CN101336324A - 工程作业机械 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工程作业机械，其中，将双臂曲柄(11)相对于大臂(10)的枢轴位置(Y)和双臂曲柄(11)相对于连结杆(13)的枢轴位置(X)连结的第一线段(L1)、与将所述枢轴位置(Y)和双臂曲柄(11)相对于倾斜缸的枢轴位置(W)连结的第二线段(L2)所构成的夹角(θ)，在铲斗(20)一侧为206.5(deg)以下。第二线段(L2)、与将所述枢轴位置(W)和倾斜缸相对于构造体的枢轴位置(Z)连结的线段(L3)所构成的夹角(α)，在安装前叉时为72.3(deg)以下。在将前叉相对于大臂(10)的枢轴位置设为离地面大约1.5m的高度时，双臂曲柄(11)的下端位于前叉下端的上侧。

Description

工程作业机械
技术领域
本发明涉及一种工程作业机械。
背景技术
目前，作为工程作业机械公知有轮式装载机。轮式装载机在枢轴支承在车身的大臂的前端设置铲斗等附加装置，该大臂设置成利用大臂缸可上下运动，铲斗通过所谓的Z型连杆驱动。
如图1 5所示，Z型连杆由能旋转地枢轴支承在大臂10的大致中央的双臂曲柄11、连结在双臂曲柄11的上端和未图示的车身之间的倾斜缸(参照点画线)、以及连结双臂曲柄11下端和铲斗20背部的连结杆13构成。
另外，在图15中，为避免图面复杂而省略了大臂缸及倾斜缸的图示。倾斜缸相对于车身构造体的枢轴位置(支点位置)Z在图中描绘于大臂10上，但实际存在于未图示的车身上，并非存在于大臂上。而且，图15表示铲斗20位于地面位置、中间位置、以及最上方的最高位置时的状态。
这样构成的轮式装载机中，使铲斗20位于地面位置附近来进行挖掘作业，从中间位置或顶端位置进行倾卸而向卡车进行装载作业。在此时的作业中，进行将装载到自动倾卸车等的土砂的上部匀平，即所谓匀载(荷切り)作业，这主要通过大臂缸的操作调整铲斗20的高度，此时，若铲斗20的下表面21的角度非水平，则不能有效地进行匀载作业。
另外，还具有被称为自动调平(オ一トレべラ)的功能，即不通过操作者的手动操作而使倾斜缸作动，使铲斗20的角度向地面位置移动、成为水平状态，以便在将土砂装载到自动倾卸车等后立即转入挖掘作业，但是，如果在最高位置铲斗20的下表面21向使其前端降低的方向大角度倾斜，则在轮式装载机后退时，铲斗20与自动倾卸车等的货箱抵接，致使轮式装载机不能后退。
同样，如果在最高位置铲斗20的下表面21的前端向下侧倾斜，则在轮式装载机后退时，留在铲斗20内的土砂等落在地上，有可能发生作业方面的问题。
由此可知，理想的是，不操作倾斜缸而使铲斗20从地上水平位置上升到最高位置时，铲斗20的下表面21的角度尽可能地为水平。
于是，考虑这一点，作为改善附加装置的角度特性的轮式装载机，还公知有在将铲斗20置于地面的状态下，使双臂曲柄11向附加装置侧倾斜或完全不倾斜的轮式装载机(例如，专利文献1)。
除此之外，还公知有在Z型连杆上组合前叉的轮式装载机(例如，专利文献2)
专利文献1：WO2005-012653号国际公开公报
专利文献2：(日本)特开昭63-22499号公报
但是，专利文献1记载的轮式装载机存在如下问题，即在安装前叉时的通常的装载高度，即前叉与大臂的枢轴位置距地面大约1.5m的高度，双臂曲柄的下端位于前叉下表面的下端的下侧，因此，在进行装载货物的作业时，与装载用的车辆发生干涉。
另外，专利文献2记载的轮式装载机存在如下问题，即当代替前叉安装铲斗，并将铲斗上升到最高位置时，相对于水平面的铲斗的下表面前端的下倾角度将增大，因此，即使将铲斗内的土砂装载到自动倾卸车等的货箱中，随着大臂的上升，铲斗也不合要求地进行倾卸，而不能在所希望的高度进行倾卸装载作业。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种工程作业机械，其铲斗的角度的变化较小，且即使将铲斗上升到最高位置，也能够保持大致水平，并且，无论安装铲斗还是前叉时，难以与自动倾卸车等装载用车辆发生干涉。
本发明的工程作业机械，其特征在于，具备：大臂，其一端安装在支持工作装置的构造体上；铲斗或前叉，其可自由互换地安装在所述大臂的另一端；双臂曲柄，其安装在所述大臂的长度方向的中途；倾斜缸，其一端枢轴支承在所述构造体，另一端安装在所述双臂曲柄的一端部；连结杆，其连结所述双臂曲柄的另一端部以及所述铲斗或所述前叉；在所述大臂的另一端安装所述铲斗或所述前叉并使其成为地上水平位置，且将所述铲斗的下表面或所述前叉的下表面置于地面时，所述倾斜缸安装在所述双臂曲柄的上端部分，所述连结杆连结于所述双臂曲柄的下端部分，将所述双臂曲柄的、相对于所述大臂的枢轴位置和所述双臂曲柄的、相对于所述连结杆的枢轴位置连结的第一线段、与将所述双臂曲柄的、相对于所述大臂的枢轴位置和所述双臂曲柄的、相对于所述倾斜缸的枢轴位置连结的第二线段所构成的夹角θ，在所述铲斗侧为0(deg)＜θ≤206.5(deg)，所述第二线段、和将所述双臂曲柄的、相对于所述倾斜缸的枢轴位置和所述倾斜缸的、相对于所述构造体的枢轴位置连结的线段所构成的夹角α，在安装所述前叉时，为α≤73.2(deg)，在所述大臂的另一端安装所述前叉，且将所述前叉的、相对于所述大臂的枢轴位置设为离地面大约1.5m的高度时，所述双臂曲柄的下端位于所述前叉下端的上侧。
在此，最高位置处的容许下倾角度，基于装载的土砂与铲斗的内侧底面之间的最大静摩擦系数μ、和在使工程作业机械的工作装置进行动作时作用于铲斗的加速度G来确定。
根据本发明，通过使双臂曲柄的第一线段以及第二线段在铲斗侧所构成的夹角θ为206.5(deg)以下，使双臂曲柄的第二线段以及倾斜缸的中心线的角度α为73.2(deg)以下，能够使最高位置的铲斗的下表面前端的下倾角度ω成为10(deg)以下，因此，即使不使铲斗倾斜，装载着的土砂也不会从铲斗脱落，从而能够成为可以使用铲斗以及前叉双方的工程作业机械。
另外，在安装有前叉的状态下，在将前叉的、相对于大臂的枢轴位置设为离地面大约1.5m的高度时，双臂曲柄的下端位于前叉下端的上侧，因此，在作业时不会与自动倾卸车等装载用车辆发生干涉，从而能够有效进行装载工程作业。
本发明的工程作业机械优选在将所述铲斗设为最高位置时，相对于水平面的所述铲斗的下表面前端的下倾角度ω为ω≤10(deg)。
根据本发明，在将铲斗设为最高位置时，相对于水平面的铲斗的下表面前端的下倾角度ω为10(deg)以下，因此，即使将铲斗倾斜到最高位置，装载着的土砂也不会从铲斗脱落。
本发明的工程作业机械中，将所述倾斜缸的、相对于所述构造体的枢轴位置和所述大臂的、相对于所述构造体的枢轴位置连结的线段相对于水平面在所述铲斗侧向下倾斜。
根据本发明，倾斜缸的、相对于构造体的枢轴位置设定在比大臂的、相对于构造体的枢轴位置靠前方下侧，倾斜缸的、相对于构造体的枢轴位置成为双臂曲柄与倾斜缸的枢轴位置W的轨迹的中心，因此相对于大臂的上升铲斗的角度变化较小，且即使将铲斗上升到最高位置也能够大致保持水平。
本发明的工程作业机械优选在使所述前叉成地上水平位置，且从所述前叉的下表面置于地面的状态使所述前叉完全倾斜时，所述双臂曲柄整体位于从所述前叉的背面向上方延长的延长线的所述构造体侧。
根据本发明，在前叉成地上水平位置、且从其下表面置于地面的状态使前叉完全倾斜时，双臂曲柄整体位于比前叉背面更靠近大臂侧，因此，即使在地上水平位置完全倾斜，前叉上的货物也不会与双臂曲柄干涉，能够防止货物的破损或坠落。
附图说明
图1是表示本发明一实施例的工程作业机械构造的侧面图；
图2是表示上述实施例的工程作业机械构造的立体图；
图3是表示上述实施例的工程作业机械的铲斗位于地上水平位置、最高位置状态下的示意图；
图4是表示上述实施例的铲斗的下倾角度与最大静摩擦系数之间关系的示意图；
图5是表示安装有上述实施例的类型A的工程作业机械的铲斗位于地上水平位置、中间位置、最高位置状态下的示意图；
图6是表示在安装有上述实施例的类型A的工程作业机械的前叉时的地上水平位置、中间位置、最高位置的状态的示意图；
图7是表示在安装上述实施例的类型A的工程作业机械的前叉时从地上水平位置完全倾斜状态的示意图；
图8是表示在安装有上述实施例的类型A的工程作业机械的前叉时的通常装载高度位置状态的示意图；
图9是表示在安装有上述实施例的类型B的工程作业机械的铲斗时的地上水平位置、中间位置、最高位置状态的示意图；
图10是表示在安装有上述实施例的类型B的工程作业机械的前叉时的地上水平位置、中间位置、最高位置状态的示意图；
图11是表示从安装有上述实施例的类型B的工程作业机械的前叉时的地上水平位置完全倾斜状态的示意图；
图12是表示在安装有上述实施例的类型B的工程作业机械的前叉时的通常的装载高度位置的状态的示意图；
图13是表示上述实施例的角度α及最高位置的下倾角度ω之间关系的曲线图；
图14是表示上述实施例的角度α及角度θ之间关系的曲线图；
图15是表示目前的Z型连杆结构的示意图。
标记说明
1轮式装载机(工程作业机械)
10大臂
11双臂曲柄
12倾斜缸
13连结杆
20铲斗
30前叉
L1第一线段
L2第二线段
L3线段
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施例。
图1是表示本实施例的轮式装载机(工程作业机械)1整体的侧面图，图2是表示轮式装载机1的工作装置2的外观立体图。在此，所谓工作装置2是指从图2去掉构造体16A后的部分。另外，各图中，对于在背景技术中说明的构成部件使用相同的符号。
轮式装载机1具有通过前后轮胎14、15可自行行进的车身16，且具备在车身16的前方(图中的左侧)支持包含铲斗20在内的工作装置2的构造体16A、和铲斗20驱动用的大臂10以及Z型连杆式的连杆机构。
大臂10的基端枢轴支承在构造体16A，通过大臂缸17来驱动，上述铲斗20枢轴支承在大臂10的前端。Z型连杆式连杆机构由枢轴支承在大臂10的长度方向中途的双臂曲柄11、驱动双臂曲柄11的上端侧(铲斗20位于地上位置时的上端侧)的倾斜缸12、和连结双臂曲柄11的下端侧和铲斗20的连结连杆13构成。倾斜缸12以连结双臂曲柄11以及构造体16A的方式安装。
此时，倾斜缸12的基端侧枢轴支承在构造体16A，倾斜缸12相对于构造体16A的枢轴位置Z设定在使大臂10上升时，使铲斗20安装角度在从地上位置到最高位置之间不偏离的位置。具体地说，上述枢轴位置Z设定在大臂10相对于构造体16A的枢轴位置S的前方下侧，以位于双臂曲柄11相对于倾斜缸12的枢轴位置W的轨迹中心。由此，提高铲斗20在地上位置处于水平状态或倾斜状态时的的角度特性。
另一方面，这样的轮式装载机1中，将双臂曲柄11相对于大臂10的枢轴位置Y和双臂曲柄11相对于连结杆13的枢轴位置X连结的第一线段L1、与将双臂曲柄11相对于倾斜缸12的枢轴位置W和枢轴位置Y连结的第二线段L2所构成的夹角θ，在铲斗侧20，在下式(1)的范围内设定。
〔式1〕
0(deg)＜θ≤206.5(deg)...(1)
另外，如图1所示，使铲斗20成地上水平位置，或使图1中没有图示的前叉成地上水平位置，在将铲斗20的下表面21或前叉的下表面置于地面的状态下，将倾斜缸12相对于构造体16A的枢轴位置Z、和倾斜缸12前端的双臂曲柄11相对于倾斜缸12的枢轴位置W连接的线段L3、和上述第二线段L2构成的角的锐角侧的角度α，在安装前叉时，在下式(2)的范围内设定。
〔式2〕
α≤73.2(deg)...(2)
在此，对于具备轴销和孔而构成的连杆，通常，当连杆臂构件间的角度为15(deg)以下时，摩擦的影响增大，动作变得不流畅，因此，优选角度α的值超过15(deg)。
而且，将上述枢轴位置Z和上述枢轴位置S连接的线段L4相对于水平面H在铲斗20侧向下倾斜，与水平面H之间构成角度β。另外，本实施例中角度β的值在45(deg)附近设定。
上述角度θ以及角度α如下设定。
首先，如图3所示，在将铲斗20上升到最高位置T时，装载于铲斗20内的土砂滑落，从而不能够将土砂装载到自动倾卸车等的货箱中，因此，对这一点进行研究。
对在图3中不使倾斜缸12伸缩，只通过大臂缸17将铲斗20从地上水平位置E上升到最高位置T时，铲斗20的下表面21前端相对于水平面H的下倾角度ω如何变化进行研究。
如图4所示，在相对于水平面H变化铲斗20的下表面21前端的下倾角度ω时，土砂不滑落的条件为随着下倾角度ω增大，土砂和铲斗20的内侧底面22(参照图3)之间的最大静摩擦系数μ增大的曲线G1的关系，当设W为货物的质量、g为重力加速度、b为水平方向加速度时，该关系用以下的式(3)表示。
〔式3〕
W·g·sinω+W·b·comω＝(W·g·comω-W·b·sinω)×ω...
(3)
在此，使轮式装载机1后退时的加速度，即在铲斗20上产生的水平后退方向的加速度大概为0.02G～0.1G，但在将土砂倾卸到卡车的货箱之后后退时，由于一边留意铲斗20和卡车货箱的干涉，一边后退，因此，无妨认为加速度为0.02G。所以，图4表示设加速度为0.02G的情况下的下倾角度ω及最大静摩擦系数μ的关系。
另一方面，土砂和铲斗20的内侧底面22之间的最大静摩擦系数μ可以通过内侧底面22的涂装及表面的打毛来调整，但如果长期使用，则内侧底面22发生磨耗，取得与构成铲斗20的钢材的面相近的最大静摩擦系数μ，作为最大静止摩擦系数μ，考虑避免土砂滑落的危险，通常考虑取0.1。
但是，粘土质等摩擦系数大的土砂的情况下，最大静摩擦系数μ可考虑取比通常大的0.2附近的值。另外，在将土砂装载到卡车而后退的情况下，通常是在卡车的货箱与铲斗20之间确保一定程度的间隙来后退，另外，在进行匀载作业时，即使铲斗20的下表面21的角度不是严格意义上的水平，也能够实现作业目的。
由以上可知，考虑到最大静摩擦系数μ为0.2附近，当参照图4的曲线时，可知如果设铲斗20的下倾角度ω不是为10(deg)以下，则装载在铲斗20内的土砂滑落的可能性变高。另外，图4中，最大静摩擦系数μ为0.1情况下的下倾角度ω成为4.5(deg)。
接着，在安装前叉时，即使改变角度θ，在地上水平位置E、中间位置、最高位置T，使前叉下表面的前端部分相对于水平面H的上倾角度ω’在各不同位置能够保持为相同，在此状态下，对改变角度θ时，角度θ、角度α、以及铲斗20的下倾角度ω的关系进行研究。对此，首先参照图5～图12说明用于研究的轮式装载机1。图5～图12是工作装置2的示意图，为了便于看图，省略在图1～图3中上述符号的一部分。
为了进行研究，使用车辆大小不同的类型A以及类型B这两种类型的轮式装载机1。对于类型A的装载机1，设定角度θ为188.0(deg)，安装前叉时的角度α为58.5(deg)。对于类型B的轮式装载机1，设定角度θ为191.4(deg)，安装前叉时的角度α为61.0(deg)。而且，类型A以及类型B的轮式装载机1的角度β都设定在45(deg)附近。
这样构成的两种类型的轮式装载机1都具有以下的特征。
即，在安装铲斗20时，如图5(类型A)以及图9(类型B)所示，在最高位置T的铲斗20的下表面21为大致水平，故土砂等随着大臂10的上升不会从铲斗20坠落，故能够在所希望的高度进行装载作业。
另一方面，在安装前叉30时，如图6(类型A)以及图10(类型B)所示，前叉30的下表面31相对于水平面H的前端部分的上倾角度ω’随着大臂10的上升正比增加而不会变化为向下，所以不用担心在中途货物坠落。而且，在最高位置T，前叉30的下表面31相对于水平面H的上倾角度ω’为10(deg)以下，从而具有足够的平行升降特性。
另外，如图7(类型A)以及图11(类型B)所示，将前叉30设成地上水平位置E(参照图6以及图10)，从使前叉30的下表面31置于地面的状态伸出倾斜缸12到完全倾斜的情况下，双臂曲柄11的整体位于从前叉30的背面32向上方延长的延长线L5的构造体16A侧。因此，在安装前叉30时，即使完全倾斜，装载于前叉30上的货物也不会与双臂曲柄11干涉。
而且，如图8(类型A)以及图12(类型B)所示，在安装前叉30时，通常的装载高度，即前叉30相对于大臂10的枢轴位置U在位于距地面大约1.5m高度的情况下，双臂曲柄11的下端位于比前叉30的下表面31的下端高出h的上侧。因此，在装载货物时，装载用的车辆和双臂曲柄11的下端难以干涉。
在进行上述研究时，对于这样构成的轮式装载机1，改变角度θ进行模拟。具体地说，在安装前叉30时，即使改变角度θ，在地上水平位置E、中间位置、最高位置T，使前叉30的下表面31的前端部分相对于水平面H的上升角度ω’在各不同的位置也能够保持为相同，在此状态下，在改变角度θ的情况下，倾斜缸12相对于构造体16A的枢轴位置Z为双臂曲柄11相对于倾斜缸12的枢轴位置W的轨迹的中心，根据角度θ的变化而进行移动，因此，使枢轴位置Z根据角度θ的变化进行移动。随之，角度α的值发生变化。此时的安装前叉30时的角度α和最高位置T的铲斗20的下倾角度ω的关系，表示为图13所示的曲线G2、G3。
在此，图13中，G2是类型A的曲线图，G3是类型B的曲线图。另外，对于图13的纵轴的铲斗20的下倾角度ω，ω＜0(deg)表示铲斗20的下表面21的前端低于水平面的状态；ω＞0(deg)表示铲斗20的下表面21的前端高于水平面H的状态。
从图13所示的曲线G2、G3可知，两种类型的轮式装载机1为了在最高位置T将铲斗20的下倾角度ω设为10(deg)以下，只要安装前叉30时的角度α为73.2(deg)以下即可。
该模拟的类型A以及类型B的角度α和双臂曲柄11的角度θ之间的关系，用图14的曲线G4、G5表示。在此，图14中，G4是类型A的曲线，G5是类型B的曲线。另外，对于图14的纵轴的角度θ，θ＞180(deg)表示双臂曲柄11为朝向构造体16A侧为“く”字状；θ＜180(deg)表示双臂曲柄11朝向铲斗20侧为“く”字状。
这样模拟的结果，在最高位置T的铲斗20的下倾角度ω为10(deg)附近，具体地说，作为图13的曲线上的点P1(类型A)以及点P2(类型B)的值的角度θ，类型A为206.5(deg)，类型B为211.0(deg)。因此，无论何种类型的轮式装载机1，为了将安装前叉30时的角度α设为73.2(deg)以下，只要使角度θ为206.5(deg)以下即可。
而且，无论何种型式，在安装前叉时，前叉30的下表面31的前端部分的相对于水平面H的上倾角度ω’，在最高位置T为10(deg)。
另外，为了使最高位置T的铲斗20的下倾角度ω为4.5(deg)以下，由图13可知，只要使安装前叉30时的角度α为66.6(deg)以下即可。而且，作为此时的下倾角度ω的角度θ，具体地说，作为图13的曲线上的点P3(类型A)以及点P4(类型B)的值的角度θ，类型A为198.4(deg)，类型B为202.0(deg)，故只要设角度θ为198.4(deg)以下即可。
由以上可知，以角度θ满足上述式(1)、安装前叉30时的角度α满足上述式(2)为必要条件，由此，能够使图3所示的最高位置T的铲斗20的下倾角度ω成为10(deg)以下，因此，能够不调整倾斜缸12的伸缩量，并且装载到铲斗20的土砂不会滑落地将铲斗20上升到最高位置T。另外，在安装前叉30时的通常装载高度，双臂曲柄11的下端位于比前叉30的下表面31的下端靠上侧，因此，在进行装载货物作业时，能够不与装载用车辆发生干涉，从而有效进行装载作业。
另外，本发明不限于上述实施例，在能够实现本发明目的的范围内的变形、改良等包含于本发明中。
上述实施例中对于轮式装载机1应用本发明，但不限于此，只要是具备有所谓的Z型连杆的工程作业机械就能够适用本发明。
另外，本发明的角度θ以及角度α不限定于上述实施例所示的值，在满足上述条件的范围内能够采用各种各样的组合。
除此之外，本发明的具体的构造以及形状等，在能够实现本发明的目的的范围内也可以做成其它的构造等。
工业实用性
本发明除能够在轮式装载机上利用之外，也能够在不限于自行行进式或定置式的所有建筑机械以及土木机械上利用。

Claims (4)

1、一种工程作业机械，其特征在于，具备：
大臂，其一端安装在支承工作装置的构造体上；
铲斗或前叉，其可自由互换地安装在所述大臂的另一端；
双臂曲柄，其安装在所述大臂的长度方向的中途；
倾斜缸，其一端以所述构造体为轴心而转动，另一端安装在所述双臂曲柄的一端部；
连结杆，其连结所述双臂曲柄的另一端部以及所述铲斗或所述前叉；
在所述大臂的另一端安装铲斗或所述前叉并成地上水平位置，且将所述铲斗的下表面或所述前叉的下表面置于地面时，
所述倾斜缸安装在所述双臂曲柄的上端部分，
所述连结杆连结于所述双臂曲柄的下端部分，
将所述双臂曲柄的、相对于所述大臂的枢轴位置和所述双臂曲柄的、相对于所述连结杆的枢轴位置连结的第一线段、与将所述双臂曲柄的、相对于所述大臂的枢轴位置和所述双臂曲柄的、相对于所述倾斜缸的枢轴位置连结的第二线段所构成的夹角θ，在所述铲斗侧为
0(deg)＜θ≤206.5(deg)，
所述第二线段、与将所述双臂曲柄的、相对于所述倾斜缸的枢轴位置和所述倾斜缸的、相对于所述构造体的枢轴位置连结的线段所构成的夹角α，在安装所述前叉时，为α≤73.2(deg)，
在所述大臂的另一端安装所述前叉，在将所述前叉的、相对于所述大臂的枢轴位置设为离地面大约1.5m的高度时，所述双臂曲柄的下端位于所述前叉下端的上侧。
2、如权利要求1所述的工程作业机械，其特征在于，在使所述铲斗为最高位置时，相对于水平面的所述铲斗的下表面前端的下倾角度ω为
ω≤10(deg)。
3、如权利要求1所述的工程作业机械，其特征在于，
将所述倾斜缸的、相对于所述构造体的枢轴位置和所述大臂的、相对于所述构造体的枢轴位置连结的线段，相对于水平面在所述铲斗侧向下倾斜。
4、如权利要1所述的工程作业机械，其特征在于，
在使所述前叉成地上水平位置，且从所述前叉的下表面置于地面的状态使所述前叉完全倾斜时，所述双臂曲柄整体位于从所述前叉的背面向上方延长的延长线的所述构造体侧。
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