CN115175829A - 铰接式作业机械车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种作业机械车辆(1)，其设置有支撑框架(6)和枢转式装载容器(5)，其中车辆(1)被构造成允许装载容器(5)从运输位置倾斜到倾斜位置以用于从装载容器(5)倾倒负载，其中车辆(1)设置有悬架布置(20、120)，其被构造成减少当装载容器(5)处于其运输位置时在框架(6)和装载容器(5)之间的振动传递，其中悬架布置(20、120)包括弹簧元件(11、115)和阻尼元件(9、10、11、109、110、112、113)，并且其中车辆(1)还设置有至少一个液压起重缸(9、109)，其连接在框架(6)和装载容器(5)之间，并且布置成将装载容器(5)提升和倾斜至倾倒位置以用于倾倒。液压起重缸(9、109)形成液压系统的一部分，该液压系统包括用于液压流体的容器(11、112)和至少一个导管(10、110、113)，该至少一个导管将液压起重缸(9、109)与容器(11、112)连接，以在液压起重缸(9、109)和液压容器(11、112)之间形成用于液压流体的流动通路，并且其中流动通路被布置成向流动通过该流动通路的液压流体施加流动阻力，以阻尼通过流动通路的振荡流，从而形成悬架布置(20、120)的阻尼元件。

Description

铰接式作业机械车辆

技术领域

本发明涉及一种作业机械车辆，诸如铰接式运输车，其设置有悬架布置，该悬架布置被构造成减少车辆框架和装载容器之间的振动传递。

背景技术

铰接式作业机械车辆包括前车辆部分和后车辆部分，该前车辆部分和该后车辆部分通过连接布置枢转地连接，该连接布置被构造成控制前部分和后部分之间的枢转角以用于车辆的转向。铰接式运输车的后车辆部分通常设置有被布置到支撑框架上的可倾斜装载容器(有时称为“主体”)。当装载容器处于运输(下部)位置并且坐落到框架上时，可以在框架和装载容器之间传递振动。这种振动可能增加车辆的磨损和/或可能影响前部分驾驶室中的驾驶员的舒适度。

橡胶支撑件可以布置在框架和装载容器之间，但是这样的橡胶支撑件不能以有效的方式减少振动传递。

US2015/0159729A1公开了一种用于有效载荷载体的悬架组件，该悬架组件包括形成阻尼器和弹簧的各种板和元件，以用于减少振动传递到有效载荷载体的目的。

CN105966474公开了一种用于矿用自卸车的主动减振支撑系统，包括弹簧、阻尼器、传感器、致动器、优化计算模块等，以提供例如：主动调节减振能力。

需要一种不太复杂的装载容器悬架布置。特别是需要一种适于铰接式车辆的装载容器悬架布置。

发明内容

本公开涉及一种设置有支撑框架和枢转式装载容器的作业机械车辆，其中，所述车辆被构造成允许所述装载容器从运输位置倾斜到倾斜位置，以用于从所述装载容器倾倒负载。所述车辆设置有悬架布置，所述悬架布置被构造成减少当所述装载容器处于其运输位置时在所述框架和所述装载容器之间的振动传递。所述悬架布置包括弹簧元件和阻尼元件，并且所述车辆还设置有至少一个液压起重缸，所述至少一个液压起重缸连接在所述框架和所述装载容器之间，并且所述至少一个液压起重缸用于将所述装载容器提升和倾斜至所述倾倒位置以用于倾倒。

根据本公开，所述液压起重缸形成液压系统的一部分，所述液压系统包括用于液压流体的容器和至少一个导管，所述至少一个导管将所述液压起重缸与所述容器连接，以在所述液压起重缸和所述液压容器之间形成用于液压流体的流动通路。所述流动通路被布置成向流动通过所述流动通路的液压流体施加流动阻力，以阻尼通过所述流动通路的振荡流，从而形成所述悬架布置的阻尼元件。

也就是说，如果装载容器相对于框架振动，则迫使液压流体通过流动通路来回流动，并且由于流动阻力而使得振动受到阻尼，其中所述流动阻力可以由导管直径、弯曲和/或孔口产生。

因此形成阻尼元件，其利用通常无论如何都存在于铰接式运输车或类似车辆上的液压起重缸。此外，合适的液压系统通常也已经存在于至少铰接式车辆上，以用于车辆转向和操作提升缸，因此仅需要对通常存在的部件进行一些调整以形成上述悬架布置的阻尼元件。这种已经存在的液压系统通常是非常鲁棒的系统，这也使得阻尼元件也非常铰接式运输车。

当(空的)装载容器设置在该装载容器处于其运输位置但距框架的支撑表面一小段距离的“骑乘”位置时，可以激活悬架布置。

与US2015/0159729A1和CN105966474相比，本公开的悬架布置不太复杂并且需要较少的附加部件，这是因为将至少在大多数铰接式车辆上已经存在的(液压)部件用于振动阻尼。

在一个实施例中，所述液压容器是封闭的蓄能器，所述蓄能器部分地填充有气体，以用作用于液压流体的振荡流的弹簧，并且从而形成所述悬架布置的弹簧元件。封闭的气体提供压缩和膨胀，并且因此可以用作弹簧。在这种情况下，液压系统因此也用于实现弹性功能。附加的弹簧元件可以用作补充，诸如机械螺旋螺线弹簧。当(空的)装载容器设置在“骑乘”位置时，所述蓄能器可以连接到起重缸的活塞室侧。

在一个实施例中，所述液压容器是敞开式罐，其中，第一导管将所述敞开式罐与所述液压起重缸的高压侧连接，其中，第二导管将所述敞开式罐与所述液压起重缸的低压侧连接，并且其中，所述液压起重缸被构造成设定在悬浮状态下，在所述悬浮状态下液压流体能够在所述高压侧和所述低压侧之间流动通过所述液压起重缸，其中用于液压流体的所述流动通路形成回路，所述回路包括所述敞开式罐、所述第一导管、所述液压起重缸和所述第二导管，所述液压流体能够通过所述回路在任一方向上流动，从而形成所述悬架布置的阻尼元件。同样在这种情况下，所述流动阻力可能由导管直径、弯曲和/或孔口产生，但流动阻力可能另外或替代地在液压起重缸中产生，诸如在高压侧和低压侧之间的连接处。

在一个实施例中，用于液压流体的流动通路设置有孔口以将流动阻力增加到合适的水平。而什么水平是适合的要取决于特定的应用。

在一个实施例中，所述悬架布置包括呈至少一个机械弹簧形式的弹簧元件。这对于液压系统不用作弹簧元件的变体来说当然是特别值得关注的。可以使用螺旋螺线弹簧。

在一个实施例中，所述悬架布置被构造成将所述车辆的固有振动频率分开。对于包括前车辆部分和后车辆部分并且装载容器布置在后车辆部分上的铰接式车辆来说，固有振动频率是后车辆部分的固有振动频率。

通过将合适的弹簧和阻尼元件引入到装载容器/主体，车辆或后车辆部分/装载单元的动态特性被修改。通过铰接式运输车的标准转向架悬架，装载单元具有一个独特的固有频率，该固有频率对应于后轮上的弹跳，并且与整个车辆/运输车的俯仰有关。引入悬挂主体，单个固有频率被分成两个独立的频率；主体的较低的自身/本征频率和装载单元的其余部分的增加的本征频率。此外，后框架位移幅度减小，这继而减少了由车辆俯仰运动引起的驾驶室位移。要关注防止的固有频率可能取决于不同机器类型的动态特性类型而变化。对于典型的铰接式运输车，对应于后轮弹跳的固有频率约为2Hz(对于空载的主体/装载容器来说)。

要被阻尼掉的值得关注的后车辆部分/装载单元的固有本征频率可以表示为“f”。为了实现这一点，主体/装载容器被悬挂(处于其“骑乘”位置)在弹簧悬架中，该弹簧悬架被布置为使得主体/装载容器获得本征频率“f”。这将先前的单个固有频率分成两个本征频率；这两个频率中的较高的频率会激发装载单元/后车辆部分(现在没有主体质量)，而这两个频率中的较低的频率会同时激发装载单元/后车辆部分以及主体/装载容器(现在被阻尼的频率)。

适当地选择弹簧刚度“k”，使得主体本征频率对应于期望被阻尼掉的频率，即，例如频率2Hz。弹簧刚度可通过以下表达式获得：

k＝(2πf)²(I₀+mr²)+mgrsin(α₀+α)

其中

k：围绕主体(装载容器)铰链的旋转刚度，

f：要关注防止的频率，

I₀：围绕主体的c.o.g.(重心)的转动惯量，

m：空的主体的质量，

r：从主体铰链到主体的c.o.g.的距离，

g：引力常数，

α₀：降低主体相对于主体c.o.g.的角度，

α：降低主体c.o.g.相对于在由弹簧支撑的静态平衡状态下的主体c.o.g.的角度。

由于可以同时使用通常布置在主体/装载容器的前边缘处的机械弹簧和气弹簧(液压蓄能器)，因此可以方便地将弹簧刚度表示为围绕主体铰链的旋转刚度。对于典型的铰接式运输车来说，旋转刚度k的大小可能约为110kNm/度。有用的间隔可能是例如100-120或90-130kNm/度，这取决于车辆。

弹簧悬挂主体的大约0.3-0.4的相对阻尼(阻尼比)可能是合适的。阻尼可以通过以下表达式计算：

c＝ζ2Iω_n

其中

c：系统的阻尼，

ζ：阻尼比，

I：主体绕主体铰链的转动惯量，

ω_n：悬挂主体的固有频率。

阻尼幅度可能在350kNs/m左右。

悬架布置被构造成将后车辆部分的固有振动频率分开，因此这意味着弹簧刚度“k”适于特定车辆(例如适于空的主体/装载容器的质量)，并且选择使得后车辆部分的固有振动频率被至少部分地阻尼掉。

在一个实施例中，所述弹簧元件被构造成当所述装载容器被设定在其运输位置时，使空的装载容器保持在所述框架的支撑表面上方指定距离处。因此，这就是上面提到的“骑乘”位置。在所述装载容器和所述框架支撑表面之间保持短距离允许所述弹簧元件的向下冲程。该距离可能约为10-20厘米(在装载容器的与铰链对置的前部分处)。

在一个实施例中，所述液压起重缸包括活塞、活塞杆、活塞侧室和活塞杆侧室。

在一个实施例中，所述车辆设置有两个液压起重缸，在所述装载容器的每一侧上各有一个所述液压起重缸。这两个液压起重缸可以连接到同一个液压容器。

在一个实施例中，所述车辆是包括前车辆部分和后车辆部分的铰接式作业机械车辆，诸如铰接式搬运车，所述前车辆部分和所述后车辆部分通过连接布置枢转地连接，所述连接布置被构造成控制所述前部分和所述后部分之间的枢转角以用于所述车辆的转向。优选地，所述支撑框架和所述枢转式装载容器设置在后车辆部分上。

在与铰接式作业机械车辆有关的实施例中，所述悬架布置被构造成将所述后车辆部分的固有振动频率分开。在这样的实施例中，后车辆部分的固有振动频率可以是“f”，并且弹簧元件的弹簧刚度可以使得当表示为围绕装载容器铰链的旋转刚度“k”时，所述弹簧刚度满足与上面给出的相同表达式，即：

k＝(2πf)²(I₀+mr²)+mgrsin(α₀+α).

本发明的其它优点和有利特征在以下描述和从属权利要求中公开。

附图说明

参考附图，下面对作为示例引用的本发明的实施例进行更详细的描述。

在附图中：

图1示出了铰接式运输车，其设置有示意性描绘的根据本公开的悬架布置的第一实施例。

图2示出了铰接式运输车，其设置有示意性描绘的根据本公开的悬架布置的第二实施例。

图3示出了装载容器和用于计算合适的旋转刚度的一些参数的示意图。

具体实施方式

图1示出了呈铰接式运输车1形式的作业机械车辆。车辆1包括通过连接布置4枢转地连接的前车辆部分2(前单元)和后车辆部分3(装载单元)，其中该连接布置4用于控制前部分2和后部分3之间的枢转角，以用于车辆1的转向。后车辆部分3设置有支撑框架6和枢转式装载容器5(主体)。车辆1通过一对液压起重缸9(在装载容器5的每一侧上存在一个液压起重缸9)而被构造成允许装载容器5从运输位置(如图1所示)倾斜到倾斜位置，以用于从装载容器5倾倒负载。驾驶室布置在前车辆部分2上。一对轮子7布置在前车辆部分2上，两对轮子8布置在后部分3上。车辆1进一步包括液压系统，例如用于控制枢转角和转向车辆以及用于使起重缸9伸长以进行倾倒。

图1进一步示出了车辆1设置有悬架布置20的第一示例，该悬架布置20被构造成当装载容器5处于其运输位置时，减少框架6和装载容器5之间的振动传递。应当注意的是，悬架系统20仅在图1中示意性地描绘。

悬架布置20包括弹簧元件和阻尼元件，并且在该示例中是全液压系统，包括：液压起重缸9；用于液压流体的容器，该容器呈封闭式蓄能器11的形式并且部分填充有气体11b；以及导管10，该导管10将液压起重缸9的活塞侧室9a(即高压侧)与蓄能器11连接。导管10因此在液压起重缸的活塞侧室9a与蓄能器11之间形成用于液压流体的流动通路。流动通路/导管10设置有孔口12以增加对流过流动通路10的液压流体的流动阻力。

虽然在图1中不可见，但(空的)装载容器5设置在“骑乘”位置，在该“骑乘”位置，装载容器5处于其运输位置但距框架6的支撑表面一小段距离，以允许相对于框架6向上和向下的振动运动。

当装载容器5相对于框架6移动(振动)时，迫使液压流体流过流动通路/导管10，并且由于孔口12提供的流动阻力，使得移动(振动)受到阻尼。在这种情况下，当装载容器5相对于框架6振动时，该液压流体以振荡方式来回流过流动通路/导管10。

由于液压蓄能器11是部分填充有气体11b并且部分填充有液压流体11a的封闭的容器，并且由于气体可以被压缩然后膨胀，因此蓄能器11用作液压流体的振荡流的弹簧，并且从而形成悬架布置20的弹簧元件。

图1还示出了敞开式罐12和连接敞开式罐12与起重缸9的活塞杆侧室9b的另一导管13。敞开式罐12在液压起重缸109的正常起重操作期间用作液压流体的储存器。又一导管(未示出)将敞开式罐12与缸109的活塞侧室9a连接。

图2示出了与图1的车辆相似的车辆1，但在这种情况下，车辆1设置有悬架布置120的第二示例，该悬架布置120被构造成当装载容器5处于其运输位置(特别是当设置在其“骑乘”位置，类似于关于图1所描述的)时，减小框架6和装载容器5之间的振动传递。还应注意，在图2所示的示例中，仅示意性地描绘了悬架系统120。

如图2所示，液压容器现在是敞开式罐112。第一导管110将敞开式罐112与液压起重缸109的活塞侧室109a连接，第二导管113将敞开式罐112与液压起重缸109的活塞杆侧室109b连接。液压起重缸109被构造成将被设置在悬浮状态下，在该悬浮状态下液压流体可以在活塞侧室109a与活塞杆侧室109b之间流动通过液压起重缸109。因此，在该示例中，用于液压流体的限流流动通路形成了回路，该回路包括敞开式罐112、第一导管110、液压起重缸109和第二导管113，该液压流体可以在任一方向上流动通过该回路，以形成悬架布置120的阻尼元件。在这种情况下，流动限制是由液压流体在流动通过起重缸109时的流动摩擦产生的。如果该流动摩擦不足以实现所需的阻尼效果，则可以将孔口(图2中未示出)布置在罐112和缸109之间。

当装载容器5相对于框架6振动时，液压流体在这种情况下也被迫以振荡方式通过流动通路回路来回流动到罐112和从罐112流出，并且由于由摩擦(或孔口)提供的流动阻力，使得振动受到阻尼。

图2进一步示出了悬架布置120的第二示例包括布置在框架6和装载容器5之间的呈至少一个机械弹簧115形式的弹簧元件。

在上述示例中，液压起重缸9、109本身是传统类型，其中活塞杆连接到活塞，并且其中活塞能够在缸内来回移动。

图3示出了装载容器5、框架6、装载容器铰链22的示意图，以及一些参数，即在不同角度α处的重心23(c.o.g.)，用于计算合适的围绕装载容器/主体铰链22的旋转刚度“k”。应该注意的是，图3只是示意图，因此c.o.g.23在图3中未正确指示(通常应该在图3中更靠左)。

悬架布置20、120中的每一个被构造成将后车辆部分3的固有振动频率分开。这是通过选择弹簧刚度k来完成的，使得主体本征频率对应于期望分开并且阻尼掉的频率，即例如频率2Hz(另请参见上面的进一步解释)。在此示例中，弹簧刚度来自以下表达式：

k＝(2πf)²(I₀+mr²)+mgrsin(α₀+α)

其中

k：围绕主体(装载容器)铰链22的旋转刚度，

f：要关注防止的频率，

I₀：围绕主体5的c.o.g.23的转动惯量，

m：空的主体5的质量，

r：从主体铰链22到主体5的c.o.g.23的距离，

g：引力常数，

α₀：降低主体5相对于主体c.o.g23.的角度，

α：降低主体c.o.g.相对于在由弹簧支撑的静态平衡状态下的主体c.o.g.的角度。

由于可以使用通常布置在主体/装载容器的前边缘处的机械弹簧和气弹簧(液压蓄能器)两者，因此可以方便地将弹簧刚度表示为围绕主体铰链的旋转刚度。对于图1和图2中例示的类型的铰接式运输车来说，旋转刚度k约为110kNm/度。

对于图1和图2中例示的类型的铰接式运输车来说，弹簧悬挂主体5的大约0.3-0.4的相对阻尼(阻尼比)是合适的。阻尼可以通过以下表达式计算：

c＝ζ2Iω_n

其中

c：系统的阻尼，

ζ：阻尼比，

I：主体5绕主体铰链22的转动惯量，

ω_n：悬挂主体5的固有频率。

对于这里描述的示例来说，大约350kNs/m的阻尼幅度是合适的。

悬架布置20、120的液压部件实际上可以以不同方式布置并且位于车辆上的不同位置处。

应当理解的是，本发明不限于上述和附图所示的实施例；相反，本领域技术人员将认识到可以在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。

Claims (14)

1.一种作业机械车辆(1)，所述车辆(1)设置有支撑框架(6)和枢转式装载容器(5)，其中，所述车辆(1)被构造成允许所述装载容器(5)从运输位置倾斜到倾斜位置，以用于从所述装载容器(5)倾倒负载，其中，所述车辆(1)设置有悬架布置(20、120)，所述悬架布置(20、120)被构造成减少当所述装载容器(5)处于其运输位置时在所述框架(6)和所述装载容器(5)之间的振动传递，其中，所述悬架布置(20、120)包括弹簧元件(11、115)和阻尼元件(9、10、11、109、110、112、113)，并且其中，所述车辆(1)进一步设置有至少一个液压起重缸(9、109)，所述至少一个液压起重缸(9、109)连接在所述框架(6)和所述装载容器(5)之间，并且所述至少一个液压起重缸(9、109)用于将所述装载容器(5)提升和倾斜至所述倾倒位置以用于倾倒，

其特征在于，

所述液压起重缸(9、109)形成液压系统的一部分，所述液压系统包括用于液压流体的容器(11、112)和至少一个导管(10、110、113)，所述至少一个导管(10、110、113)将所述液压起重缸(9、109)与所述容器(11、112)连接，以在所述液压起重缸(9、109)和所述液压容器(11、112)之间形成用于液压流体的流动通路，并且其中，所述流动通路被布置成向流动通过所述流动通路的液压流体施加流动阻力，以阻尼通过所述流动通路的振荡流，从而形成所述悬架布置(20、120)的所述阻尼元件。

2.根据权利要求1所述的车辆(1)，其中，所述液压容器是封闭的蓄能器(11)，所述蓄能器(11)部分地填充有气体(11b)，以用作用于液压流体的振荡流的弹簧，从而形成所述悬架布置(20)的所述弹簧元件(11)。

3.根据权利要求1所述的车辆(1)，其中，所述液压容器是敞开式罐(112)，其中，第一导管(110)将所述敞开式罐(112)与所述液压起重缸(109)的活塞侧室(109a)连接，其中，第二导管(113)将所述敞开式罐(112)与所述液压起重缸(109)的活塞杆侧室(109b)连接，并且其中，所述液压起重缸(109)被构造成设置在悬浮状态下，在所述悬浮状态下液压流体能够在所述活塞侧室(109a)和所述活塞杆侧室(109b)之间流动通过所述液压起重缸(109)，其中用于液压流体的所述流动通路形成回路，所述回路包括所述敞开式罐(112)、所述第一导管(110)、所述液压起重缸(109)和所述第二导管(113)，所述液压流体能够通过所述回路在任一方向上流动，从而形成所述悬架布置(120)的所述阻尼元件。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆(1)，其中，用于液压流体的所述流动通路设置有至少一个孔口(12)，以将流动阻力增加到合适的水平。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆(1)，其中，所述悬架布置(120)包括呈至少一个机械弹簧(115)形式的弹簧元件。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆(1)，其中，所述悬架布置(20、120)被构造成将所述车辆(1)的固有振动频率分开。

7.根据权利要求6所述的车辆(1)，其中，所述固有振动频率是“f”，并且其中，所述弹簧元件(11、115)的弹簧刚度使得当表示为围绕装载容器铰链22的旋转刚度“k”时，所述弹簧刚度满足以下表达式：

k＝(2πf)²(I₀+mr²)+mgrsin(α₀+α)

其中

k：围绕主体(装载容器)铰链22的旋转刚度，

f：要关注防止的频率，

I₀：围绕主体5的c.o.g.(重心)23的转动惯量，

m：空的主体5的质量，

r：从主体铰链22到主体5的c.o.g.23的距离，

g：引力常数，

α₀：降低主体5相对于主体c.o.g.23的角度，

α：降低主体c.o.g.相对于在由弹簧支撑的静态平衡状态下的主体c.o.g.的角度。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆(1)，其中，所述弹簧元件(11、115)被构造成当所述装载容器被设置在其运输位置时使空的装载容器(5)保持在所述框架(6)的支撑表面上方指定距离处。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆(1)，其中，所述液压起重缸(9、109)包括活塞、活塞杆、活塞侧室(9a、109a)和活塞杆侧室(9b、109b)。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆(1)，其中，所述车辆(1)设置有两个液压起重缸(109)，在所述装载容器(5)的每一侧上各有一个所述液压起重缸(109)。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆(1)，其中，所述车辆(1)是包括前车辆部分(2)和后车辆部分(3)的铰接式作业机械车辆(1)，诸如铰接式运输车，所述前车辆部分(2)和所述后车辆部分(3)通过连接布置(4)枢转地连接，所述连接布置(4)被构造成控制所述前部分(2)和所述后部分(3)之间的枢转角以用于所述车辆(1)的转向。

12.根据权利要求11所述的车辆(1)，其中，所述支撑框架(6)和所述枢转式装载容器(5)被布置在所述后车辆部分(3)上。

13.根据权利要求12所述的车辆(1)，其中，所述悬架布置(20、120)被构造成将所述后车辆部分(3)的固有振动频率分开。

14.根据权利要求13所述的车辆(1)，其中，所述后车辆部分(3)的固有振动频率是“f”，并且其中，所述弹簧元件(11、115)的弹簧刚度使得当表示为围绕装载容器铰链22的旋转刚度“k”时，所述弹簧刚度满足以下表达式：

k＝(2πf)²(I₀+mr²)+mgrsin(α₀+α)

其中

k：围绕主体(装载容器)铰链22的旋转刚度，

f：要关注防止的频率，

I₀：围绕主体5的c.o.g.(重心)23的转动惯量，

m：空的主体5的质量，

r：从主体铰链22到主体5的c.o.g.23的距离，

g：引力常数，

α₀：降低主体5相对于主体c.o.g.23的角度，

α：降低主体c.o.g.相对于在由弹簧支撑的静态平衡状态下的主体c.o.g.的角度。

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