CN104863203A - 挖土机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种挖土机，其能够抑制防振部件的耐久性降低，并且减轻振动对电力驱动单元的影响。本发明的挖土机中，在机体上搭载有电动机。电动机通过电力驱动单元驱动。电力驱动单元通过防振部件支承于机体。由防振部件和电力驱动单元构成的弹簧质量系统的固有频率大于动作时在机体产生的振动的主成分的频率。

Description

挖土机

技术领域

本申请主张基于2014年2月24日申请的日本专利申请第2014-032658号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种具有电动机和驱动电动机的电力驱动单元的挖土机。

背景技术

下述专利文献1中公开有混合型液压挖土机。引用文献1中公开的混合型液压挖土机中，对供应到电动辅助马达等的电力进行蓄积对的电容模块由防振橡胶支承。通过由防振橡胶支承电容模块，能够确保电容模块的可靠性和耐久性。

专利文献1：日本特开2012-213396号公报

挖土机由于在凹凸不平的地面上的作业较多，因此作业中挖土机的机体较大地振动。并且，由于挖掘、回转、平整等作业的特殊性，机体也容易产生振动。该振动对搭载在挖土机上的精密组件，例如蓄电装置等的电力驱动单元产生不良影响，有时导致精密组件的故障。为了降低对精密组件产生的振动的影响，提出有由防振橡胶等支承精密组件的结构。

通常，为了降低振动对精密组件产生的影响，尽量较低地设定由防振橡胶和精密组件构成的弹簧质量系统的固有频率。弹簧质量系统的固有频率设定为小于在挖土机的机体产生的较大振幅的振动成分的频率。为了降低弹簧质量系统的固有频率，不得不使用柔软的防振橡胶。然而，若使用柔软的防振橡胶，则很难确保防振橡胶本身的充分的耐久性。

发明内容

本发明目的在于提供一种挖土机，其能够抑制防振部件的耐久性降低，并且减轻振动对电力驱动单元的影响。

根据本发明的一观点，提供一种挖土机，其具有：机体；电动机，搭载在所述机体上；电力驱动单元，驱动所述电动机；以及防振部件，将所述电力驱动单元支承在所述机体上，其中，由所述防振部件和所述电力驱动单元构成的弹簧质量系统的固有频率大于动作时在所述机体上产生的振动的主成分的频率。

发明效果

弹簧质量系统的固有频率设定为大于动作时在所述机体上产生的振动的主成分的频率，由此能够使用耐久性较高的防振部件。并且，也能够在一定程度上降低振动对电力驱动单元的影响。

附图说明

图1是实施例的挖土机的局部破断侧视图。

图2A是实施例的挖土机上搭载的蓄电装置的俯视图，图2B是支承蓄电装置的防振部件的剖视图。

图3是蓄电装置的分解立体图。

图4是蓄电装置的下部筐体和搭载于下部筐体的组件的俯视图。

图5A是蓄电模块的俯视图，图5B是图5A的单点划线5B-5B的剖视图。

图6是图4的单点划线6-6的剖视图。

图7是有关蓄电装置的振动的部件的示意图。

图8是表示从外部向弹簧质量系统赋予最大加速度为1G(G表示重力加速度)的振动时的频率与响应加速度的关系的图表。

图9是实施例的挖土机的框图。

图中：10-下部行走体，11-回转轴承，12-上部回转体，12A-回转机架，12B-罩，12C-驾驶室，13-支承板，15-动臂，16-斗杆，17-铲斗，18-动臂缸，19-斗杆缸，20-铲斗缸，30-蓄电装置，31-防振部件，32-上侧防振橡胶，33-下侧防振橡胶，34-上侧垫圈，35-下侧垫圈，36-紧固件，40-筐体，41-安装脚，42-下部筐体，43-盖，44-紧固件，51-底面，52-侧面，55-第1加强筋，56-第2加强筋，57-第3加强筋，58-开口，59-接线盒，60-蓄电模块，61-中继部件，62-继电器电路，63-端子，64-电气电路组件，65、66-导电条，70-蓄电单体，71-传热板，72-电极片，73-加压板，74-拉杆，76-加压机构，77、78-流路，101-上部回转体，102-回转电动机，109A-液压马达，109B-液压马达，110-发动机，111-电动发电机，112-蓄电电路，113A-逆变器，113B-逆变器，121-转矩传递机构，122-主泵，123-高压液压管路，124-控制阀，125-先导泵，126-先导管路，127-压力传感器，128-操作装置，129-液压管路，130-液压管路，131-减速器，132-分解器，133-机械制动器，135-控制装置，G-重力加速度，fa-弹簧质量系统的固有频率，fb-蓄电装置内的组件的固有频率，fc-外部振动的主成分的频率，fd-基准频率。

具体实施方式

图1示出实施例的挖土机的局部破断侧视图。在下部行走体10上通过回转轴承11搭载有上部回转体(机体)12。上部回转体12包括回转机架12A、罩12B以及驾驶室12C。旋转机架12A作为支承驾驶室12C和各种组件的支承结构体发挥作用。罩12B覆盖搭载于回转机架12A的各种组件，例如蓄电装置30等。蓄电装置30通过防振部件31支承在回转框架12A上。

回转马达使回转机架12A相对于下部行走体10顺时针或者逆时针回转。上部回转体12上安装有动臂15、斗杆16以及铲斗17。动臂15、斗杆16以及铲斗17分别通过动臂缸18、斗杆缸19以及铲斗缸20被液压驱动。

图2A示出蓄电装置30的俯视图。各安装脚41从具有大致长方形平面形状的筐体40的四角朝向外侧延伸。安装脚41上安装有防振部件31。筐体40包括从一个边部的大致中央伸出的接线盒59。

图2B示出防振部件31的剖视图。防振部件31包括上侧防振橡胶32、下侧防振橡胶33、上侧垫圈34、下侧垫圈35以及紧固件36。在固定于回转机架12A(图1)的支承板13的上下分别配置有圆台状的上侧防振橡胶32和下侧防振橡胶33。在上侧防振橡胶32与支承板13之间插入有上侧垫圈34，在下侧防振橡胶33与支承板13之间插入有下侧垫圈35。上侧防振橡胶32上载置有筐体40的安装脚41。紧固件36贯穿下侧防振橡胶33、下侧垫圈35、支承板13、上侧垫圈34、上侧防振橡胶32以及安装脚41，并紧固这些部件。通过防振部件31，安装脚41支承在支承板13上。

图3示出蓄电装置30的分解立体图。筐体40(图2A)包括上方开放的下部筐体42以及堵塞下部筐体42的开放部的盖43。下部筐体42包括底面51和侧面52。侧面52遍及底面51的外周线的整个区域而配置。通过下部筐体42和盖43构成包括底面51、侧面52以及上表面的筐体40。

底面51上搭载有两个蓄电模块60。定义将与底面51平行的面设为xy面，且将底面51的法线方向设为z方向的xyz直角坐标系。将两个蓄电模块60相隔的方向设为x方向。各蓄电模块60包括在y方向上堆积的多个蓄电单体，进行电能的充放电。关于蓄电模块60的详细结构，后面参考图5A和图5B进行说明。

在与y方向垂直的一个侧面52上设置有接线盒59。接线盒59内的空间与下部筐体42内的空间通过开口58连接。接线盒59上方的开口部由配置有接线端子的接线板堵塞。

在底面51上形成有用于增加刚性的第1加强筋55、第2加强筋56以及第3加强筋57。第1加强筋55配置在两个蓄电模块60之间，沿y方向延伸。第1加强筋55的一侧端部连接于与设置有接线盒59的侧面52相反侧的侧面52。

第2加强筋56连接于第1加强筋55的端部，沿与x方向平行的两个方向延伸。第1加强筋55连接于第2加强筋56的中央。第3加强筋57从第2加强筋56的两端向y方向延伸，到达设置有接线盒59的侧面52。开口58形成于两条第3加强筋57连接于侧面52的位置之间。

以底面51为基准，第1加强筋55、第2加强筋56以及第3加强筋57低于侧面52。在由盖43堵塞下部筐体42的开口部的状态下，第1加强筋55与盖43之间、第2加强筋56与盖43之间以及第3加强筋57与盖43之间形成有间隙。

安装脚41从底面51的四角分别朝向外侧延伸。底面51、侧面52、第1加强筋55、第2加强筋56、第3加强筋57、接线盒59以及安装脚41通过铸造法一体成型。作为材料例如使用铝。

图4示出下部筐体42以及搭载于下部筐体42的组件的俯视图。两个蓄电模块60在x方向上分离搭载。第1加强筋55沿y方向通过搭载有两个蓄电模块60的区域之间。第1加强筋55的一侧端部与侧面52连接。第1加强筋55的另一侧端部在y方向上位于比蓄电模块60的端部更靠外侧的位置。第2加强筋56从该端部向与x方向平行的两个方向延伸。第2加强筋56在x方向上与各蓄电模块60部分地重叠。第3加强筋57从第2加强筋56的两端向y方向延伸，到达设置有接线盒59的侧面52。

在由第2加强筋56、第3加强筋57以及接线盒59包围的区域配置有一对中继部件61。在接线盒59内配置有继电器电路62。各蓄电模块60在y方向的两端分别具有端子63。通过端子63进行蓄电模块60的充放电。从接线盒59远离的端子63彼此通过包括保险丝、安全开关等的电气电路组件64相互电连接。

靠近接线盒59的端子63分别通过导电条65与中继部件61电连接。导电条65与第2加强筋56交叉。中继部件61通过导电条66与继电器电路62连接。导电条66通过开口58(图3)。

图5A示出蓄电模块60的俯视图。板状的蓄电单体70与传热板71在厚度方向(y方向)上交替堆积。另外，可以相对于多片，例如两片蓄电单体70配置一片传热板71。从各蓄电单体70引出一对电极片72。一对电极片72在x方向上且向相互相反方向引出。通过连接相互邻接的蓄电单体70的电极片72彼此，串联连接多个蓄电单体70。两端的蓄电单体70的电极片72分别相当于蓄电模块60的两个端子63(图4)。

加压机构76对堆积蓄电单体70和传热板71而成的层叠结构体施加层叠方向的压缩力。加压机构76包括配置在层叠结构体两端的加压板73和从一侧的加压板73到达另一侧加压板73的多个拉杆74。通过螺母拧紧拉杆74，能够对蓄电单体70与传热板71的层叠结构体施加层叠方向的压缩力。

图5B示出图5A的单点划线5B-5B的剖视图。加压板73紧固到下部筐体42的底面51。传热板71的下端与底面51接触，上端与盖43接触。盖43通过螺栓等拧紧固定在下部筐体42上，对传热板71施加z方向的压缩力。通过该压缩力，蓄电模块60牢固且不能滑动地固定在由下部筐体42(图3)和盖43(图3)构成的筐体40内。

底面51内形成有冷却介质用流路77，在盖43内也形成有冷却介质用流路78。流路77、78通过使冷却介质，例如冷却水流通，能够通过传热板71冷却蓄电单体70。

图6示出图4的单点划线6-6的剖视图。在x方向上，在底面51的大致中央形成有第1加强筋55。在第1加强筋55的两侧搭载有蓄电模块60。盖43堵塞下部筐体42的开口部。盖43通过螺栓、螺母等的紧固件44固定在下部筐体42上。在底面51的内部形成有流路77，在盖43的内部形成有流路78。为了下部筐体42和盖43对传热板71施加z方向的压缩力，两个蓄电模块60固定在筐体40内。

图7示出有关蓄电装置30的振动的部件的示意图。蓄电装置30通过防振部件31支承在支承板13上。由防振部件31和蓄电装置30构成一个弹簧质量系统。该弹簧质量系统具有由防振部件31的弹簧常数和蓄电装置30的质量确定的固有频率fa。构成蓄电装置30的各电气组件，例如蓄电模块60本身也具有一定的固定频率fb。

例如，图5B所示的构成蓄电模块60的传热板71的歪斜模式的固有频率fb约为130Hz。传热板71的歪斜模式的固有频率fb在蓄电装置30内的各种电气组件的各种振动模式的固有频率中最低。

挖土机(图1)动作期间，回转机架12A和固定在回转机架12A的支承板13振动。由挖土机进行各种动作，观察该振动波形的频谱，可知约20Hz的波形成分的振幅较大。即，可知振动的主成分的频率fc约为20Hz。在这里，“振动的主成分”是指在振动波形的频谱中，具有出现最大峰值或者隆起的带宽的频率的成分。

图8中示出从外部向某一弹簧质量系统赋予最大加速度为1G(G表示重力加速度)的振动时的频率与响应加速度之间的关系。横轴以单位“Hz”表示从外部赋予的振动的频率，纵轴对具有质量的物体施加的加速度的最大值以重力加速度G进行正规化来表示。

随着频率从0增高，响应加速度从1G逐渐变大，在弹簧质量系统的固有频率fa中表示最高值。大于固有频率fa的频率的区域中，随着频率变大，响应加速度降低，在频率fd(以下称为“基准频率”)中，响应加速度降低至1G。频率大于基准频率fd的区域中，响应加速度小于1G。即，得到减振效果。

通常，弹簧质量系统的固有频率fa设定为基准频率fd小于外部振动的主成分的频率fc。通过这样设定弹簧质量系统的固有频率fa，能够在外部振动的主成分的频率fc的附近得到减振效果。

然而，外部振动的主成分的频率fc低于20Hz的情况下，为了使固有频率fa比其更小，不得不降低弹簧质量系统的弹簧常数。在防振部件31上使用防振橡胶的情况下，不得不使用柔软的防振橡胶。若使用柔软的防振橡胶，则防振部件31本身的耐久性降低，用于挖土机不现实。

实施例中，弹簧质量系统的固有频率fa设计成大于外部振动的主成分的频率fc。并且，弹簧质量系统的固有频率fa设计成低于蓄电装置30内的各种电气组件的固有频率中最低的固有频率fb。更优选，弹簧质量系统设计成基准频率fd低于固有频率fb。

若如上述设计弹簧质量系统，则在蓄电装置30内的各种电气组件的固有频率中最低的固有频率fb的附近得到减振效果。能够在大于固有频率fb的频率的范围中，得到更大的减振效果。因此，能够在蓄电装置30内的所有电气组件的固有频率中得到减振效果。

由于弹簧质量系统的固有频率fa大于外部振动的主成分的频率fc，因此与将弹簧质量系统的固有频率fa设为低于频率fc的情况相比，能够在防振部件31(图2B)上使用耐久性较高的防振橡胶。

实施例中，外部振动的主成分的频率fc中响应加速度变得大于1G。但是，由于蓄电装置30内的各种电气组件的固有频率充分大于外部振动的主成分的频率fc，因此蓄电装置30在频率fc的附近具有充分高的抗振性。因此，即使在频率fc的附近没能得到减振效果，也几乎不会对蓄电装置30产生不良影响。

在弹簧质量系统的固有频率fa的附近，响应加速度变得更显著大于1G。但是，具有固有频率fa附近的频率的外部振动的成分的振幅较小。并且，蓄电装置30在固有频率fa的附近具有充分高的抗振性。因此，即使响应加速度在固有频率fa的附近变大，也几乎不会对蓄电装置30产生不良影响。

接着，对弹簧质量系统的固有频率fa的优选范围进行说明。基准频率fd为固有频率fa的约1.4倍。为了使基准频率fd小于蓄电装置30内的各种电气组件的固有频率中最低的固有频率fb，优选固有频率fa设定成弹簧质量系统的固有频率fa和固有频率fb满足以下关系。

fa＜fb/1.4

实施例的情况下，固有频率fb约为130Hz，因此优选将弹簧质量系统的固有频率fa设定为低于92Hz。更优选保持富裕，将弹簧质量系统的固有频率fa设定为低于80Hz。

若弹簧质量系统的固有频率fa接近外部振动的主成分的频率fc，则产生蓄电装置30的振动增幅而变得过大的危险性。为了避免该危险性，优选将固有频率fa设为外部振动的主成分的频率fc的1.5倍以上。实施例的情况下，由于外部振动的主成分的频率fc约为20Hz，因此优选将弹簧质量系统的固有频率fa设为30Hz以上。

优选上述固有频率fa的优选范围适用于相互正交的三方向上的固有频率fa。

图9示出实施例的挖土机的框图。图9中，用双重线表示机械动力系统，用较粗的实线表示高压液压管路，用较细的实线表示电气控制系统，用虚线表示先导管路。

发动机110的驱动轴与转矩传递机构121的输入轴连结。作为发动机110使用通过电以外的燃料产生驱动力的发动机，例如柴油发动机等内燃机。

电动发动机111的驱动轴与转矩传递机构121的另一输入轴连结。电动发电机111能够进行电动(辅助)运行与发电运行的双运行动作。转矩传递机构121具有两个输入轴和一个输出轴。该输出轴上连结有主泵122的驱动轴。

施加到主泵122的荷载较大的情况下，电动发电机111进行辅助运行，电动发电机111的驱动力通过转矩传递机构121传递到主泵122。由此，施加到发动机110的荷载减轻。另一方面，施加到主泵122的荷载较小的情况下，发动机110的驱动力通过转矩传递机构121传递到电动发电机111，由此电动发电机111发电运行。

主泵122通过高压液压管路123向控制阀124供给液压。控制阀124通过来自驾驶员的指令将液压分配到液压马达109A、109B、动臂缸18、斗杆缸19以及铲斗缸20。液压马达109A和109B分别驱动下部行走体10(图1)所具备的左右的两根履带。

电动发电机111通过逆变器113A与蓄电电路112连接。回转电动机102通过逆变器113B与蓄电电路112连接。逆变器113A、113B以及蓄电电路112被控制装置135控制。

逆变器113A根据来自控制装置135的指令，进行电动发电机111的运行控制。电动发电机111的辅助运行与发电运行的切换通过逆变器113A来进行。

电动发电机111辅助运行的期间，所需的电力从蓄电电路112通过逆变器113A供给到电动发电机111。电动发电机111发电运行的期间，通过电动发电机111发电的电力通过逆变器113A供给到蓄电电路112。由此，蓄电电路112内的蓄电装置30被充电。蓄电电路112内的蓄电装置30中使用基于上述实施例的蓄电装置。

回转电动机102通过逆变器113B被交流驱动，能够进行动力运行动作和再生动作双运行。回转电动机102的动力运行动作期间，电力通过蓄电电路112经由逆变器113B供给到回转电动机102。回转电动机102通过减速器131使上部回转体101(图11)回转。进行再生动作期间，上部回转体101的回转运动通过减速器131传递到回转电动机102，由此回转电动机102产生再生电力。产生的再生电力通过逆变器113B供给到蓄电电路112。由此，蓄电电路112内的蓄电装置30被充电。

分解器132检测回转电动机102的旋转轴的旋转方向的位置。分解器132的检测结果输入到控制装置135。通过检测回转电动机102的运行前和运行后的旋转轴的旋转方向的位置，导出回转角度和回转方向。

机械制动器133与回转电动机102的回转轴连结，产生机械制动力。机械制动器133的制动状态与解除状态受来自控制装置135的控制，通过电磁开关来进行切换。

先导泵125产生液压操作系统中所需的先导压。产生的先导压通过先导管路126供给到操作装置128。操作装置128包括操纵杆和踏板，由驾驶员操作。操作装置128根据驾驶员的操作将从先导管路126供给的一次侧液压转换为二次侧液压。二次侧液压通过液压管路129传递到控制阀124的同时，通过另一液压管路130传递到压力传感器127。

通过压力传感器127检测到的压力的检测结果输入到控制装置135。由此，控制装置135能够探测下部行走体10、回转电动机102、动臂15、斗杆16以及铲斗17(图1)的操作状况。

上述实施例中，对抑制蓄电装置30的振动的结构进行了说明，但为了抑制其他电力驱动单元的振动，能够适用相同的结构。作为成为减振对象的电力驱动单元，可以例举逆变器113A、113B等。并且，作为成为减振对象的电力驱动单元，可以例举蓄电电路112中除蓄电装置30以外的组件，例如对蓄电装置30的输出进行升降压的升降压转换器等。

根据以上实施例对本发明进行了说明，但本发明不限于此。本领域技术人员可知可以进行例如各种变更、改良、组合等。

Claims (6)

1.一种挖土机，其具有：

机体；

电动机，搭载在所述机体上；

电力驱动单元，驱动所述电动机；以及

防振部件，将所述电力驱动单元支承在所述机体上，

由所述防振部件和所述电力驱动单元构成的弹簧质量系统的固有频率大于动作时在所述机体上产生的振动的主成分的频率。

2.根据权利要求1所述的挖土机，其中，所述电力驱动单元包括：

筐体；以及

电气组件，搭载在所述筐体内部，

所述电力驱动单元内部的所述电气组件的固有频率大于由所述防振部件和所述电力驱动单元构成的弹簧质量系统的固有频率。

3.根据权利要求2所述的挖土机，其中，

所述电气组件包括对供给到所述电动机的电力进行蓄电的蓄电模块。

4.根据权利要求3所述的挖土机，其中，

所述蓄电模块包括堆积板状的多个蓄电单体和多个传热板，且向堆积方向施加压缩力的层叠结构体，

通过所述筐体的底面和上表面对所述层叠结构体施加与所述堆积方向正交的方向的压缩力，将所述蓄电模块固定在所述筐体内。

5.根据权利要求4所述的挖土机，其中，

由所述防振部件和所述电力驱动单元构成的弹簧质量系统的固有频率在30Hz～80Hz的范围内。

6.根据权利要求5所述的挖土机，其中，

由所述防振部件和所述电力驱动单元构成的弹簧质量系统的相互正交的三方向上的固有频率在30Hz～80Hz的范围内。