CN115142488A - 施工机械、驱动系统以及驱动装置 - Google Patents

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CN115142488A CN202210330824.XA CN202210330824A CN115142488A CN 115142488 A CN115142488 A CN 115142488A CN 202210330824 A CN202210330824 A CN 202210330824A CN 115142488 A CN115142488 A CN 115142488A
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Abstract

本发明提供一种施工机械、驱动系统以及驱动装置。提供一种能够利用输出较小的驱动装置驱动以能够旋转的方式与施工机械主体连接的作业元件、或者抑制驱动装置的输出同时驱动该作业元件的施工机械。一实施方式的施工机械(1)是挖掘机。施工机械(1)具备：作业元件(20)，其具有以能够旋转的方式与施工机械主体(10)连接的动臂、斗杆以及铲斗；驱动装置(30)，其输出旋转力；以及连杆机构(40)，其连接驱动装置(30)和作业元件(20)，向作业元件(20)输入驱动装置(30)的旋转力。

Description

施工机械、驱动系统以及驱动装置
技术领域
本发明涉及一种利用驱动装置驱动作业元件的施工机械、驱动系统以及驱动装置。
背景技术
一般的施工机械的驱动装置是液压缸等液压致动器。液压致动器通常利用根据发动机的动力而从液压泵喷出的工作油的压力来进行动作。
作为例如施工机械的一个例子的一般的液压式挖掘机在作为施工机械主体的局部的上部回转体连接有具有动臂、斗杆以及铲斗的作业元件。并且，利用液压缸分别驱动动臂、斗杆以及铲斗。
另一方面，近来，施工机械的电动化备受关注。例如专利文献1公开有一种挖掘机，在该挖掘机中，利用与动臂的基端侧的轴部连接起来的电动马达直接地驱动动臂，另一方面，利用液压缸分别进行斗杆和铲斗的驱动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特平开11-343642号公报
发明内容
发明要解决的问题
使施工机械电动化的情况的优点在于抑制例如环境负载、噪音这点。另一方面，缺点是动力不足(输出不足)。
在专利文献1中，动臂的基端侧的轴部直接由电动马达驱动。然而，在该情况下，为了使动臂旋转而电动马达所负担的扭矩变大。因此，可能由于例如电动马达的尺寸而产生无法充分地确保用于驱动动臂的扭矩的情况，可能需要使包括电动马达等在内的驱动装置大型化。
因而，在施工机械的电动化之际，期望以下研究：即使是在例如驱动装置中无法确保足够大的输出的情况，换言之在抑制大型化的同时，用于以期望的形态驱动作业元件。
本发明是考虑上述实际情况而做成的，目的在于，提供能够利用输出较小的驱动装置驱动以能够旋转的方式与施工机械主体连接的作业元件、或者能够抑制驱动装置的输出同时驱动该作业元件的施工机械、驱动系统以及驱动装置。
用于解决问题的方案
一实施方式的施工机械具备：作业元件，其以能够旋转的方式与施工机械主体连接；驱动装置，其输出旋转力；以及连杆机构，其连接所述驱动装置和所述作业元件，向所述作业元件输入所述驱动装置的旋转力。
也可以是，所述驱动装置设置于所述施工机械主体，所述连杆机构具有：驱动连杆，其与所述驱动装置直接连接；和连结连杆，其连接所述驱动连杆和所述作业元件。
在该情况下，也可以是，从所述驱动连杆相对于所述施工机械主体的连接位置到所述驱动连杆相对于所述连结连杆的连接位置的长度比从所述作业元件相对于所述施工机械主体的连接位置到所述作业元件相对于所述连结连杆的连接位置的长度小。
另外，也可以是，在所述作业元件成为预定的姿势之际，连结所述驱动连杆相对于所述施工机械主体的连接位置和所述驱动连杆相对于所述连结连杆的连接位置的直线、与连结所述连结连杆相对于所述驱动连杆的连接位置和所述连结连杆相对于所述作业元件的连接位置的直线所成的角度成为45度以上且90度以下，连结所述连结连杆相对于所述驱动连杆的连接位置和所述连结连杆相对于所述作业元件的连接位置的所述直线、与连结所述作业元件相对于所述施工机械主体的连接位置和所述作业元件相对于所述连结连杆的连接位置的直线所成的角度成为45度以上且90度以下。
另外，也可以是，所述作业元件具有：第1要素，其以能够旋转的方式与所述施工机械主体直接连接；和第2要素，其在与所述施工机械主体和所述第1要素之间的连接位置不同的位置处以能够旋转的方式与所述第1要素连接，所述连杆机构具有：驱动连杆，其与所述驱动装置直接连接；和连结连杆，其连接所述驱动连杆和所述第2要素。
在该情况下，也可以是，所述驱动装置设置于所述第1要素的比中央靠所述施工机械主体侧的部分或者设置于所述施工机械主体。
另外，也可以是，所述第1要素或将所述第1要素和所述施工机械主体视作刚体而成的构件、所述驱动连杆、所述连结连杆以及所述第2要素形成交叉型的4节连杆。
另外，也可以是，从所述驱动连杆相对于所述施工机械主体的连接位置到所述驱动连杆相对于所述连结连杆的连接位置的长度比从所述第2要素相对于所述第1要素的连接位置到所述第2要素相对于所述连结连杆的连接位置的长度小。
另外，也可以是，从所述第2要素相对于所述第1要素的连接位置到所述第2要素相对于所述连结连杆的连接位置的长度比从所述连结连杆相对于所述驱动连杆的连接位置到所述连结连杆相对于所述第2要素的连接位置的长度小，从所述连结连杆相对于所述驱动连杆的连接位置到所述连结连杆相对于所述第2要素的连接位置的长度比从所述第1要素相对于所述施工机械主体的连接位置到所述第1要素相对于所述第2要素的连接位置的长度小。
另外，也可以是，在所述作业元件成为预定的姿势之际，连结所述驱动连杆相对于所述施工机械主体的连接位置和所述驱动连杆相对于所述连结连杆的连接位置的直线、与连结所述连结连杆相对于所述驱动连杆的连接位置和所述连结连杆相对于所述第2要素的连接位置的直线所成的角度成为45度以上且90度以下，连结所述连结连杆相对于所述驱动连杆的连接位置和所述连结连杆相对于所述第2要素的连接位置的所述直线、与连结所述第2要素相对于所述第1要素的连接位置和所述第2要素相对于所述连结连杆的连接位置的直线所成的角度成为45度以上且90度以下。
另外，也可以是，所述驱动装置使所述驱动连杆旋转的输入旋转角度比所述第2要素相对于所述第1要素旋转的输出旋转角度大。
另外，也可以是，在所述作业元件和所述连杆机构中的至少任一者设置有伸缩型的减振器。
另外，也可以是，所述驱动装置具有电动马达和使所述电动马达的旋转减速的偏心摆动型减速器，所述偏心摆动型减速器的输出轴输出所述旋转力。
一实施方式的驱动系统具备：驱动装置，其输出旋转力；和连杆机构，其连接所述驱动装置和作业元件，该作业元件以能够旋转的方式与施工机械主体连接，该连杆机构向所述作业元件输入所述驱动装置的旋转力。详细而言，该驱动系统是施工机械用驱动系统，更详细而言是施工机械的作业元件用驱动系统。
一实施方式的驱动装置具备输出旋转力的输出轴，所述输出轴与连杆机构连接，该连杆机构以能够旋转的方式与作业元件连接，该作业元件以能够旋转的方式与施工机械主体连接。详细而言，该驱动装置是施工机械用驱动装置，更详细而言是施工机械的作业元件用驱动装置。
发明的效果
根据本发明，能够利用输出较小的驱动装置驱动以能够旋转的方式与施工机械主体连接的作业元件，或者，抑制驱动装置的输出同时驱动该作业元件。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的施工机械的侧视图。
图2是从图1所示的状态起使该作业元件向上方旋转了的状态的第1实施方式的施工机械的侧视图。
图3是从图1所示的状态起使该作业元件向下方旋转了的状态的第1实施方式的施工机械的侧视图。
图4是沿着图1所示的IV-IV线的施工机械的概略的剖视图。
图5是以几何学方式表示4节连杆的图。
图6A是从图2所示的状态起使作业元件进一步向上方旋转了的、待机位置的状态的第1实施方式的施工机械的侧视图。
图6B是变形例的施工机械的侧视图。
图7是本发明的第2实施方式的施工机械的侧视图。
图8是从图7所示的状态起使动臂降低、并且使斗杆向前方伸展开的状态的第2实施方式的施工机械的侧视图。
图9是从图7所示的状态起将斗杆牵拉到与图8的情况相反的跟前侧的状态的第2实施方式的施工机械的侧视图。
图10是沿着图7所示的X-X线的施工机械的概略的剖视图。
图11是本发明的第3实施方式的施工机械的侧视图。
图12是本发明的第4实施方式的施工机械的侧视图。
图13是本发明的第5实施方式的施工机械的侧视图。
图14是表示变形例的施工机械的驱动装置周边的图。
附图标记说明
1、2、3、4、5、施工机械；10、施工机械主体；11、下部行驶体；12、上部回转体；120、上部回转体主体；121、第1密封件；122、第2密封件；12A、支承板；12A1、板凹部；12B、动臂用支承板；12R、上壁部；12S、止动部；12L、锁定构件；20、作业元件；21、动臂；22、斗杆；23、铲斗；24、斗杆缸；25、铲斗缸；26、提升臂；27、刮板；30、驱动装置；31、电动马达；31A、旋转轴；31F、凸缘部；32、减速器；32A、输入轴；32B、输出轴；32C、传递齿轮；32D、曲轴；32E、外齿轮；32F、内齿轮；32FA、凸缘部；300、紧固构件；301、马达安装台；40、连杆机构；41、驱动连杆；41A、连杆凹部；42、连结连杆；42A、凹处；42B、卡定部；42C、对象构件；400、铲斗用连杆机构；401、铲斗用驱动连杆；402、铲斗用连结连杆；44、减振器；50、动臂驱动装置；51、动臂用电动马达；52、动臂用减速器；60、铲斗驱动装置；A1、A2、A3、A4、A5、A6、A6’、轴线。
具体实施方式
以下，对本发明的各实施方式进行说明。
＜第1实施方式＞
图1所示的第1实施方式的施工机械1是挖掘机。施工机械1具备：施工机械主体10；作业元件20，其以能够旋转的方式与施工机械主体10连接；驱动装置30，其输出用于驱动作业元件20的旋转力；以及连杆机构40，其连接驱动装置30和作业元件20。
施工机械主体10具有下部行驶体11和上部回转体12。下部行驶体11通过利用马达驱动一对履带，使施工机械1在前后方向上行驶。在下部行驶体11中所使用的马达既可以是电动马达，也可以是液压马达，也可以是发动机。
上部回转体12配置于下部行驶体11的上方，以能够旋转的方式与下部行驶体11连接。上部回转体12能够以在下部行驶体11与上部回转体12重叠的方向上延伸的轴线为中心、具体而言以在上下方向上延伸的轴线为中心相对于下部行驶体11旋转。
作业元件20以能够旋转的方式与施工机械主体10中的上部回转体12连接。详细而言，作业元件20与上部回转体12的前侧的部分连接。作业元件是进行施工机械所期待的作业的部分，且是通过使例如姿势、运动等变化来进行作业的部分。也存在作业元件称为作业装置、作业部的情况。施工机械主体是支承作业元件的部分。
作业元件20具有动臂21、斗杆22、以及铲斗23。动臂21的基端侧的部分以能够旋转的方式与上部回转体12的前侧的部分连接。斗杆22的基端侧的部分以能够旋转的方式与动臂21的顶端侧的部分连接。铲斗23的基端侧的部分以能够旋转的方式与斗杆22的顶端侧的部分连接。
图1中的附图标记A1表示通过用于连接动臂21的基端侧的部分和上部回转体12的前侧的部分的连接轴部的中心的轴线。动臂21能以轴线A1为中心相对于上部回转体12旋转。
通过借助连杆机构40输入驱动装置30的旋转力，动臂21能够以轴线A1为中心旋转。在动臂21旋转之际，作业元件20的整体旋转。
图2表示施工机械1利用驱动装置30的旋转力驱动动臂21、从图1所示的状态起使该作业元件20向上方(箭头CW的方向)旋转了的状态。图3表示施工机械1利用驱动装置30的旋转力驱动动臂21、从图1所示的状态起使该作业元件20向下方(箭头CCW的方向)旋转了的状态。
箭头CW表示以轴线A1为中心在图1～图3的纸面上顺时针旋转的方向。箭头CCW表示以轴线A1为中心在图1～图3的纸面上逆时针旋转的方向。
图1中的附图标记A2表示通过用于连接斗杆22的基端侧的部分和动臂21的顶端侧的部分的连接轴部的中心的轴线。斗杆22能以轴线A2为中心相对于动臂21旋转。
动臂21相对于施工机械主体10的连接位置与动臂21相对于斗杆22的连接位置之间的部分、和斗杆22的与轴线A2的位置不同的基端侧的部分由斗杆缸24连接。斗杆22能够根据斗杆缸24的伸缩而以轴线A2为中心旋转。此外，斗杆缸24既可以是液压缸，也可以是电动缸。
图1中的附图标记A3表示通过用于连接铲斗23的基端侧的部分和斗杆22的顶端侧的部分的连接轴部的中心的轴线。铲斗23能以轴线A3为中心相对于斗杆22旋转。
斗杆22的与轴线A2的位置不同的基端侧的部分和铲斗23的与轴线A3的位置不同的基端侧的部分由铲斗缸25连接。铲斗23能够根据铲斗缸25的伸缩而以轴线A3为中心旋转。此外，铲斗缸25既可以是液压缸，也可以是电动缸。
驱动装置30设置于施工机械主体10中的上部回转体12。详细而言，图1所示的驱动装置30在上部回转体12中设置于比轴线A1的位置靠后方的位置且是上方的位置。
图4是沿着图1所示的IV-IV线的施工机械1的概略的剖视图，且是说明施工机械1中的作业元件20与驱动装置30的位置结构和连接结构的图。
如图4所示，驱动装置30具有电动马达31和减速器32。电动马达31和减速器32支承于作为上部回转体12的局部的向上方延伸的支承板12A，位于隔着支承板12A而在支承板12A的厚度方向上相对的位置。支承板12A由作为上部回转体12的上部回转体主体120(施工机械主体10)的局部的侧壁部构成。电动马达31位于上部回转体主体120内，由上部回转体主体120的上壁部12R从上方覆盖。
电动马达31具有旋转轴31A，旋转轴31A与连接动臂21的基端侧的部分和上部回转体12的前侧的部分的连接轴部的轴线A1平行地延伸。图1和图4中的附图标记A4表示通过旋转轴31A的中心的轴线，旋转轴31A以轴线A4为中心旋转。此外，电动马达31既可以是直流马达，也可以是交流马达。
减速器32具有：输入轴32A，其以同轴的状态与旋转轴31A连接起来；和输出轴32B，其使从旋转轴31A传递到输入轴32A的旋转的转速以由预定的减速比减速后的转速输出。即，输出轴32B输出驱动装置30的旋转力。
图4所示的减速器32是偏心摆动型减速器。在该情况下，在减速器32中，利用旋转轴31A而旋转的输入轴32A的旋转从配置到输入轴32A的外周的传递齿轮32C向曲轴32D传递。曲轴32D通过使所支承的外齿轮32E摆动，使外齿轮32E相对于位于外齿轮32E的外周的内齿轮32F相对旋转。
在图4中，内齿轮32F固定于施工机械主体10(支承板12A)，因此，外齿轮32E相对于内齿轮32F和施工机械主体10旋转。并且，也称为所谓的齿轮架的输出轴32B支承外齿轮32E的摆动运动并以轴线A4为中心旋转。
内齿轮32F呈筒状，在内周面具有内齿，在外周面具有凸缘部32FA。将穿过了凸缘部32FA的螺栓等紧固构件300紧固于支承板12A，从而固定减速器32。并且，在凸缘部32FA与支承板12A之间设置有O形圈等第1密封件121。第1密封件121收纳于在支承板12A形成的槽，但也可以收纳于在凸缘部32FA形成的槽。第1密封件121配置于比紧固构件300靠径向内侧的位置。另外，在支承板12A设置有板凹部12A1。支承板12A以将减速器32的局部收纳到板凹部12A1的状态支承。在板凹部12A1收纳有输出轴32B的支承板12A侧的端部和内齿轮32F的支承板12A侧的端部。
另外，电动马达31具有筒状的壳体，在壳体的外周面具有凸缘部31F。将穿过凸缘部31F的螺栓等紧固构件紧固于支承板12A，从而固定电动马达31。并且，在凸缘部31F与支承板12A之间设置有O形圈等第2密封件122。第2密封件122收纳于在支承板12A上形成的槽，但也可以收纳于在凸缘部31F形成的槽。
在偏心摆动型减速器中，在输入轴32A与传递齿轮32C之间和在曲轴32D与外齿轮32E之间进行减速，从而能够以高减速比进行减速，能够输出高扭矩。另外，能够将外齿轮32E与内齿轮32F之间的齿面彼此的接触面积确保得较大，因此，耐久性较高，能够确保高可靠性。图4表示多个曲轴32D配置于周向的结构的偏心摆动型减速器。然而，自不待言，用作减速器32的偏心摆动型减速器也可以是曲轴与外齿轮的旋转轴线成为同轴的中心曲轴式。另外，减速器32也可以是其他形式。
如图1和图4所示，连杆机构40具有驱动连杆41和连结连杆42，利用这些驱动连杆41和连结连杆42连接驱动装置30和动臂21。
驱动连杆41的两个端部中的一个端部与减速器32的输出轴32B连接。即，驱动连杆41与驱动装置30直接连接。另外，驱动连杆41的两个端部中的另一个端部与连结连杆42连接。随着减速器32的输出轴32B的旋转，驱动连杆41以轴线A4为中心旋转。如图4所示，在驱动连杆41设置有连杆凹部41A，驱动连杆41以将减速器32的局部收纳到连杆凹部41A的状态与输出轴32B连接。在连杆凹部41A收纳有输出轴32B的驱动连杆41侧的端部和内齿轮32F的驱动连杆41侧的端部。
另一方面，连结连杆42的两个端部中的一个端部以能够旋转的方式与驱动连杆41的上述另一个端部连接。连结连杆42的一个端部以与驱动连杆41和输出轴32B连接侧的驱动连杆41的面重叠的状态与驱动连杆41连接。由此，能够抑制驱动装置30和连杆机构40的占有范围。另外，连结连杆42的两个端部中的另一个端部以能够旋转的方式连接于动臂21相对于施工机械主体10的连接位置与动臂21相对于斗杆22的连接位置之间的部分。
图1和图4中的附图标记A5表示通过用于连接驱动连杆41和连结连杆42的连接轴部的中心的轴线。连结连杆42能以轴线A5为中心相对于驱动连杆41旋转。
图1和图4中的附图标记A6表示通过用于连接连结连杆42和动臂21的连接轴部的中心的轴线。连结连杆42能以轴线A6为中心相对于动臂21旋转。
在本实施方式中，如图1所示，成为驱动连杆41、连结连杆42、动臂21、以及上部回转体12形成4节连杆(详细而言，不平行型的4节连杆)的状态。在该情况下，若驱动装置30使驱动连杆41以轴线A4为中心向图1中的顺时针的方向旋转，则如图2所示，动臂21以轴线A1为中心向由箭头CW表示的顺时针旋转。另外，若驱动装置30使驱动连杆41以轴线A4为中心向图1中的逆时针的方向旋转，则如图3所示，动臂21以轴线A1为中心向由箭头CCW表示的逆时针旋转。
参照图1，对于在本实施方式的施工机械1中所形成的4节连杆，从驱动连杆41相对于施工机械主体10的连接位置(轴线A4的位置)到驱动连杆41相对于连结连杆42的连接位置(轴线A5的位置)的长度B比从动臂21相对于施工机械主体10的连接位置(轴线A1的位置)到动臂21相对于连结连杆42的连接位置(轴线A6的位置)的长度D小。
图5是以几何学方式表示4节连杆的图，且是用于说明4节连杆中的连杆长度与输入输出扭矩之间的关系的图。在图5中表示的附图标记A、B、C、D分别表示4个连杆的长度。附图标记L表示连结长度B的连杆和长度C的连杆的连接点与长度A的连杆和长度D的连杆的连接点的对角线。α1、α2、α3、α4分别表示利用对角线分割了内角之际的角度。另外，Ti表示使长度B的连杆以与长度A的连杆之间的连接点为中心旋转了之际的输入扭矩，TO表示利用输入扭矩Ti使长度D的连杆以与长度A的连杆之间的连接点为中心旋转之际的输出扭矩。
在4节连杆中，以下的算式的关系成立。
【算式1】
Figure BDA0003573014500000111
上述算式表示在长度B比长度D小的情况下、输出扭矩TO比输入扭矩Ti大。考虑该关系，在本实施方式中，如上述那样从驱动连杆41相对于施工机械主体10的连接位置到驱动连杆41相对于连结连杆42的连接位置的长度B比从动臂21相对于施工机械主体10的连接位置到动臂21相对于连结连杆42的连接位置的长度D小，以使由于驱动连杆41所输出的输入扭矩而旋转的动臂21所输出的输出扭矩比输入扭矩大。由此，能够从作业元件20对作业元件20进行作业的地面等作业对象高效地赋予力。
另外，在本实施方式中，在上述的驱动连杆41的长度B比动臂21的长度D小的这样的关系的同时，驱动装置30使驱动连杆41旋转的输入旋转角度比动臂21相对于施工机械主体10旋转的输出旋转角度大的这样的关系成立。即，这意味着输入时的旋转被减速、输出扭矩比输入扭矩大。在该关系成立的情况下，也能够从作业元件20对作业对象高效地赋予力。
另外，在图2中，附图标记L1表示连结驱动连杆41相对于施工机械主体10的连接位置(轴线A4的位置)与驱动连杆41相对于连结连杆42的连接位置(轴线A5的位置)的直线。附图标记L2表示连结连结连杆42相对于驱动连杆41的连接位置(轴线A5的位置)与连结连杆42相对于动臂21的连接位置(轴线A6的位置)的直线。附图标记L3表示连结动臂21相对于施工机械主体10的连接位置(轴线A1的位置)与动臂21相对于连结连杆42的连接位置(轴线A6的位置)的直线。
如图2所示，在动臂21成为旋转到上方侧的姿势之际，在本实施方式中，直线L1与直线L2所成的角度X成为45度以上且90度以下，直线L2与直线L3所成的角度Y成为45度以上且90度以下。详细而言，在角度X呈约50度时，角度Y呈约70度。在这样的关系的情况下，驱动连杆41的力高效地向动臂21传递。此外，角度X、Y是内角的角度。
在利用铲斗23铲挖沙土等并使作业元件20向上方旋转而移动到卡车的装货台面这样的情况下，存在对动臂21的负载变大的情况。考虑这样的状况，在本实施方式中，在成为动臂21旋转到上方侧的姿势之际确定上述关系，但使该关系成立的作业元件20的姿势也可以根据作业内容任意地确定。
此外，在上述角度X、Y的关系中，在角度X是67.5度以上且90度以下时，角度Y更优选成为67.5度以上且90度以下，在角度X是75度以上且90度以下时，角度Y进一步优选成为75度以上且90度以下。
另外，驱动连杆41、连结连杆42、动臂21、上部回转体12所形成的4节连杆的形状并没有特别限制，也可以是平行4节连杆、交叉型4节连杆。另外，驱动连杆41和连结连杆42能够相互拆装，并且能够相对于施工机械主体10或动臂21拆装。由此，驱动连杆41和连结连杆42能够适当变更成不同的形状的连杆，能够适当调整可动范围、增减速、倍力比等。另外，在本实施方式中，图5中的长度B的连杆与驱动连杆41相对应，图5中的长度D的连杆与动臂21相对应。不过，驱动连杆41、连结连杆42、动臂21、上部回转体12所形成的4节连杆的各长度并没有特别限定。例如，也可以采用图5中的长度B的连杆与连结连杆42相对应的结构、图5中的长度C的连杆与驱动连杆41相对应的结构等。另外，夸张地表示图1～3等所示的驱动连杆41、连结连杆42等的长度，与实际的长度不同。此外，驱动装置30和连杆机构40构成驱动系统。
另外，图6A是从图2所示的状态起进一步使作业元件20向上方旋转了的、待机位置的状态的施工机械1的侧视图。详细而言，动臂21通过从图2所示的状态起进一步向上方旋转，从而到达动臂待机位置。另外，斗杆22从图2所示的状态朝向下方向逆时针的方向旋转，从而到达斗杆待机位置。动臂待机位置是纸面顺时针方向上的动臂21的旋转极限位置。斗杆待机位置是纸面逆时针方向上的斗杆22的旋转极限位置。待机位置是通过动臂21处于动臂待机位置且斗杆22处于斗杆待机位置而形成的。
如图6A所示，在动臂21处于动臂待机位置的情况下，向纸面顺时针方向旋转的驱动连杆41与设置到施工机械主体10的上部回转体12的止动部12S接触而限制旋转。参照图1～图4，止动部12S设置于在上部回转体12的支承板12A(参照图4)设置的驱动装置30的后方。
图示的止动部12S形成水平地延伸的接触面，利用该接触面与驱动连杆41接触。不过，止动部12S的接触根据任意地被确定的动臂21的旋转极限位置，既能成为铅垂地延伸的形态，也能成为倾斜地延伸的形态。
图6A中的附图标记Gp表示待机位置的作业元件20的重心位置。附图标记V表示从作为动臂21的旋转中心的轴线A1起在铅垂方向上延伸的铅垂线。在图6A所示的待机位置处，作业元件20的重心位置Gp位于比铅垂线V靠后方的位置且位于轴线A1的上方。在该情况下，作业元件20要纸面顺时针旋转。其中，在本实施方式中，驱动连杆41与止动部12S接触，从而旋转受限制。
另外，在图1～3和图6A中示出有针对待机位置的作业元件20的锁定构件12L。在图6A中示出有在沿着该图6A内的箭头VIA的方向观察之际的区域T。参照区域T，在锁定构件12L未锁定待机位置的作业元件20的情况下，如以虚线表示这样，成为沿着上部回转体12的侧壁部在前后方向上延伸的状态。并且，在锁定待机位置的作业元件20的情况下，锁定构件12L以后部为旋转中心而在宽度方向上旋转。并且，锁定构件12L在与待机位置的作业元件20连接起来的驱动连杆41的上方处与驱动连杆41重叠。由此，驱动连杆41的纸面逆时针的旋转也受限制。利用以上这样的止动部12S和锁定构件12L，能够安全地保管使作业元件20处于待机位置的施工机械1。更具体而言，在作业元件20处于待机位置、电源断掉了之际，作业元件20成为既不向前方、也不向后方旋转的状态。
图6B表示施工机械1的变形例。在图6B的变形例中，锁定构件12L的结构与图6A不同。图6B所示的锁定构件12L是柱状的构件。该锁定构件12L以位于与待机位置的作业元件20连接起来的驱动连杆41的上方的方式嵌入上部回转体12的侧壁部。
接着，说明本实施方式的施工机械1的作用。
在使动臂21旋转之际，驱动装置30的旋转力借助连杆机构40输入动臂21。由此，动臂21以轴线A1为中心旋转。
详细而言，若驱动装置30使驱动连杆41以轴线A4为中心向图1中的顺时针的方向旋转，则如图2所示，动臂21以轴线A1为中心向由箭头CW表示的顺时针旋转。若驱动装置30使驱动连杆41以轴线A4为中心向图1中的逆时针的方向旋转，则如图3所示，动臂21以轴线A1为中心向由箭头CCW表示的逆时针旋转。
并且，在本实施方式中，驱动装置30的旋转力由连杆机构40转换成作用于动臂21的一方向的力。并且，使作用于该动臂21的力作用于远离动臂21的靠施工机械主体10侧的旋转轴(轴线A1所位于的连接轴部)的位置。由此，能够确保成为动臂21的旋转中心的轴线A1与力的作用点之间的距离，即使在例如输出较小的驱动装置30的情况下，或者，即使在抑制了驱动装置30的输出的情况下，也能够将向动臂21输入的扭矩确保得较大，能够使动臂21简单地旋转。
因而，根据本实施方式的施工机械1，能够利用输出较小的驱动装置30驱动作业元件20，或者，能够抑制驱动装置30的输出同时驱动作业元件20。具体而言，即使在例如驱动装置30利用电动马达且难以将输出确保得比一般的液压马达的输出大的情况下等，也能以相对于使用了液压马达的情况并不逊色的形态驱动作业元件20。
另外，在本实施方式中，驱动装置30设置于施工机械主体10，连杆机构40具有与驱动装置30直接连接的驱动连杆41和连接驱动连杆41和动臂21的连结连杆42。由此，驱动连杆41、连结连杆42、动臂21以及施工机械主体10形成4节连杆，在不使构造复杂化的情况下随着驱动连杆41相对于施工机械主体10的旋转，动臂21旋转。因此，能够避免施工机械1过度复杂化、重量增加以及大型化。
另外，在本实施方式中，驱动装置30位于比动臂21与施工机械主体10之间的连接位置靠后方的位置。由此，能够避免施工机械1的重心靠前，因此，能够使重量平衡良好。
另外，从驱动连杆41相对于施工机械主体10的连接位置到驱动连杆41相对于连结连杆42的连接位置的长度B比从动臂21相对于施工机械主体10的连接位置到动臂21相对于连结连杆42的连接位置的长度D小。在该结构中，绕施工机械主体10旋转的动臂21的旋转力(扭矩)比绕驱动装置30旋转的驱动连杆41的旋转力(扭矩)大。由此，能够从作业元件20对作业对象高效地赋予力。
另外，在施工机械1中，在作业元件20成为预定的姿势之际，具体而言在动臂21旋转到上方侧的姿势之际，如图2所示，直线L1与直线L2所成的角度成为45度以上且90度以下，直线L2与直线L3所成的角度成为45度以上且90度以下。由此，能够高效地向动臂21传递驱动装置30的旋转力。
＜第2实施方式＞
接着，说明第2实施方式的施工机械2。
图7是施工机械2的侧视图。图8表示施工机械2从图7所示的状态起使动臂21降低、并且使斗杆22向前方(远离施工机械主体的方向)伸展开的状态。图9表示施工机械2从图7所示的状态起将斗杆22牵拉到与图8的情况相反的跟前侧(靠近施工机械主体的方向)的状态。图10是沿着图7所示的X-X线的施工机械2的概略的剖视图，且是表示施工机械2中的作业元件20与驱动装置30之间的位置结构和连接结构的图。对本实施方式中的构成部分中的与第1实施方式同样的构成部分标注同一附图标记，省略说明。
在本实施方式中，连杆机构40中的连结连杆42与作业元件20中的斗杆22连接。
驱动装置30设置于施工机械主体10，驱动连杆41的两个端部中的一个端部与驱动装置30中的减速器32的输出轴32B连接。驱动连杆41的两个端部中的另一个端部以能够旋转的方式与连结连杆42的两个端部中的一个端部连接。并且，连结连杆42的两个端部中的另一个端部以能够旋转的方式与斗杆22连接。
连结连杆42的上述另一个端部详细而言与斗杆22相对于动臂21的连接位置(轴线A2的位置)和斗杆22相对于铲斗23的连接位置(轴线A3的位置)之间的部分连接。
图7～图9中的附图标记A6’表示通过用于连接连结连杆42和斗杆22的连接轴部的中心的轴线。此外，在本实施方式中，动臂21与第1要素相对应，斗杆22与第2要素相对应。
另外，在本实施方式中，在上部回转体12设置有动臂驱动装置50。如图10所示，动臂驱动装置50具有动臂用电动马达51和动臂用减速器52。动臂用电动马达51和动臂用减速器52支承于作为上部回转体12的局部的向上方延伸的动臂用支承板12B。
动臂用电动马达51的旋转轴和动臂用减速器52的输出轴位于同轴上，轴线A1位于上述旋转轴和输出轴各自的中心轴线上。其中，在本实施方式中，以成为动臂21的旋转中心的轴线A1与成为驱动连杆41的靠施工机械主体10侧的旋转中心的轴线A4同轴的方式配置有驱动装置30和动臂驱动装置50。不过，驱动装置30和动臂驱动装置50未旋转地连接，各自独立地驱动。
本实施方式中的动臂用减速器52与减速器32同样地构成为偏心摆动型减速器。省略动臂用减速器52的详细的构造的说明，动臂用减速器52在其输出轴固定动臂21的基端侧的部分。即，在本实施方式中，动臂21利用动臂驱动装置50直接旋转。
并且，通过如以上这样借助连杆机构40连接驱动装置30和斗杆22，在本实施方式中，如图7所示，驱动连杆41、连结连杆42、斗杆22、以及将动臂21和施工机械主体10视作刚体而成的构件形成交叉型的4节连杆。
在该情况下，若从图7的状态起驱动装置30使驱动连杆41以轴线A4为中心向图7中的逆时针的方向旋转，则如图8所示，斗杆22以轴线A2为中心向由箭头CW表示的顺时针旋转。另外，若从图7的状态起驱动装置30使驱动连杆41以轴线A4为中心向图7中的顺时针的方向旋转，则如图9所示，斗杆22以轴线A2为中心向由箭头CCW表示的逆时针旋转。
另外，在本实施方式中，如图7所示，从驱动连杆41相对于施工机械主体10的连接位置(轴线A4的位置)到驱动连杆41相对于连结连杆42的连接位置(轴线A5的位置)的长度B比斗杆22相对于动臂21的连接位置(轴线A2的位置)到斗杆22相对于连结连杆42的连接位置(轴线A6’的位置)的长度D小。
即，在本实施方式中，长度B比长度D小，以使利用驱动连杆41所输出的输入扭矩而旋转的斗杆22所输出的输出扭矩比输入扭矩大。在该关系的同时，驱动装置30使驱动连杆41旋转的输入旋转角度比斗杆22相对于施工机械主体10旋转的输出旋转角度大这样的关系也成立。
另外，若进一步详细论述构成4节连杆的各部的长度，则斗杆22中的上述长度D比从连结连杆42相对于驱动连杆41的连接位置(轴线A5的位置)到连结连杆42相对于斗杆22的连接位置(轴线A6’的位置)的长度C小。连结连杆42的上述长度C比从动臂21相对于施工机械主体10的连接位置(轴线A1的位置)到动臂21相对于斗杆22的连接位置(轴线A2的位置)的长度A小。本案发明人进行深入研究，结果获得了如下见解：在利用连杆机构40驱动挖掘机的斗杆22的情况下，若是该长度关系，则能够恰当地对作业对象赋予力。
另外，如图7所示，在斗杆22成为沿着大致上下方向的姿势之际，在本实施方式中，角度X’成为45度以上且90度以下，角度Y’成为45度以上且90度以下。角度X’是连结驱动连杆41相对于施工机械主体10的连接位置和驱动连杆41相对于连结连杆42的连接位置的直线、与连结连结连杆42相对于驱动连杆41的连接位置和连结连杆42相对于斗杆22的连接位置的直线所成的角度(内角)。角度Y’是连结连结连杆42相对于驱动连杆41的连接位置和连结连杆42相对于斗杆22的连接位置的直线、与连结斗杆22相对于动臂21的连接位置和斗杆22相对于连结连杆42的连接位置的直线所成的角度。
在利用铲斗23铲挖沙土等之际，存在对斗杆22的负载变大的情况。考虑这样的状况，在本实施方式中确定上述关系，但使上述关系成立的作业元件20的姿势也可以根据作业内容任意地确定。
此外，在上述角度X’、Y’的关系中，在角度X’是67.5度以上且90度以下时，角度Y’更优选成为67.5度以上且90度以下，在角度X’是75度以上且90度以下时，角度Y’进一步优选成为75度以上且90度以下。
另外，驱动连杆41、连结连杆42、动臂21、上部回转体12所形成的4节连杆的形状并没有特别限制，也可以是平行4节连杆、非交叉的不平行型4节连杆。
另外，在本实施方式中，驱动装置30设置于施工机械主体10，但驱动装置30也可以设置于动臂21。在该情况下，考虑重量平衡，驱动装置30设置于动臂21的比中央靠施工机械主体10侧的部分为佳。
在以上进行了说明的第2实施方式中，驱动装置30的旋转力利用连杆机构40转换成作用于斗杆22的一方向的力。并且，使作用于该斗杆22的力作用于斗杆22的远离动臂21侧的旋转轴(轴线A2所位于的连接轴部)的位置。由此，能够确保成为斗杆22的旋转中心的轴线A2与力的作用点之间的距离，即使在例如输出较小的驱动装置30的情况下，或者，即使在抑制了驱动装置30的输出的情况下，也能够将向斗杆22输入的扭矩确保得较大，能够简单地使斗杆22旋转。
因而，根据本实施方式的施工机械3，能够利用输出较小的驱动装置30驱动作业元件20，或者，能够抑制驱动装置30的输出同时驱动作业元件20。
另外，通过使用连杆机构40，能够利用配置到远离斗杆22的位置的驱动装置30驱动斗杆，因此，能够提高驱动装置30的配置自由度。在本实施方式中，驱动斗杆22的驱动装置30设置于施工机械主体10，因此，能够使重物靠近施工机械3的重心，获得良好的重量平衡。
另外，在本实施方式中驱动装置30设置于施工机械主体10，从而将动臂21和施工机械主体10视作刚体而成的构件、驱动连杆41、连结连杆42以及斗杆22形成4节连杆，在不使构造复杂化的情况下随着驱动连杆41的旋转，斗杆22旋转。上述4节连杆是交叉型的4节连杆。由此，通过使连杆机构的局部与作业元件的局部交叉，能够抑制构成构件的占有范围。
＜第3实施方式＞
接着，说明第3实施方式的施工机械3。图11是施工机械3的侧视图。对本实施方式中的构成部分的与第1实施方式和第2实施方式同样的构成部分标注同一附图标记，省略说明。
在本实施方式中，设置到斗杆22的铲斗驱动装置60和铲斗23由铲斗用连杆机构400连接。铲斗驱动装置60与上述的驱动装置30同样地具有电动马达和减速器。铲斗用连杆机构400具有：铲斗用驱动连杆401，其与铲斗驱动装置60直接连接；和铲斗用连结连杆402，其连接铲斗用驱动连杆401和铲斗23。其他结构与第2实施方式相同。
根据本实施方式的施工机械3，能够利用输出较小的铲斗驱动装置60驱动铲斗23，或者，能够抑制铲斗驱动装置60的输出同时驱动铲斗23。另外，在本实施方式中，铲斗驱动装置60设置于斗杆22的比铲斗23与斗杆22之间的连接部靠斗杆22与动臂21之间的连接部的位置，另一方面，驱动装置30和动臂驱动装置50设置于施工机械主体10。由此，能够避免施工机械3的重心位置靠前方，获得良好的重量平衡。
＜第4实施方式＞
接着，说明第4实施方式的施工机械4。图12是施工机械4的侧视图。对本实施方式中的构成部分的与第1实施方式～第3实施方式同样的构成部分标注同一附图标记，省略说明。
在本实施方式中，在连杆机构40的连结连杆42设置有伸缩型的减振器44。减振器44在预定值以上的压缩力施加到连结连杆42之际从溢流阀45排出已填充到内部的油，从而使连结连杆42压缩。此外，减振器44的结构并没有特别限制。其他结构与第3实施方式相同。
根据第4实施方式的施工机械4，通过作用于作业元件20的压缩力在向驱动装置30传递之前从减振器44释放，能够保护驱动装置30、尤其是其减速器32的齿面。在连结连杆42与斗杆22连接的情况下，存在如下情况：起因于从地面等作业对象施加于铲斗23的反作用力而压缩力施加于连结连杆42，对减速器32的负载变大。考虑该点，在本实施方式中在连结连杆42设置有减振器44。此外，减振器44既可以设置于作业元件20，也可以设置于驱动连杆41。
＜第5实施方式＞
接着，说明第5实施方式的施工机械5。图13是施工机械5的侧视图。对本实施方式中的构成部分的与第1实施方式～第4实施方式同样的构成部分标注同一附图标记，省略说明。
本实施方式的施工机械5是推土机，与施工机械主体10连接的作业元件20具有：提升臂26，其以能够旋转的方式直接支承于施工机械主体10；和刮板27，其以能够旋转的方式与提升臂26连接。驱动装置30设置于施工机械主体10，连杆机构40具有：驱动连杆41，其与驱动装置30连接；和连结连杆42，其连接驱动连杆41和提升臂26。
本实施方式的施工机械5通过利用驱动装置30使驱动连杆41旋转，能够使提升臂26上下运动。如在本实施方式中所例示这样，连杆机构40也能够适用于除了挖掘机以外的各种施工机械中。
此外，本发明的形态并不限定于上述的各实施方式，也包含本领域技术人员能想到的各种变形，本发明的效果也并不限定于上述的内容。即，能够在不脱离从权利要求书所规定的内容及其等效物导出的本发明的概念性的思想和主旨的范围内进行各种追加、变更以及局部删除。在本说明书所公开的实施方式中，由多个物体构成的构件既可以使该多个物体一体化，相反，能够将由一个物体构成的构件分成多个物体。不管是否一体化，以能够达成发明的目的的方式构成即可。
例如，在第1实施方式中，驱动装置30中的电动马达31和减速器32以隔着支承板12A而在支承板12A的厚度方向上相对的方式配置。取而代之，如图14的变形例所示，电动马达31和减速器32也可以支承于支承板12A的单面。并且，也可以是，电动马达31和减速器32配置于上部回转体12的上部回转体主体120的内部，由上部回转体主体120覆盖。在图14中，紧固构件300在支承板12A与减速器32的内齿轮外周的凸缘部32FA之间穿过。而且，紧固构件300从凸缘部32FA侧延伸出，紧固于马达安装台301。马达安装台301呈筒状，利用与凸缘部32FA侧相反的一侧的端部支承着电动马达31。此外，电动马达31也可以支承于已固定到输出轴32B的马达安装台301来替代图14的结构。另外，在上述的图1～图12所示的实施方式中，作业元件20安装于施工机械主体10的侧面或靠侧面的位置。不过，作业元件20的安装位置并没有特别限制。作业元件20也可以安装于例如施工机械主体10的前部中央。

Claims (15)

1.一种施工机械，其具备：
作业元件，其以能够旋转的方式与施工机械主体连接；
驱动装置，其输出旋转力；以及
连杆机构，其连接所述驱动装置和所述作业元件，向所述作业元件输入所述驱动装置的旋转力。
2.根据权利要求1所述的施工机械，其中，
所述驱动装置设置于所述施工机械主体，
所述连杆机构具有：驱动连杆，其与所述驱动装置直接连接；和连结连杆，其连接所述驱动连杆和所述作业元件。
3.根据权利要求2所述的施工机械，其中，
从所述驱动连杆相对于所述施工机械主体的连接位置到所述驱动连杆相对于所述连结连杆的连接位置的长度比从所述作业元件相对于所述施工机械主体的连接位置到所述作业元件相对于所述连结连杆的连接位置的长度小。
4.根据权利要求2所述的施工机械，其中，
在所述作业元件成为预定的姿势之际，连结所述驱动连杆相对于所述施工机械主体的连接位置和所述驱动连杆相对于所述连结连杆的连接位置的直线、与连结所述连结连杆相对于所述驱动连杆的连接位置和所述连结连杆相对于所述作业元件的连接位置的直线所成的角度成为45度以上且90度以下，连结所述连结连杆相对于所述驱动连杆的连接位置和所述连结连杆相对于所述作业元件的连接位置的所述直线、与连结所述作业元件相对于所述施工机械主体的连接位置和所述作业元件相对于所述连结连杆的连接位置的直线所成的角度成为45度以上且90度以下。
5.根据权利要求1所述的施工机械，其中，
所述作业元件具有：第1要素，其以能够旋转的方式与所述施工机械主体直接连接；和第2要素，其在与所述施工机械主体和所述第1要素之间的连接位置不同的位置处以能够旋转的方式与所述第1要素连接，
所述连杆机构具有：驱动连杆，其与所述驱动装置直接连接；和连结连杆，其连接所述驱动连杆和所述第2要素。
6.根据权利要求5所述的施工机械，其中，
所述驱动装置设置于所述第1要素的比中央靠所述施工机械主体侧的部分或者设置于所述施工机械主体。
7.根据权利要求6所述的施工机械，其中，
所述第1要素或将所述第1要素和所述施工机械主体视作刚体而成的构件、所述驱动连杆、所述连结连杆以及所述第2要素形成交叉型的4节连杆。
8.根据权利要求5所述的施工机械，其中，
从所述驱动连杆相对于所述施工机械主体的连接位置到所述驱动连杆相对于所述连结连杆的连接位置的长度比从所述第2要素相对于所述第1要素的连接位置到所述第2要素相对于所述连结连杆的连接位置的长度小。
9.根据权利要求8所述的施工机械，其中，
从所述第2要素相对于所述第1要素的连接位置到所述第2要素相对于所述连结连杆的连接位置的长度比从所述连结连杆相对于所述驱动连杆的连接位置到所述连结连杆相对于所述第2要素的连接位置的长度小，
从所述连结连杆相对于所述驱动连杆的连接位置到所述连结连杆相对于所述第2要素的连接位置的长度比从所述第1要素相对于所述施工机械主体的连接位置到所述第1要素相对于所述第2要素的连接位置的长度小。
10.根据权利要求5所述的施工机械，其中，
在所述作业元件成为预定的姿势之际，连结所述驱动连杆相对于所述施工机械主体的连接位置和所述驱动连杆相对于所述连结连杆的连接位置的直线、与连结所述连结连杆相对于所述驱动连杆的连接位置和所述连结连杆相对于所述第2要素的连接位置的直线所成的角度成为45度以上且90度以下，连结所述连结连杆相对于所述驱动连杆的连接位置和所述连结连杆相对于所述第2要素的连接位置的所述直线、与连结所述第2要素相对于所述第1要素的连接位置和所述第2要素相对于所述连结连杆的连接位置的直线所成的角度成为45度以上且90度以下。
11.根据权利要求5所述的施工机械，其中，
所述驱动装置使所述驱动连杆旋转的输入旋转角度比所述第2要素相对于所述第1要素旋转的输出旋转角度大。
12.根据权利要求1所述的施工机械，其中，
在所述作业元件和所述连杆机构中的至少任一者设置有伸缩型的减振器。
13.根据权利要求1所述的施工机械，其中，
所述驱动装置具有电动马达和使所述电动马达的旋转减速的偏心摆动型减速器，所述偏心摆动型减速器的输出轴输出所述旋转力。
14.一种驱动系统，其具备：
驱动装置，其输出旋转力；和
连杆机构，其连接所述驱动装置和作业元件，该作业元件以能够旋转的方式与施工机械主体连接，该连杆机构向所述作业元件输入所述驱动装置的旋转力。
15.一种驱动装置，其具备输出旋转力的输出轴，
所述输出轴与连杆机构连接，该连杆机构以能够旋转的方式与作业元件连接，该作业元件以能够旋转的方式与施工机械主体连接。
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