒力机构可在车轮上施加可变力，并且其中，可变力等于或大于基本上恒定的力。在另一方面中，车轮可以以第一状况和第二状况位移。对于第一状况的车轮位移，恒力机构在车轮上施加基本上恒定的力，并且对于第二状况的车轮位移，可变恒力机构在车轮上施加可变恒力。在第二状况中，可变力可以相对位移大小是线性或非线性的，并且可等于或大于基本上恒定的力。
[0012] 在一方面，车轮组件进一步包括连接至车轮的
传感器，从而测量车轮属性。传感器连接
传感器系统，当测量的车轮偏移超过预定阈值时其可产生
信号。在另一方面，该信号传达车轮状态。在又一个方面，传感器系统可确定经过车轮的平均偏移。
[0013] 在另一方面，恒力机构包括第一支撑结构和第二支撑结构。第一支撑结构布置得与第二支撑结构基本成直角。第一托架可沿着第一支撑结构的长度移动，并且第二托架可沿着第二支撑机构的长度移动。刚性臂枢转地连接至第一和第二托架。第一阻力装置抵抗第一托架沿着第一支撑结构长度的运动，第二阻力装置抵抗第二托架沿着第二支撑结构长度的运动，并且在一些实施方式中可包括第三阻力装置，以进一步抵抗第一和第二托架之一的运动。在第一状况中，恒力保持机构在车轮上施加基本上恒定的力，用于沿着第一支撑结构的长度和第二支撑结构的长度之一的小于距离X的平移位移，并且在第二状况中，可变恒力机构在车轮上施加可变力，用于沿着第一支撑结构的长度和第二支撑结构的长度之一的等于或大于距离X的平移位移。
[0014] 在另一实施方式中，指示保养需求的方法包括步骤：(i)提供传感器，构造为测量物料搬运车辆上的车轮组件的状态；(ii)测量车轮组件的状态；以及(iii)传达提供了车轮组件保养指示的信号。
[0015] 在另一实施方式中，车轮组件包括恒力机构以及连接至恒力机构的车轮，恒力机构在车轮上施力抵抗车轮的位移。传感器测量车轮的偏移。
[0016] 在一方面，对于第一状况中的车轮偏移，恒力机构向车轮上施加基本上恒定的力，并且对于第二状况中的车轮位移，可变恒力机构向车轮上施加可变力，其中可变力正比于第二状况中的偏移大小，且其中可变力等于或大于基本上恒定的力。
[0017] 在另一实施方式中，物料搬运车轮包括车架；叉托架，连接至车辆车架；至少一个举升叉，连接至叉托架且在至少一个维度中位移；驱动轮，连接至车架；至少一个脚轮组件，连接至车架，至少一个脚轮组件包括恒力机构和脚轮，脚轮连接至恒力机构；以及恒力机构，向车轮上施力，以抵抗脚轮的位移。
[0018] 这些和另一些方面将从下文描述中可见。在详细描述中，将参考
附图描述优选的示例实施方式。这些实施方式并不代表本发明的全部范围；相反本发明可以其它实施方式而实施。因而可在此参考
权利要求来解释本发明的范围。
附图说明
[0019] 附图1是装配有具有恒力机构和
位置传感器系统的脚轮的物料搬运车辆的前透视图。
[0020] 附图2是装配有具有恒力机构和
位置传感器系统的脚轮的物料搬运车辆的侧视图。
[0021] 附图3是装配有具有恒力机构和位置传感器系统的脚轮的物料搬运车辆的后透视图。
[0022] 附图4是装配有具有恒力机构和位置传感器系统的脚轮的物料搬运车辆的底视图。
[0023] 附图5是具有可变恒力机构的脚轮的一个实施方式的示意性示意图。
[0024] 附图6是具有恒力机构的脚轮的一个实施方式的侧视图。
[0025] 附图7A是附图6中的具有恒力机构的脚轮的透视图。
[0026] 附图7B是附图6中的具有恒力机构的脚轮的替代透视图。
[0027] 附图8A是具有恒力机构的脚轮的替代实施方式的透视图。
[0028] 附图8B是附图8A中的具有恒力机构的脚轮的替代透视图。
[0029] 附图9是用于具有可变恒力机构的脚轮的两个操作状况(R1、R2)的力曲线示例。
[0030] 附图10A是位置传感器系统的一个实施方式的图解示意图。
[0031] 附图10B是具有可变恒力机构且包括作为位置传感器系统一部分的位置传感器的脚轮的一个实施方式的图解示意图。
[0032] 附图11是示出了由位置传感器系统监测的驱动轮随着时间磨损的驱动轮磨损曲线的示例。
[0033] 附图12是示出了附图11示出的磨损曲线对于y>yT的值的集合的图。
[0034] 附图13是用于操作位置传感器系统以发送指示信号的方法的示意图。
[0035] 附图14是装配有包括依照本发明的可变恒力机构的脚轮组件的物料搬运车辆的后视图。
[0036] 附图15是附图14的物料搬运车辆的放大部分侧视图，示出了包括可变恒力机构和惯性阻尼器的脚轮组件。
具体实施方式
[0037] 将描述车轮组件、包括具有恒力机构的脚轮和具有可变恒力机构的脚轮的多个实例实施方式。然而，正如本领域技术人员将认识到的，车轮组件概念可以多种不同构造和布置而实施。此外，虽然主要参考码垛车描述了示例车轮组件，但车轮组件概念可等同应用至其它类型和形式的有
发动机和无发动
机车辆，例如码垛车、牵引
拖拉机、侧向装卸机、平衡重叉车、前移式叉车、货车、多功能拖车和类似的，作为非限制示例。
[0038] 码垛车形式的车辆在附图1-4中示出。机动的手/
扶手低举升码垛车100包括
前叉架12，该前叉架具有一对连接至动力单元11的载重叉14。动力单元11典型地包括壳体，其容纳液压举升
马达
泵和牵引
电机、驱动轮16和容纳
电池的电池箱。替代地，电池可无需壳体而被直接安装至码垛车100。驱动轮16连接至具有
舵柄臂28和操作者控制
手柄30的转向机构26。转向机构26可向右和向左转向，以控制码垛车100的转向。
[0039] 前叉架12具有几英寸的垂直跨度，在地平面和最大高度之间上下运行。码垛车100设计得使得叉14插到将被移动的负载、例如码垛的物品下方，并且前叉架12举起负载离开地面。码垛车100可被驱动至其它位置，在那里前叉架12下降，以将负载放置在地面上，并且叉14与负载分离。本领域技术人员将认识到示例码垛车100的多个部件的操作和相互连接。
[0040] 关于示例码垛车100，一个或多个车轮组件10位于码垛车100的
基座且可接近驱动轮16
定位。在一个实施方式中，车轮组件10是脚轮。参考附图5，车轮组件10可包括特征，例如支撑90、车轮80和可变恒力机构48。在示出的实施方式中，车轮80连接至可变恒力机构48，其随即连接至支撑90。此外，支撑90可被枢转地连接至码垛车100。在附图6-8B示出的其它实施方式中，示出了恒力机构。可包括第二弹簧68(下文讨论)以提供“可变”特征，以产生可变恒力机构48。
[0041] 车轮80示出为脚轮型车轮，包括
轮毂82，轮胎84围绕其固定。以一种形式，轮毂82是金属的(例如，
钢)，并且轮胎84可以是非金属的(例如，塑料的，例如聚
氨酯)，绕其模制或固定至轮毂82。轴86从车轮80延伸经过以连接至刚性臂70，其是可变恒力机构48的部件。咬合环、夹子或任何其它束缚件可被用于抓住轴86，正如本领域技术人员为了得到这一发明的益处而将认识到的。
[0042] 虽然轴86在垂直于轴86的纵轴的平面中限定圆形截面，但很多其它形状是可用的，例如正方形、六边形、三角形和类似的。此外，任何数量和/或类型的车轮80可由轴86支撑；例如，一对实心
橡胶轮胎可由轴86支撑，或一个或多个塑料车轮可被组合。
[0043] 在码垛车100的操作期间，车轮组件10可被调整以在第一操作状况R1(例如，在附图9中250磅)期间提供适当的额定向下力。这一向下力可基于所需的车辆性能特征而被调整。随着驱动轮16磨损，经过车轮80的偏移将增加，但是施加至车轮80的力保持固定在额定水平。在第二操作状况(附图9中R2)中，在此经过车轮80的偏移超过了预定阈值(例如，附图9中0.5英寸)，由车轮组件10施加的力可被增加以适应大偏移事件、例如转向。在转向事件中，偏移可超过预定值并且车轮组件10可提供适当的滚动刚性。虽然附图9示出了，力随着偏移增加超过了阈值而线性增加，但也可使用非线性力曲线。在一方面中，操作状况R1和R2以及相应的力曲线可改变，且可基于实际驱动轮16磨损率而被选择。此外，在一些实施方式中，可仅实施单一操作状况，反之在一些实施方式中，可使用两种、三种或更多种操作状况。
[0044] 恒力操作状况可以是可变的，且可基于实际驱动轮16磨损率而被选择。实现提出的车轮力曲线将降低保持最佳车辆性能所需的保养频率。实现所需力曲线的一种方式可以是使用恒力机构。
现有技术中存在很多恒力机构并且这一机构的一个示例在美国7,874,223号专利中示出，其通过全部的引用而合并于此。这一类型的恒力机构可被合并入车轮组件10中，如附图5中所示，以抵抗车轮组件10中车轮80的位移。示出的可变恒力机构48包括水平支撑52和垂直支撑54，其可彼此垂直的定位。水平支撑52与水平托架56和阻力装置、例如弹簧64关联。类似地，垂直支撑54与垂直托架58和垂直弹簧66关联。此外，刚性臂70可分别在点60和点62被枢转地连接至水平托架56和垂直托架58。在示出的实施方式中，在刚性臂70一端的点60连接至水平托架56，并且位于刚性臂70端部之间的中间点62连接至垂直托架58。水平弹簧64水平地沿着由水平支撑52限定的水平轴推进水平托架56，并且垂直弹簧
66向下地沿着由垂直支撑54限定的垂直轴推进垂直托架58。因此，依照胡克定律，由于水平弹簧64作用在水平托架56上的力可由公式1近似为：
[0045] FH＝kHxH (公式1)
[0046] 其中，FH是由于水平弹簧64作用在水平托架56上的水平分力，xH是水平位移且kH是弹簧64的弹簧常数。类似地，由于垂直弹簧66作用在垂直托架57上的力可由公式2近似为：
[0047] FV＝kVxV (公式2)
[0048] 其中，FV是由于垂直弹簧66作用在垂直托架58上的垂直分力，xV是垂直位移且kV是弹簧66的弹簧常数。可确定为，如在前在美国7,874,223号专利中证实的，对于在美国7,874,223号专利中示出的几何，当kV和kH相等且水平支撑52和垂直支撑54彼此垂直定位时：
[0049] FR＝kVL (公式3)
[0050] 其中FR是托架58处的合力，并且L是附图5中的点60和点62之间的臂长。由于kV和L是恒定的，力FR因而是恒定的。当刚性臂延伸时，正如在所示实施方式中的情形，在车轮处的力FW是
[0051] FW＝kVL2/(L+S) (公式4)
[0052] 其中，L是臂从附图5中的点60至点62的长度，且S是臂从附图5中的62至86的长度。在此，再次由于kV、L和S是恒定的，力FW因而是恒定的。
[0053] 结果是，由脚轮施加的向下力贯穿可变恒力机构48的冲程保持恒定。可在垂直支撑54中提供与垂直弹簧66同轴的第二垂直弹簧68，一旦偏移超过了预定恒力区域，其提供更大的向下力以提供优选的滚动
刚度。
[0054] 恒力脚轮需要较少的保养或降低保养的频率。调整脚轮力曲线允许装配有车轮构造10的物料搬运车辆保持最佳车辆性能，随着驱动轮16磨损，具有降低的保养频率。
[0055] 存在多个替代方法，用于构造具有恒力机构的车轮支撑10。代替附图5中详述的可变恒力机构和附图6-8B中示出的恒力机构，可使用
凸轮和随动机构。将形成凸轮曲线以形成所需的力曲线。同样，凸轮
滑轮可以相同式样使用。本领域中已知的其它产生恒力的机构是可用的。
[0056] 除了车轮组件，物料搬运车辆、例如车辆100可装配有位置传感器系统190。附图10A示出了位置传感器系统190的一个实施方式的图解示意，其包括一个或多个传感器191、接收器192、数据
存储器193、使用者界面194和指示器195。在一个方面，位置传感器系统190的每个部件可与位置传感器系统190的每个其它部件通讯。
[0057] 参考附图10B，附图5中示出的车轮组件被示意，示出典型位置传感器191的可能位置。位置传感器191可测量经过脚轮的偏移且输出位置或偏移值(见附图11)。该偏移提供了已经发生的磨损量的指示(例如，驱动轮16直径的降低)。在一个实施方式中，位置传感器191可以是线性
编码器且可被用于测量经过脚轮的偏移(例如，在脚轮-臂枢转点处)。在一些实施方式中，可变恒力机构48在限定的偏移范围中可最佳执行。例如，当测量的偏移超过了预定阈值时，可由位置传感器系统190产生信号196，以使用指示器195开始告知(例如，警示信息/指示、
电子邮件报警，等等)，告知人员测量的恒力脚轮组件偏移超过了预定阈值。
在一个方面，指示器195可通过使用者界面194提供告知。
[0058] 在一些实施方式中，信号196可使用车辆操作的设施处、例如仓库或工厂处的
计算机系统而通过双向仓库通讯系统无线通讯。这样使得关于操作参数的数据能够被发送至计算机系统，且使得码垛车100能够从计算机系统接收数据和指令。此外，仓库通讯系统可通过网络、例如专用网连接至远程计算机，例如位于公司总部操作设施的和位于车辆制造商处的。
[0059] 附图10B示出了两个线性位置传感器191a和191b。垂直位置传感器191可探测垂直托架58的垂直位移，且水平位置传感器191b可探测水平托架56的水平位移。在一些实施方式中，水平位置传感器191b(或垂直位置传感器191a)可用作垂直位置传感器191b(或水平位置传感器191b)的备用，以提供备用位置传感器系统。此外，虽然示出了两个线性位置传感器，可以理解的是，在车轮组件10的设计中可包括单一位置传感器191，而不偏移本发明的范围。如果提供单一位置传感器191，单一位置传感器191可测量托架56、57任一者的位移。在又一个实施方式中，单一位置触感器可被布置得同时监测托架56、58二者。
[0060] 参考附图11，示出了驱动轮磨损曲线的一个示例的图形。通过位置传感器、例如传感器191的方式监测驱动轮磨损作为时间的函数。在垂直位置传感器的情形中，垂直托架54的位移可被绘制为时间的函数，其中y表示位移且yT表示阈值。在附图11中，向上位移(由于垂直弹簧的压缩导致)带来了y值的增加，反之向下位移(由于弹簧的拉伸导致)带来了y值的降低。阈值yT可被预定(例如，出厂设置)或者由使用者设置。
[0061] 附图12示出了附图11示出的磨损曲线对于y>yT的值的集合的图。换句话说，附图11中磨损曲线下方的积累面积(A)(阴影区域)可被监测，用于大于阈值位移值的位移。当A值大于或超过阈值AT时，可产生信号。附图12中的箭头指示了图像上A＝AT的点。以类似于选择yT的类似方法，AT可被预定(例如，出厂设置)或者由使用者设置。产生的信号可指示驱动轮需要被维修或更换。下面描述关于信号的细节。
[0062] 参考附图13，包括位置传感器系统190的进程的一个实施方式示出为方法200。在方法200的步骤202，位置传感器系统190和位置传感器191可被激活。位置传感器190的激活可发生在当车辆被起动时或可在车辆操作中间断发生。此外，位置传感器系统190可手动或自动激活。例如，使用者可选择激活位置传感器系统190，以周期地确定车辆组件是否需要保养。在一些实施方式中，位置传感器190可被重置，例如，随着保养进程。替代地，位置传感器系统190可被持续激活，而不考虑车辆状态。
[0063] 在方法200的第二步骤204中，位置传感器191可探测车轮组件、例如车轮组件10的属性。位置传感器191可被构造为探测车轮的偏移或平均偏移。在探测平均偏移的情形中，可记录平均偏移值(D)。在一个示例中，偏移数据可从位置传感器191被传送至接收器192，其可在数据存储器193中记录偏移数据。在特定实施方式中，D可等同于附图11-12中的y或A。在方法200的下一步骤206中，D可与预定阈值(D阈)比较。在特定实施方式中，D阈可等同于附图11-12中的yT或AT。D阈可被选择来指示信号何时应被通讯至使用者。例如，可使用指示器195告知使用者，以指示车轮组件何时需要保养，其可包括维修或更换车轮。基于车轮磨损程度，D阈可被选择为可以是应考虑保养的车轮磨损水平的指示。因此，在步骤206中，如果D大于D阈，随后在方法200的下一步骤208中，信号可被通讯至使用者。然而，如果D小于或等于D阈，方法200可回到步骤204。
[0064] 在D超过D阈的情形中，使用者可被位置传感器190告知。该告知可包括信号196，由有线或无线通讯方法发送至装置，例如计算机、手机、
平板电脑或其它装置或使用者界面194。该告知还可包括听觉或视觉告知，例如由指示器195提供的间断或持续可听
音调或光显示。当由使用者接收到告知时，在步骤210中，使用者可基于由位置传感器系统190通讯的信号，选择维修或更换车轮组件。
[0065] 在进一步实施方式中，可在物料搬运车辆上使用包括恒力机构的单一脚轮组件。作为非限制示例，包括恒力机构50或可变恒力机构48的脚轮组件可被用于前移式叉车上。
总体而言，已知的前移式叉车可包括脚轮和具有线圈和惯性阻尼器的惯性阻尼组件，从而消耗
能量。依照本技术的前移式叉车101的一个实施方式可包括单一车轮组件110，如附图
14和15所示。与已知的脚轮关联的线圈弹簧可被恒力机构50、或可变恒力机构48代替，从而提供车轮组件。在一个方面，车轮组件110可随着驱动轮116磨损而在地表面上施加恒力。在另一方面，车轮组件110可类似于如例如在附图5中示出的车轮组件10而作用。将认识到，前移式叉车101或其它物料搬运车辆的实施方式可仅包括具有恒力机构的一个车轮组件110。
然而，前移式叉车101或其它物料搬运车辆的实施方式还可包括两个或多个车轮组件。在一些实施方式中，车轮组件110还可包括惯性阻尼器220以帮助消耗能量。
[0066] 大体上还可使用除了在此描述的那些的其它恒力机构和其它机构。例如，作为包括恒力机构的脚轮的替代(或附加)，可以使用凸轮和随动机构。可形成凸轮曲线来实现所需的力曲线。在另一方面，除了或代替凸轮和随动机构，可使用凸轮滑轮。
[0067] 虽然这里已经示出和描述了当前被认为是本发明最优选的实施方式，本领域技术人员将认识到，给出这一发明的益处，可进行多种改变和
修改，而不偏离由所附权利要求确定的本发明的范围。
