CN112982539A - 挖掘机的工作臂、挖掘机的工作臂的控制方法及挖掘机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种挖掘机的工作臂、挖掘机的工作臂的控制方法及挖掘机，其中挖掘机的工作臂包括：动臂、斗杆以及属具，动臂、斗杆和属具通过铰接依次连接；属具油缸，属具油缸的缸体铰接在斗杆上；摇杆以及连接杆，摇杆的第一端铰接在斗杆上，连接杆的第一端铰接在属具上，属具油缸的活塞杆的端部、摇杆的第二端以及连接杆的第二端通过铰接连接在一起，其中，摇杆配置为长度可以改变。本发明的技术方案解决了现有技术中的挖掘机的工作灵活性差缺陷。

Description

挖掘机的工作臂、挖掘机的工作臂的控制方法及挖掘机
技术领域
本发明涉及挖掘机设备技术领域，具体涉及一种挖掘机的工作臂、挖掘机的工作臂的控制方法及挖掘机。
背景技术
挖掘机为常用的工程机械。挖掘机的工作臂包括互相连接的动臂、斗杆以及铲斗(或者其他属具)。其中，现有技术中的铲斗结构参照公开号为CN111827381A的中国专利申请中的图1。铲斗油缸伸出或者缩回时，带动摇杆摆动，摇杆的摆动可以通过连接杆带动铲斗摆动，进而完成各种工作动作。
但是在上述方案中，摇杆是一个长度固定的结构，因此在铲斗油缸和铲斗规格一定的情况下，输出的挖掘力和挖掘幅度的是一定的，只能针对一种地面或者工作情况进行工作，导致挖掘机的工作灵活性差。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的挖掘机的工作灵活性差缺陷，从而提供一种挖掘机的工作臂、挖掘机的工作臂的控制方法及挖掘机。
为了解决上述问题，本发明提供了一种挖掘机的工作臂，包括：动臂、斗杆以及属具，动臂、斗杆和属具通过铰接依次连接；属具油缸，属具油缸的缸体铰接在斗杆上；摇杆以及连接杆，摇杆的第一端铰接在斗杆上，连接杆的第一端铰接在属具上，属具油缸的活塞杆的端部、摇杆的第二端以及连接杆的第二端通过铰接连接在一起，其中，摇杆配置为长度可以改变。
可选地，摇杆为可伸缩结构。
可选地，摇杆包括摇杆油缸，摇杆油缸的缸体铰接在斗杆上，摇杆油缸的活塞杆的端部、属具油缸的活塞杆的端部和连接杆的第二端通过铰接连接在一起。
可选地，工作臂还包括压力传感器以及控制系统，压力传感器适于检测属具油缸的油压压力，压力传感器和摇杆与控制系统连接，其中，控制系统配置为，压力传感器检测到属具油缸的油压压力达到泄压压力时，控制系统控制摇杆的长度缩短。
可选地，属具为铲斗。
可选地，工作臂还包括斗杆油缸，斗杆油缸的缸体铰接在动臂上，斗杆油缸的活塞杆的端部铰接在斗杆上。
可选地，工作臂还包括动臂油缸，动臂油缸的缸体适于与铰接在挖掘机的车体上，动臂油缸的活塞杆的端部铰接在动臂上。
本发明还提供了一种挖掘机的工作臂的控制方法，挖掘机的工作臂为上述的挖掘机的工作臂，控制方法包括：增加摇杆的长度，以增加属具的摆动范围；减小摇杆的长度，以增加属具的摆动力矩。
可选地，控制方法还包括：压力传感器检测到属具油缸的油压压力达到泄压压力时，控制系统控制摇杆的长度缩短。
本发明还提供了一种挖掘机，包括上述的工作臂。
本发明具有以下优点：
利用本发明的技术方案，将摇杆设置为长度可改变结构，进而可以对属具的摆动力矩和摆动范围进行条调节：当摇杆结构长度较长时，摇杆和属具油缸之间的夹角较小，因此属具油缸产生的推力在属具挖掘方向的分力较小，但此时属具的摆动范围较大；当摇杆长度较短时，摇杆和属具油缸之间的夹角较大，此时属具油缸产生的推力在属具挖掘方向的分力较大，但此时属具的摆动范围较小。根据上述结构，可以根据地面情况或者实际工作需要来调整属具的挖掘力和挖掘幅度的关系，进而使得挖掘机可以适应不同的工况。因此本发明的技术方案解决了现有技术中的挖掘机的工作灵活性差缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的挖掘机的结构示意图；
图2示出了图1中挖掘机在属具工作时的受力分析示意图；以及
图3示出了图1中挖掘机的属具油缸、摇杆油缸和压力传感器的连接示意图。
附图标记说明：
10、动臂；20、斗杆；30、属具；40、属具油缸；50、摇杆；60、连接杆；70、压力传感器；80、斗杆油缸；90、动臂油缸。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所述，本实施例的挖掘机的工作臂包括：动臂10、斗杆20以及属具30、属具油缸40、摇杆50以及连接杆60。其中，动臂10、斗杆20和属具30通过铰接依次连接。属具油缸40的缸体铰接在斗杆20上。摇杆50的第一端铰接在斗杆20上，连接杆60的第一端铰接在属具30上，属具油缸40的活塞杆的端部、摇杆50的第二端以及连接杆60的第二端通过铰接连接在一起。进一步地，摇杆50配置为长度可以改变。
利用本实施例的技术方案，将摇杆50设置为长度可改变结构，进而可以对属具30的摆动力矩和摆动范围进行条调节：当摇杆50长度较长时，摇杆50和属具油缸40之间的夹角较小，因此属具油缸40产生的推力在属具30挖掘方向的分力较小，但此时属具30的摆动范围较大；当摇杆50长度较短时，摇杆50和属具油缸40之间的夹角较大，此时属具油缸40产生的推力在属具30挖掘方向的分力较大，但此时属具30的摆动范围较小。根据上述结构，可以根据地面情况或者实际工作需要来调整属具30的挖掘力和挖掘幅度的关系，进而使得挖掘机可以适应不同的工况。因此本实施例的技术方案解决了现有技术中的挖掘机的工作灵活性差缺陷。
以下首先结合图2对调节摇杆50长度后，属具30的挖掘力和挖掘范围之间的关系进行详细说明。
首先，图2中的F1为属具油缸40的活塞杆伸出后所施加的力，属具30所产生的挖掘力全部来自于属具油缸40。结合图1中工作臂的结构，F1会被分解为两个分力，也即图2中的F2和F3。其中，F3的方向为沿着摇杆50延伸方向，F2的方向为垂直于F3的方向。对于上述F2和F3而言，F2会推动摇杆50转动，进而对摇杆50作用，因此属具30的挖掘力的大小实际取决于F2。F3的方向与摇杆50的延伸方向相同，因此该分力不对摇杆50做功，对属具30的挖掘力而言没有影响。图2中的δ为属具油缸40与摇杆50之间的夹角，因此显然地，F2＝F1*sinδ。
结合上述内容，本领域技术人员可以理解：
当摇杆50的长度较小时，δ值较大，因此F2较大，此属具30的挖掘力较大。但是由于摇杆50的长度较小，因此摇杆50旋转一定的角度弧长较短，属具油缸40的活塞杆的行程较短，属具30的作业范围较小。
当摇杆50的长度较大时，δ值较小，因此F2较小，此属具30的挖掘力较小。但是由于摇杆50的长度较大，因此摇杆50旋转一定的角度弧长较大，属具油缸40的活塞杆的行程较大，属具30的作业范围较大。
因此，本领域技术人员通过调整摇杆50的长度，就可以灵活的对属具30的挖掘力和挖掘范围进行灵活调整。
例如，当挖掘机采用固定容积的铲斗时，在针对沙土地面作业时，增大摇杆50的长度，进而将挖掘力减少，铲斗油缸的工作行程增大，通过缩短单次挖掘工作时间的方式提高挖掘效率。在针对山石地时，较小摇杆50的长度，将挖掘力增大，铲斗油缸的工作行程减小，完成对硬质路面的挖掘。由于本实施例挖掘力的改变是连续可变的，在针对土壤、砂石、山石等混合路面时，可以提供不同的挖掘力，达到最优的工作状态和工作效率。
优选地，在本实施例中，摇杆50为可伸缩结构。通过将摇杆50设置为可伸缩结构，使得摇杆50的长度可以进行变化。具体而言，可伸缩的方式可以通过嵌套，折叠等方式来实现。
如图1所示，在本实施例的技术方案中，摇杆50包括摇杆油缸，摇杆油缸的缸体铰接在斗杆上，摇杆油缸的活塞杆的端部、属具油缸40的活塞杆的端部和连接杆60的第二端通过铰接连接在一起。具体而言，本实施例中的摇杆50的长度改变是通过摇杆油缸来实现的，因此，实际上本实施例中将摇杆50从现有技术中的固定长度的杆体结构改变成油缸结构。当摇杆油缸的活塞杆伸出时，摇杆50的长度增加；当摇杆油缸的活塞杆缩回时，摇杆50的长度减小。通过控制摇杆油缸的无杆腔和有杆腔的进油和回油，可以对摇杆油缸的活塞杆的伸出量进行准确控制，进而使得对属具30的工作参数控制的更加精确，也更加灵活。
根据上述描述，本领域技术人员可以理解，本实施例中所说的“摇杆”，实际指的是具有一定长度(并且其长度可以改变)，并且其两端分别可以铰接在斗杆20和连接杆60的第二端上的结构。因此油缸结构(也即摇杆油缸)也可称为摇杆50。同时，不应当狭隘的认为本实施例中的“摇杆”必须由杆体结构构成，能实现长度改变，并可以采用上述方式进行连接设置的结构，都在本实施例中“摇杆”的范围内。
如图1和图3所示，在本实施例的技术方案中，工作臂还包括压力传感器70以及控制系统。压力传感器70适于检测属具油缸40的油压压力，压力传感器70和摇杆50与控制系统连接，其中，控制系统配置为，压力传感器70检测到属具油缸40的油压压力达到泄压压力时，控制系统控制摇杆50的长度缩短。上述的压力传感器70和控制系统的作用是，当属具30的挖掘力不足时，通过改变摇杆50长度的方式来增加属具30挖掘力，从而减小液压系统的能源浪费。
具体而言，在现有技术中，当挖掘机开始作业时，液压系统对铲斗油缸的无杆腔供油，推动铲斗挖掘。当挖掘力不足时，铲斗油缸实际无法继续伸长，但由于液压系统的液压油持续不断的供应给铲斗油缸的无杆腔，导致无杆腔内油压变高，进而使得泄压阀打开。此时，虽然铲斗无法进行挖掘工作，但发动机带动油泵持续运转，造成能源浪费。
在本实施例中，当压力传感器70检测到属具油缸40的油压达到泄压阀开启压力时，则说明属具30的挖掘力不足，导致了属具油缸40的无杆腔压力持续升高。此时，压力传感器70将信号传递给控制系统，控制系统控制液压系统对摇杆油缸的有杆腔供油(同时无杆腔回油)。摇杆油缸行程缩短，在属具油缸40作用力不变的情况下，提升属具30挖掘力并使属具继续挖掘工作，同时属具油缸40恢复工作。
优选地，本实施例中的属具30为铲斗，因此上述的属具油缸40为铲斗油缸。当然，属具也可以为其他种类，任何采用油缸进行驱动，且进行挖掘工作的属具，均可采用上述的结构来控制挖掘力和挖掘幅度。
如图1所示，工作臂还包括斗杆油缸80，斗杆油缸80的缸体铰接在动臂10上，斗杆油缸80的活塞杆的端部铰接在斗杆20上。工作臂还包括动臂油缸90，动臂油缸90的缸体适于与铰接在挖掘机的车体上，动臂油缸90的活塞杆的端部铰接在动臂10上。具体而言，当斗杆油缸80的活塞杆伸出或者缩回时，可以带动斗杆20进行摆动，当动臂油缸90的活塞杆伸出或者缩回时，可以带动动臂10进行摆动。通过动臂10、斗杆20和铲斗三者之间的摆动配合，进而完成挖掘工作。
本实施例还提供了一种挖掘机的工作臂的控制方法，挖掘机的工作臂为上述的工作臂，控制方法包括：
增加摇杆50的长度，以增加属具30的摆动范围；
减小摇杆50的长度，以增加属具30的摆动力矩。
具体而言，结合上述内容，本领域技术人员可根据属具30的实际工作需要，通过调整摇杆50长度的方式来调整属具30的挖掘力和挖掘范围。摇杆50长度变化对于属具30的挖掘力和挖掘范围的调整原理已经在上述详细说明，在此不在赘述。
进一步地，控制方法还包括：压力传感器70检测到属具油缸40的工作压力达到泄压压力时，控制系统控制摇杆50的长度缩短。该控制方式使得，当属具30的挖掘力不足时，通过改变摇杆50长度的方式来增加属具30挖掘力，从而减液压系统的能源浪费。
本实施例还提供了一种挖掘机，挖掘机包括上述的工作臂。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种挖掘机的工作臂，其特征在于，包括：
动臂(10)、斗杆(20)以及属具(30)，所述动臂(10)、所述斗杆(20)和所述属具(30)通过铰接依次连接；
属具油缸(40)，所述属具油缸(40)的缸体铰接在所述斗杆(20)上；
摇杆(50)以及连接杆(60)，所述摇杆(50)的第一端铰接在所述斗杆(20)上，所述连接杆(60)的第一端铰接在属具(30)上，所述属具油缸(40)的活塞杆的端部、所述摇杆(50)的第二端以及所述连接杆(60)的第二端通过铰接连接在一起，
其中，所述摇杆(50)配置为长度可以改变。
2.根据权利要求1所述的工作臂，其特征在于，所述摇杆(50)为可伸缩结构。
3.根据权利要求1或2所述的工作臂，其特征在于，所述摇杆(50)包括摇杆油缸，所述摇杆油缸的缸体铰接在所述斗杆上，所述摇杆油缸的活塞杆的端部、所述属具油缸(40)的活塞杆的端部和所述连接杆(60)的第二端通过铰接连接在一起。
4.根据权利要求1或2所述的工作臂，其特征在于，所述工作臂还包括压力传感器(70)以及控制系统，所述压力传感器(70)适于检测所述属具油缸(40)的油压压力，所述压力传感器(70)和所述摇杆(50)与所述控制系统连接，
其中，所述控制系统配置为，所述压力传感器(70)检测到所述属具油缸(40)的油压压力达到泄压压力时，所述控制系统控制所述摇杆(50)的长度缩短。
5.根据权利要求1或2所述的工作臂，其特征在于，所述属具(30)为铲斗。
6.根据权利要求1或2所述的工作臂，其特征在于，所述工作臂还包括斗杆油缸(80)，所述斗杆油缸(80)的缸体铰接在所述动臂(10)上，所述斗杆油缸(80)的活塞杆的端部铰接在所述斗杆(20)上。
7.根据权利要求1或2所述的工作臂，其特征在于，所述工作臂还包括动臂油缸(90)，所述动臂油缸(90)的缸体适于与铰接在所述挖掘机的车体上，所述动臂油缸(90)的活塞杆的端部铰接在所述动臂(10)上。
8.一种挖掘机的工作臂的控制方法，其特征在于，所述挖掘机的工作臂为权利要求1至7中任一项所述的挖掘机的工作臂，所述控制方法包括：
增加所述摇杆(50)的长度，以增加所述属具(30)的摆动范围；
减小所述摇杆(50)的长度，以增加所述属具(30)的摆动力矩。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述工作臂为权利要求4所述的工作臂，所述控制方法还包括：
所述压力传感器(70)检测到所述属具油缸(40)的油压压力达到泄压压力时，所述控制系统控制所述摇杆(50)的长度缩短。
10.一种挖掘机，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的工作臂。
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