CN102514624B - 一种工程机械平衡摇臂底盘行走装置 - Google Patents

Abstract

一种工程机械平衡摇臂底盘行走装置，它是由车架、中间主轴、摇臂架、摇臂、地隙调整机构、行走马达及制动装置、平衡机构、转向装置和车轮组成，车架通过中间主轴及平衡机构布置在摇臂架上，摇臂架通过一组地隙调整机构与摇臂连接在一起，摇臂前端连接转向装置，转向装置与行走马达及制动装置用螺栓连接在一起，并同时与车轮连接；本发明在保证普通底盘较高运动速度的前提下，兼具调整姿态、改变地隙以及全轮液压驱动、液压转向的功能，提高了车辆的越障能力和通过性能。它在工程机械技术领域里具有较好的实用价值和广阔地应用前景。

Description

一种工程机械平衡摇臂底盘行走装置

技术领域

本发明涉及一种工程机械底盘行走装置，具体来说，是涉及一种工程机械平衡摇臂底盘行走装置。属于工程机械技术领域。

背景技术

目前，应用到工程机械的底盘形式主要有履带式、轮履复合式、轮胎式、轮腿式等。履带底盘具有结构成熟，动力强劲，接地比压大、最大爬坡度大等优点。但存在最大行驶速度小，无法在普通路面上实现运输等明显的缺陷。

轮履复合式底盘在一定程度上解决了履带式行走方式的缺陷，却又引入了底盘的结构过于复杂沉重，车身尺寸过长或者过宽，成本增加的缺点，其应用受到了限制。

轮胎式底盘，具有较高的行驶速度，运动灵活，但在松软路面上极易发生车轮下陷，从而无法继续行驶，在无路或道路破坏严重的情况下，通过性和稳定性也很难同时满足要求。

轮腿式底盘是目前全世界最先进的工程机械底盘之一，拥有较好的爬坡、跨沟、垂直越障、坡面作业等性能，但其结构和驱动形式都较为复杂。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种工程机械平衡摇臂底盘行走装置，它在保证普通底盘较高运动速度的前提下，兼具调整姿态、改变地隙以及全轮液压驱动、液压转向的功能，提高了车辆的越障能力和通过性能。

2、本发明一种工程机械平衡摇臂底盘行走装置，是由车架、中间主轴、摇臂架、摇臂、地隙调整机构、行走马达及制动装置、平衡机构、转向装置和车轮等部分组成。它们之间的位置连接关系是：车架通过中间主轴及平衡机构布置在摇臂架上，摇臂架通过一组地隙调整机构与摇臂连接在一起，摇臂前端连接转向装置，转向装置与行走马达及制动装置用螺栓连接在一起，并同时与车轮连接。

所述车架是由钢板焊接成的复杂箱体结构，见图8、图10，它主要由两个横梁、两个边梁和三个纵梁组成，其外形是八边形状。其中前横梁101a与后横梁101b在车架的前后位置对称布置，左侧纵梁102a、中间纵梁102b与右侧纵梁102c在车架的左中右位置等间距布置，纵梁相较于横梁往下突出，使整个车架呈倒“山”字形。在三个纵梁的相应位置上加工有轴孔，以安装中间主轴，前边梁103a与后边梁103b分别与两个横梁连接并沿车架中心线对称布置。所述横梁、边梁和纵梁均是由钢板焊接而成的箱型结构，其截面为矩形，截面尺寸可依据结构受力及外观造型适当调整。

所述中间主轴由两个外形相同的圆柱形光轴组成，它布置在整个底盘的中间位置，安装在三个纵梁的轴孔上。在处于中间纵梁与两侧纵梁之间的轴段上，分别安装左右摇臂架。摇臂架可绕中间主轴摆动。车架及车上重量最终通过中间主轴传递到了车轮。中间主轴的外形尺寸依据安装及受力情况计算确定。

所述摇臂架是铸造而成的多边形框箱结构，见图5、图6，它包括两个侧板和两个顶板（实为一体）。两个侧板对应的部位结构相同，均加工有一个竖直滑槽、两个水平滑槽和一个轴孔，其中两个水平滑槽在同一水平位置上对称布置，轴孔和竖直滑槽处在对称线上，分布于水平滑槽的上下位置。一侧板不对应的部位设置有凸台，用于安装球铰以连接平衡机构；摇臂架用于安装和连接车架、摇臂、平衡机构及地隙调整机构等。

所述摇臂是由钢板焊接而成的箱型结构件，它分前摇臂和后摇臂，通过尾端的凸凹处连接，前摇臂和后摇臂呈现为L形状，其截面为矩形；

所述地隙调整机构是一组滑动平分机构，见图3、图7，该机构由一个调整油缸、三根短轴、两组耳座和三组滚轮并配合上述的摇臂及摇臂架共同组成。其间关系是：同侧的前、后两摇臂的后端通过第一短轴502a可相对转动的连接在一起。前、后摇臂靠近后端的上部位置分别焊接耳座，两组耳座分别通过第二短轴502b和第三短轴502c与调整油缸两端的耳环可相对转动的连接在一起。第一短轴502a两端安装滚轮，滚轮在摇臂架上的中间竖向轨道上上下滚动。第二短轴502b和第三短轴502c两端亦安装滚轮，分别在摇臂架上的左右横向轨道上前后滚动。通过调整油缸的伸缩，同侧前后摇臂可以绕第一短轴502a作一定角度的相对摆动，从而实现离地间隙的改变和姿态的调整。该调整油缸是按需要选购的市购件；该短轴是圆柱形光轴，其尺寸根据结构需求设定；该滚轮是按需要选购的市购件。

所述行走马达及制动装置是按需要选购的市购件，其型号为RE15 209

所述平衡机构主要由一个平衡臂、两个连杆一个短轴和四个球铰等组成。见图8，其间关系是：平衡臂中间通过短轴横向安装在车架的前部，两边通过球铰——即第一球铰704a、第二球铰704b，分别与左、右连杆702a、702b上端相接，连杆下端则通过第三球铰704c、第四球铰704d，分别连接在左、右摇臂架的前端。该平衡臂是一个类长方体构件，两端加工有安装球铰的槽孔，中间截面尺寸略大，并加工有安装短轴的轴孔；该左、右连杆的中间是圆柱形光杆，两端加工成环套，以安装球铰；该短轴是端部焊接有安装端面的圆柱光轴；该球铰是按需要选购的市购件。

所述转向装置由转向油缸、转向主销、转向臂、连接臂、连接架和耳座等组成，见图,2、图3，其中，连接臂与转向臂固连在连接架上。连接架的端部通过螺栓与行走马达及制动装置连接，连接臂通过转向主销与摇臂末端连接。转向油缸安装在摇臂内部，一端通过短轴与固连在摇臂翼缘板上的耳座可相对转动的连接，另一端通过短轴与转向臂可相对转动的连接。该转向油缸是按需要选购的市购件；该转向主销是圆柱轴，末端焊接有定位端面；该转向臂是一个类长方体构件，其一端呈半圆形，并加工有槽和孔，与转向油缸连接，另一端直接与连接架焊接在一起；该连接臂是一个类长方体构件，其一端加工有轴孔，与转向主销连接，另一端直接与连接架焊接在一起；该连接架是一个加工而成的框架结构件，其形状可根据结构需求改变。连接架用于连接转向臂、连接臂和行走马达及制动装置。

所述车轮是按需要选购的市购件，其规格是11.00-20。

其中，该摇臂架的数量是两件；

其中，该地隙调整机构的数量是两件。

本发明的优点在于：

1、变地隙：工程机械平衡摇臂底盘，通过前后摇臂间夹角的变化，可以调整底盘的离地间隙，使车辆获得了更好的越障能力和爬坡能力，提高了车辆的平顺性和通过性。

2、地面适应能力强：工程机械平衡摇臂底盘，由于左右摇臂可相对转动，能保证四个轮子在各种路面上均可同时着地，另外，通过改变同组摇臂之间的夹角，可实现在斜坡横走或工作时保持车身的水平状态，从而提高车辆的通过性和稳定作业能力。

3、姿态可调：工程机械平衡摇臂底盘，通过平衡机构的作用，可以保证车身平面始终位于两个摇臂夹角平分线上，起到车身姿态调整的作用，保持车身的稳定，防止车辆发生侧翻，提高车辆的行驶平顺性。

4、应用范围广：工程机械平衡摇臂底盘，能够用于各种工程机械、全地域军民用车辆、移动机器人和各种特殊装备移动平台的行走机构。

附图说明

图1为本发明的工程机械平衡摇臂底盘行走装置正视图；

图2为本发明的工程机械平衡摇臂底盘行走装置俯视图；

图3为本发明中前后摇臂装配图；

图4为本发明前后摇臂结构图

图5为本发明摇臂架结构俯视图

图6为本发明摇臂架结构主视图

图7为本发明中地隙调整机构结构图；

图8为本发明中平衡机构结构图；

图9为本发明中平衡机构安装示意图；

图10为本发明中车架骨架结构示意图。

1-车架         2-中间主轴    3-摇臂架     3a-左摇臂架

3b-右摇臂架    4-摇臂        4a-前摇臂    4b-后摇臂

5-地隙调整机构     6-行走马达及制     7-平衡机构     8-转向装置

动装置

9-车轮             101a-前横梁        101b-后横梁        102a-左侧纵梁

102b-中间纵梁      102c-右侧纵梁      103a-前边梁        103b-后边梁

301-侧板           302-顶板           501-调整油缸       502a-第一短轴

502b-第二短轴      502c-第三短轴      503a-第一耳座      503b-第二耳座

504a-第一滚轮      504b-第二滚轮      504c-第三滚轮      701-平衡臂

702a-左连杆        702b-右连杆        703-短轴           704a-第一球铰

704b-第二球铰      704c-第三球铰      704d-第四球铰      801-转向油缸

802-转向主销       803-转向臂         804-连接臂         805-连接架

806-耳座

具体实施方式

见图1、图2，本发明一种工程机械平衡摇臂底盘行走装置，它是由车架1、中间主轴2、摇臂架3、摇臂4、地隙调整机构5、行走马达及制动装置6、平衡机构7、转向装置8、车轮9等部分组成。

如图1、图2，所示，车架1通过中间主轴2及平衡机构7布置在摇臂架3上，摇臂架3通过一组地隙调整机构5与摇臂4连接在一起，摇臂4前端连接转向装置8，转向装置8与行走马达及制动装置6通过螺栓连接在一起，并通过螺栓与车轮9连接。

如图8、10所示，车架1是由钢板焊接成的复杂箱体结构，主要包括两个横梁101a、101b、两个边梁103a、103b及三个纵梁102a、102b和102c，其中两个横梁101a和101b在车架的前后位置对称布置，三个纵梁102a、102b和102c在车架的左中右位置等间距布置，纵梁向下突出，整个车架呈倒“山”字形。其中在三个纵梁的相应位置上加工有轴孔，以安装中间主轴2。前边梁103a与后边梁103b分别与两个横梁101a、101b连接并沿车架中心线对称布置。该横梁、边梁及纵梁均是由钢板焊接而成的箱型结构，其截面为矩形，截面尺寸可依据结构受力及外观造型适当调整。

如图2、图10所示，中间主轴2由两个外形相同的圆柱形光轴组成，横向布置在整个底盘的中间位置，分别从左右两侧穿入，固定安装在车架1的中间纵梁102b及两侧纵梁102a和102c的轴孔上。如图2所示，在处于中间纵梁102b与两侧纵梁102a、102c之间的轴段上，分别安装左摇臂架3a和右摇臂架3b。摇臂架3可绕中间主轴2摆动。

如图5、图6所示，摇臂架3是多边形的框箱结构，它由铸造而成，包括两个侧板301和两个顶板302（实为一体）。两个侧板301对应的部位结构相同，均加工有一个竖直滑槽、两个水平滑槽和一个轴孔，其中两个水平滑槽在同一水平位置上对称布置，轴孔和竖直滑槽处在对称线上，分布于水平滑槽的上下位置，一侧板不对应的部位设置有凸台，用于安装球铰以连接平衡机构7。

如图1、图2、图4所示，摇臂4是由钢板焊接而成的箱型结构件，它分前摇臂4a和后摇臂4b，通过尾端的凸凹处连接，前摇臂和后摇臂呈现为L形状，其截面为矩形；截面尺寸为260×270（宽×高，前部）、340X310（宽×高，后部），中间部分平缓过度。出于结构上的需要，摇臂4前部约1/3处向外侧大弧度弯折，后部末端加工有轴孔，以实现与摇臂架3的配合。另外，根据安装要求，前摇臂4a末端呈凹形，后摇臂4b末端呈凸形。

如图1、图3、图7所示，地隙调整机构5，是一组滑动平分机构，它由调整油缸501、第一短轴502a、第二短轴502b、第三短轴502c、第一耳座503a、第二耳座503b和第一滚轮504a、第二滚轮504b、第三滚轮504c并配合摇臂4及摇臂架3共同组成，其数量共有左右两组，结构相同，现以一侧为例进行分析。前摇臂4a、后摇臂4b与调整油缸501构成三角形框架，布置在摇臂架3内。前摇臂4a凹形末端与后摇臂4b凸形末端嵌合在一起，中间由第一短轴502a穿连，构成三角形的一个顶点。前、后摇臂4a、4b可绕着第一短轴502a作相对转动。调整油缸501布置在两摇臂正中间的上方位置，通过其前后端耳环与固定安装在前摇臂4a与后摇臂4b上的第一耳座503a、第二耳座503b配合，由第二短轴502b、第三短轴502c穿连在一起，构成三角形的另外两个顶点。第一耳座503a、第二耳座503b分别可绕第二短轴502b、第三短轴502c转动。第一短轴502a两端安装第一滚轮504a，第一滚轮504a限制在摇臂架3上的中间竖直滑槽内上下滚动。第二短轴502b和第三短轴502c两端亦分别安装滚轮第二滚轮504b和第三滚轮504c，分别限制在摇臂架3上的左右两个水平滑槽内做前后滚动。该调整油缸501是按需要选购的市购件；该第一短轴502a、第二短轴502b、502c是圆柱形光轴，其尺寸根据结构需求设定；该第一滚轮504a、第二滚轮504b、第三滚轮504c是按需要选购的市购件。

如图8、图9、图10所示，平衡机构7主要由平衡臂701、左连杆702a、右连杆702b、、短轴703和第一球铰704a、第二球铰704b、第三球铰704c、第四球铰704d等组成。平衡臂701位于中间位置，通过短轴703横向安装在车架1的前部，短轴703直接从前方插入，并用螺栓固定在车架1上，平衡臂701可以绕短轴703摆动。平衡臂701的两端两边分别通过第一球铰704a、第二球铰704b与左连杆702a、右连杆702b上端相接，左连杆702a、右连杆702b下端则分别通过第三球铰704c、第四球铰704d连接在左摇臂架3a、右摇臂架3b的前端。该平衡臂701是一个类长方体构件，两端加工有安装4个球铰的槽孔，中间截面尺寸略大，并加工有安装短轴703的轴孔；该左连杆702a和右连杆702b形状结构完全相同，其中间是圆柱形光杆，两端加工成环套，以安装4个球铰；该短轴703是端部焊接有安装端面的圆柱光轴；该4个球铰第一球铰704a、第二球铰704b、第三球铰704c、第四球铰704d是按需要选购的市购件。

如图2所示，转向装置8由转向油缸801、转向主销802、转向臂803、连接臂804、连接架805和耳座806等组成。摇臂4b前端通过转向主销802与连接臂804连接，转向主销802可相对于摇臂4b转动，其端部由螺栓固定在连接臂804上。连接臂804固连在连接架805上，连接架805通过螺栓与行走马达及制动装置6连接。转向油缸801布置在摇臂4b空腔内部，一端与固连在摇臂上的耳座806可相对转动铰接在一起，另一端与转向臂803可相对转动铰接在一起。转向臂803固连在连接架805上。该转向油缸801是按需要选购的市购件；该转向主销802是圆柱轴，末端焊接有定位端面；该转向臂803是一个类长方体构件，其一端呈半圆形，并加工有槽和孔，与转向油缸801连接，另一端直接与连接架805焊接在一起；该连接臂804是一个类长方体构件，其一端加工有轴孔，与转向主销802连接，另一端直接与连接架805焊接在一起；该连接架805是一个加工而成的框架结构件，其形状可根据结构需求改变。连接架805用于连接转向臂803、连接臂804和行走马达及制动装置6；该耳座806是按需要选购的市购件。

车辆正常行驶时，调整油缸501锁死，地隙调整机构5处于不工作状态，同侧两个摇臂4a与4b间无相对运动，三角形框架通过三个顶点固定在摇臂架3上。当车辆通过不平路面时，摇臂架3及摇臂4可以随着路面起伏一同绕中间主轴2摆动，从而保证所有车轮始终可以同时着地。车辆为了适应不同道路状况而需要改变离地间隙时，调整油缸501工作，推动第二滚轮504b和第三滚轮504c沿摇臂架3上水平滑槽同步反向移动，同时带动第一滚轮504a沿摇臂架3上的竖直滑槽上下移动，从而改变同侧前后两个摇臂之间的夹角，达到调整地隙的目的。由此可见，工程机械平衡摇臂底盘形式装置的车辆，在崎岖路面上行进时，可以始终保持四轮同时着地，同时，还可以通过改变底盘的离地间隙，获得崎岖路面上较高的通过性和硬路面上的良好的平顺性，具有其它各式车辆无法比拟的优点，具有非常高的地面适应能力。

当车辆在坑洼路面行驶时，左右摇臂发生相对旋转，带动左连杆702a、右连杆702b运动，使第三球铰704c和第四球铰704d产生空间运动，运动轨迹与平衡臂701的两端的运动轨迹重合，平衡臂701通过中间的短轴703将车架抬起，抬起幅度是左右摇臂夹角的一半。此保持车身的稳定，防止车辆发生倾覆，提高车辆的通过性能。

工程机械平衡摇臂底盘行走装置，采用全轮全液压驱动、液压转向。转向时，转向油缸801工作，推动转向臂803，转向力经过连接架805、行走马达及制动装置6后最终传至车轮9，克服转向阻力，车轮9绕转向主销802轴线相对于摇臂4转动，实现车辆的转向功能。

Claims (3)

1.一种工程机械平衡摇臂底盘行走装置，其特征在于：它是由车架、中间主轴、摇臂架、摇臂、地隙调整机构、行走马达及制动装置、平衡机构、转向装置和车轮组成，车架通过中间主轴及平衡机构布置在摇臂架上，摇臂架通过一组地隙调整机构与摇臂连接在一起，摇臂前端连接转向装置，转向装置与行走马达及制动装置用螺栓连接在一起，并同时与车轮连接；

所述车架是箱体结构，其外形是八边形状，它由前横梁（101a）、后横梁（101b）、左侧纵梁（102a）、中间纵梁（102b）、右侧纵梁（102c）、前边梁（103a）与后边梁（103b）组成；前横梁（101a）与后横梁（101b）在车架中心的前后位置对称布置，左侧纵梁（102a）、中间纵梁（102b）与右侧纵梁（102c）在车架中心的左中右位置等间距布置，在左侧纵梁（102a）、中间纵梁（102b）、右侧纵梁（102c）的相应位置上加工有轴孔，以安装中间主轴，前边梁（103a）与后边梁（103b）分别与前横梁（101a）、后横梁（101b）连接并沿车架中心线对称布置；上述各梁均是由钢板连接而成的箱型结构，其截面为矩形，截面尺寸依据结构受力及外观造型调整；

所述中间主轴由两个外形相同的圆柱形光轴组成，它布置在整个底盘的中间位置，安装在中间纵梁与左、右侧纵梁的轴孔上；在处于中间纵梁与左、右侧纵梁之间的轴段上，分别安装摇臂架，该摇臂架绕中间主轴摆动，车架及车上重量最终通过中间主轴传递到了车轮，中间主轴的外形尺寸依据安装及受力情况计算确定；

所述摇臂架是多边形框箱结构，它包括实为一体的两个侧板和两个顶板，两个侧板对应的部位结构相同，均加工有一个竖直滑槽、两个水平滑槽和一个轴孔，其中两个水平滑槽在同一水平位置上对称布置，轴孔和竖直滑槽处在对称线上，分布于水平滑槽的上下位置；一侧板不对应的部位设置有凸台，用于安装球铰以连接平衡机构；摇臂架用于安装和连接车架、摇臂、平衡机构及地隙调整机构；

所述摇臂是由钢板连接而成的箱型结构件，它分前摇臂和后摇臂，通过尾端的凸凹处连接，前摇臂和后摇臂呈现为L形状，其截面为矩形；

所述地隙调整机构是一组滑动平分机构，该机构由一个调整油缸、第一短轴（502a）、第二短轴（502b）、第三短轴（502c）、第一耳座（503a）、第二耳座（503b）和第一滚轮（504a）、第二滚轮（504b）、第三滚轮（504c）并配合上述的摇臂及摇臂架共同组成；其间关系是：同侧的前、后摇臂的后端通过第一短轴（502a）相对转动的连接在一起，前、后摇臂靠近后端的上部位置分别连接第一耳座（503a）和第二耳座（503b），第一耳座（503a）和第二耳座（503b）分别通过第二短轴（502b）和第三短轴（502c）与调整油缸两端的耳环相对转动的连接在一起；第一短轴（502a）两端安装第一滚轮（504a），第一滚轮（504a）在摇臂架上的中间竖向轨道上上下滚动；第二短轴（502b）和第三短轴（502c）两端亦安装第二滚轮（504b）和第三滚轮（504c），分别在摇臂架上的左右横向轨道上前后滚动；通过调整油缸的伸缩，同侧前、后摇臂可以绕第一短轴（502a）作一定角度的相对摆动，从而实现离地间隙的改变和姿态的调整；该调整油缸是按需要选购的市购件；该第一短轴（502a）、第二短轴（502b）、第三短轴（502c）是圆柱形光轴，其尺寸根据结构需求设定；该第一滚轮（504a）、第二滚轮（504b）、第三滚轮（504c）是按需要选购的市购件；

所述行走马达及制动装置是按需要选购的市购件；

所述平衡机构由一个平衡臂、左、右连杆、一个短轴和四个球铰组成，其间关系是：平衡臂中间通过短轴横向安装在车架的前部，两边通过球铰——即第一球铰（704a）、第二球铰（704b），分别与左连杆（702a）、右连杆（702b）上端相接，左、右连杆下端则通过第三球铰（704c）、第四球铰（704d），分别连接在左、右摇臂架的前端；该平衡臂是一个类长方体构件，两端加工有安装球铰的槽孔，中间截面尺寸略大，并加工有安装短轴的轴孔；该左、右连杆的中间是圆柱形光杆，两端加工成环套，以安装球铰；该短轴是端部焊接有安装端面的圆柱光轴；该球铰是按需要选购的市购件；

所述转向装置由转向油缸、转向主销、转向臂、连接臂、连接架和耳座组成，连接臂与转向臂固连在连接架上，连接架的端部通过螺栓与行走马达及制动装置连接，连接臂通过转向主销与摇臂末端连接，转向油缸安装在摇臂内部，一端通过短轴与固连在摇臂翼缘板上的耳座相对转动的连接，另一端通过短轴与转向臂相对转动的连接；该转向油缸是按需要选购的市购件；该转向主销是圆柱轴，末端连接有定位端面；该转向臂是一个类长方体构件，其一端呈半圆形，并加工有槽和孔与转向油缸连接，另一端直接与连接架连接在一起；该连接臂是一个类长方体构件，其一端加工有轴孔，与转向主销连接，另一端直接与连接架连接在一起；该连接架是一个加工而成的框架结构件，其形状根据结构需求而定，连接架用于连接转向臂、连接臂和行走马达及制动装置；

所述车轮是按需要选购的市购件。

2.根据权利要求1所述的一种工程机械平衡摇臂底盘行走装置，其特征在于：该摇臂架的数量是两件。

3.根据权利要求1所述的一种工程机械平衡摇臂底盘行走装置，其特征在于：该地隙调整机构的数量是两件。

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