CN107787386B - 建筑机械的工作臂装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于建筑机械的前连杆机构，其能够唯一地计算作业工具相对于臂的旋转角，而且其能够防止角度检测装置在挖掘作业期间通过接触土壤被破坏。参考图1，用于建筑机械的前连杆机构(8)具有臂(20)、其中一个端部部分枢转连接至臂(20)的前端部侧的第一连杆(28)、其中一个端部部分枢转连接至第一连杆(28)的另一端部部分的第二连杆(30)，以及作业工具(22)，该作业工具枢转连接至第二连杆(30)的另一端部部分且在比第一连杆(28)的第一端部部分更远的前端部侧中枢转连接至臂(20)。第一连杆(28)被定位成沿臂(20)的侧壁(34)的外宽度向外。用于检测第一连杆(28)相对于臂(20)的旋转角的角度检测装置设置在第一连杆(28)的内表面和臂(20)的侧壁(34)外表面之间。角度检测装置可以包括设置在第一连杆(28)的内表面上的磁体和设置在臂(20)的侧壁(34)的外表面上的磁检测器。

Description

建筑机械的工作臂装置
技术领域
本发明涉及附接至诸如液压挖掘机的建筑机械的工作臂装置。
背景技术
随着计算机辅助建造的最新发展，出现越来越多对例如在操作中的建筑机械作业工具位置的精确检测的需求，即，作业工具按照可旋转方式附接至液压挖掘机臂的末端。液压挖掘机的作业工具的位置通过，例如，检测该作业工具相对于臂的旋转角来得到检测。就这一点而言，PTL1(专利文献1)公开了一种建筑机械，其计算作业工具相对于臂的旋转角。在该建筑机械中，用于检测作业工具缸相对于臂的旋转角的角度检测器设置在作业工具缸的基座端部(底侧)定位成远离该作业工具。根据该建筑机械，作业工具相对于臂的旋转角由角度检测器所检测到的角度来计算，并且，由于角度检测器定位成远离该作业工具，可以防止角度检测器在挖掘等期间与土和沙接触时被破坏。
引用列表
专利文献
PTL1
日本专利申请公开第H10-30249号
发明内容
技术问题
然而，PTL1中所公开的建筑机械面临以下待解决的问题。参考图11至图13对该问题进行描述，利用液压挖掘机作为典型建筑机械的示例。
液压挖掘机，在图11中以附图标记100表示，大致配置为具有下行进体102、安装在下行进体102上的上回转体104，以及附接至上回转体104的工作臂装置106。工作臂装置106包括以可旋转方式销连接至上回转体104的吊杆108、以可旋转方式销连接至吊杆108的末端的臂110、以可旋转方式销连接至臂110的末端的作业工具112、用于旋转吊杆108的吊杆缸114、用于旋转臂110的臂缸116，以及用于借助于第一连杆118和第二连杆120旋转作业工具112的作业工具缸122。
参考图12和图13对该问题进一步描述。图12中所示的作业工具112定位在作业工具缸122被最大程度缩回时的倾卸位置。在另一方面，图13中所示的作业工具112定位在作业工具缸122被最大程度延长时的挖掘位置。现在将对相对于臂110旋转作业工具缸122而同时使作业工具112从倾卸位置旋转到挖掘位置的操作进行描述。首先，如图12中所示，将作业工具缸122从实线所示的位置沿箭头X所示的方向旋转到双点划线所示的位置。接着，如图13中所示，将作业工具缸122从双点划线所示的位置(与图12中双点划线所示的位置相同)沿箭头Y所示的方向旋转到实线所示的位置。因此，当将作业工具112沿一个方向从卸料位置旋转到挖掘位置时，作业工具缸122不仅沿一个方向旋转，而且之后沿相反的方向旋转。由于这个原因，难以由作业工具缸122相对于臂110的旋转角来明确地计算作业工具112相对于臂110的旋转角。
本发明鉴于上述情况设计，并且其主要的技术目的是为了提供一种建筑机械的工作臂装置，其不仅能够明确地计算作业工具相对于臂的旋转角，而且能够防止角度检测装置在挖掘等期间与例如土和沙接触时被破坏。
问题的解决方案
作为实现了前述技术目的的建筑机械的工作臂装置，本发明提供了一种建筑机械的工作臂装置，其具有：臂；第一连杆，其具有以可旋转方式联接至臂的末端的一个端部部分；第二连杆，其具有以可旋转方式联接至第一连杆的另一端部部分的一个端部部分；以及作业工具，该作业工具以可旋转方式联接至第二连杆的另一端部部分，并且以可旋转方式联接至臂以便定位成比第一连杆的一个端部部分更靠近臂的末端，第一连杆沿宽度方向位于臂的侧壁的与宽同向外面，其中用于检测第一连杆相对于臂的旋转角的角度检测装置设置在第一连杆的内表面与臂的侧壁的外表面之间。
优选地是，角度检测装置配置有附接至第一连杆的内表面和臂的侧壁的外表面中一个的磁体，以及附接至第一连杆的内表面和臂的侧壁的外表面中另一个的磁检测器。还优选地是，臂设置有沿宽度方向延伸并从其侧壁突出的圆柱形连杆联接凸台，圆柱形连杆联接销以可旋转方式插入该连杆联接凸台，第一连杆的一个端部部分被固定至连杆联接销，且磁检测器具有弧形检测元件，该弧形检测元件以弧的形状沿连杆联接凸台的外圆周表面延伸，磁体定位在连杆联接凸台的外圆周表面和弧形检测元件之间。还优选地是，磁体固定至第一连杆的内表面，磁检测器固定至盖构件，且该盖构件附接至臂的侧壁的外表面。还优选地是，盖构件配置有盖板，该盖板沿宽度方向距离臂的侧壁的外表面一段距离设置，并且磁检测器固定至盖板的内表面。优选地是，盖板中形成通孔，通孔的内圆周边缘具有以弧的形状沿磁检测器的弧形检测元件延伸的弧形内圆周边缘，并且随着磁检测器被固定至盖板的内表面，磁检测器的弧形检测元件向通孔的里面突出并超过弧形内圆周边缘。盖板优选地设置有从盖板的外圆周边缘与宽度同向向内突出并沿外圆周边缘延伸的肋部。优选地是，第一连杆的内表面设置有一对与宽度同向向内突出的突出部，并且磁体沿连杆联接销的圆周方向定位在该对突出部之间。还优选地是，第一连杆的内表面设置有与宽度同向向内突出的环形脊部，该环形脊部的径向中心定位在连杆联接销的中心轴线上，并且磁体嵌入在该环形脊部中。
本发明的有益效果
根据本发明所提供的建筑机械的工作臂装置，通过可旋转地将臂、第一连杆、第二连杆以及作业工具联接来配置连杆机构。因此，由于以和作业工具相同的方向相对于臂旋转第一连杆，可以由角度检测装置所检测到的第一连杆相对于臂的旋转角，明确地计算作业工具相对于臂的旋转角。此外，角度检测装置设置在第一连杆的内表面和臂的侧壁的外表面之间，被第一连杆覆盖。因此，根据本发明的建筑机械的工作臂装置可以防止角度检测装置在挖掘等期间与例如土和沙接触时被破坏。
附图说明
图1
图1是设置有根据本发明配置的工作臂装置的液压挖掘机的侧视图。
图2
图2是图1中所示的臂的透视图。
图3
图3是图1中所示的工作臂装置的透视图。
图4
图4是图1中所示的工作臂装置的侧视图。
图5
图5是图4中所示的左连杆件的透视图。
图6
图6是臂在将连杆件从图4中所示的工作臂装置移除的状态下的侧视图。
图7
图7是沿图4的A-A方向截取的横截面图。
图8
图8是图4中所示的磁检测器的定位夹具的透视图。
图9
图9是显示磁检测器如何利用图8中所示的夹具进行定位的侧视图。
图10
图10是根据本发明配置的工作臂装置的另一实施例的左连杆件的透视图。
图11
图11是用于解释现有技术的液压挖掘机的侧视图。
图12
图12是工作臂装置在图11中所示的作业工具缸被最大程度缩回的状态下的侧视图。
图13
图13是工作臂装置在图11中所示的作业工具缸被最大程度延长的状态下的侧视图。
具体实施方式
之后在本文中将通过利用液压挖掘机，一种典型的建筑机械，作为示例并参考附图，对根据本发明的建筑机械的工作臂装置的实施例详细地进行描述。
现在参考图1描述液压挖掘机。由附图标记2表示的液压挖掘机，大致配置有自推进的下行进体4、以可回转方式安装在下行进体4上的上回转体6，以及以可旋转方式附接至上回转体6的工作臂装置8。在构成上回转体6的框架结构的回转框架10上，设置了用于搭乘操作员的驾驶室12、用于容纳诸如发动机和液压泵的各种类型的设备的设备容纳室14、用于相对于工作臂装置8平衡载荷的配重16，等等。在本说明书中时使用的诸如“前后方向”和“横向方向(宽度方向)”的术语，相当于从图1所示的驾驶室12中搭乘的操作员来观察的前后方向和横向方向(宽度方向)。
工作臂装置8包括：具有以可旋转方式销连接至上回转体6的前部分的基座端部的吊杆18，具有以可旋转方式销连接至上回转体6的吊杆18的末端的基座端部的臂20，以可旋转方式销连接至臂20的末端的作业工具22，一对用于旋转吊杆18的左右吊杆缸24(仅示出了左边的一个)，用于旋转臂20的臂缸26，以及用于借助于第一连杆28和第二连杆30旋转作业工具22的作业工具缸32。液压挖掘机2通过旋转工作臂装置8的吊杆18、臂20和作业工具22执行诸如挖掘土和沙的各种操作。
参考图2进一步描述液压挖掘机。臂20具有沿宽度方向彼此相隔一段距离设置的一对左右侧壁34(仅示出了左边一个)、在图2中的侧壁34的上端延伸的上壁36，以及在图2中的侧壁34的下端延伸的下壁38，并且被成形为盒状。沿宽度方向延伸并从侧壁34的外表面与宽度同向向外突出的多个圆柱形联接凸台设置在臂20中。联接凸台包括设置在臂20的底座端部的吊杆联接凸台40、设置在臂20的末端处的连杆联接凸台42，以及比连杆联接凸台42更靠近臂20的末端设置在臂20上的作业工具联接凸台44。臂20通过臂联接凸台40以可旋转方式销连接至吊杆18的末端。此外，第一连杆28通过连杆联接凸台42以可旋转方式销连接至臂20，且作业工具22通过作业工具联接凸台44以可旋转方式销连接至臂20。
如图2中所示，在下壁38上，沿宽度方向彼此相隔一段距离设置了一对左右臂缸支架46，以此方式从下壁38的基座端部的外表面向外突出。臂缸支架46的每一个中形成圆形开口48。此外，在上壁36上，沿宽度方向彼此相隔一段距离设置了一对左右作业工具缸支架50，以此方式从上壁36的基座端部的外表面向外突出。作业工具缸支架50的每一个中形成圆形开口52。臂缸26的末端(杆侧)通过臂缸支架46的圆形开口48以可旋转方式销连接至臂20，且作业工具缸32的基座端部(底侧)通过作业工具缸支架50的圆形开口52以可旋转方式销连接至臂20。
参考图2和图3进一步描述液压挖掘机。在所示的实施例中，第一连杆28配置有与宽度同向设置在相应侧壁34外面的一对左右连杆件54，如图3中所示。每个连杆件54的一个端部部分固定至圆柱形连杆联接销56的轴向端部部分。连杆联接销56以可旋转方式插入到连杆联接凸台42中。如图3中所示，每个连杆件54的另一端部部分以可旋转方式销连接至作业工具缸32的末端(杆侧)和第二连杆30的一个端部部分。作业工具22不仅以可旋转方式销连接至第二连杆30的另一个端部部分，而且通过插入到作业工具联接凸台44中的圆柱形作业工具联接销58以可旋转方式联接至臂20。当作业工具缸32被延长时，从左侧观察，作业工具22绕作业工具联接销58的中心轴逆时针旋转，并且从左侧观察，联接件54的每一个绕连杆联接销56的中心轴逆时针旋转。当作业工具缸32被缩回时，从左侧观察，作业工具22绕作业工具联接销58的中心轴顺时针旋转，并且从左侧观察，联接件54的每一个绕连杆联接销56的中心轴顺时针旋转。因此，联接件54响应于作业工具缸32的此类伸缩运动沿和作业工具22相同的方向旋转。
参考图4至图7进一步描述液压挖掘机。在根据本发明配置的液压挖掘机2的工作臂装置8中应当注意到的一件重要的事是，用于检测联接件54相对于臂20的旋转角的角度检测装置设置在每个联接件54和每个侧壁34的外表面之间。由于联接件54相对于臂20以和作业工具22相同的方向旋转，如上所述，作业工具22相对于臂20的旋转角可以由角度检测装置所检测到的联接件54相对于臂20的旋转角来明确地计算。由于设置在联接件54的内表面和臂20的每个侧壁34的外表面之间，角度检测装置被联接件54覆盖。因此，根据本发明的工作臂装置8可以防止角度检测装置在挖掘等期间与例如土和沙接触时被破坏。
根据所示实施例，角度检测装置配置有磁体60和磁检测器62。如图5中所示，磁体60通过螺栓64固定至左连杆件54的内表面。磁检测器62被固定至盖构件。优选地是，盖构件被附接至臂20的左侧壁34的外表面。因此，相比于磁检测器62被直接附接至左侧壁34的外表面的情况而言，可以更显著减小在挖掘或类似作业期间传递到磁检测器62的冲击。根据所示实施例，盖构件配置有盖板66，该盖板66沿宽度方向距离臂20的左侧壁34的外表面一段距离设置，如图6和图7中所示。磁检测器62通过螺栓68固定至盖板66的内表面，并且盖板66通过螺栓70固定至臂20的左侧壁34的外表面。与所示实施例相反，磁检测器62可以附接至左连杆件54的内表面，并且磁体60可以附接至臂20的左侧壁34的外表面。替代地，磁体60和磁检测器62可以设置在臂20的右手侧上。换言之，磁体60可以附接至右连杆件54的内表面和臂20的右侧壁34的外表面中的一个，并且磁检测器62可以附接至右连杆件54的内表面和臂20的右侧壁34的外表面中的另一个。
磁检测器62被有线或无线地电连接至底架控制器(未示出)，具有以弧的形状沿连杆连接凸台42的外圆周表面延伸的弧形检测元件72，如通过参考图4和图6可以理解的。如图4中所示，磁体60优选地定位在连杆联接凸台42的外圆周表面和磁检测器62的弧形检测元件72之间。当联接件54和作业工具22一起，在由液压挖掘机2执行诸如挖掘土和沙的各种操作时候被作业工具缸32伸缩运动旋转时，磁体60沿弧在连杆联接凸台42的外圆周表面和弧形检测元件72之间移动。由于这个原因，优选地是，为了角度检测目的，磁检测器62的检测元件72采用弧的形状。磁体60的位置由磁检测器62检测并从磁检测器62传送至控制器。接着，由该传送的磁体60的位置，控制器计算联接件54相对于臂20的旋转角，以及作业工具22相对于臂20的旋转角。
优选地是，磁检测器62配置有AMR(各向异性磁阻)传感器。尽管通常采用霍尔集成电路(HallIC)作为磁检测器，AMR传感器可以比Hall IC更精确地检测磁体60的位置，即使当磁体60和弧形检测元件72之间的距离由于组装误差或连杆联接凸台42与连杆联接销56之间的松动等原因稍微发生改变时也是如此，这是由于可以针对AMR传感器将灵敏度范围设置得比Hall IC更宽。
如图6中所示，盖板66中形成通孔74。通孔74的内圆周边缘具有以弧的形状沿磁检测器62的弧形检测元件72延伸的弧形内圆周边缘76。随着磁检测器62被固定至盖板66的内表面，磁检测器62的弧形检测元件72优选地向通孔74的里面突出并超过弧形内圆周边缘76。此类结构允许组装工人通过使用图8中所示的夹具78容易地定位磁检测器62。夹具78由板状构件形成，板状构件具有和磁检测器62的弧形检测元件72相匹配的弧形外圆周边缘80。对应于连杆联接销56的外径的圆形开口82形成在夹具78中。圆形开口82的中心与弧形外圆周边缘80的中心相对齐。当定位磁检测器62时，组装工人将连杆联接销56插入夹具78的圆形开口82并使磁检测器62的弧形检测元件72与夹具78的弧形外圆周边缘80邻接，如图9中所示。作为结果，弧形检测元件72的弧中心与连杆联接销56的中心轴线相对齐。从而，当磁体60随着固定至连杆联接销56的左连杆件54旋转而沿该弧移动时，磁体60和弧形检测元件72之间的距离相对于连杆联接销56的径向保持恒定。作为结果，磁体60的位置可以由磁检测器62精确地检测。
如图6和图7中所示，盖板66优选地设置有从盖板66的外圆周边缘与宽度同向向内突出并沿外圆周边缘延伸的肋部84。此类构造可以防止在盖板66和臂20的左侧壁34之间进入诸如土和沙的异物。只要肋部84可以防止会潜在损坏磁体60和磁检测器62的特定尺寸或更大的异物进入，在肋部84的突出端部和臂20的左侧壁34之间可以存在间隙。在存在此种间隙的情况下，进入盖板66的通孔74等的较小异物通过该间隙排出，从而防止了在盖板66和臂20的左侧壁34之间的异物累积。
参考图5进一步描述液压挖掘机。连杆联接销56的轴向端部部分所固定至的圆形开口85形成在左连杆件54中。如图5中所示，与宽度同向向内突出的一堆突出部86设置在左连杆件54的内表面上，并且优选地是，当连杆联接销56被固定至左连杆件54时，磁体60沿圆形开口85的圆周方向(即，连杆联接销56的圆周方向)定位在这些突出部86之间。根据此类构造，即使当异物进入到盖板66和臂20的左侧壁34之间时，突出部86在磁体60随着左连杆件54旋转而沿弧移动时将异物从磁体60的旋转路径刮去，从而使得防止了在磁体60和异物之间的接触。
图10显示了根据本发明配置的工作臂装置的另一实施例的左连杆件88的透视图。与宽度同向向内突出的环形脊部90通过螺钉92被固定至左连杆件88的内表面。环形脊部90的径向中心与圆形开口85的中心相对齐，并且通过将连杆联接销56固定至左连杆件88，环形脊部90的该径向中心被定位在连杆联接销56的中心轴线上。磁体94嵌入在该环形脊部90中。因此，即使当异物进入到盖板66和臂20的左侧壁34之间时，环形脊部90可以防止异物进入到磁体94的旋转路径内，从而使得防止了在磁体94和异物之间的接触。
附图标记
列表
2 液压挖掘机
8 工作臂装置
20 臂
22 作业工具
28 第一连杆
30 第二连杆
34 侧壁
42 连杆联接凸台
54 连杆件
56 连杆联接销
60 磁体
62 磁检测器
66 盖板
72 弧形检测元件
74 通孔
76 弧形内圆周边缘
84 肋部
86 突出部
90 环形脊部

Claims (7)

1.一种建筑机械的工作臂装置，包括：
臂；
第一连杆，其具有以可旋转方式联接至所述臂的末端的一个端部部分；
第二连杆，其具有以可旋转方式联接至所述第一连杆的另一端部部分的一个端部部分；以及
作业工具，其以可旋转方式联接至所述第二连杆的另一端部部分，并且以可旋转方式联接至所述臂以便定位成比所述第一连杆的所述一个端部部分更靠近所述臂的所述末端，
所述第一连杆沿宽度方向位于与所述臂的侧壁的宽度同向向外处，
其中用于检测所述第一连杆相对于所述臂的旋转角的角度检测装置设置在所述第一连杆的内表面与所述臂的所述侧壁的外表面之间，
其中所述角度检测装置配置有附接至所述第一连杆的所述内表面和所述臂的所述侧壁的所述外表面中的一个的磁体，以及附接至所述第一连杆的所述内表面和所述臂的所述侧壁的所述外表面中的另一个的磁检测器，
其中所述臂设置有沿所述宽度方向延伸并从其所述侧壁突出的圆柱形连杆联接凸台，圆柱形连杆联接销以可旋转方式插入所述连杆联接凸台，并且所述第一连杆的所述一个端部部分被固定至所述连杆联接销，以及
所述磁检测器具有弧形检测元件，所述弧形检测元件以弧的形状沿所述连杆联接凸台的外圆周表面延伸，所述磁体定位在所述连杆联接凸台的所述外圆周表面和所述弧形检测元件之间。
2.根据要求1所述的建筑机械的工作臂装置，
其中所述磁体固定至所述第一连杆的所述内表面，所述磁检测器固定至盖构件，且所述盖构件附接至所述臂的所述侧壁的所述外表面。
3.根据要求2所述的建筑机械的工作臂装置，
其中所述盖构件配置有盖板，所述盖板沿所述宽度方向距离所述臂的所述侧壁的所述外表面一段距离设置，并且所述磁检测器固定至所述盖板的内表面。
4.根据要求3所述的建筑机械的工作臂装置，
其中在所述盖板中形成通孔，并且所述通孔的内圆周边缘具有以弧的形状沿所述磁检测器的所述弧形检测元件延伸的弧形内圆周边缘，以及
随着所述磁检测器被固定至所述盖板的所述内表面，所述磁检测器的所述弧形检测元件向所述通孔的里面突出并超过所述弧形内圆周边缘。
5.根据要求3或4所述的建筑机械的工作臂装置，
其中所述盖板设置有从所述盖板的外圆周边缘与宽度同向向内突出并沿所述外圆周边缘延伸的肋部。
6.根据要求2至4中任一项所述的建筑机械的工作臂装置，
其中所述第一连杆的所述内表面设置有一对与宽度同向向内突出的突出部，并且所述磁体沿所述连杆联接销的圆周方向定位在该对突出部之间。
7.根据要求2至4中任一项所述的建筑机械的工作臂装置，
其中所述第一连杆的所述内表面设置有与宽度同向向内突出的环形脊部，并且所述环形脊部的径向中心定位在所述连杆联接销的中心轴线上，并且
所述磁体嵌入在所述环形脊部中。
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