CN113700063A - 铲斗结构上方具有提梁的铲柄 - Google Patents

Abstract

一种挖掘机械包括：框架；支臂，所述支臂被连接至所述框架；铲柄，所述铲柄被连接至所述框架；以及铲斗，所述铲斗被连接至所述铲柄。所述铲柄包括延伸部，并且提梁被直接连接至所述延伸部，从而使所述提梁与所述铲斗隔离。

Description

铲斗结构上方具有提梁的铲柄

本申请是于2017年6月5日提交的、申请号为201710416263.4、发明名称为“铲斗结构上方具有提梁的铲柄”的中国发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月3日提交的、申请号为62/345,528的美国临时申请的优先权，其全部内容通过参考并入本申请。

技术领域

本发明涉及挖掘机械，更具体地，涉及具有铲柄和铲斗的挖掘铲车。

背景技术

工业挖掘机械，如钢丝绳电铲车或动力铲车、绳斗电铲等，被用于执行挖掘作业，以便从物料堆移除物料。在传统的绳铲车上，铲斗连接到铲柄上，并且铲斗由越过支臂滑轮的缆绳或绳索支撑。绳索被固定到连接至铲斗的提梁(bail)和/或平衡器(equalizer)。铲柄沿鞍块移动，以操纵铲斗的位置。在提升阶段，绳索由机器底座上的绞车卷起，将铲斗向上提升穿过物料堆，并使待挖掘的材料脱离。为了释放置于铲斗中的物料，有时可以将铲斗门枢转地连接到铲斗。当没有被闩锁在铲斗上时，铲斗门从铲斗的底部枢转，从而通过铲斗的底部释放物料。由于磨损和/或疲劳，必须经常更换铲斗。

发明内容

根据某一结构，一种挖掘机械包括：框架；支臂，所述支臂被连接至所述框架；铲柄，所述铲柄被连接至所述框架；以及铲斗，所述铲斗被连接至所述铲柄。所述铲柄包括延伸部，提梁被直接连接至所述延伸部，从而使所述提梁与所述铲斗隔离。

根据另一结构，一种挖掘机械包括：框架；支臂，所述支臂被连接至所述框架；滑轮，所述滑轮被连接至所述支臂的端部；铲柄，所述铲柄被连接至所述框架；铲斗，所述铲斗被枢转地连接至所述铲柄；以及倾斜机构，所述倾斜机构被连接至所述铲柄和铲斗两者。所述铲柄包括延伸部，从而使所述铲柄具有非直线的轮廓。提梁被直接连接至所述延伸部，从而使所述提梁与铲斗隔离。平衡器被连接至所述提梁，并且提升绳索连接至所述平衡器和滑轮。

根据又一结构，一种挖掘机械包括：框架；支臂，所述支臂连接至所述框架；铲柄，所述铲柄连接至所述框架；以及铲斗，所述铲斗连接至所述铲柄。所述铲柄包括延伸部，并且提梁被直接连接至所述延伸部，从而使所述提梁与所述铲斗隔离，其中所述延伸部包括第一臂和第二臂，其中所述第一臂和第二臂均被可枢转地连接至所述提梁，其中所述第一臂和第二臂均具有弯曲的轮廓。

根据又一结构，一种挖掘机械包括：框架；支臂，所述支臂被连接至所述框架；铲柄，所述铲柄被连接至所述框架；以及铲斗，所述铲斗被连接至所述铲柄。所述铲柄包括延伸部，其中提梁被直接连接至所述延伸部，从而使所述提梁与所述铲斗隔离，其中所述延伸部包括第一臂和第二臂，其中所述第一臂和第二臂均被可枢转地连接至所述提梁，其中所述铲柄还包括扭力管，并且所述第一臂和第二臂每一个均直接从所述扭力管延伸。

通过考虑具体说明和附图，本发明的其它方面会变得更为明显。

附图说明

图1是挖掘机械的侧视图，该挖掘机械具有：铲柄；可枢转地连接至所述铲柄的铲斗；连接至所述铲柄和铲斗两者的倾斜机构；连接至所述铲斗的提梁；连接至所述提梁的平衡器；以及连接至所述平衡器的提升绳索。

图2是图1所示挖掘机械的部分透视图，其进一步示出了提梁和平衡器。

图3是图1所示挖掘机械的部分侧视图，其示出了在铲斗延伸位置上的负液压缸载荷。

图4是图1所示挖掘机械的部分侧视图，其示出了在铲斗回缩位置上的负液压缸载荷。

图5是图1所示挖掘机械的部分侧视图，其示出了铲柄落下的情况。

图6是图1所示挖掘机械的部分侧视图，其示出了依赖于铲斗倾斜位置的可用挖掘力。

图7是根据某一结构的挖掘机械的侧视图，该挖掘机械具有：铲柄；可枢转地连接至所述铲柄的铲斗；连接至所述铲柄和铲斗两者的倾斜机构；连接至所述铲柄的延伸部的提梁；连接至所述提梁的平衡器；以及连接至所述平衡器的提升绳索。

图7A是图7所示挖掘机械的侧视图，其示出了挖掘力矢量和提升提梁牵引矢量。

图8是图7所示挖掘机械的部分透视图，其进一步示出了铲柄和铲斗。

图9和10是图7所示挖掘机械的部分侧视图，其示出了依赖于铲斗倾斜位置的可用挖掘力，以用于比对安装在铲斗上和安装在延伸部/铲柄上的提升绳索/提梁/平衡器。

图11-15是根据另一结构的挖掘机械的透视图。

图16-19是根据另一结构的挖掘机械的透视图。

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当明白，本发明的应用不限于以下说明中所阐述的和在以下附图中所示出的结构细节和部件排布。本发明可具有其它实施例，并且能以各种不同的方式来实现或实施本发明。此外，可以理解的是，在此使用的措辞和术语仅用于描述目的，而不应被视为限制。

具体实施方式

图1-6示出了动力铲车10。如图1和图2所示，动力铲车10包括驱动履带15，连接到(例如，旋转)驱动履带15的框架20，以及连接到框架20的支臂25。支臂25包括下端30(也称为支臂脚)和上端35(也称为支臂头)。动力铲车10还包括被可旋转地安装在支臂25的上端35上的滑轮40、连接到框架20的铲柄45、连接到铲柄45的铲斗50、连接到铲斗50的提梁55、连接到提梁55的平衡器60、以及连接到框架20(例如，连接到绞车卷筒)的提升绳索65。提升绳索65缠绕在滑轮40上，并且连接到平衡器60。

当绞车卷筒旋转时，提升绳索65被放出以降低铲斗50，或被拉入以提升铲斗50。铲柄45可滑动地支撑在鞍块70中，并且鞍块70被可枢转地安装到框架20(例如，在承运轴上，未示出)。铲柄45在其上包括齿条结构75，其与安装在鞍块70中的驱动齿轮(未示出)啮合。驱动齿轮由电动马达和挖掘(crowd)传动单元(未示出)驱动，以相对于鞍块70延伸或回缩铲柄45。

铲车10还包括连接到铲柄45和铲斗50两者的至少一个倾斜机构80(例如液压缸、气缸等)。在所示结构中，倾斜机构80是液压缸。当沿第一方向激活时(图3)，倾斜机构80延伸以使铲斗50围绕枢转点85(例如，枢转销)倾斜，从而使得铲斗50的齿90上升。枢转点85是铲柄45和铲斗50之间的枢转连接部。当沿第二方向激活时(图4)，倾斜机构80回缩以使铲斗50围绕枢转点85倾斜，从而使铲斗50的齿90降低。因此，可以通过倾斜机构80使铲斗50围绕枢转点85倾斜，并且可以通过提升绳索65提升和降低铲斗50。

一个或多个电源(未示出)也被安装到框架20，以向一个或多个挖掘电动机(未示出)提供电力，来用于驱动挖掘传动单元，并向连接到框架20的绞车卷筒提供动力。一个或多个液压源(未示出)也被连接到框架20，以向一个或多个液压倾斜机构80提供动力，从而驱动铲斗50的倾斜。挖掘电动机和液压倾斜机构80中的每一个均由一个或多个电动机控制器驱动，或者响应于来自控制器(未示出)的控制信号而被交替地驱动。

如图3所示，当已经沿第一方向激活倾斜机构80时，伴随着齿90的上升，倾斜机构80到达完全伸出的位置。在该位置，如图3所示，由提升绳索65产生的张力F1与重力F2结合，在倾斜机构80上产生了合力F3。当倾斜机构80开始沿第二方向移动时(即，开始朝向图4中的完全缩回的位置移动，另外通常称为“卷起”)，该力F3用作施加在倾斜机构80上的负载荷。例如当液压缸被驱动的方向与施加在其上的载荷的方向相同时，就会发生负载荷。因此，当倾斜机构80的液压缸通过电源被大体上向图3中的左侧驱动时，力F3以相同的方向作用，这会导致液压缸上的负载荷。如果倾斜机构80中没有足够的流体压力来抵抗该负载荷，则可能导致流体空化(fluid cavitation)和/或失控速度(runaway speed)。因此，倾斜机构80的液压控制提供背压(例如，恒定的背压)，以控制流体空化。然而，在液压缸中使用背压来防止空化和/或失控可能会降低液压效率，引起更大的能量消耗，和/或降低液压缸中的峰值力。

如图4所示，当已经沿第二方向激活倾斜机构80时，伴随着齿90下降以及接近但不接触地面，倾斜机构80达到完全回缩或卷起的位置。在这个位置，由提升绳索65产生的张力F4与重力F2相结合，在倾斜机构80上产生了力F5。当倾斜机构80开始沿第一方向移动时(即，开始向图3中的完全伸展的位置移动)，由于力F5作用的方向与液压缸的运动方向相同，力F5起到施加在倾斜机构80上的负载荷的作用。同样，如果倾斜机构80中没有足够的流体压力来抵抗该负载荷，则可能导致流体空化和/或失控速度。

如图5所示，当提升绳索65和铲柄45的挖掘保持恒定(即，当驱动齿轮和绞车卷筒不旋转时)，并且铲斗50经由倾斜机构80而被倾斜(例如，在初始物料堆的穿透结束之后)时，也会发生铲斗50的轻微的不受控制的运动。此处以两种情况说明当提升绳索直接连接到允许枢转的铲斗时倾斜铲斗的不受控制的影响。情况1发生在仅仅将铲斗从提升绳索悬挂下来而铲斗底部没有被放置在物料堆上时。例如，如图5所示，铲斗50的倾斜使平衡器60从第一位置P1移动到第二位置P2。因此，对于给定的铲柄45的角度，如果倾斜运动延伸(即，倾斜机构80朝着完全伸出的位置延伸)，那么将会产生用于该给定铲柄角度的过量的提升绳索65。如果像在情况1中没有任何东西将铲斗50保持在适当的位置，则随着倾斜运动的延伸，铲柄45将简单地向下旋转，围绕承运轴枢转。这种旋转将导致铲柄45往下落(例如，在某些结构中以如图5所示的约8.6°)，这影响了铲斗50的操作控制，并且降低了铲斗50的整个可用倾斜范围(例如，将该范围缩小到整个可用倾斜范围的73％)。

在情况2(未示出)中，在P1的铲斗由物料从下方支撑，并且由于其已经放置在物料堆、地面或者另一物料或物体上，所以其不会下落。铲斗50的倾斜使得平衡器60再次从第一位置P1移动到第二位置P2。然而，由于铲斗不能向下掉落，所以这种移动现在在提升绳索65中产生了松弛(例如，在一些结构中，绳索放出的2％的松弛)。此处松弛的提升绳索是不合需求的，因为现在可能会有突然不受控制的提升吊起绳索，这将导致铲斗提梁55和平衡器60的不稳定的提升控制，从而导致由于突然的动态载荷而产生对提升绳索的可能的损坏。松弛的提升绳索也可以使绳索本身从滑轮40脱落。

如图6所示，可用的齿挖掘力(即，切削力)也会根据铲斗50的倾斜位置而变化。例如，如图6所示，当平衡器60处于第一位置P1时，在提升绳索65上的张力F6和齿90的前部之间存在距离D1(距离D1从F6垂直延伸到与F6平行并与齿90的前部接触的实线)。由于距离D1小，可用的齿挖掘力DF1高。当铲斗50倾斜并且平衡器60处于位置P2时，在张力F6和齿90的前部之间存在距离D2(距离D2从F6垂直延伸到与F6平行且与齿90的前部接触的虚线)。距离D2显著大于距离D1，这导致当平衡器处于位置P2时，可用的齿挖掘力DF2大大降低。如果应用新公开的铲柄延伸部295(如下所述)，齿挖掘力DF1和DF2均将被增大。

如图2所示，提梁55和/或平衡器60也由于铲斗的拐角齿载荷(corner toothloading)而受到弯曲载荷。因此，提梁55和/或平衡器60必须被做得足够大，并且由足够坚固的材料制成，以承受源自这些弯曲载荷的应力。此外，铲斗50包括后部部分95。该后部部分95必须被做得足够大，并且由足够坚固的材料制成，以处理通过枢转点85和另一较远枢转点100(提梁55在这里被连接到铲斗50)之间的载荷路径所施加的高提升提梁力。

图7-10示出了动力铲车210。动力铲车210与上述的动力铲车10类似。例如，铲车210包括驱动履带215，连接到(例如，旋转)驱动履带215的框架220，以及连接到框架220的支臂225。支臂225包括下端230(也称为支臂脚)和上端235(也称为支臂头)。动力铲车210还包括被可旋转地安装在支臂225的上端235上的滑轮240、连接到框架220的铲柄245、连接到铲柄245的铲斗250、提梁255、连接到提梁255的平衡器260，以及连接到框架220(例如，连接到绞车卷筒)的提升绳索265。提升绳索265缠绕在滑轮240上，并且连接到平衡器260。

当绞车卷筒旋转时，提升绳索265被放出以降低铲斗250，或被拉入以提升铲斗250。铲柄245可滑动地支撑在鞍块270中，并且鞍块270被可枢转地安装到框架220(例如，在承运轴上，未示出)。铲柄245在其上包括齿条结构275，其与安装在鞍块270中的驱动齿轮(未示出)啮合。驱动齿轮由电动马达和挖掘传动单元(未示出)驱动，以相对于鞍块270延伸或回缩铲柄245。

铲车210还包括连接到铲柄245和铲斗250两者的至少一个倾斜机构280(例如液压缸、气缸等)。当沿第一方向激活时，倾斜机构280延伸以使铲斗250围绕枢转点285(例如，枢转销)倾斜，从而使得铲斗250的齿290上升。枢转点285是铲柄245和铲斗250之间的枢转连接部。当沿第二方向激活时，倾斜机构280回缩以使铲斗250围绕枢转点285倾斜，从而使铲斗250的齿290降低。因此，可以通过倾斜机构280使铲斗250围绕枢转点285倾斜，并且可以通过提升绳索265提升和降低铲斗250。

一个或多个电源(未示出)也被安装到框架220，以向一个或多个电动机(未示出)提供电力，来用于驱动挖掘传动单元，并向连接到框架220的绞车卷筒提供动力。一个或多个液压源(未示出)也被连接到框架220，以向一个或多个液压倾斜机构280提供动力，从而驱动铲斗250的倾斜。挖掘电动机和液压倾斜机构280中的每一个均由一个或多个电动机控制器驱动，或者响应于来自控制器(未示出)的控制信号而被交替地驱动。

继续参考图7-10，提梁255不是被直接连接(例如，枢转地连接)到铲斗250(参见例如图1-6)，而是被直接连接到铲柄245。在所示的结构中，铲柄245包括在铲斗250的至少一部分上延伸的延伸部295(例如，端部突出部)。延伸部295与铲柄245的其余部分完整地形成单个部件。延伸部295相对于铲柄245的其余部分以一定角度延伸，从而使得铲柄245具有非直线的轮廓。在其他结构中，延伸部295是与铲柄245的其余部分连接(例如，紧固)的分离部件。如图7所示，由于提梁255被直接连接到延伸部295，所以提梁255不直接接触铲斗250，并且与铲斗250间隔开。

如图8所示，在所示的结构中，延伸部295包括第一臂300和第二臂305。臂300和305在枢转点310(图8中示出其一)处被可枢转地连接到提梁255，这使得提梁255设置在两个臂300和305之间，并且相对于两个臂300和305以及铲柄245的其余部分枢转。

继续参考图8，两个臂300和305在铲柄245的扭力管315的相对侧上，并且彼此大致平行地延伸。虽然所示的扭力管315为管状结构，但是在其他结构中，扭力管315可具有其它形状和/或尺寸。在其他结构中，两个臂300和305比所示的更为靠近彼此(例如，直接在扭力管315上方和/或邻近扭力管315，导致更小更轻的提梁255和/或平衡器260)，或者更加远离彼此。在一些结构中，两个臂300和305彼此并没有大致平行地延伸。相反，两个臂300和305相对于彼此限定了形成非零角度的轴线。在一些结构中，在延伸部295上只设置了单个臂或者设置了多于两个的臂。在所示结构中，臂300和305具有轻微的弯曲轮廓，这使得臂300和305向上延伸并越过铲斗250的一部分。在其他结构中，臂300和305具有直的轮廓，或者形成一系列互连的部分，每个互连部分均具有直的和/或弯曲的轮廓。在一些结构中，延伸部295包括两个臂300和305，以及连接到臂300，305的一个或多个板、柱或其它结构，从而为延伸部295提供进一步的支撑。

如图9和图10所示，当沿第一方向(图9)激活倾斜机构280时，倾斜机构280延伸以使铲斗250围绕枢转点285倾斜，从而使得铲斗250的齿290升高。当沿第二方向(图10)激活时，倾斜机构280回缩以使铲斗250围绕枢转点285倾斜，从而使得铲斗250的齿290降低。

当铲斗250完全延伸(图9)和部分回缩(图10)两种情形时，延伸部295不会妨碍或显著干扰铲斗250的操作。在两者中任一位置以及它们之间的任何位置，铲斗250因此能够被插入物料堆中且从物料堆移除物料，而延伸部295不会显著地(或者在一些构造中，完全不会)干扰铲斗250的操作。如图8所示，例如，铲斗250包括邻近齿290的开口320。该开口320接纳来自物料堆的物料。在图示的结构中，延伸部295在铲斗250的至少一部分内略微延伸越过该开口320的一部分(例如，使得由提升绳索引导件265限定的轴线延伸穿过如图7和7A所示的开口)，但是仍然剩余开口320的大部分开放并暴露。

因此，在所示的结构中，延伸部295被制成至少部分地延伸到铲斗250上，但是不能达到任何显著地干扰通过开口320将物料移入或移出铲斗250的程度。同时，然而延伸部295被制成尽可能地越过铲斗250延伸，以便提供最大的效率和最大量的可用齿挖掘力(即，提梁离铲斗齿越近，产生的挖掘力越大)。例如，如图9所示，力F6表示来自提升绳索265的通过提梁255和平衡器260作用在铲斗250上的力。力F7表示如果提梁255和平衡器260被直接连接到铲斗250时(如在图1-6中)作用在铲斗250上的力。如图9所示，力F6和齿290之间的距离D3小于力F7和齿290之间的距离D4(距离D3和D4从F6和F7分别垂直延伸至与F6和F7平行并与齿290接触的虚线)。由于距离D3小于D4，所以通过将提梁255直接连接到延伸部295上能够具有更大的机械效率和可用的齿挖掘力。在一些结构中，距离D3和D4之间的差在大约30英寸和37英寸之间。在一些结构中，距离D3和D4之间的差在大约25英寸和42英寸之间。其它结构包括不同的值和范围。

类似地，如图10所示，力F8表示来自提升绳索265的通过提梁255和平衡器260作用在铲斗250上的力。力F9表示如果提梁255和平衡器260被直接连接到铲斗250时(如在图1-6中)作用在铲斗250上的力。如图10所示，力F8和齿290之间的距离D5小于力F9和齿290之间的距离D6(距离D5和D6从F8和F9分别垂直延伸至与F8和F9平行并与齿290接触的虚线)。由于距离D5小于D6，所以通过将提梁255直接连接到延伸部295上能够具有更大的机械效率和可用的齿挖掘力。因此，不管铲斗250位于完全延伸的位置(图9)、部分回缩的位置(图10)或者其他任何位置，都能够具有更大的机械效率和可用的齿挖掘力。在一些结构中，距离D5和D6之间的差在大约10英寸和14英寸之间。在一些结构中，距离D5和D6之间的差在大约8英寸和16英寸之间。距离D5和D6也会受绳索角度的影响，其可以是由挖掘延伸和铲柄角度组成的函数。因此，距离D5和D6可能会变化，并且并非单独由倾斜角度确定。其它结构包括不同的值和范围。

使用延伸部295和直接连接到延伸部295的提梁255还提供了许多额外的优点。例如，由于与铲斗55相比，铲斗255上的总体载荷和应力较小，所以可以使铲斗250更轻，从而比上述的铲斗55便宜。因此，铲斗255可以使用更少的板和/或焊接。

另外，图3中示出的负载荷(即，力F3)在动力铲车10上被大大减小。重力F2仍将提供一些负载荷，但是由于提升绳索265拉住铲柄245(即，通过提梁255和平衡器260)而不是拉住铲斗255的后面，所以张力F1将被消除。由于移除了张力F4，图4中示出的在倾斜机构上的负载荷被完全从动力铲车210消除，前提是没有外部提供的力，例如来自物料堆的齿力(当挖掘时)或铲斗中的物料(例如，铲斗的重力)。总之，负载荷在严重性和频率上降低的事实使得上述高液压背压的使用被显着降低。这种降低背压的能力提供了更高效的液压操作系统，因为它减少了为了防止空化和失控而必须在液压缸中施加的恒定背压的量。随着降低的背压要求，倾斜机构280能够具有增加的峰值压力。在一些结构中，由于降低的背压要求，倾斜机构280的尺寸可以额外地或替代地被减小，由此节约成本。然而，在任一方式中，由于背压用作液压流体传递的阻力(drag)，并且通过使用被直接连接到延伸部295的提梁255而减小了该阻力，因此能量效率增加。

继续参考图7-10，如上所述，在挖掘期间将不可避免地发生的在铲斗上的拐角齿载荷，具有绕过提梁连接而进入铲柄245的载荷路径。因此，由于提梁255和平衡器260与铲斗250隔离，所以在提梁连接上的拐角齿载荷的影响会在动力铲车210上被降低或者完全消除。因此，与提梁55和/或平衡器60相比，提梁255和/或平衡器260可以以更少的材料和重量被制造，这提供额外的成本节约。此外，消除通过铲斗的提梁载荷路径允许铲斗255比铲斗55具有更少的总载荷和应力，从而在铲斗255中节约额外的重量和成本。

另外，由于当驱动齿轮和绞车卷筒不转动且铲斗250倾斜时，铲柄245(进而提梁255和平衡器260)不会移动，所以图5中所示的铲柄下落会被完全消除。相反，只有铲斗250本身移动。因此，由于铲斗250从提梁255和平衡器260隔离，并且由于提梁绳索265被直接连接到平衡器260，所以提梁绳索265不受铲斗250的倾斜运动的影响，并且不会发生绳索松弛也不会发生铲柄下落，而不论铲斗是否由地面支持。

如图7A所示，铲车210还包括铲柄枢转点325，铲柄245围绕其枢转。在一些结构中，铲柄枢转点325被定义为一个点或区域，在该点或区域上，铲柄齿条(例如，类似于图1所示的齿条结构75)切向地搁置在承运轴齿轮上。

如图7A所示，沿着提升绳索265作用的提升提梁牵引矢量F10在铲斗齿的尖端330处产生挖掘力矢量F11。挖掘力矢量F11的方向与在铲柄枢转点325和铲斗齿的尖端330之间直接延伸的虚线呈直角(挖掘力矢量F11对应于例如如图6所示的齿挖掘力DF1和DF2)。如图7A所示，挖掘力矢量F11也与围绕铲柄枢转点325旋转的铲斗齿的弧335相切。在产生这些矢量的一些构造中，铲柄挖掘的作用力和铲斗倾斜的作用力并不是主动的，而是被动地抵抗反作用力。如果它们主动地产生额外的力和运动，那么在该图示中，它会影响在铲斗齿的尖端330处限定的所产生的挖掘力矢量F11的幅度和方向。

继续参考图7A，在两条平行的虚线之间垂直地测量距离D7，其中第一条虚线穿过铲柄枢转点325，第二条虚线沿着提升提梁牵引矢量F10延伸。在沿着提升提梁牵引矢量F10延伸的虚线和延伸穿过铲斗齿的尖端330的平行虚线之间垂直地测量距离D8。距离D9被定义为铲柄枢转点325与作用在铲斗齿的尖端330处的挖掘力矢量之间的直接距离。

继续参考图7A，在铲车210上存在力矩平衡，从而使得提升提梁力矢量F10乘以距离D7的大小等于挖掘力矢量F11乘以距离D9的大小。挖掘力矢量F11越大，铲斗250挖掘物料堆的能力就越好。因此，在不增加从铲车210上的任何原动力(例如，挖掘马达)所需的作用力和能量的情况下，任何增加挖掘力矢量F11的几何变化均能够使铲车210和铲斗250更有效率。

继续参考图7A，提升提梁牵引矢量F10越大，在铲斗齿的尖端330处可获得的挖掘力矢量F11越大。随着提升提梁牵引矢量F10移动靠近铲斗齿的尖端330(并且远离铲柄枢转点325)，所得到的挖掘力矢量F11的幅度增加，而不必增加原动力的作用力和能量。也就是说，随着D7变大而D8变小，铲斗尖端330处得到的挖掘力矢量F11增加，挖掘变得更加高效。

如图9和10所示，每个图中的铲柄角度与水平方向均呈大约30°，这对应于当操作员完成对物料堆的最初插入并且将要马上倾斜和从物料堆提升起满铲斗的物料时的典型的铲柄角度。在挖掘周期的这一点上，操作员可能需要充分的作用力来将填满的铲斗从物料堆中牵引出来。在一些结构中，因而，30°完全伸展的铲柄是对铲斗齿的尖端330处的可用挖掘力矢量F11进行优化的地方。

图11-15示出了铲车410。铲车410类似于上述铲车210。因此，类似的部件以相同的数字加上200而被参考。然而，铲车410不包括用于其铲斗450的液压倾斜机构。相反，铲斗450沿着铲柄445在连接点452处被刚性地固定到铲柄445。在这种结构中，铲柄445的延伸部495被连接到铲柄445的扭力管515(例如，通过焊接直接连接或整体形成为单个部件)，并且提梁455被连接到延伸部495(即，如图12所示的连接到延伸部495的两个臂500和505)，从而使得提梁455与铲斗450隔离。如图12所示，铲柄445本身是非直线的，并且在位置446处弯曲。在一些结构中，弯曲的非直线铲柄445为刚性连接的铲斗450增加了卷起能力和平地板清理范围。另外，如图12所示，延伸部495的第一臂500和第二臂550各自直接从扭力管515延伸。

图13和14示出了沿着铲斗450的凸缘在中心齿处由挖掘力F12产生的中心齿载荷路径(力F13表示由提升绳索施加的力)。如图14所示，在位置411(例如，在延伸部495的基部处)可能发生重的弯曲/扭转。扭力管515可以在抵抗弯曲力矩和剪切载荷方面起重要作用。提梁455和铲斗450的后部的弯曲可能在位置412处被最小化。如图14所示，位置412中的一个是铲斗450的后部，位置412中的另一个是提梁455和延伸部495之间的接口(例如，在剪切和弯曲载荷下的提梁销，并且由于提梁455不再从铲斗450的一侧到达另一侧，所以其弯曲载荷被最小化)。通过挖掘力F12产生的中心齿载荷路径(虚线)可以在位置413处通过扭力管515被驱动。扭力管515可以吸收由于该中心齿载荷路径而产生的大部分弯曲和扭转。在一些结构中，可以增加扭力管515的质量，以便于吸收这些载荷。由于扭力管515的抵抗这些载荷的大截面性能，扭力管515更有利于吸收较重的载荷。

图15示出了铲斗450的拐角齿载荷F14，以及在铲车510的部件上产生的反作用力F15。如图15所示，来自载荷F14的载荷传递路径(虚线)沿着大致U形的方向，从而导致方向的两个变化。扭力管515吸收由载荷F14产生的大量弯曲力矩。

图16-19示出了铲车610。铲车610类似于上述铲车210。因此，类似的部件以相同的数字加上400而被参考。与铲车410类似，铲车610不包括用于其铲斗650的液压倾斜机构。相反，铲斗650沿着铲柄645和延伸部695在连接点652处被刚性地固定到铲柄645。如图16所示，提梁655在延伸部695的端部和在延伸部695的臂700和705之间被连接(例如，直接连接)到延伸部695，从而使得提梁655与铲斗650隔离。

图17和18示出了沿着铲斗650的凸缘在中心齿处由挖掘力F16产生的中心齿载荷路径(力F17表示由提升绳索施加的力)。如图18所示，在位置611(例如，在提梁655和延伸部695)可能发生重的弯曲。由于提梁655和延伸部695承受弯曲力矩和剪切载荷，铲斗650的后部的弯曲可以在位置612处被最小化。在一些结构中，扭力管715中的弯曲也可以被最小化。中心齿载荷路径(虚线)可以被驱动通过铲柄645并进入提梁655。提梁655和延伸部695可以吸收由于该中心齿荷载路径而产生的大部分弯曲。

图19示出了铲斗650的拐角齿载荷F18，以及在铲车610的部件上产生的反作用力F19。如图19所示，来自载荷F17的载荷传递路径(虚线)沿着各个方向，从而导致方向的四个变化。铲柄延伸部695和提梁655吸收由载荷F17产生的大量的弯矩。如图15和图19所示，图19的结构中的载荷传递路径不会像图15的结构中那样远的向后延伸(由方向651示出的向后方向)。因此，在图19的结构中，提梁655和延伸部695可以被做成更重或更强，而在图15的结构中，扭力管515可以被做成更重或更强。如图17-19所示，其载荷路径通常比用于图13-15的结构的载荷路径更加迂回。

如图11-19所示，延伸部495和695完全将提升矢量部件的传递路径直接接管到铲柄445和545中，而不是通过铲斗450和650。因此，铲柄450和650不会经受来自提升绳索的载荷。相反，提升绳索直接拉动铲柄445和645，从而使得铲柄445和645经受来自提升绳索的载荷。在一些结构中，这种布置允许以更少的质量形成和更低的成本形成铲柄450和650，因为铲柄450和650不再需要结构来支撑来自提升绳索的载荷。在一些结构中，这种布置允许将增加的结构质量从铲斗450和650的后部(即，在这里结构质量以前被用于支撑来自提升绳索的载荷)移位到例如扭力管(例如，扭力管515)和铲柄延伸部(例如延伸部495)的底部。不同于更重的结构在铲斗450和650的后面，而是更重的结构被进一步向后放置，因为这些区域中载荷将被向后驱动。在图11-15和图16-19的两种结构之间，图11-15的结构更加向后地驱动质量，因为提梁被附接至扭力管。在图11-19中的向后移位允许在铲斗凸缘的尖部(例如，在齿上)形成更大的挖掘力，和/或降低铲车上的平衡力(由于更大的重量更接近铲车的中心线)，和/或在摆动期间铲车所具有的更少的摆动惯性，这也带来了响应更快的启动/停止。

另外，如上所述，当使用图11-15的构造时，拐角齿载荷将载荷传递路径推到足够远的位置，从而使得扭力管515吸收大量的载荷。扭力管515可以被形成为具有增加的质量以用于吸收载荷，并且可以使提梁655和铲斗650被做得更轻(例如，通过使用宽度减小的提梁655，或整体较小的提梁655或铲斗650)。在一些结构中，可以减小铲斗650本身的结构(例如，全箱形截面被减小，从而有利于开放式角撑板结构(gusset structure))。在一些结构中，铲斗450和650是经常被替换的快速磨损物品。结构越轻，成本越低。

虽然已经参考某些优选实施例详细描述了本发明，但是在所描述的本发明的一个或多个独立方面的范围和精神内存在变化和修改。

Claims (20)

1.一种挖掘机械，其特征在于，所述挖掘机械包括：

框架；

支臂，所述支臂连接至所述框架；

铲柄，所述铲柄连接至所述框架；以及

铲斗，所述铲斗连接至所述铲柄；

其中所述铲柄包括延伸部，并且提梁被直接连接至所述延伸部，从而使所述提梁与所述铲斗隔离，其中所述延伸部包括第一臂和第二臂，其中所述第一臂和第二臂均被可枢转地连接至所述提梁，其中所述第一臂和第二臂均具有弯曲的轮廓。

2.根据权利要求1所述的挖掘机械，其特征在于，所述延伸部与所述铲斗的其余部分完整地形成单个部件，从而使得所述延伸部和所述铲斗的剩余部分形成单个刚性结构。

3.根据权利要求1所述的挖掘机械，其特征在于，所述提梁置于所述第一臂和第二臂之间。

4.根据权利要求1所述的挖掘机械，其特征在于，所述第一臂和第二臂彼此平行延伸。

5.根据权利要求1所述的挖掘机械，其特征在于，所述铲柄包括扭力管，并且所述第一臂和第二臂每一个均直接从所述扭力管延伸。

6.根据权利要求1所述的挖掘机械，其特征在于，所述挖掘机械包括倾斜机构，所述倾斜机构连接至所述铲柄和铲斗两者。

7.根据权利要求6所述的挖掘机械，其特征在于，当沿第一方向激活所述倾斜机构时，所述倾斜机构被配置成使所述铲斗绕枢转点延伸，从而使所述铲斗的齿升高，并且当沿第二方向激活所述倾斜机构时，所述倾斜机构被配置回缩而使所述铲斗绕所述枢转点倾斜，从而使所述铲斗的齿降低。

8.根据权利要求1所述的挖掘机械，其特征在于，所述铲柄具有非直线的轮廓。

9.根据权利要求1所述的挖掘机械，其特征在于，滑轮被连接至所述支臂的端部，平衡器被连接至所述提梁，其中提升绳索被连接至所述平衡器和所述滑轮。

10.根据权利要求1所述的挖掘机械，其特征在于，所述铲斗被刚性地固定至所述铲柄。

11.一种挖掘机械，其特征在于，所述挖掘机械包括：

框架；

支臂，所述支臂被连接至所述框架；

铲柄，所述铲柄被连接至所述框架；以及

铲斗，所述铲斗被连接至所述铲柄；

其中所述铲柄包括延伸部，其中提梁被直接连接至所述延伸部，从而使所述提梁与所述铲斗隔离，所述延伸部包括第一臂和第二臂，所述第一臂和第二臂均被可枢转地连接至所述提梁，所述铲柄还包括扭力管，并且所述第一臂和第二臂每一个均直接从所述扭力管延伸。

12.根据权利要求11所述的挖掘机械，其特征在于，所述延伸部与所述铲斗的其余部分完整地形成单个部件，从而使得所述延伸部和所述铲斗的剩余部分形成单个刚性结构。

13.根据权利要求11所述的挖掘机械，其特征在于，所述提梁被设置在所述第一臂和所述第二臂之间。

14.根据权利要求11所述的挖掘机械，其特征在于，所述第一臂和所述第二臂彼此平行延伸。

15.根据权利要求11所述的挖掘机械，其特征在于，所述挖掘机械包括倾斜机构，所述倾斜机构连接至所述铲柄和铲斗两者。

16.根据权利要求15所述的挖掘机械，其特征在于，当沿第一方向激活所述倾斜机构时，所述倾斜机构被配置成使所述铲斗绕枢转点延伸，从而使所述铲斗的齿升高。

17.根据权利要求16所述的挖掘机械，其特征在于，当沿第二方向激活所述倾斜机构时，所述倾斜机构被配置回缩而使所述铲斗绕所述枢转点倾斜，从而使所述铲斗的齿降低。

18.根据权利要求11所述的挖掘机械，其特征在于，所述铲柄具有非直线的轮廓。

19.根据权利要求11所述的挖掘机械，其特征在于，滑轮被连接至所述支臂的端部，平衡器被连接至所述提梁，其中提升绳索被连接至所述平衡器和所述滑轮。

20.根据权利要求11所述的挖掘机械，其特征在于，所述铲斗被刚性地固定至所述铲柄。

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