CN102561423B - 一种小半径回转挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小半径回转挖掘机，包括回转平台、大臂、小臂、铲斗和大臂油缸、小臂油缸以及铲斗油缸、摇杆和连杆；大臂、小臂油缸和大臂油缸与回转平台铰接，各铰接位分别在回转平台回转圆前、后部；大臂、小臂纵向采用三角形结构，截面采用箱体变截面结构；铲斗是正铲斗或反铲斗，还可以有清危装置。本发明根据挖掘机小半径回转的设计要求，整体设计布置各构件铰接位，并根据各构件受力和结构需要优化设计构件结构，本发明挖掘机在相同参数的挖掘机中有最小的回转半径，最佳的铲装力、挖掘力和起重量，并具有不需复杂更换即可实现的清危多功能需要。

Description

一种小半径回转挖掘机

技术领域

本发明属于机械设计制造领域，尤其属于挖掘机设计制造领域，特别涉及一种小半径回转挖掘机的设计制造。

背景技术

挖掘机是建筑工程施工中经常使用的机械，特别是在土石方量大的隧道施工中是必不可少的机械设备。隧道施工工程无论是在铁路建设还是在公路建设中都是一个费时费力的施工部分。隧道的施工不仅进度缓慢，而且需要投入大量的劳动力。目前国内隧道施工的常用施工方法是在爆破前用起重设备将打爆破孔用的支架吊至开口地段，再倒换普通挖掘机进入隧道对隧道顶部进行清危作业。清危作业完成后将挖掘机退至开口地段倒换铲装机进入隧道清理爆破后的土石方。土石方清理完成后将铲装机退至开口地段倒换挖掘机进入隧道挖反仰拱。并将打爆破孔用的支架吊至隧道前端进入下一个工作循环。

对目前隧道施工为什么会需要如此多的施工工序进行了解分析不难发现，施工设备在隧道里无法实现回转是问题所在的致命原因。隧道施工需要能在隧道有限空间内实现360度小半径回转并集合清危装置、正反铲斗互换于一体的多功能隧道挖掘机。在有限空间内隧道挖掘机铲装力、挖掘力和起重量都需要适应环境和使用的要求，可在隧道施工中实现一机多用。

中国专利ZL200820097754.3公开了一种回转半径小的正反铲可互换挖掘机，该专利通过将小臂油缸的缸底直接固定在回转平台上，由安装在回转平台上的小臂油缸直接对小臂施力实现正铲和反铲，大臂和小臂在大臂油缸的作用下可向后倾斜，大大减少了挖掘机的回转半径，有利于在隧道施工。该专利针对正反铲的应用和回转半径提供了技术方案。在隧道挖掘机实际实用中，随着施工速度和工程量的增加，需要在实现小半径回转的同时，增加挖掘机的铲装力、挖掘力和起重量，因此挖掘机各结构的设计和布置一直是挖掘机行业努力探索研究、需要解决的问题。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种小半径回转挖掘机，本发明要解决的问题是提供一种具有更大铲装力、挖掘力和起重量，挖掘机整体和各组成部件结构更合理的小半径回转挖掘机。

本发明通过以下技术方案实现：

小半径回转挖掘机，包括回转平台、下端与回转平台铰接的大臂、后端与大臂上端铰接的小臂、与小臂前端铰接的铲斗，大臂上端与大臂油缸活塞铰接支撑，小臂与小臂油缸活塞铰接支撑，铲斗还与铲斗油缸通过摇杆和连杆铰接，其中：所述小臂油缸缸体铰接在回转平台前端，大臂油缸缸体与回转平台铰接并位于小臂油缸缸体与回转平台铰接位后、回转平台回转圆前部，大臂与回转平台铰接位位于回转平台回转圆后部。

所述大臂是变横截面箱体，箱体纵向近似三角形，三角形短边两顶点分别与小臂和大臂油缸铰接。

所述大臂上三铰接位形成的三角形最大角的角度不大于95度。

所述大臂油缸是一组。

所述小臂是近似钝角三角形箱体，各铰接位均位于形成箱体的三角形三角内，钝角顶点部是小臂油缸和铲斗油缸铰接部。

所述小臂油缸和铲斗油缸均有两组。

进一步所述铲斗是正铲斗或反铲斗。

所述正铲斗与连杆铰接边有高于铲斗口平面的清危装置。

所述大臂在回转平台上左铰接点与右铰接点的距离不小于小臂油缸铰接位之间的距离。即大臂与回转平台铰接位两受力点的距离不小于小臂油缸铰接位之间的距离。

上述小半径回转挖掘机回转平台有三种四个铰接位，分别是：一个大臂与回转平台的铰接位，两个小臂油缸与回转平台的铰接位，一个大臂油缸与回转平台的铰接位。挖掘机回转平台是挖掘机的重要受力构件，涉及挖掘机整体的平衡和各性能参数，回转平台绕回转中心移动旋转实现360度施工作业，不仅在静止状态需要最大可能的平衡，更重要的是在施工作业状态能实现运动中的平衡以满足更大铲装力、挖掘力和起重量的需要。除采用配重等方式实现平衡外，在施工作业中各作业机构的布置和结构是重要的技术研究方向。通过研究本发明将上述三种四个铰接位合理地布置在回转平台回转中心四周，实现了挖掘机静止、运动和施工状态的最佳平衡。将挖掘机回转平台的回转圆以挖掘机前进方向分为回转圆前部和回转圆后部两个半圆，回转圆中心是挖掘机的回转中心，以回转中心进行合理的配重设计；而四个铰接位则是：将两个小臂油缸缸体铰接在回转平台前端、回转圆前部半圆圆周附近，大臂油缸设置在小臂油缸后、回转圆前部半圆中，小臂油缸和大臂油缸的前后位置设计可以最大可能地实现挖掘机最小收缩尺寸，同时不相互影响以利维修和施工作业；大臂与回转平台铰接位布置在回转平台回转圆后部，将大臂与回转平台铰接端设计为变截面箱体，铰接端较宽，最佳选择在回转平台上铰接受力点之间的距离不小于两个小臂油缸铰接位之间的距离。上述各铰接位最大限定地实现了挖掘机静止、运动和施工状态的最佳平衡；可使回转滚盘受力更均匀，能够减小侧向受力。

本发明进一步将大臂设计为变横截面箱体，箱体纵向近似三角形，三角形短边形成上端，短边两顶点分别与小臂和大臂油缸铰接，与回转平台铰接端是下端，下端较宽，三角形设计利用了三角形的稳定性，变横截面箱体有利于大臂与回转平台铰接位的布置同时也加强了大臂的强度，上述箱体纵向近似三角形是指大臂箱体外形近似三角形，由于空间或形状的要求，大臂箱体纵向外形不一定是标准的三角形，但大臂近似三角形三角上三铰接位构成三角形；本发明隧道挖掘机的铰点布置方式和普通挖掘机的动臂铰点布置方式完全不一样，这样布置不仅可以有效的缩短挖掘机整个工作装置的回转半径，同时也是大大减小了大臂的受力力矩。可使液压系统提供的压力有效地转化为挖掘机动力。在提高挖掘机力的同时还可以对大臂的结构强度进行了加强，采用普通挖掘机动臂制造板材两倍厚度的板材进行制造，结构强度更好。

本发明进一步将小臂采用纵向近似钝角三角形箱体，钝角顶点部是小臂油缸和铲斗油缸铰接部，各铰接位均位于形成箱体的三角形三角内。本发明小臂油缸活塞与小臂钝角顶点内铰接，小臂油缸缸底与回转平台前端铰接，该结构在挖掘机收缩状态时可使挖掘机回转半径最小；在小臂箱体两边分别对称各设置一组小臂油缸，两组小臂油缸使主要装载受力臂的小臂更稳定、承力更大；本发明铲斗油缸与小臂钝角顶点内铰接，同样在小臂箱体两边分别对称各设置一组铲斗油缸和摇杆与连杆装置，两组铲斗油缸和摇杆与连杆装置与铲斗两个铰接位铰接，两组装置使铲斗装载受力平衡且承装量更大。

本发明挖掘机可以配装正铲斗或反铲斗，正铲斗或反铲斗可以是普通的正铲斗结构或反铲斗结构，本发明还在正铲斗与连杆铰接边设置高于铲斗口平面的清危装置，清危装置可用于清理隧道顶部的附着物并在清危的同时保护铲斗背部的油缸不受碎石的破坏，上述清危装置可以是设置于正铲斗与小臂铰接边上的凸起，凸起固定在高于铲斗口平面的挡板上部顶端，挡板可焊接衬板强化固定，凸起可以在操作下清理危石，挡板既支撑了凸起又能保护铲斗背部的油缸，清危装置与正铲斗焊接为整体可以在不更换任何部件的前提下完成铲装作业和清危作业。

本发明挖掘机的回转平台、大臂、小臂、铲斗和各动力油缸组合形成可实现最小半径回转的挖掘施工；在展开状态时可实现各项施工需要，其铲装力、挖掘力和起重量如前所述更好；在隧道中施工需要回转时，大臂、小臂、铲斗和各动力油缸可以最佳的“Z”形折叠实现小半径回转。

综上所述，本发明从挖掘机小半径回转的设计要求，整体设计布置各构件铰接位，并根据各构件受力和结构需要优化设计结构，在挖掘机铲斗上增加清危装置。本发明挖掘机在相同参数的挖掘机中有最小的回转半径，最佳的铲装力、挖掘力和起重量，并具有不需复杂更换即可实现的清危多功能需要。

附图说明

图1是本发明挖掘机展开状态结构示意图；

图2是本发明挖掘机收缩状态结构示意图；

图3是本发明挖掘机回转平台截面结构示意图；

图4是本发明挖掘机回转平台局部立体结构示意图；

图5是本发明挖掘机回转平台俯视结构示意图；

图6是本发明挖掘机大臂立体结构示意图；

图7是本发明挖掘机大臂纵截面和大臂油缸结构示意图；

图8是本发明挖掘机大臂正面平面结构示意图；

图9是本发明挖掘机小臂、小臂油缸、铲斗油缸等局部结构示意图；

图10是本发明挖掘机正铲斗侧视结构示意图；

图11是本发明挖掘机正铲斗正面结构示意图。

图中，1是回转平台，1a是小臂油缸铰接位，1b是大臂油缸铰接位，1c是大臂铰接位，1c.1是左铰接点，1c.2是右铰接点，1d是回转平台回转圆，1e是回转圆中心线，2是大臂，2a是大臂与回转平台铰接位，2b是大臂与小臂铰接位，2c是大臂与大臂油缸铰接位，3是大臂油缸，4是小臂，5是小臂油缸，6是铲斗油缸，7是摇杆，8是连杆，9是铲斗，9a是铲斗铰接位，9b是铲斗齿，9c是清危装置，10是回转中心。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。

结合图1至图11。

小半径回转挖掘机，包括回转平台1、下端与回转平台1铰接的大臂2、后端与大臂2上端铰接的小臂4、与小臂4前端铰接的铲斗9，其中大臂2上端与大臂油缸3活塞铰接支撑，小臂4与小臂油缸5活塞铰接支撑，铲斗9还与铲斗油缸6通过摇杆7和连杆8铰接，小臂油缸5缸体铰接在回转平台1前端，大臂油缸3缸体与回转平台1在小臂油缸5缸体与回转平台1铰接位后、回转平台1回转圆1d前部铰接，大臂2与回转平台1铰接位位于回转平台1回转圆1d后部。

大臂2是变横截面箱体，箱体纵向近似三角形，三角形短边两顶点分别与小臂4和大臂油缸3铰接。大臂2上三铰接位形成的三角形最大角的角度不大于95度。本例设计大臂油缸3是一组。

小臂4是近似钝角三角形箱体，各铰接位均位于形成箱体的三角形三角内，钝角顶点部是小臂油缸5和铲斗油缸6铰接部。6小臂油缸5和铲斗油缸6均有两组。

铲斗9是正铲斗或反铲斗。

正铲斗可以有与连杆8铰接边有高于铲斗口平面的清危装置9c。

大臂2与回转平台1铰接位两受力点的距离不小于小臂油缸5铰接位之间的距离；即大臂2在回转平台1上左铰接点1c.1与右铰接点1c.2的距离不小于小臂油缸5铰接位之间的距离。

如图1、图2所示，图1是本发明挖掘机展开状态结构示意图，图2是本发明挖掘机收缩状态结构示意图。图中1是回转平台，2是大臂，3是大臂油缸，4是小臂，5是小臂油缸，6是铲斗油缸，7是摇杆，8是连杆，9是铲斗，10是回转中心。如图所示，挖掘机回转平台1安装在底盘上，挖掘机行走机构可以是履带或轮式行走机构，发动机构件等可根据配重要求设计布置在相应位置。回转平台1与大臂2、大臂油缸3和小臂油缸5铰接，大臂2上端与小臂4后端铰接，小臂4前端与铲斗9铰接，铲斗9还通过摇杆7、连杆8和铲斗油缸6形成的四连杆机构与小臂4铰接。

展开状态如图1所示，大臂油缸3收缩驱动大臂2向前移动，小臂油缸5伸出支撑小臂4展开，铲斗油缸6伸缩驱动铲斗9施工作业。

收缩回转状态如图2所示，在需要小半径回转时，大臂油缸3伸出驱动大臂2向后倾斜收起，小臂油缸5收缩驱动小臂4收起，铲斗油缸6收缩驱动铲斗9收起呈装载状态，整体大臂2、小臂4、铲斗9和各动力油缸以最佳的“Z”形折叠实现小半径回转。

如图1，图2所示在挖掘机展开或收缩状态各动力油缸不交叉，可以实现最大限度的动力使用和分配。

如图3、4和5所示，图3是本发明挖掘机回转平台截面结构示意图，图4是本发明挖掘机回转平台局部立体结构示意图，图5是本发明挖掘机回转平台俯视结构示意图。图中1a是小臂油缸铰接位，1b是大臂油缸铰接位，1c是大臂铰接位，1c.1是左铰接点，1c.2是右铰接点，1d是回转平台回转圆，1e是回转圆中心线，10是回转中心。本发明将小臂油缸5、大臂油缸3和大臂2均铰接在回转平台1上。回转平台1是挖掘机实现360度回转转动的支撑，施工作业时可回转构件部分设置在回转平台1上，回转平台1的静止平衡和转动平衡是实现挖掘机功能的重要性能基础；回转平台1绕回转圆1d旋转，回转圆1d的圆中心是回转中心10，即回转平台1绕回转中心10旋转。

如图5所示，回转圆1d通过回转中心10由回转圆中心线1e分为回转圆前部和回转圆后部，在考虑发动机等配置的情况下，将小臂油缸铰接位1a、大臂油缸铰接位1b和大臂铰接位1c设置在回转圆1d的重量对称位置，最佳的位置是两个小臂油缸5缸体铰接在回转平台1前端、回转圆1d前部半圆圆周附近，大臂油缸3设置在小臂油缸5后、回转圆1d前部半圆中，小臂油缸3和大臂油缸5的前后位置设计可以最大可能地实现挖掘机最小收缩尺寸，同时不相互影响以利维修和施工作业；大臂2与回转平台1铰接位布置在回转平台1回转圆1d后部，将大臂2与回转平台1铰接端设计为变截面箱体，铰接端较宽，在回转平台1上铰接受力点之间的距离不小于两个小臂油缸3铰接位之间的距离。

如图6、7和8所示，图6是本发明挖掘机大臂立体结构示意图，图7是本发明挖掘机大臂纵截面和大臂油缸结构示意图，图8是本发明挖掘机大臂正面平面结构示意图，图中2是大臂，2a是大臂与回转平台铰接位，2b是大臂与小臂铰接位，2c是大臂与大臂油缸铰接位。本发明将大臂2设计为变横截面箱体，箱体纵向近似三角形，三角形短边形成上端，短边两顶点分别与小臂4和大臂油缸3铰接，与回转平台1铰接端是下端，下端较宽，三角形设计利用了三角形的稳定性，变横截面箱体有利于大臂2与回转平台1铰接位的布置同时也加强了大臂2的强度，大臂2采用两侧加强的厚壁边板，边板之间预留大臂油缸3位置，各铰接位穿边板铰接，边板为形成变截面结构一端折弯，边板平面构成大臂2箱体的纵向近似三角形结构，上述箱体纵向近似三角形是指大臂2箱体外形近似三角形，由于空间或形状的要求，大臂2箱体纵向外形不一定是标准的三角形，但至少大臂近似三角形三角上三铰接构成三角形；本发明隧道挖掘机的铰点布置方式和普通挖掘机的动臂铰点布置方式完全不一样，这样布置不仅可以有效的缩短挖掘机整个工作装置的回转半径，同时也是大大减小了大臂2的受力力矩。可使液压系统提供的压力有效的转化为挖掘机。在提高挖掘机力的同时还可以对大臂2的结构强度进行了加强，采用普通挖掘机动臂制造板材两倍厚度的板材进行制造，结构强度更好。

如图9所示，图9是本发明挖掘机小臂、小臂油缸、铲斗油缸等局部结构示意图，图中4是小臂，5是小臂油缸，6是铲斗油缸，7是摇杆，8是连杆。本发明小臂4采用纵向近似钝角三角形箱体，钝角顶点部是小臂油缸5和铲斗油缸6铰接部，各铰接位均位于三角形箱体内；本发明的小臂4箱体采用两侧边板和上下封板构成结构，各铰接位均穿边板铰接；小臂油缸5活塞与小臂4钝角顶点内侧铰接，小臂油缸5缸底与回转平台1前端铰接，该结构在挖掘机收缩状态时可使挖掘机回转半径最小；在小臂4箱体两边分别对称各设置一组小臂油缸5，两组小臂油缸5使主要装载受力臂的小臂4更稳定、承力更大；本发明铲斗油缸6与小臂4钝角顶点外侧铰接，同样在小臂4箱体两边分别对称各设置一组铲斗油缸6和摇杆7与连杆8装置，两组铲斗油缸6和摇杆7与连杆8装置与铲斗9两个铰接位铰接，两组装置使铲斗装载受力平衡且承装量更大。

如图10和11所示，图10是本发明挖掘机正铲斗侧视结构示意图，图11是本发明挖掘机正铲斗正面结构示意图。本发明挖掘机可以按施工作业需要安装正铲斗或反铲斗，安装方法采用连接销插接铰接的结构，安装方便。为适应多功能清危的需要，本发明挖掘机在正铲斗设置清危装置9c；如图10和11所示，正铲斗与小臂4连接一边，设置高于铲斗口平面的清危装置9c，清危装置9c包括焊接固定在铲斗边的挡板，挡板有加强筋板，挡板设置位置在小臂4、小臂油缸5和摇杆7与连杆8装置前，能遮挡保护小臂4、小臂油缸5和摇杆7与连杆8装置，挡板上端设置坚硬凸起，凸起可以在操作下清理危石，挡板既支撑了凸起又能保护铲斗背部的油缸，清危装置9c与正铲斗焊接为整体可以在不更换任何部件的前提下完成铲装作业和清危作业。

本发明挖掘机的回转平台1、大臂2、小臂4、铲斗9和各动力油缸组合形成可实现最小半径回转的挖掘施工；在展开状态时可实现各项施工需要，其铲装力、挖掘力和起重量如前所述更好；在隧道中施工需要回转时，大臂2、小臂4、铲斗9和各动力油缸可以最佳的“Z”形折叠实现小半径回转。

Claims (7)

1.一种小半径回转挖掘机，包括回转平台（1）、下端与回转平台（1）铰接的大臂（2）、后端与大臂（2）上端铰接的小臂（4）、与小臂（4）前端铰接的铲斗（9），其中大臂（2）上端与大臂油缸（3）活塞铰接支撑，小臂（4）与小臂油缸（5）活塞铰接支撑，铲斗（9）还与铲斗油缸（6）通过摇杆（7）和连杆（8）铰接，其特征是：所述小臂油缸（5）缸体铰接在回转平台（1）前端，大臂油缸（3）缸体与回转平台（1）在小臂油缸（5）缸体与回转平台（1）铰接位后、回转平台（1）回转圆（1d）前部铰接，大臂（2）与回转平台（1）铰接位位于回转平台（1）回转圆（1d）后部；所述铲斗（9）是正铲斗，正铲斗与连杆（8）铰接边有高于铲斗口平面的清危装置（9c），清危装置（9c）是固定在高于铲斗口平面的挡板上部顶端的凸起，挡板还有焊接衬板强化固定。

2.根据权利要求1所述的小半径回转挖掘机，其特征是：所述大臂（2）是变横截面箱体，箱体纵向近似三角形，三角形短边两顶点分别与小臂（4）和大臂油缸（3）铰接。

3.根据权利要求2所述的小半径回转挖掘机，其特征是：所述大臂（2）上三铰接位形成的三角形最大角的角度不大于95度。

4.根据权利要求2所述的小半径回转挖掘机，其特征是：所述大臂油缸（3）是一组。

5.根据权利要求2所述的小半径回转挖掘机，其特征是：所述小臂（4）是近似钝角三角形箱体，各铰接位均位于形成箱体的三角形三角内，钝角顶点部是小臂油缸（5）和铲斗油缸（6）铰接部。

6.根据权利要求5所述的小半径回转挖掘机，其特征是：所述小臂油缸（5）和铲斗油缸（6）均有两组。

7.根据权利要求1至6任一项所述的小半径回转挖掘机，其特征是：所述大臂（2）在回转平台（1）上左铰接点（1c.1）与右铰接点（1c.2）的距离不小于小臂油缸（5）铰接位之间的距离。