CN107882081A - 改进式动臂根脚设计 - Google Patents

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CN107882081A CN201710078215.9A CN201710078215A CN107882081A CN 107882081 A CN107882081 A CN 107882081A CN 201710078215 A CN201710078215 A CN 201710078215A CN 107882081 A CN107882081 A CN 107882081A
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Abstract

本发明涉及改进式动臂根脚设计。公开了动臂和动臂根脚段，所述动臂包括中央段和在所述根脚与中央段之间延伸的箱段。所述箱段包括第一侧壁和第二侧壁。所述根脚段包括用于将所述动臂连接到机器的机器连接件，并包括第一突出法兰和第二突出法兰。所述第一突出法兰联接到所述第一侧壁，并且所述第二突出法兰联接到所述第二侧壁。所述根脚段可以包括隔板。所述机器连接件、隔板和法兰可以由单件材料形成。所述法兰可以由不具有焊接点根部的焊接接头联接到所述侧壁。所述法兰可以延伸超出所述隔板以允许在所述焊接接头中进行内焊接。所述法兰和侧壁可以具有用于因熔合的凹槽焊接点而形成的所述焊接接头的双斜面边缘。

Description

改进式动臂根脚设计
技术领域
本公开涉及机械设计，更具体地涉及一种用于机器的改进式动臂根脚设计。
背景技术
一些机器(例如挖掘机)包括通常被称为动臂的后部结构段。后部结构段或动臂可以包括：动臂根脚段，该动臂根脚段连接到机器的上框架；动臂中央段；以及动臂前端段，该动臂前端段为连接到铲斗或其它工具的斗杆提供销接附件。动臂根脚通常由穿过动臂根脚铸件或锻件的动臂根脚销连接到机器的上框架。动臂根脚将动臂负载传递到机器的上框架。从动臂的高箱段(位于动臂根脚与中央段之间)向动臂根脚销(连接到上框架)的过渡发生在非常短的距离上。在铲斗的角挖掘和侧向装载期间，在高箱段的侧板与动臂根脚铸件之间的动臂接头处存在大的扭转负载。
在传统的动臂根脚铸件/锻件设计中，添加单独焊接的隔板以帮助动臂根脚抵抗扭转。此外，传统的动臂根脚设计为侧板配备了单独固定的背衬条接头，或者为侧板配备了用于接头的位于铸件或锻件上的机加工搁板。在这些设计中，存在焊接点根部，尤其是在存在于动臂根脚处的较大轴向和弯曲负载下，焊接点根部可以引发裂纹。传统的动臂根脚设计在动臂根脚处使用较厚区段或外部倍增器，以降低焊接点根部处的应力从而防止裂纹扩展。
期望的是这样的动臂根脚设计，其有助于抵抗动臂根脚的扭转，消除了动臂的高箱段的侧板与动臂根脚铸件之间的接头处的焊接点根部，和/或抵抗动臂的高箱段的侧板与动臂根脚铸件之间的焊接接头破裂。
发明内容
公开了一种用于机器的动臂，并且公开了一种供连接到机器的动臂用的动臂根脚段，其中所述动臂包括动臂中央段和箱段，所述箱段在所述动臂根脚段与所述动臂中央段之间延伸。所述箱段包括第一侧壁和第二侧壁。所述动臂根脚段包括：机器连接件，所述机器连接件被构造成将所述动臂连接到所述机器；以及第一突出法兰和第二突出法兰。所述第一突出法兰被构造成联接到所述动臂的所述箱段的所述第一侧壁，并且所述第二突出法兰被构造成联接到所述动臂的所述箱段的所述第二侧壁。所述动臂根脚段还可以包括隔板，其中所述第一突出法兰和所述第二突出法兰远离所述机器连接件延伸而超出所述隔板。所述机器连接件、所述隔板以及所述第一突出法兰和所述第二突出法兰可以由单件材料形成。所述隔板可以包括孔，所述孔被构造成将内部芯部从所述动臂根脚段移除。
所述第一突出法兰可以由第一焊接接头联接到所述箱段的所述第一侧壁，并且所述第二突出法兰可以由第二焊接接头联接到所述箱段的所述第二侧壁。所述第一焊接接头和所述第二焊接接头可以均被构造成不包括焊接点根部。所述第一突出法兰可以延伸超出所述隔板的程度足以允许第一内焊接点和第一外焊接点被熔合而形成所述第一焊接接头，并且所述第二突出法兰可以延伸超出所述隔板的程度足以允许第二内焊接点和第二外焊接点被熔合而形成所述第二焊接接头。所述第一突出法兰和所述第二突出法兰可以延伸超出所述隔板的程度足以允许机器人焊机实现所述第一焊接接头的所述第一内焊接点和所述第二焊接接头的所述第二内焊接点。所述第一突出法兰可以具有在所述第一焊接接头中用于连接到所述第一侧壁的双斜面边缘，并且所述第二突出法兰可以具有在所述第二焊接接头中用于连接到所述第二侧壁的双斜面边缘。
所述第一侧壁可以具有在所述第一焊接接头中使用的双斜面边缘，并且所述第二侧壁可以具有在所述第二焊接接头中使用的双斜面边缘。所述第一侧壁的所述双斜面边缘和所述第一突出法兰的所述双斜面边缘可以形成第一内V形凹槽和第一外V形凹槽，并且所述第一焊接接头可以形成在所述第一内V形凹槽和所述第一外V形凹槽中。所述第二侧壁的所述双斜面边缘和所述第二突出法兰的所述双斜面边缘可以形成第二内V形凹槽和第二外V形凹槽，并且所述第二焊接接头可以形成在所述第二内V形凹槽和所述第二外V形凹槽中。所述第一焊接接头可以包括形成在所述第一内V形凹槽中的第一凹槽焊接点以及形成在所述第一外V形凹槽中的第二凹槽焊接点，其中所述第一凹槽焊接点和所述第二凹槽焊接点被熔合而形成所述第一焊接接头。所述第二焊接接头可以包括形成在所述第二内V形凹槽中的第三凹槽焊接点以及形成在所述第二外V形凹槽中的第四凹槽焊接点，其中所述第三凹槽焊接点和所述第四凹槽焊接点被熔合而形成所述第二焊接接头。
附图说明
参考结合附图对本公开的实施方式做出的以下描述，本公开的上述方面及获得它们的方式将变得更加明显，并且本公开本身将更好理解，其中：
图1图示了具有动臂的示例性机器，即，挖掘机；
图2图示了包括动臂根脚段、动臂中央段和动臂前端段的现有挖掘机动臂的示例；
图3图示了图2的箱段和动臂根脚段的更近视图，其中箱段的第一侧板和顶板被移除以显示出箱段的内部；
图4图示了针对图2和图3中示出的实施方式位于根脚铸件与箱段的第一侧壁之间的凹槽焊接点的横截面；
图5图示了改进式挖掘机动臂的示例；
图6图示了图5的箱段和改进式动臂根脚段的更近视图，其中箱段的第一侧板和顶板被移除以显示出箱段的内部；以及
图7图示了动臂根脚铸件的第一突出法兰与改进式动臂的第一侧板之间的双斜面接头的横截面。
在这几个图中，对应的附图标记用于指示对应的部分。
具体实施方式
下面描述的本公开的实施方式并不旨在是详尽的或者将本公开限制为以下详细描述中的精确形式。相反，选择并描述这些实施方式的目的是使得本领域技术人员可领会并理解本公开的原理和实践。
图1图示了示例性挖掘机100，挖掘机100包括框架110、驾驶室120、发动机隔间和配重130、牵引装置140、动臂150、斗杆160和铲斗170。驾驶室120、发动机隔间和配重130和牵引装置140联接到框架110。动臂150的近端枢转地联接到框架110，并且动臂150的远端枢转地联接到斗杆160。斗杆160的近端枢转地联接到动臂150，并且斗杆160的远端枢转地联接到铲斗170。动臂缸152的近端联接到框架110，远端联接到动臂150。动臂缸152可以用于升高和降低动臂150。斗杆缸162的近端联接到动臂150，远端联接到斗杆160。斗杆缸162可以用于升高和降低斗杆160。铲斗缸172的近端联接到斗杆160，远端联接到铲斗连杆174，铲斗连杆174联接到铲斗170。铲斗缸172和铲斗连杆174可以用于移动铲斗170。
图2示出了现有挖掘机动臂200的示例，现有挖掘机动臂200包括动臂根脚段210、动臂中央段220和动臂前端段230。动臂根脚段210包括动臂根脚铸件212，动臂根脚铸件212包括根脚销孔214，动臂根脚销可以插入到根脚销孔214中以将动臂200枢转地连接到挖掘机100的框架110。动臂中央段220包括：动臂缸连接件222，用于联接动臂缸152以升高和降低动臂200；以及斗杆缸连接件224，用于联接斗杆缸162以升高和降低挖掘机斗杆160。动臂前端段230包括含有前端销孔234的前端铸件或堆叠板232，动臂前端销可以插入到前端销孔234中以将挖掘机斗杆160枢转地连接到动臂200。
动臂200进一步包括在动臂根脚段210与动臂中央段220之间延伸的箱段250。箱段250包括第一侧板252、顶板254、第二侧板256和底板258。图3示出了箱段250和动臂根脚段210的更近视图，其中第一侧板252和顶板254被移除以显示出箱段250的内部。动臂根脚铸件212经由动臂根脚销连接件214将负载从挖掘机100的动臂200传递到框架110。从箱段250向动臂根脚销连接件214的过渡发生在非常短的距离上。在铲斗170的角挖掘和侧向装载期间，将大的扭转负载施加在箱段250与根脚铸件212之间的连接件处。这些大的扭转负载可能会导致在箱段250与根脚铸件212之间的连接件处发生扭转，这与高的轴向挖掘负载相组合，可能会在箱段250的侧板252、256与根脚铸件212之间的连接件处导致焊接点中不期望的裂纹。
有助于抵抗这种扭转并且保护动臂的一种设计是将单独焊接的隔板300(在图3中示出)添加到根脚铸件212的后表面。隔板300被焊接至根脚铸件212并且有助于抵消根脚铸件212上的扭转力。传统的动臂根脚设计还可以包括焊接在箱段250的侧面上的额外的侧板或“倍增器”，使之延伸以覆盖箱段250与根脚铸件212之间的连接件。
图4图示了针对图2和图3中示出的实施方式位于根脚铸件212与第一侧壁252之间的凹槽焊接点402的横截面。根脚铸件212和第一侧壁252的布置形成V形凹槽，并且凹槽焊接点402沿着V形凹槽接合根脚铸件212和第一侧壁252。凹槽焊接点402具有：位于V形凹槽的基部处的焊接点根部404；以及位于凹槽焊接点402的外表面处的焊接面406。第三侧壁256类似地焊接到根脚铸件212的另一侧面。第一侧壁252和第三侧壁256未被焊接至顶板254或底板258或未被焊接至隔板300。凹槽焊接点402易于使裂纹410从焊接点根部404朝向焊接面406传播。期望减少或消除这些裂纹410。
图5示出了改进式挖掘机动臂500的示例，改进式挖掘机动臂500包括动臂根脚段510、动臂中央段520和动臂前端段530。动臂根脚段510可以包括动臂根脚铸件512，动臂根脚铸件512包括根脚销孔514，动臂根脚销可以插入到根脚销孔514中以将动臂500枢转地连接到挖掘机100的框架110。动臂中央段520可以包括：动臂缸连接件522，用于联接动臂缸152以升高和降低动臂500；以及斗杆缸连接件524，用于联接斗杆缸162以升高和降低挖掘机斗杆160。动臂前端段530可以包括含有前端销孔534的前端铸件532，动臂前端销可以插入到前端销孔534中以将挖掘机斗杆160枢转地连接到动臂500。
动臂500进一步包括在动臂根脚段510与动臂中央段520之间延伸的箱段550。箱段550包括第一侧板552、顶板554、第二侧板556和底板558。图6示出了箱段550和动臂根脚段510的更近视图，其中第一侧板552和顶板554被移除以显示出箱段550的内部。动臂根脚铸件512包括隔板610和突出的双斜面法兰620、622，突出的双斜面法兰620、622延伸超出隔板610以分别联接到第一侧板552和第二侧板556。隔板610和突出的双斜面法兰620、622可以一体地铸造或铸造为动臂根脚铸件512的一部分，所以整个件(动臂根脚铸件512、根脚销孔514、隔板610和法兰620、622)由单件材料形成。一体铸造的隔板610可以包括孔612，孔612可以用于将内部芯部从动臂根脚铸件512移除。孔612可以是圆形的，并且可以约为108毫米的直径。
图7示出了动臂根脚铸件512的第一突出法兰620与第一侧板552之间的双斜面接头的横截面视图。类似的双斜面接头形成在动臂根脚铸件512的第二突出法兰622与第二侧板556之间。第一突出法兰620与第一侧板552之间的双斜面接头使得在接头的接头内和接头外存在凹槽焊接点702、704，这允许第一侧板552被完全熔合到动臂根脚铸件512，不留下可能引发裂纹(焊接接头的完全熔合)的焊接点根部。类似地，第二突出法兰622与第二侧板556之间的双斜面接头使得在此接头的接头内和接头外存在凹槽焊接点，这允许第二侧板556被完全熔合到动臂根脚铸件512，不留下可能引发裂纹的焊接点根部。
突出法兰620、622可以延伸超出隔板610，以提供从侧板552、556向动臂根脚铸件512更少的突变刚度过渡。突出法兰620、622可以延伸超出隔板610，以使得可以针对侧板552、556与法兰620、622之间的两侧上的内凹槽焊接点702实现内焊接。内焊接点702和外焊接点704实现了侧板552、556与法兰620、622之间的接头的完全熔合。突出法兰620、622可以延伸超出隔板610，以为机器人焊机针对内凹槽焊接点702进行内焊接提供空间。使突出法兰620、622延伸超出隔板610约80毫米已被发现可以提供足够的空间，然而还可以使用其它长度。侧板552、556与法兰620、622之间的接头的完全熔合可以使用内焊接点702和外焊接点704实现，例如侧板552、556与法兰620、622之间的V形凹槽可以约为45度，在侧板552、556与法兰620、622之间存在较小间隙。侧板552、556与法兰620、622之间的间隙可以约为2毫米。在替代实施方式中，突出法兰和侧板两者均具有30度斜面，从而为V形凹槽形成60度开口。
该改进式动臂根脚设计有助于消除源自当前生产的动臂上的焊接点根部的裂纹。传统的动臂根脚设计必须在动臂根脚处使用较厚区段或外部倍增器，以降低焊接点根部处的应力，从而充分减缓裂纹扩展。铸件的突出法兰可以使焊枪能够出入以在侧板上实现内焊接，这提供了从根脚铸件的铸态隔板区到侧板接头的刚性过渡区域。
虽然已经在图中和前述描述中详细地说明和描述了本公开，但是这样的说明和描述应被认为是示例性的而不是限制性的，应理解的是，说明性实施方式已被示出和描述，并且期望保护落入本公开的精神内的所有的变型和修改。将指出的是，本公开的替代实施方式可不包括所描述的所有特征，而仍然受益于这样的特征的至少一些优点。本领域普通技术人员可容易设计其自身的实现方案，该实现方案并入本公开的一个或多个特征并且落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。

Claims (20)

1.一种供连接到机器的动臂用的动臂根脚段，所述动臂包括动臂中央段和箱段，所述箱段在所述动臂根脚段与所述动臂中央段之间延伸，所述箱段包括第一侧壁和第二侧壁，所述动臂根脚段包括：
机器连接件，所述机器连接件被构造成将所述动臂连接到所述机器；
第一突出法兰；以及
第二突出法兰；
其中，所述第一突出法兰被构造成联接到所述动臂的所述箱段的所述第一侧壁，并且所述第二突出法兰被构造成联接到所述动臂的所述箱段的所述第二侧壁。
2.根据权利要求1所述的动臂根脚段，所述动臂根脚段进一步包括隔板，所述第一突出法兰和所述第二突出法兰远离所述机器连接件延伸而超出所述隔板。
3.根据权利要求2所述的动臂根脚段，其中，所述机器连接件、所述隔板以及所述第一突出法兰和所述第二突出法兰由单件材料形成。
4.根据权利要求3所述的动臂根脚段，其中，所述隔板包括孔，所述孔被构造成将内部芯部从所述动臂根脚段移除。
5.根据权利要求3所述的动臂根脚段，其中，所述第一突出法兰由第一焊接接头联接到所述箱段的所述第一侧壁，并且所述第二突出法兰由第二焊接接头联接到所述箱段的所述第二侧壁。
6.根据权利要求5所述的动臂根脚段，其中，所述第一焊接接头和所述第二焊接接头均不具有焊接点根部。
7.根据权利要求6所述的动臂根脚段，其中，所述第一突出法兰延伸超出所述隔板的程度足以允许第一内焊接点和第一外焊接点被熔合而形成所述第一焊接接头，并且所述第二突出法兰延伸超出所述隔板的程度足以允许第二内焊接点和第二外焊接点被熔合而形成所述第二焊接接头。
8.根据权利要求7所述的动臂根脚段，其中，所述第一突出法兰和所述第二突出法兰延伸超出所述隔板的程度足以允许机器人焊机实现所述第一焊接接头的所述第一内焊接点和所述第二焊接接头的所述第二内焊接点。
9.根据权利要求7所述的动臂根脚段，其中，所述第一突出法兰具有在所述第一焊接接头中用于连接到所述第一侧壁的双斜面边缘，并且所述第二突出法兰具有在所述第二焊接接头中用于连接到所述第二侧壁的双斜面边缘。
10.一种用于连接到机器的动臂，所述动臂包括：
动臂根脚段，所述动臂根脚段包括机器连接件、第一突出法兰和第二突出法兰，所述机器连接件被构造成将所述动臂连接到所述机器；
动臂中央段；以及
箱段，所述箱段在所述动臂根脚段与所述动臂中央段之间延伸，所述箱段包括第一侧壁和第二侧壁；
其中，所述第一突出法兰联接到所述动臂的所述箱段的所述第一侧壁，并且所述第二突出法兰联接到所述动臂的所述箱段的所述第二侧壁。
11.根据权利要求10所述的动臂，其中，所述动臂根脚段进一步包括隔板，所述第一突出法兰和所述第二突出法兰远离所述机器连接件延伸而超出所述隔板。
12.根据权利要求11所述的动臂，其中，所述动臂根脚段的所述机器连接件、所述隔板以及所述第一突出法兰和第二突出法兰由单件材料形成。
13.根据权利要求12所述的动臂，其中，所述隔板包括孔，所述孔被构造成将内部芯部从所述动臂根脚段移除。
14.根据权利要求12所述的动臂，其中，所述第一突出法兰由第一焊接接头联接到所述箱段的所述第一侧壁，并且所述第二突出法兰由第二焊接接头联接到所述箱段的所述第二侧壁。
15.根据权利要求14所述的动臂，其中，所述第一焊接接头和所述第二焊接接头均不具有焊接点根部。
16.根据权利要求15所述的动臂，其中，所述第一突出法兰延伸超出所述隔板的程度足以允许第一内焊接点和第一外焊接点被熔合而形成所述第一焊接接头，并且所述第二突出法兰延伸超出所述隔板的程度足以允许第二内焊接点和第二外焊接点被熔合而形成所述第二焊接接头。
17.根据权利要求16所述的动臂，其中，所述第一突出法兰和所述第二突出法兰延伸超出所述隔板的程度足以允许机器人焊机实现所述第一焊接接头的所述第一内焊接点和所述第二焊接接头的所述第二内焊接点。
18.根据权利要求16所述的动臂，其中，所述第一突出法兰具有在所述第一焊接接头中用于连接到所述第一侧壁的双斜面边缘，并且所述第二突出法兰具有在所述第二焊接接头中用于连接到所述第二侧壁的双斜面边缘。
19.根据权利要求18所述的动臂，其中，所述第一侧壁具有在所述第一焊接接头中使用的双斜面边缘，并且所述第二侧壁具有在所述第二焊接接头中使用的双斜面边缘；所述第一侧壁的所述双斜面边缘和所述第一突出法兰的所述双斜面边缘形成第一内V形凹槽和第一外V形凹槽，所述第一焊接接头形成在所述第一内V形凹槽和所述第一外V形凹槽中，并且所述第二侧壁的所述双斜面边缘和所述第二突出法兰的所述双斜面边缘形成第二内V形凹槽和第二外V形凹槽，所述第二焊接接头形成在所述第二内V形凹槽和所述第二外V形凹槽中。
20.根据权利要求19所述的动臂，其中，所述第一焊接接头包括形成在所述第一内V形凹槽中的第一凹槽焊接点以及形成在所述第一外V形凹槽中的第二凹槽焊接点，所述第一凹槽焊接点和所述第二凹槽焊接点被熔合而形成所述第一焊接接头；并且其中，所述第二焊接接头包括形成在所述第二内V形凹槽中的第三凹槽焊接点以及形成在所述第二外V形凹槽中的第四凹槽焊接点，所述第三凹槽焊接点和所述第四凹槽焊接点被熔合而形成所述第二焊接接头。
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