CN117813431A - 具有结构支撑的挖掘机拇指 - Google Patents

Abstract

一种用于机器(100)的机具(114)的拇指(110)的一个实施例具有第一和第二侧板(200、202)，每个侧板具有用于枢转地连接到机器(100)的连杆(102)的枢转端(210)和用于与负载接合的接合端(214)。拇指(110)还具有腹部板(220)，其在第一和第二侧板(200、220)之间横跨拇指(110)的宽度延伸并且沿拇指(110)的长度从枢转端(210)朝向接合端(214)延伸。另外，拇指(110)具有拇指支撑结构(204)，其被布置成与枢转端(210)相比更靠近接合端(214)。拇指支撑结构(204)具有在第一和第二侧板(200、202)之间沿宽度方向延伸的第一支撑板(300)和在第一和第二侧板(200、2020)之间沿宽度方向延伸并进一步在第一支撑板(300)和腹部板(220)之间延伸的第二支撑板(304)。

Description

具有结构支撑的挖掘机拇指

技术领域

本发明总体上涉及具有带反作用拇指的铰接地面接合机具的挖掘机器。特别地，本发明涉及拇指中的结构支撑，用于在挖掘机操作期间承受拇指中的力和应力。

背景技术

诸如反铲装载机和挖掘机之类的采矿和建筑机器采用各种机具来执行不同的操作，诸如铲斗、闸板、叉子、抓斗、拇指等。例如，机器可以使用铲斗和反作用拇指来抓住、保持和提升工作材料，例如石头、管道、树木、结构部件等。

在一些情况下，工作材料可具有不规则的形状，导致不均匀的重量分布和/或横跨铲斗和拇指的力，这可将应力集中在某些区域和/或某些部件上。为了减轻和重新分配这种应力，挖掘机拇指可具有为拇指提供结构支撑和完整性的部件。例如，将拇指的齿连接到侧板和拇指的主体的结构支撑有助于加强拇指并将负载从拇指的一侧传递到另一侧。

Zeno等人的美国专利第7,818,901号('901专利)公开了一种挖掘机拇指，其具有圆管作为将拇指的齿连接到侧板的支撑结构。根据'901专利，与平板相比，该管在偏置负载条件下在侧板之间提供更好的负载传递。

虽然'901专利的解决方案可增加挖掘机拇指处理不规则负载的能力，但'901专利的拇指在其它情况下可能缺乏结构支撑。本发明涉及现有挖掘机拇指技术的一个或多个改进。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种用于机器机具的拇指。拇指可包括第一和第二侧板，第一和第二侧板具有用于枢转地连接到机器的连杆的枢转端和用于与负载接合的接合端。拇指还可以包括腹部板，该腹部板在第一和第二侧板之间延伸跨过拇指的宽度，并且沿拇指的长度从枢转端朝向接合端延伸。拇指还可以包括拇指支撑结构，该拇指支撑结构布置成比枢转端更靠近接合端。拇指支撑结构可包括在第一和第二侧板之间沿宽度方向延伸的第一支撑板和在第一和第二侧板之间沿宽度方向延伸并进一步在第一支撑板和腹部板之间延伸的第二支撑板。

本发明的另一方面涉及一种用于机器的机具的拇指。拇指可包括第一和第二侧板，第一和第二侧板具有用于枢转地连接到机器的连杆的枢转端和用于与负载接合的接合端。拇指还可以包括腹部板，该腹部板在第一和第二侧板之间延伸跨过拇指的宽度，并且沿拇指的长度从枢转端朝向接合端延伸。拇指可包括拇指支撑结构，该拇指支撑结构布置成比枢转端更靠近接合端。拇指支撑结构可包括在第一和第二侧板之间沿宽度方向延伸的第一支撑板，第一支撑板朝向接合端凹入。拇指支撑结构还可以包括在第一支撑板的接合端侧上邻近第一支撑板的第二支撑板，第二支撑板在第一和第二侧板之间沿宽度方向延伸并且朝向第一支撑板凹入。另外，第三支撑板可在第一和第二侧板之间沿宽度方向延伸，并且进一步在第一支撑板和腹部板之间延伸。

又一方面涉及一种机器，其包括连杆和可枢转地连接到连杆并具有拇指的机具。拇指可包括第一和第二侧板，第一和第二侧板具有用于枢转地连接到连杆的枢转端和用于与负载接合的接合端。拇指可包括腹部板，该腹部板在第一和第二侧板之间延伸跨过拇指的宽度，并且沿拇指的长度从枢转端朝向接合端延伸。拇指还可以包括拇指支撑结构，该拇指支撑结构布置成比枢转端更靠近接合端。拇指支撑结构可包括在第一和第二侧板之间沿宽度方向延伸的第一支撑板，第一支撑板朝向接合端凸起。拇指支撑结构还可以包括在第一支撑板的接合端侧上邻近第一支撑板的第二支撑板，第二支撑板在第一和第二侧板之间沿宽度方向延伸并且朝向第一支撑板凹入。另外，第三支撑板可在第一和第二侧板之间沿宽度方向延伸，并且进一步在第一支撑板和腹部板之间延伸。

附图说明

图1是根据本发明的具有带反作用拇指的铰接地面接合机具的机器的侧视图；

图2是图1的机器的反作用拇指的右前透视图；

图3是图1的机器的反作用拇指的分解图；

图4是图2的反作用拇指的侧截面图；并且

图5是图2的反作用拇指的一部分的放大侧截面图，包括拇指支撑结构。

具体实施方式

现在将详细参考具体实施例或特征，其示例在附图中示出。在可能的情况下，将在整个附图中使用对应或类似的附图标记来指代相同或对应的部分。

图1示出了在工地对工作材料执行不同操作的机器100。机器100可包括用于操纵机具(例如铲斗104)以对工作材料执行操作的连杆组件102。虽然机器100被描绘为反铲装载机，但机器100可替代地可以是挖掘机或任何其他类型的机器，该机器具有用于在工作材料上执行与机具的操作的连杆。

如图所示，连杆组件102包括吊杆106、枢转地联接到吊杆106的杆108、枢转地联接到杆108的铲斗104，以及也枢转地联接到杆108的反作用拇指110。连杆组件102可以枢转地连接到机器100的吊杆支撑托架112。另外，吊杆提升致动器114可操作地联接在吊杆106和机器100之间，以相对于机器100旋转吊杆106，升高和降低连杆组件102。

类似地，杆延伸致动器116可操作地联接在吊杆106和杆108之间，以相对于吊杆106旋转杆108。铲斗铰接致动器118和拇指致动器120分别通过相应的连杆122、124可操作地联接在杆108和铲斗104之间以及杆108和拇指110之间，并且分别使铲斗104和拇指110相对于杆108旋转。致动器114、116、118、120可以是各自具有头端和杆端的液压缸。被引导至头端的液压流体可以使致动器114、116、118、120延伸，而被引导至杆端的液压流体可以使致动器114、116、118、120缩回。操作员可以使用机器100的操作员驾驶室128内的多个杠杆126或其他操作员界面装置，以通过控制装置(未示出)命令致动器114、116、118、120。

在机器100的操作期间，铲斗104和拇指110的组合可用于拾取工作材料的负载，包括奇数或不规则尺寸的负载。例如，机器100的操作者可以通过将粗石铲入铲斗104并操纵杠杆126以致动拇指致动器120以将拇指110闭合在铲斗104上并接合和保持粗石直到粗石被倾倒来拾取粗石。作为另一个示例，可以通过用铲斗104和拇指110封闭材料，围绕工作材料闭合铲斗104和拇指110，并将材料提升离开地面来拾取细长的工作材料，例如树干和管道。操纵这些类型的材料可以在铲斗104和拇指110上施加不平衡的负载，使得在铲斗104和拇指110的一些区域上施加的力比在其他区域上施加的力更大，从而产生集中的应力，该集中的应力随着时间的推移可能损坏铲斗104和/或拇指110。

图2示出了根据本发明的拇指110，拇指110配置为将这种不平衡或不对称的负载分布在整个拇指110上，从而减小或消除这种集中的应力。另外，与所公开的实施例一致，拇指110可以具有拇指支撑结构204，拇指支撑结构204被配置为当接合、保持、操纵或以其他方式处理材料负载时提供附加的支撑以抵抗附接至拇指100的尖齿和/或齿的旋转或变形，如下所述。

图3提供了拇指110的部件的分解图。如图2和图3所示，拇指110可包括第一侧板200和第二侧板202。具有多个齿(未示出)的附件可以通过将其安装到拇指支撑结构204而连接到拇指110。

第一和第二侧板200、202中的每一个可以包括外表面206和面向相对侧板200、202的内表面208的内表面208。在拇指110的枢转端210处，第一和第二侧板200、202可具有加强开口212，用于通过杆枢转销(未示出)将第一和第二侧板200、202枢转地连接到杆108。杆枢转销可以与铲斗104或将铲斗104连接到杆108的联接器(未示出)共用。在拇指110的材料接合端214处，第一和第二侧板200、202可过渡到相应的尖齿216、217中，以便在附接到拇指110上时沿齿接合工作材料。过渡部可以是一体的，或者尖齿216、217可以是直接或间接地附接到相应的第一和第二侧板200、202的单独结构。

在材料接合端214处，拇指110可包括角撑板218，角撑板218在第一和第二侧板200、202之间延伸，并配置为支撑和组合尖齿216、217和拇指齿(如果附接的话)，提供额外的强度以承受沿大致平行于由开口212限定的轴线的方向作用在尖齿216、217和/或齿上的侧向力。如图2所示，角撑板218可位于拇指支撑结构204的材料接合端214处，并在尖齿216、217之间延伸，跨过拇指支撑结构204的宽度从一个侧板200的内表面208延伸到另一侧板202的内表面208。另外，拇指支撑结构204可具有覆盖由拇指支撑结构204限定的第一和第二侧板200、202中的开口的端盖219。

拇指110可包括位于拇指110内部的腹部板220。腹部板220可以在第一和第二侧板200、202之间延伸跨过拇指110的宽度，并且可以进一步沿拇指110的长度在材料接合端214的方向上从枢转端210处或附近延伸到拇指支撑结构204。

腹部板220可以为拇指110的部件提供附接表面，连杆124连接到该附接表面。例如，如图2和图3所示，腹部板220可包括一对间隔开的轭板222、224。轭板222、224可以是平面的并且位于基本上垂直于腹部板220的外表面225的全部或部分并且基本上平行于第一和第二侧板200、202的平面中。轭板222、224可具有轭板开口226，拇指致动器枢转销(未示出)可穿过轭板开口226在轭板222、224之间延伸以将拇指110枢转地连接到拇指致动器120。轭板开口226可以与相应的侧板开口228对齐，用于将拇指致动器枢转销安装在拇指110上。具体地，拇指致动器枢转销可插入穿过侧板开口228中的一个，然后穿过轭板开口226，以将轭板222、224与拇指致动器120连接。

如图3中拇指110的分解图所示，拇指支撑结构204可包括第一支撑板300、在第一支撑板300的材料接合端214侧上邻近第一支撑板300的第二支撑板302，以及第三支撑板304。在图4中，拇指110的侧截面图更详细地示出了拇指支撑结构204。第一和第二支撑板300、302可以横向延伸跨过拇指110的宽度，从侧板200延伸到侧板202。第一支撑板300可以具有外边缘400，外边缘在拇指110背离铲斗104的外侧403上终止于第一和第二侧板200、202的外边缘402附近。另外，第一支撑板300可以具有内边缘404，内边缘在拇指110的面向铲斗104的内侧407上终止于第一和第二侧板200、202的内边缘406。

第一支撑板300可以包括具有外边缘400的第一平坦部分408。第一平坦部分408可以通过第一支撑板300的中间弯曲部分410连接到具有内边缘404的第一支撑板300的第二平坦部分412。另外，弯曲部分410和第一支撑板300整体上可以朝向第二支撑板302和朝向拇指110的材料接合端214凹入。另一方面，弯曲部分410和第一支撑板300作为一个整体朝向拇指110的枢转端210凸起。第一和第二平坦部分408、412可以焊接到弯曲部分410以形成第一支撑板300，或者第一支撑板300可以是一体部件。

第二支撑板302可具有终止于第一和第二侧板200、202的外边缘402的外边缘414和终止于第一和第二侧板200、202的内边缘406附近的内边缘416。第二支撑板302可包括具有外边缘414的第一平坦部分418。第一平坦部分418可以通过第二支撑板302的中间弯曲部分420连接到具有内边缘416的第二支撑板302的第二平坦部分422。另外，弯曲部分420和第二支撑板302整体上可以朝向第一支撑板300和朝向拇指110的枢转端210凹入。另一方面，弯曲部分420和第二支撑板302整体上可以朝向拇指110的材料接合端214凸起。如同第一支撑板300一样，第二支撑板302的第一和第二平坦部分418、422可以焊接到弯曲部分420以形成第二支撑板302，或者第二支撑板302可以是一体部件。

如图4所示，第一和第二支撑板300、302可以彼此重叠，使得第二支撑板302的外边缘414在拇指110的外侧403处延伸超过第一支撑板300的外边缘400，并且使得第一支撑板300的内边缘404在拇指110的内侧407处延伸超过第二支撑板302的内边缘416。第一支撑板300的第一边缘400可以通过焊接连接到第二支撑板302的第一平坦部分418，靠近第二支撑板302的外边缘414。同样，第二支撑板302的内边缘416可以通过焊接连接到第一支撑板300的第二平坦部分412，靠近第一支撑板300的内边缘404。

继续参照图4，角撑板218可以通过焊接连接到第二支撑板302的弯曲部分420，弯曲部分420位于第二支撑板302的凸起侧，第二支撑板302的面向拇指110的材料接合端214的一侧。并且角撑板218可以从弯曲部分420在尖齿216、217的方向延伸，即沿材料接合端214的方向延伸。腹部板220可以在第一边缘424处通过焊接连接到第一支撑板300的凸起侧上的第一支撑板302的弯曲部分410-第一支撑板300面向拇指110的枢转端210的一侧-并且可以从弯曲部分420沿大体朝向枢转端210的方向延伸并且终止于朝向拇指110的枢转端210的第二边缘426处。如图4所示，腹部板220的至少一部分可以在围绕枢转端210和材料接合端214之间的中间的交点427处与第一和第二侧板200、202的内边缘406相交或齐平。

在操作中，当接合或保持材料负载时，第一和第二支撑板300、302可支撑尖齿216、217和任何附接的齿。具体地，当附接到拇指110的尖齿216、217和/或齿与材料负载接合、保持、操纵或以其它方式相互作用时，所施加的力可产生倾向于使尖齿216、217和/或齿沿图4中箭头所示方向弯曲的扭矩428。然而，由第一和第二支撑板300、302限定的结构可以为尖齿216、217和/或抵抗尖齿216、217的这种弯曲的齿提供基本的附接界面。根据本发明并且如以下进一步讨论的，第三支撑板304(例如，第二角撑板)可以为第一和第二支撑板300、302提供进一步的结构支撑以抵抗弯曲。如图4所示，第三支撑板304可以在拇指110的内侧407上在第一支撑板300和腹部板220之间延伸。

图5提供拇指支撑结构204的放大视图。如图5所示，第三支撑板304的第一端500可以通过焊接连接到第一支撑板300上，靠近第一支撑板300的内边缘404。具体地，第三支撑板304的第一端500可连接到第一支撑板300的第二平坦部分412，靠近内边缘404。第三支撑板304的第二端502可以通过焊接连接到腹部板220的内表面504-拇指110的内侧407上的腹部板220的面向铲斗104的表面。在一个实施例中，第三支撑板304可以在比交叉点427更靠近腹部板220的第一边缘424的点处连接到腹部板220(也参见图4)。例如，第三支撑板304的第二端502可以在腹部板220的第一边缘424和交点427之间的距离的大约25％处与腹部板220相交。

另外，在一些实施例中，第三支撑板304可以以第一角度506与第一支撑板300的第二平坦部分412相交。第一角度506可以是锐角，例如大约40-80度。在一个实施例中，第一角度506可以是大约60度。如图5所示，第三支撑板304可以第二角度508与腹部板220的内表面504相交。第二角度508也可以是锐角，例如大约30-70度。在一个实施例中，第二角度508可以小于第一角度506。例如，第一角度506可以是大约60度，第二角度508可以是大约50度。

在一些实施例中，代替第一和第二支撑板300、302，可以使用单个支撑部件。例如，可以使用单个支撑板来代替第一和第二支撑板300、302，并且第三支撑板304可以在单个支撑板之间在内边缘406处或附近延伸到腹部板220，如上所述。或者，可使用具有圆形、正方形、矩形、椭圆形或其它形状横截面的管代替第一和第二支撑板300、302。在该示例中，第三支撑板304可以在内边缘406处或附近从管延伸到腹部板220，如上所述。

应注意，支撑板300、302、304的前缀第一、第二和第三仅旨在标识和区分在说明书和/或权利要求中它们各自的上下文中的三个支撑板300、302、304。前缀第一、第二或第三标识哪个支撑板300、302、304的精确含义可以根据其在说明书或权利要求中的相应上下文来确定。

工业实用性

本发明适用于具有带相对拇指的机具的任何机器，例如挖掘机或反铲挖土机。所公开的实施例可以改进拇指的结构支撑，从而允许拇指更好地处理材料负载并承受当与它们相互作用时产生的力，包括通常横跨拇指的宽度的力以及通常垂直于拇指的倾向于弯曲拇指的尖齿或齿的力。

具体地，第三支撑板304的配置和布置在机器100的操作期间为第一和第二支撑板300、302提供进一步的结构支撑。例如，当拇指110接合、保持或操纵材料负载时，扭矩428趋于使尖齿216、217和/或齿弯曲。弯曲倾向于使第一和第二支撑板300、302绕轴线510旋转，尖齿216、217和齿附接到第一和第二支撑板300、302。由于第三支撑板304在靠近外边缘414的第二平坦部分412处附接到第一支撑板300，因此这种旋转又可以向第三支撑板304施加张力和/或压缩力。

然而，抵靠腹部板220锚定，第三支撑板304可产生抵消由第一和第二支撑板300、302施加到第三支撑板304的张力和/或压缩力的反向力，从而进一步支撑和防止第一和第二支撑板300、302的旋转。并且防止旋转，尽管通过拇指110的操作抵靠材料负载施加扭矩428，第一和第二支撑板300、302又可以防止尖齿216、217和/或附接的齿弯曲。

因此，与传统的拇指支撑结构相比，所公开的拇指支撑结构204不仅可以提供对拇指110的支撑以抵抗在横跨拇指110的宽度的大体方向上的力。但是拇指支撑结构204还可以为第一和第二支撑板300、302提供额外的支撑，以抵抗由大致垂直于拇指110的力引起的附接到拇指110的尖齿216、217和/或齿的旋转和/或弯曲。这有助于减轻拇指110内的集中应力，从而提高性能，避免磨损和损坏，并延长拇指110的使用寿命。另外，拇指支撑结构204可增加扭转刚度(即，侧向扭转刚度)，例如当拇指110的一侧上的负载比另一侧上的负载重时，引起大致围绕从枢转端210延伸到材料接合端214的轴线的扭转。

所公开的拇指支撑结构204也可提供其它益处。例如，由拇指支撑结构204提供的附加结构支撑可以允许拇指110由比常规拇指更少的材料(例如，钢)形成，从而减小重量和成本而不牺牲拇指110的结构完整性。例如，第一和第二侧板200、202、腹部板220和/或拇指110的其它部件的厚度可以减小，从而需要较少的钢来生产拇指110。与缺少拇指支撑结构204但结合较厚和/或较重负荷材料以实现相当的结构完整性的常规拇指相比，拇指支撑结构204单独或与其它减小结合可允许拇指100的重量减小约20-25％。

拇指110的重量的减小又可以允许在整个机器100中的级联成本改进和/或节省。例如，对于较轻的拇指110，给定机器110上的现有连杆组件102、致动器114、116、118、120和/或液压系统从工程学角度来看可被认为相对于拇指110是“过构造的”。因此，设计者或工程师可以选择与拇指110的重量减小成比例地类似地按比例缩小这种附加部件的尺寸、功率、性能、材料等，从而进一步减小机器100的重量和成本。

尽管前面的描述涉及本发明与铲斗一起使用，但是本发明不限于此，并且可以与任何合适的机器机具一起使用。

如本文所用，该术语“基本上”表示指定尺寸或值的大约+/-10％的余量。

虽然已经参照上述实施例具体示出和描述了本发明的各方面，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离所公开的精神和范围的情况下，可以通过对所公开的机器、系统和方法的修改来预期各种附加实施例。这些实施例应当被理解为落入基于权利要求及其任何等同物所确定的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于机器(100)的机具(104)的拇指(110)，所述拇指(110)包括：

第一和第二侧板(200、202)，每个侧板具有用于枢转地连接到机器(100)的连杆(102)的枢转端(210)和用于与负载接合的接合端(214)；

腹部板(220)，其在所述第一和第二侧板(200、202)之间横跨所述拇指(110)的宽度延伸并且沿所述拇指(110)的长度从所述枢转端(210)朝向所述接合端(214)延伸；以及

拇指支撑结构(204)，其布置成与所述枢转端(210)相比更靠近所述接合端(214)，所述拇指支撑结构(204)包括：

第一支撑板(300)，其在所述第一和第二侧板(200、202)之间沿宽度方向延伸；以及

第二支撑板(304)，其在所述第一和第二侧板(200、202)之间沿宽度方向延伸并且进一步在所述第一支撑板(300)与所述腹部板(220)之间延伸。

2.根据权利要求1所述的拇指，其中所述第一支撑板(300)包括：

内边缘(404)，其在所述拇指(100)的面向所述机具(104)的内侧(407)上基本上终止于所述第一和第二侧板(200、202)的内边缘(406)；以及

外边缘(400)，其在所述拇指(110)背离所述机具(104)的外侧(403)上基本上终止于所述第一和第二侧板(200、202)的外边缘(402)附近。

3.根据权利要求2所述的拇指，其中所述第一支撑板(300)包括具有所述第一支撑板的所述外边缘(400)的第一平坦部分(408)，具有所述第一支撑板的所述内边缘(404)的第二平坦部分(412)，以及将所述第一平坦部分(408)连接到所述第一支撑板的所述第二平坦部分(412)的中间弯曲部分(410)。

4.根据权利要求3所述的拇指，其中所述腹部板(220)的边缘(424)连接到所述第一支撑板的所述中间弯曲部分(410)。

5.根据权利要求3所述的拇指，其中所述第二支撑板(304)的第一边缘(500)在所述第一支撑板的所述内边缘(404)附近连接到所述第一支撑板的所述第二平坦部分(412)，并且所述第二支撑板的第二边缘(502)连接到所述腹部板(220)的面向所述机具(104)的内表面(504)。

6.根据权利要求5所述的拇指，其中所述第二支撑板(304)以锐角与所述第一支撑板的所述第二平坦部分(412)和所述腹部板(220)相交。

7.根据权利要求3所述的拇指，其中所述拇指还包括在所述第一和第二侧板(200、202)之间沿宽度方向延伸的第三支撑板(302)，所述第三支撑板(302)包括基本上终止于所述第一和第二侧板(200、202)的所述内边缘(406)附近的内边缘(416)，并且包括基本上终止于所述第一和第二侧板(200、202)的外边缘(402)处的外边缘(414)。

8.根据权利要求7所述的拇指，其中所述第三支撑板(302)包括具有所述第三支撑板的所述外边缘(414)的第一平坦部分(418)和具有所述第三支撑板的所述内边缘(416)的第二平坦部分(422)。

9.根据权利要求8所述的拇指，其中所述第三支撑板(302)具有中间弯曲部分(420)，所述中间弯曲部分(420)将所述第三支撑板的所述第一平坦部分(418)连接到所述第三支撑板的所述第二平坦部分(422)，使得所述第一支撑板(300)朝向所述第三支撑板(302)凹入，并且所述第三支撑板(302)朝向所述第一支撑板(300)凹入。

10.根据权利要求9所述的拇指，其中所述第一支撑板的所述外边缘(400)连接到所述第三支撑板(302)的所述第一平坦部分(418)，并且所述第三支撑板(302)的所述内边缘(416)连接到所述第一支撑板(300)的所述第二平坦部分(412)。