CN108240004A - 挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种挖掘机，其包括铰接式动臂和平衡机构，该平衡机构通过在所述动臂上施加拉力而至少部分地辅助动臂从下部位置移动到上部位置。

Description

挖掘机

技术领域

本发明涉及包括平衡机构的挖掘机。

背景技术

挖掘机也称为挖土机，其广泛应用于例如挖掘和物料运输的市场。这种挖掘机通常包括动臂、铲斗臂、铲斗和驾驶室，该驾驶室位于由具有轨道或轮组的底盘所支撑的转动平台上。已知的挖掘机使用液压动力来驱动挖掘机的不同元件，特别是用于移动动臂、铲斗臂和铲斗。然而，这种配置通常是低效且昂贵的。

因此，所期望的是至少解决上述问题。此外，结合附图和该技术背景，从随后的发明内容和具体实施方式、以及所附的权利要求书中，其它所期望的特点和特征将变得明显。

发明内容

可以期望的是提供更有效和更节省成本的改进的挖掘机。

在第一实施例中描述的是包括铰接式动臂和平衡机构的挖掘机。通过在动臂上施加拉力，平衡机构至少部分地辅助动臂从下部位置移动到上部位置。因此，与不包括将动臂从下部位置移动到上部位置的至少部分辅助的系统相比，包括与平衡机构相连的上述铰接式动臂的挖掘机的起重操作是更有效的。

在本申请的上下文中的动臂可以包括多个构件，并且可以包括附接部分，该附接部分可以与铲斗、破碎机、抓升装置或螺旋钻相附接。然而，术语“动臂”也可以仅指挖掘机的主臂，也就是与还装载了操作员的驾驶室的平台直接耦接的连杆系统的臂。铲斗臂可以附接到这种动臂上。

此外，在本公开的上下文中，“铰接式”可以包括允许从下部位置到上部位置的限定移动的任何连接。例如，动臂可以铰接在铰链上，例如铰链地耦接到挖掘机的平台。根据第一实施例，平衡机构至少部分地辅助动臂从下部位置移动到上部位置，这是通过在动臂上施加辅助拉力而完成的。例如，术语“至少部分地辅助”可以包括从始至终完全辅助该移动的配置，以及仅在动臂移动的某些范围或点提供辅助的配置，例如在动臂移动初始提供辅助的配置。换句话说，辅助动臂从下部位置移动到上部位置的任意类型的拉力施加可以认为是“部分地辅助”。

根据本公开的另一实施例，平衡机构包括用于产生辅助力的平衡构件，以及将平衡构件与动臂间接且力传递地耦接的力传递机构。

通过以这种方式将平衡构件与动臂耦接，由于平衡构件能够放置在挖掘机的任何合适位置，例如挖掘机的平台或顶层框架的耦接位置的相反侧，动臂在该侧与挖掘机耦接，挖掘机的整体结构的可变性得到改进。换句话说，平衡构件可以布置为与动臂间隔一段距离，例如，在挖掘机的后部。在本文中，“间接且传力地耦接”意味着平衡构件在动臂上没有直接附接，例如平衡构件的元件通过枢轴销的方式直接耦接到动臂的情况。换句话说，由平衡构件产生的力通过至少一个中间构件传递到动臂，该至少一个中间构件除了将力从平衡构件传递到动臂以外不具有附加功能。

根据本公开的另一优选实施例，力传递机构包括挠性构件，优选钢缆或链。

通过使用挠性构件，可以在合适的路径上传递力，从而允许更大的设计自由。此外，使用挠性构件对于传递拉力同时允许轻型结构是最佳的。此外，这种力传递机构是易于维护的。挠性构件可以通过力传递机构中提供的一个或更多个滑轮而偏转。

根据本公开的另一优选实施例，平衡构件在挠性构件的耦接部分处联接到挠性构件，优选地以由平衡构件所产生的力的方向对准或平行于挠性构件在联接部分中的延伸方向的方式。

因此，在优选的结构中，由平衡构件产生的力可以线性地传递到挠性构件，这是有利的，因为在不同于力产生方向的方向上平衡构件上并不产生力。以这种方式，力传递机构的耐久性得到提高。

根据本发明的进一步优选实施例，力传递机构包括传动装置。

在本公开的上下文中，传动装置应理解为能够将输入力转换为不同输出力并因此具有不同于其的传动比的装置或机构。传动装置可以被实现为不变传动装置或可变传动装置，这意味着该传动装置可以包括固定传动比或可变传动比。由于力传递机构包括传动装置，由平衡构件产生的力可以转换成特定配置所需的合适的力，同时将平衡构件的尺寸保持在适当尺寸。因此，使用传动装置允许更紧凑和成本有效的配置。

根据本公开的另一优选实施例，传动装置包括锥形滑轮，挠性构件以轴向偏移的方式围绕锥形滑轮引导。通过这种方式，提供了可靠且易于制造的传动装置。

挠性构件，如钢缆，能够以螺旋方式围绕这种滑轮引导。在本公开的上下文中，轴向偏移的方式应理解为挠性构件和锥形滑轮之间的初始接触在滑轮的第一部分完成并且挠性构件从锥形滑轮的脱离在滑轮的第二部分完成，其中第一部分和第二部分设置在锥形滑轮的不同轴向位置。例如，滑轮可以具有截锥体的形状。

根据本公开的另一优选实施例，力传递机构包括耦接装置，用于将力从挠性构件传递到动臂，从而使得在动臂上产生辅助所述动臂移动的辅助力矩。

耦接装置可以是能够将力从挠性构件传递到动臂、使得在动臂产生辅助力矩的任何装置。例如，耦接装置可以包括圆盘形，并且能够安装到可以与其整体移动的动臂上。挠性构件可以安装到外周边缘表面并被引导在外周边缘表面上。以这种方式，提供了简单且可靠的耦接装置使得整体挖掘机更具有成本效益。

根据本公开的另一优选实施例，耦接装置被构造成使得通过挠性构件引入到耦接装置的力以独立于动臂的位置的固定比率传递到动臂。通过这种方式，施加于动臂的力在动臂的整个移动中保持不变。

根据本公开的另一优选实施例，耦接装置被构造成使得通过挠性构件引入到耦接装置的力以变化比率传递到动臂，该变化比率根据动臂的位置而变化。因此，能够提供变化的传动比率，其能够适应动臂移动范围内的动臂的位置，并因此适应力矩。

根据本公开的另一优选实施例，耦接装置包括力传递装置，所述力传递装置固定地耦接到动臂，使得力传递装置和动臂可以整体移动，其中所述力传递装置包括外周表面，用于将挠性构件从与动臂铰接处的铰链部分引导预定距离，并且其中挠性构件耦接到力传递装置，使得当动臂处于下部位置时，挠性构件的部分与外周表面的预定部分接触。

根据本公开的另一优选实施例，外周表面是至少部分弯曲的，优选至少部分地包括圆弧形。

根据本公开的另一优选实施例，力传递装置的中心轴线与动臂的转动轴线在铰链部分对齐。

根据本发明的另一优选实施例，平衡构件是配重件。

根据本公开的另一优选实施例，平衡构件是压力缸。

根据本公开的另一优选实施例，力传递机构包括刚性构件。

本领域技术人员可以参考附图从非限制性的示例性实施例的以下描述得到其他特征和优点。

附图说明

下文将结合以下附图描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件。

图1-3示出根据本公开的挖掘机的不同实施例；

图4A示出根据本公开的另一实施例的挖掘机的侧视图；图4B和4C示出图4A中所示挖掘机的传动装置的滑轮的不同视角图；

图5-26示出根据本公开的挖掘机的其它不同实施例。

所有附图仅是示例性实施例的示意图，特别地，其中距离和尺寸相关性未按比例呈现。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制应用和用途。此外，不旨在受前述背景技术或发明内容或以下具体实施方式中提出的任何理论的束缚。

图1示出根据本公开的实施例的挖掘机1的侧视图。挖掘机1包括平台2，也称为顶部框架，其转动地耦接至具有轨道5的底盘3。在平台2上，动臂4铰接地安装在铰链部分24，即在动臂4的第一端，并且提供了操作员的驾驶室40。动臂4可以绕转动轴线A转动。斗杆6，也称为操作杆或铲斗臂，铰接地耦接到动臂4。铲斗7铰链地耦接至斗杆6。动臂4可以借助支撑在平台2上且耦接到动臂的第一液压缸50移动，斗杆6可以借助支撑在动臂上且连接到斗杆的第二液压缸52移动，铲斗可以通过支撑在动臂上且连接到铲斗7的第三液压缸54移动。要注意的是，尽管图1中仅示出一个第一缸50，但是在动臂4的每一侧上可以使用两个液压缸50。在所示的配置中，液压缸50对动臂4施加推力以使其移动。在平台2内部，提供了产生动力用于移动挖掘机并驱动液压缸50、52、54的发动机(未示出)。

为了辅助动臂4，以及由此辅助在将动臂从下部位置移动到上部位置中辅助气缸50，挖掘机1还包括平衡机构8，其被配置为在动臂4上施加拉力。这样，通过第一液压缸50在动臂4上需要施加较少的动力以移动动臂4，从而允许使用较小的液压缸。此外，由于通过平衡机构对动臂4施加拉力，因此在第一液压缸50中能够更快地产生使动臂4移动所需的力，所以响应特性得到提高。

图2所示的平衡机构8包括用于产生辅助力的平衡构件10和用于将由平衡构件10产生的力传递到动臂4的力传递机构11。在本实施例中，平衡构件10是包括作为压力气体的氮气的压力缸13，该平衡构件10的一端安装到平台2且另一端耦接到力传递机构11。这里，应当注意，目前描述的挖掘机的总体结构也适用于除了图1所描述的总体结构之外的所有实施例。

图1所示的力传递机构包括挠性构件12，其在该实施例中是钢缆21。然而，链(未示出)也可以代替钢缆21使用。钢缆21一端在耦接部分14处与压力缸13耦接，使得由压力缸13产生的力的方向与钢缆21的延伸方向对齐。在另一端，钢缆21耦接到耦接装置20，该耦接装置20被配置为将力从钢缆21传递到动臂4，使得在所述动臂4上产生辅助动臂4移动的辅助力矩。

耦接装置20被构造成使得通过钢缆21引入到耦接装置20的力以独立于动臂4的位置的固定比率传递到动臂4。为此，耦接装置20包括力传递装置22，其固定地耦接至动臂4使得力传递装置22和动臂能够整体移动。例如，力传递装置22能够被焊接到动臂4，或者可以通过螺栓或螺钉的方式固定地附接。力传递装置22包括外周表面23，其用于从动臂4被铰接处的铰链部分24将钢缆21引导预定距离。

在本实施例中，力传递装置22的外周表面23遵循以中心轴线A为中心的圆形路径。中心轴线A与动臂4的转动轴线B在铰链部分24对齐。钢缆21与力传递装置22在其固定部分22b处耦接，即在图1的力传递装置22的左侧外周表面端上，使得当动臂4处于图1所示的位置时钢缆21的部分12a接触周边表面23的预定部分。所示的该动臂位置也可以称为下部位置。因此，当动臂以逆时针方向移动时，部分12a的尺寸会增加，而当动臂4以顺时针方向移动时，钢缆21会从力传递装置松开，这样会减少部分12a的尺寸。因为外周表面遵循围绕铰链轴A的圆形路径，在力传递装置22传递的力总是以相同比率转化成作用于动臂4的力矩。换句话说，如果通过压力缸13产生的力在动臂4的整个移动区域上是恒定的，那么在动臂4上会产生相应的恒定转矩。

图2示出了与图1所示的结构不同的挖掘机1的结构，其中压力缸13是相反地布置的。在该结构中，支撑在平台2上的压力缸13的后端面对动臂4，耦接部分14位于图2的右侧。在该实施例中，耦接部分14包括构件14a，其允许钢缆21在相对于压力缸13横向偏移的位置处耦接。在该结构中，钢缆13沿着并且平行于压力缸13延伸。

图3示出与图1所示的结构不同的挖掘机1的结构，其中与图2所示实施例相似，压力缸13是相反地布置的。然而，在图3的实施例中，力传递机构11包括在所示实施例中使钢缆21偏转大约180°的偏转滑轮11a。通过这种结构，施加在压力缸上的拉力的方向与力传递装置22的尺寸无关。在该实施例中，压力缸基本水平延伸，并且即使使用不同形状的力传递装置22也不会改变。

图4A示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图3所示结构不同之处在于力传递机构11包括由锥形滑轮11b实现的传动装置，即成形为截头锥体形的滑轮，而不是图3所示的偏转滑轮11a。在该实施例中，通过钢缆21与滑轮的接触的建立或释放产生的滑轮表面部分之间的直径差而产生传动。在图4A所示的实施例中，这些滑轮表面部分被设置在如图4B和4C所示的锥形滑轮11b的圆锥形表面的左端和右端。在图4A的实施例中，来自压力缸13的钢缆21与图4C左侧上的锥形滑轮11b的表面发生接触，即在具有最大直径的滑轮部分发生接触。然后，将钢缆21多次缠绕在滑轮的外表面上，留下滑轮表面具有最小直径的部分。以这种方式，通过滑轮增加钢缆21上的输出力。因此，锥形滑轮11b提供可靠且成本有效的传动。

图5示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图1所示结构的不同之处仅在于压力缸13耦接到平台2的下部，使得钢缆21的较大部分12a是可用的，其能够接触外周表面23的预定部分。利用这种结构，辅助范围增加。

图6示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图1所示结构的不同之处仅在于耦接装置20的结构。耦接装置20被构造为使得由钢缆21引入到耦接装置20的力以取决于动臂4位置的可变比率传递到动臂4。为此，耦接装置20包括力传递装置22a，所述力传递装置22a固定耦接到动臂4，使得力传递装置22a和动臂4能够整体移动。力传递装置22a包括外周表面23a，其包括由围绕中心轴线A延伸的路径所限定的轮廓，而当沿着图5中顺时针方向的路径时，相对于轴A的径向距离增加。随着离轴A的径向距离的增加，力矩相应地增加。借助图5所示的结构，力传递装置22a被构造为使得当动臂转动到最低位置时，通过钢缆21引入到力传递装置22a的力产生最大扭矩。当动臂4沿顺时针方向转动时，来自钢缆21的力被引入到力传递装置22a处的点朝着轴A、B移动，使得扭矩产生的距离减小。相应地，传动比率随着动臂4的移动而变化。

图7示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图6所示结构的不同之处在于力传递机构11包括设置在压力缸13和耦接装置20之间的偏转滑轮11c。通过使用偏转滑轮11c，经由耦接部分14传递的力总是沿相同方向传递，该方向在所示实施例中是基本上水平的方向。

图8示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图7所示结构的不同之处仅在于力传递机构11包括结构与图4A、4B和4C所示的锥形滑轮11b相似的偏转滑轮11d。因此，偏转滑轮11d还具有参照图4A、4B和4C所示的实施例描述的上述传动能力。

图9示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图2所示结构不同之处仅在于耦接装置20被构造成图5所示的实施例中的所述结构。

图10示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图7所示结构不同之处在于压力缸以与图2所示的实施例所述的方式相反地布置。

图11示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图3所示结构不同之处仅在于耦接装置20被构造成图5所示的实施例中的所述结构。

图12示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图8所示结构不同之处仅在于压力缸以与图2所示的实施例所述的方式相反地布置。

图13示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图4所示结构不同之处仅在于耦接装置20被构造成图6所示的实施例中的所述结构。

图14示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图5所示结构不同之处仅在于耦接装置20被构造成图6所示的实施例中的所述结构。

图15示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图7所示结构不同之处仅在于，连杆机构60替代耦接装置20，用于将通过钢缆21引入到连杆机构60的力以独立于动臂4的位置的固定比率传递到动臂4。为此，连杆机构60包括刚性力传递连杆62和刚性导向连杆64，其中刚性力传递连杆62的一端在连接部分66处连接到钢缆21，其另一端铰接地耦接到动臂4，刚性导向连杆64的一端耦接到钢缆21与力传递连杆62之间的连接部分66，另一端铰接至平台2。

图16示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图8所示结构不同之处仅在于使用根据图15所示实施例的连杆机构60代替耦接装置20。

图17示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图3所示结构不同之处仅在于使用根据图15所示实施例的连杆机构60代替耦接装置20。

图18示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图4A、4B和4C所示结构不同之处仅在于使用根据图15所示实施例的连杆机构60代替耦接装置20。

图19示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图15所示结构不同之处在于力传递机构完全由刚性构件14a、62、64和68构成。换句话说，钢缆21以及偏转滑轮11c被构件68和14a代替。关于构件14a，可以参考也包括该构件14a的上述实施例。

图20示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图19所示结构不同之处在于压力缸被相反地布置并施加推力。

图21示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图15所示结构不同之处在于连杆机构60包括长度可调的液压缸70。通过调节液压缸70的长度，能够调整通过连杆62施加在动臂4上的力的传动比率。

图22示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图16所示结构不同之处在于连杆机构60包括图21所示的实施例中所述的长度可调的液压缸70。

图23示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图17所示结构不同之处在于连杆机构60包括图21所示的实施例中所述的长度可调的液压缸70。

图24示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图18所示结构不同之处在于连杆机构60包括图21所示的实施例中所述的长度可调的液压缸70。

图25示出根据另一实施例的挖掘机1的结构，其与图19所示结构不同之处在于连杆机构60包括图21所示的实施例中所述的长度的可调液压缸70。

需要注意的是不同尺寸的铲斗能够用在铲斗臂上。此外，也可以使用其他工具替代铲斗。负载传递机构11能够适用于所使用的铲斗或工具尺寸，以使其以最佳方式辅助动臂向上移动。为此，可以提供具有可调的传动比率的元件。例如，力传递装置能够可释放地被锁定到动臂上，并且能够用具有不同形状并且更好地适应所安装的工具或铲斗尺寸的其他力传递装置更换。还可以在轴B的方向提供具有多个不同力传递部分的力传递装置，并且力传递改变机构能够在力传递部分之间转换，以使力传递装置适应铲斗或负载尺寸。

总而言之，需要指出的是诸如“包括”之类的术语并不意在排除提供另外的元件或步骤。进一步需要注意的是，指示物前没有数量词不排除多个。此外，结合不同实施例描述的特征能够根据需要彼此组合。还应注意，权利要求中的附图标记不应理解为限制权利要求的范围。此外，尽管在上述发明内容和具体实施方式中已经给出了至少一个示例性实施例，但是应当理解，其存在大量变化方案。

还应当理解，示例性实施例仅是实例，并不旨在以任何方式限制范围、适用性或结构。相反，上述发明内容和具体实施方式将为本领域技术人员提供用于实现示例性实施例的便捷路径，应当理解，在不脱离所附权利要求及其合法等同物所阐述的范围的情况下，可以在示例性实施例中描述的要素的功能和排布中进行各种改变。

Claims (15)

1.一种挖掘机(1)，其包括

铰接式动臂(4)；

平衡机构(8)，其通过在所述动臂(4)上施加拉力而至少部分地辅助所述动臂(4)从下部位置移动至上部位置。

2.根据权利要求1所述的挖掘机(1)，其中所述平衡机构(8)包括用于产生辅助力的平衡构件(10)和间接且传力地将所述平衡构件(10)和所述动臂(4)耦接的力传递机构(11)。

3.根据权利要求2所述的挖掘机(1)，其中所述力传递机构(11)包括挠性构件(12)，优选是钢缆(21)或钢链。

4.根据权利要求3所述的挖掘机(1)，其中所述平衡构件(10)在所述挠性构件(12)的耦接部分(14)处耦接到所述挠性构件(12)，优选地以由所述平衡构件(10)所产生的力的方向与所述挠性构件(12)在所述耦接部分(14)中的延伸方向对齐或平行的方式。

5.根据权利要求3和4中任一项所述的挖掘机(1)，其中所述力传递机构(11)包括传动装置(16)。

6.根据权利要求5所述的挖掘机(1)，其中所述传动装置(16)包括锥形滑轮(18)，且其中所述挠性构件(12)以轴向偏移方式围绕所述锥形滑轮(18)引导。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的挖掘机，其中所述力传递机构(11)包括耦接装置(20)，所述耦接装置(20)用于将力从所述挠性构件(12)传递到所述动臂(4)，使得在所述动臂上产生辅助所述动臂(4)的所述移动的辅助力矩。

8.根据权利要求7所述的挖掘机(1)，其中所述耦接装置(20)被构成为使得通过所述挠性构件(12)引入到所述耦接装置(20)的力以独立于所述动臂(4)的位置的固定比率传递到所述动臂(4)。

9.根据权利要求7所述的挖掘机(1)，其中所述耦接装置(20)被构成为使得通过所述挠性构件(12)引入到所述耦接装置(20)的力以变化比率传递到所述动臂(4)，所述变化比率根据所述动臂(4)的位置而变化。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的挖掘机(1)，其中所述耦接装置(20)包括力传递装置(22)，所述力传递装置(22)固定地耦接到所述动臂(4)，使得所述力传递装置(22)和所述动臂能够整体移动，

所述力传递装置(22)包括外周表面(23)，用于将所述挠性构件(12)从与所述动臂(4)铰接的铰链部分(24)引导预定距离，且其中

所述挠性构件(12)耦接到所述力传递装置(22)，使得当所述起动臂(4)位于下部位置时，所述挠性构件(12)的部分(12a)接触所述外周表面(23)的预定部分。

11.根据权利要求10所述的挖掘机(1)，其中所述外周表面(23)至少是部分弯曲的，且优选至少部分地包括圆弧形状。

12.根据权利要求11所述的挖掘机(1)，其中所述力传递装置的中心轴线(A)与所述动臂(4)的转动轴线(B)在所述铰链部分(24)对齐。

13.根据权利要求2至12中任一项所述的挖掘机(1)，其中所述平衡构件(10)是配重件。

14.根据权利要求2至12中任一项所述的挖掘机(1)，其中所述平衡构件(10)是压力缸(13)。

15.根据权利要求2至14中任一项所述的挖掘机(1)，其中所述力传递机构(11)包括刚性构件(32、34)。