CN103522865A - 独立悬架系统及具有该独立悬架系统的起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种独立悬架系统，其两个悬挂油缸分别设置在两侧车轮的轮边与车架之间；转向机构带动两侧车轮转向；与两侧车轮对应设置的：两个上“V”字型摆杆的杆连接端部均分别通过球铰链与相应侧车轮的轮边上部铰接，其杆分离两端部沿前后方向与固定于车架下方的固定构件通过球铰链铰接；两个下“V”字型摆杆的杆连接端部通过球铰链均分别与相应侧车轮的轮边下部铰接，其杆分离两端部沿前后方向与固定于车架下方的固定构件通过球铰链铰接。本发明可规避悬挂油缸可能存在的破坏性影响，能够可靠地实现左右侧车轮的相互独立运动，充分利用路面的附着条件，提高整机的操控稳定性。在此基础上，本发明还提供一种具有该独立悬架系统的起重机。

Description

独立悬架系统及具有该独立悬架系统的起重机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种独立悬架系统及具有该独立悬架系统的起重机。

背景技术

众所周知，对于大型重载全地面工程机械而言，其底盘的行车稳定性直接影响整机作业性能。除底盘动力系统外，其悬架系统是影响行车稳定性的关键因素。

以全地面起重机底盘悬架系统为例，普遍采用的是传统刚性桥。根据导向机构的结构特点主要分为非独立悬架和独立悬架两大类；其中，非独立悬架的左右车轮装在一根整体的刚性轴或非断开式驱动桥的桥壳上，而独立悬架在左、右车轮之间没有一根刚性梁或非断开式车桥连接，左、右车轮各自“独立”地与车架或车身相连，也就是说，构成断开式车桥。基于两者的结构特性，现有全地面起重机底盘采用的悬架结构逐步向独立悬架结构转型。

请参见图1和图2，其中，图1为现有技术中一种典型的独立悬架系统的结构示意图，图2为图1的侧向示意图。

如图所示，该悬架系统为断开式车桥，分别通过两个万向传动轴10将动力传递至两侧轮边。其悬挂油缸20的导向套固定在车架30上，活塞杆下端与车轮轮边相连，起到支撑车架的作用，并缓冲车桥跳动引起的车架振动；其主减速器40与车架固定连接在一起，采用万向传动轴与轮边相连，实现力的传递；其转向机构的摇臂50安装在悬挂油缸导向套上，两者之间安装滚动轴承，可以相对转动，车轮转向时，助力油缸带动转向摇臂转动，转向摇臂带动与轮边固连的铰链机构的转动，实现车轮转向。

然而，受其自身结构的限制，现有独立悬架系统存在以下不足：

首先，悬挂油缸导向套的侧面与车架相连，活塞杆下端与车轮轮边相连，车身的重量与地面施加到轮胎的支反力全部作用于悬挂油缸，受力特性较差，影响使用寿命。

其次，整套转向机构安装在主减速器上方，无法有效控制主减速器与地面的最小间隙，行车通过性较差。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对现有工程机械用独立悬架系统进行优化设计，以有效降低悬挂油缸的受力状态，避免磨损影响使用性能及寿命。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种独立悬架系统，通过结构改进完全规避悬挂油缸可能存在的破坏性影响，从而能够可靠地实现左右侧车轮的相互独立运动，充分利用路面的附着条件，大大提高整机的操控稳定性。在此基础上，本发明还提供一种具有该独立悬架系统的起重机。

本发明提供的独立悬架系统，包括：两个悬挂油缸，分别设置在两侧车轮的轮边与车架之间；转向机构，用于在转向助力油缸的驱动下带动两侧车轮转向；还包括与两侧车轮对应设置的：两个上“V”字型摆杆，每个所述上“V”字型摆杆的杆连接端部通过球铰链与相应侧车轮的轮边上部铰接，其杆分离两端部沿前后方向与固定于车架下方的固定构件通过球铰链铰接；两个下“V”字型摆杆，每个所述下“V”字型摆杆的杆连接端部通过球铰链与相应侧车轮的轮边下部铰接，其杆分离两端部沿前后方向与固定于车架下方的固定构件通过球铰链铰接。

优选地，在水平投影面内，所述上“V”字型摆杆的杆体均分别位于所述下“V”字型摆杆的杆体前侧。

优选地，还包括两个蓄能器，其中，第一蓄能器的油口与左侧所述悬挂油缸的无杆腔和右侧所述悬挂油缸的有杆腔连通，第二蓄能器的油口与右侧所述悬挂油缸的无杆腔和左侧所述悬挂油缸的有杆腔连通。

优选地，所述转向机构包括与两侧车轮对应设置的：两个转向摇臂，每个所述转向摇臂的一端分别与相应侧车轮的轮边铰接；两个转向节臂，每个所述转向节臂与固定于所述车架下平面的转向销轴枢接，且一端分别用于与转向助力油缸铰接；两个转向梯形拉杆，每个所述转向梯形拉杆铰接于相应侧所述转向摇臂的另一端和所述转向节臂的另一端之间；和一转向拉杆，铰接于所述两个转向节臂之间，以便两侧同步转向；且所述转向节臂、转向梯形拉杆和转向拉杆均位于所述固定构件的前侧或者后侧。

优选地，所述固定构件具体为减速器，其上表面与所述车架的下表面固定连接；与两侧车轮对应设置的两个万向传动轴，分别铰接于所述减速器的输出端与相应侧车轮的轮边减速器之间；且所述上“V”字型摆杆和所述下“V”字型摆杆的杆分离两端部均铰接于所述减速器的外壳。

优选地，所述减速器的上表面具有四个对角设置的连接座，所述车架的下表面与所述减速器的上表面之间具有容置机械转向杆的预定距离；两个所述转向节臂中，一者的与所述转向助力油缸的连接端还与所述机械转向杆铰接。

优选地，每个所述转向节臂通过内嵌轴承与相应侧的所述转向销轴枢接。

本发明提供的起重机，包括轮式底盘，所述底盘的各轴两侧车轮均通过悬架系统与车架连接；各轴两侧车轮分别采用如前所述的独立悬架系统。

与现有技术相比，本发明提供的独立悬架系统设置有上下两组“V”字型摆杆，分别与两侧车轮对应设置。具体地，每个上“V”字型摆杆的杆连接端部通过球铰链与相应侧车轮的轮边上部铰接，其杆分离两端部沿前后方向与固定于车架下方的固定构件通过球铰链铰接；每个下“V”字型摆杆的杆连接端部通过球铰链与相应侧车轮的轮边下部铰接，其杆分离两端部沿前后方向与固定于车架下方的固定构件通过球铰链铰接。如此设置，上下两组“V”字型摆杆可以起到定位轮胎并承受来自路面的支反力的双重作用，能够确保车轮上下跳动时有效控制轮距，同时，在悬挂油缸上下伸缩过程中仅承受地面支反力，受力状态得到有效改善。一方面，悬挂油缸活塞杆与缸筒之间可完全规避径向力作用而导致的严重磨损，同时，将整车的轮距可靠地控制在允许的范围之内，可有效减小轮胎受到侧向力的作用，减小轮胎磨损量；充分利用路面的附着条件，提高两侧轮胎的接地性能，从而在提高悬架系统可靠性及整机运行稳定性的基础上，能够降低整机的运行维护成本。另一方面，本发明提供的独立悬架系统具有非悬挂质量小的特点，悬架所受到并传递给车身的冲击载荷小，左右侧车轮的跳动没有直接的相互影响，可大大减小车身的倾斜和振动等现象；此外，正是由于整车的轮距可靠地控制在允许的范围之内，相应变化量由轮胎的弹性变形即可补偿，不会引起车轮沿路面的侧滑，从而保证了整车行驶稳定性，具有较好的客户体验。

在本发明的优选方案中，在水平投影面内，上“V”字型摆杆的杆体均分别位于下“V”字型摆杆的杆体前侧；由此进一步优化上下摆杆的承载能力，对于相同摆杆受力截面，可最大限度提升其定位轮胎并承受路面支反力的承载极限，从而进一步提升其工作稳定性。

本发明的另一优选方案对于悬挂油缸的控制原理进行了优化，其中，第一蓄能器的油口与左侧悬挂油缸的无杆腔和右侧悬挂油缸的有杆腔连通，第二蓄能器的油口与右侧悬挂油缸的无杆腔和所述悬挂油缸的有杆腔连通。如此设置，当一侧车轮受到冲击时，该侧悬挂油缸大腔被压缩，液压油进入同侧蓄能器，蓄能器液压油压力增加，同时向另外一侧悬挂油缸小腔补充液压油，导致该侧大腔被压缩，大腔液压油进入另外一侧蓄能器，蓄能器液压油压力也随之增加；为保持平衡，该侧蓄能器同时向受到冲击一侧悬挂油缸小腔补充液压油，两侧悬挂油缸贯通作用，使车轮受到冲击形成的振动迅速衰减，无需通过复杂结构的悬挂油缸实现该衰减。此外，受冲击侧的液压油液进入对面悬挂油缸的小腔，可提高整机侧倾刚度，减小整机的侧倾角度，尤其转弯过程中该作用表现更为明显。

本发明的又一优选方案针对驱动桥的应用作出进一步优化，其减速器直接与车架下表面固定连接，整机最小离地间隙得以有效增加，明显提升了整车通过性；同时，减小整机传动系统的布置的空间夹角，实现整车上下跳动过程中传动轴夹角的最小变化，提升传动系统的可靠性。此外，连接左右侧轮边、实现左右侧轮胎同步转角关系的梯形拉杆采用断开式结构，即两个转向梯形拉杆分别实现转向油缸的助力和左右侧轮胎的同步转角关系，其转向节臂、转向梯形拉杆和转向拉杆均位于所述固定构件的前侧或者后侧，该种布置方式可进一步缩小减速器至车架下表面的距离，提升整机通过性。此外，车架的下表面与减速器的上表面之间具有容置机械转向杆的预定距离，在兼顾机械及助力转向功能的基础上，保持整机的良好通过性。

本发明提供的独立悬架系统适用于任何形式的工程机械底盘，特别适用于起重机。

附图说明

图1为现有技术中一种典型的独立悬架系统的结构示意图；

图2为图1的侧向示意图；

图3为具体实施方式所述独立悬架系统的轴测示意图；

图4为具体实施方式中所述“V”字型摆杆的轴测示意图；

图5为所述“V”字型摆杆的俯视图；

图6为图3中所示独立悬架系统的俯视图；

图7为图3中所述独立悬架系统的侧向视图；

图8为图3中所示独立悬架系统的主视图。

图3-图8中：

悬挂油缸1、轮边21、轮边减速器22、转向机构3、转向摇臂31、转向节臂32、转向销轴33、转向梯形拉杆34、转向拉杆35、机械转向杆36、过渡拉杆37、上“V”字型摆杆41、下“V”字型摆杆42、减速器5、连接座51、万向传动轴6、第一蓄能器71、第二蓄能器72。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种独立悬架系统，以避免悬挂油缸的径向载荷，为确保左右侧车轮的相互独立运动，提高整机的操控稳定性、降低维护成本提供了可靠的保障。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

请参见图3，该图为本实施方式所述独立悬架系统的轴测示意图。

不失一般性，本方案以转向驱动轴为主体进行详细说明，应当理解，转向驱动功能并不构成对独立悬架系统的限制。

该独立悬架系统的两个悬挂油缸1设置在两侧车轮的轮边21与车架（图中未出）之间，以实现由路面传递到车身的振动的缓冲与衰减。具体地，悬挂油缸1的上铰点与车架上的支座连接，下铰点与轮边21上的球铰接点连接，吸收垂直振动并缓和冲击。转向机构3用于在转向助力油缸（图中未示出）的驱动下带动两侧车轮转向。本方案中，与两侧车轮相对应设置有两组上下“V”字型摆杆；其中，每个上“V”字型摆杆41的杆连接端部通过球铰链与相应侧车轮的轮边21上部铰接，其杆分离两端部沿前后方向与固定于车架下方的减速器5通过球铰链铰接；每个下“V”字型摆杆42的杆连接端部通过球铰链与相应侧车轮的轮边21下部铰接，其杆分离两端部沿前后方向与固定于车架下方的减速器5通过球铰链铰接。这里的减速器5为底盘行车的主减速器，其上表面与车架的下表面固定连接。

需要说明的是，本文中所使用的“前”、“后”、“上”和“下”等方位词，是以行驶状态下的底盘为基准定义的，显然，该方位词的使用同样不构成对本方案的限制。此外，本文中，上、下“V”字型摆杆的杆连接端部是指，构成“V”字型的两个杆体的结合连接部；相应地，上、下“V”字型摆杆的杆分离两端部是指，构成“V”字型的两个杆体的非结合连接部，即开口端。请一并参见图4和图5，其中，图4为本实施方式中所述“V”字型摆杆的轴测示意图，图5为所述“V”字型摆杆的俯视图。

工作状态下，上下两组“V”字型摆杆可以起到定位轮胎并承受来自路面的支反力的双重作用，能够确保车轮上下跳动时有效控制轮距，同时，在悬挂油缸上下伸缩过程中仅承受地面支反力，受力状态得到有效改善。优选地，可以针对上下两组“V”字型摆杆的设置位置作进一步的优化，以获得最佳的承载效果。具体如图6所示，该图为图3中所示独立悬架系统的俯视图。

如图6所示，在水平投影面内，上“V”字型摆杆41的杆体均分别位于下“V”字型摆杆42的杆体前侧；也就是说，构成上“V”字型摆杆41的前部杆体位于构成“V”字型摆杆42的前部杆体的前侧，构成上“V”字型摆杆41的后部杆体位于也构成“V”字型摆杆42的后部杆体的前侧。经生产试制获得的试验结果表明，对于相同摆杆受力截面，上述杆体布置方式可最大限度提升其定位轮胎并承受路面支反力的承载极限。

如前所述，本方案的核心构思不局限应用于驱动桥，也就是说，上“V”字型摆杆41和下“V”字型摆杆42应用于悬架系统的基本构思，可以适用于非驱动桥。具体地，采用直接固定设置于车架下表面的固定构件，作为上、下摆杆的杆分离两端部铰接配合构件即可，相当于减速器外壳体的承载连接作用。或者说，本方案中减速器除传递输出行车驱动力外，兼具了承载连接上“V”字型摆杆41和下“V”字型摆杆42的作用。

当然，作为驱动桥的动力传递输出方式可采用现有技术实现，与两侧车轮对应设置的两个万向传动轴6，分别铰接于减速器5的输出端与相应侧车轮的轮边减速器22之间。

本方案中，用于实现转向操作的转向机构可以作进一步优化，以获得较佳的整机通过性能。请一并参见图7和图8，其中，图7为图3中所述独立悬架系统的侧向视图，图中略去了一侧车轮以清楚示出转向机构，图8为图3中所示独立悬架系统的主视图，该图自整机前后方向形成。

如图所示，该转向机构的实现两侧轮胎同步转角关系的梯形拉杆采用断开式结构，与两侧车轮对应设置。具体地，两个转向摇臂31的一端分别与相应侧车轮的轮边21铰接，实现转向驱动力作用于车轮；两个转向节臂32均分别与固定于车架下平面的转向销轴33枢接，且一端分别用于与转向助力油缸（图中未示出）铰接；两个转向梯形拉杆34均分别铰接于相应侧转向摇臂31的另一端和转向节臂32的另一端之间，由此实现每侧车轮机构连接；一转向拉杆35铰接于两个转向节臂32之间，以便两侧同步转向；且转向节臂32、转向梯形拉杆34和转向拉杆35均位于减速器5（固定构件）的前侧，增大了整机最小离地间隙，明显提升整车通过性能。当然，根据整机总体布置要求，也可以均设置于减速器5的后侧。其中，每个转向节臂32通过内嵌轴承（图中未示出）与相应侧的转向销轴33枢接，在装配转向机构过程中实现转向机构滚动作用，该轴承装配在转向销轴33上，可以实现梯形机构转向时旋转自如。

另外，减速器5的上表面具有四个对角设置的连接座51，由此，车架的下表面（相当于连接座51上表面）与减速器5的上表面之间具有容置机械转向杆36的预定距离；这样，其中一个转向节臂32的与转向助力油缸的连接端同时与机械转向杆36铰接，即可进行机构操作转向。如图6所示，左侧转向节臂32通过过渡拉杆37上两个铰接孔位分别与转向助力油缸和机械转向杆36铰接。

为了获得较佳的振动衰减效果，还可以针对本方案中两侧悬架油缸的控制进行优化。如图8所示，两个蓄能器中，第一蓄能器71的油口与左侧悬挂油缸1的无杆腔和右侧悬挂油缸1的有杆腔连通，第二蓄能器72的油口与右侧悬挂油缸1的无杆腔和左侧悬挂油缸1的有杆腔连通。当一侧车轮受到冲击时，该侧悬挂油缸大腔被压缩，液压油进入同侧蓄能器，蓄能器液压油压力增加，同时向另外一侧悬挂油缸小腔补充液压油，导致该侧大腔被压缩，大腔液压油进入另外一侧蓄能器，蓄能器液压油压力也随之增加；为保持平衡，该侧蓄能器同时向受到冲击一侧悬挂油缸小腔补充液压油，两侧悬挂油缸贯通作用，使车轮受到冲击形成的振动迅速衰减，无需通过复杂结构的悬挂油缸实现该衰减。此外，受冲击侧的液压油液进入对面悬挂油缸的小腔，可提高整机侧倾刚度，减小整机的侧倾角度；同时实现油气悬挂控制与独立悬挂车桥的匹配结合，使非簧载质量大幅下降，从而提升整机的平顺性。

除前述独立悬架系统外，本实施方式还提供一种应用该独立悬架系统的起重机，其轮式底盘的各轴两侧车轮均通过前述独立悬架系统与车架连接，以实现左右侧轮胎的相互独立运动，充分利用路面的附着条件，提高整机的操控稳定性；同样地需要说明的是，该起重机的底盘构造、电气系统、卷扬系统、动力系统等其他功能部件均可以采用现有技术实现，故本文不再赘述，且未进行相应图示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.独立悬架系统，包括：

两个悬挂油缸，分别设置在两侧车轮的轮边与车架之间；

转向机构，用于在转向助力油缸的驱动下带动两侧车轮转向；其特征在于，还包括与两侧车轮对应设置的：

两个上“V”字型摆杆，每个所述上“V”字型摆杆的杆连接端部通过球铰链与相应侧车轮的轮边上部铰接，其杆分离两端部沿前后方向与固定于车架下方的固定构件通过球铰链铰接；

两个下“V”字型摆杆，每个所述下“V”字型摆杆的杆连接端部通过球铰链与相应侧车轮的轮边下部铰接，其杆分离两端部沿前后方向与固定于车架下方的固定构件通过球铰链铰接。

2.根据权利要求1所述的独立悬架系统，其特征在于，在水平投影面内，所述上“V”字型摆杆的杆体均分别位于所述下“V”字型摆杆的杆体前侧。

3.根据权利要求1或2所述的独立悬架系统，其特征在于，还包括两个蓄能器，其中，第一蓄能器的油口与左侧所述悬挂油缸的无杆腔和右侧所述悬挂油缸的有杆腔连通，第二蓄能器的油口与右侧所述悬挂油缸的无杆腔和左侧所述悬挂油缸的有杆腔连通。

4.根据权利要求1所述的独立悬架系统，其特征在于，所述转向机构包括与两侧车轮对应设置的：

两个转向摇臂，每个所述转向摇臂的一端分别与相应侧车轮的轮边铰接；

两个转向节臂，每个所述转向节臂与固定于所述车架下平面的转向销轴枢接，且一端分别用于与转向助力油缸铰接；

两个转向梯形拉杆，每个所述转向梯形拉杆铰接于相应侧所述转向摇臂的另一端和所述转向节臂的另一端之间；和

一转向拉杆，铰接于所述两个转向节臂之间，以便两侧同步转向；且

所述转向节臂、转向梯形拉杆和转向拉杆均位于所述固定构件的前侧或者后侧。

5.根据权利要求4所述的独立悬架系统，其特征在于，所述固定构件具体为减速器，其上表面与所述车架的下表面固定连接；与两侧车轮对应设置的两个万向传动轴，分别铰接于所述减速器的输出端与相应侧车轮的轮边减速器之间；且所述上“V”字型摆杆和所述下“V”字型摆杆的杆分离两端部均铰接于所述减速器的外壳。

6.根据权利要求5所述的独立悬架系统，其特征在于，所述减速器的上表面具有四个对角设置的连接座，所述车架的下表面与所述减速器的上表面之间具有容置机械转向杆的预定距离；两个所述转向节臂中，一者的与所述转向助力油缸的连接端还与所述机械转向杆铰接。

7.根据权利要求4所述的独立悬架系统，其特征在于，每个所述转向节臂通过内嵌轴承与相应侧的所述转向销轴枢接。

8.起重机，包括轮式底盘，所述底盘的各轴两侧车轮均通过悬架系统与车架连接；其特征在于，各轴两侧车轮分别采用如权利要求1至7中任一项所述的独立悬架系统。

Images