獨立懸架系統及具有該獨立懸架系統的起重的製造方法
2023-10-06 04:38:04 1
獨立懸架系統及具有該獨立懸架系統的起重的製造方法
【專利摘要】本發明公開一種獨立懸架系統，其兩個懸掛油缸分別設置在兩側車輪的輪邊與車架之間；轉向機構帶動兩側車輪轉向；與兩側車輪對應設置的：兩個上「V」字型擺杆的杆連接端部均分別通過球鉸鏈與相應側車輪的輪邊上部鉸接，其杆分離兩端部沿前後方向與固定於車架下方的固定構件通過球鉸鏈鉸接；兩個下「V」字型擺杆的杆連接端部通過球鉸鏈均分別與相應側車輪的輪邊下部鉸接，其杆分離兩端部沿前後方向與固定於車架下方的固定構件通過球鉸鏈鉸接。本發明可規避懸掛油缸可能存在的破壞性影響，能夠可靠地實現左右側車輪的相互獨立運動，充分利用路面的附著條件，提高整機的操控穩定性。在此基礎上，本發明還提供一種具有該獨立懸架系統的起重機。
【專利說明】獨立懸架系統及具有該獨立懸架系統的起重機
【技術領域】
[0001]本發明涉及工程機械【技術領域】，具體涉及一種獨立懸架系統及具有該獨立懸架系統的起重機。
【背景技術】
[0002]眾所周知，對於大型重載全地面工程機械而言，其底盤的行車穩定性直接影響整機作業性能。除底盤動力系統外，其懸架系統是影響行車穩定性的關鍵因素。
[0003]以全地面起重機底盤懸架系統為例，普遍採用的是傳統剛性橋。根據導向機構的結構特點主要分為非獨立懸架和獨立懸架兩大類；其中，非獨立懸架的左右車輪裝在一根整體的剛性軸或非斷開式驅動橋的橋殼上，而獨立懸架在左、右車輪之間沒有一根剛性梁或非斷開式車橋連接，左、右車輪各自「獨立」地與車架或車身相連，也就是說，構成斷開式車橋。基於兩者的結構特性，現有全地面起重機底盤採用的懸架結構逐步向獨立懸架結構轉型。
[0004]請參見圖1和圖2，其中，圖1為現有技術中一種典型的獨立懸架系統的結構示意圖，圖2為圖1的側向示意圖。
[0005]如圖所示，該懸架系統為斷開式車橋，分別通過兩個萬向傳動軸10將動力傳遞至兩側輪邊。其懸掛油缸20的導向套固定在車架30上，活塞杆下端與車輪輪邊相連，起到支撐車架的作用，並緩衝車橋跳動引起的車架振動；其主減速器40與車架固定連接在一起，採用萬向傳動軸與輪邊相連，實現力的傳遞；其轉向機構的搖臂50安裝在懸掛油缸導向套上，兩者之間安裝滾動軸承，可以相對轉動，車輪轉向時，助力油缸帶動轉向搖臂轉動，轉向搖臂帶動與輪邊固連的鉸鏈機構的轉動，實現車輪轉向。
[0006]然而，受其自身結構的限制，現有獨立懸架系統存在以下不足:
[0007]首先，懸掛油缸導向套的側面與車架相連，活塞杆下端與車輪輪邊相連，車身的重量與地面施加到輪胎的支反力全部作用於懸掛油缸，受力特性較差，影響使用壽命。
[0008]其次，整套轉向機構安裝在主減速器上方，無法有效控制主減速器與地面的最小間隙，行車通過性較差。
[0009]有鑑於此，亟待另闢蹊徑針對現有工程機械用獨立懸架系統進行優化設計，以有效降低懸掛油缸的受力狀態，避免磨損影響使用性能及壽命。
【發明內容】
[0010]針對上述缺陷，本發明解決的技術問題在於提供一種獨立懸架系統，通過結構改進完全規避懸掛油缸可能存在的破壞性影響，從而能夠可靠地實現左右側車輪的相互獨立運動，充分利用路面的附著條件，大大提高整機的操控穩定性。在此基礎上，本發明還提供一種具有該獨立懸架系統的起重機。
[0011]本發明提供的獨立懸架系統，包括:兩個懸掛油缸，分別設置在兩側車輪的輪邊與車架之間；轉向機構，用於在轉向助力油缸的驅動下帶動兩側車輪轉向；還包括與兩側車輪對應設置的:兩個上「V」字型擺杆，每個所述上「V」字型擺杆的杆連接端部通過球鉸鏈與相應側車輪的輪邊上部鉸接，其杆分離兩端部沿前後方向與固定於車架下方的固定構件通過球鉸鏈鉸接；兩個下「V」字型擺杆，每個所述下「V」字型擺杆的杆連接端部通過球鉸鏈與相應側車輪的輪邊下部鉸接，其杆分離兩端部沿前後方向與固定於車架下方的固定構件通過球鉸鏈鉸接。
[0012]優選地，在水平投影面內，所述上「V」字型擺杆的杆體均分別位於所述下「V」字型擺杆的杆體前側。
[0013]優選地，還包括兩個蓄能器，其中，第一蓄能器的油口與左側所述懸掛油缸的無杆腔和右側所述懸掛油缸的有杆腔連通，第二蓄能器的油口與右側所述懸掛油缸的無杆腔和左側所述懸掛油缸的有杆腔連通。
[0014]優選地，所述轉向機構包括與兩側車輪對應設置的:兩個轉向搖臂，每個所述轉向搖臂的一端分別與相應側車輪的輪邊鉸接；兩個轉向節臂，每個所述轉向節臂與固定於所述車架下平面的轉向銷軸樞接，且一端分別用於與轉向助力油缸鉸接；兩個轉向梯形拉杆，每個所述轉向梯形拉杆鉸接於相應側所述轉向搖臂的另一端和所述轉向節臂的另一端之間；和一轉向拉杆，鉸接於所述兩個轉向節臂之間，以便兩側同步轉向；且所述轉向節臂、轉向梯形拉杆和轉向拉杆均位於所述固定構件的前側或者後側。
[0015]優選地，所述固定構件具體為減速器，其上表面與所述車架的下表面固定連接；與兩側車輪對應設置的兩個萬向傳動軸，分別鉸接於所述減速器的輸出端與相應側車輪的輪邊減速器之間；且所述上「V」字型擺杆和所述下「V」字型擺杆的杆分離兩端部均鉸接於所述減速器的外殼。
[0016]優選地，所述減速器的上表面具有四個對角設置的連接座，所述車架的下表面與所述減速器的上表面之間具有容置機械轉向杆的預定距離；兩個所述轉向節臂中，一者的與所述轉向助力油缸的連接端還與所述機械轉向杆鉸接。
[0017]優選地，每個所述轉向節臂通過內嵌軸承與相應側的所述轉向銷軸樞接。
[0018]本發明提供的起重機，包括輪式底盤，所述底盤的各軸兩側車輪均通過懸架系統與車架連接；各軸兩側車輪分別採用如前所述的獨立懸架系統。
[0019]與現有技術相比，本發明提供的獨立懸架系統設置有上下兩組「V」字型擺杆，分別與兩側車輪對應設置。具體地，每個上「V」字型擺杆的杆連接端部通過球鉸鏈與相應側車輪的輪邊上部鉸接，其杆分離兩端部沿前後方向與固定於車架下方的固定構件通過球鉸鏈鉸接；每個下「V」字型擺杆的杆連接端部通過球鉸鏈與相應側車輪的輪邊下部鉸接，其杆分離兩端部沿前後方向與固定於車架下方的固定構件通過球鉸鏈鉸接。如此設置，上下兩組「V」字型擺杆可以起到定位輪胎並承受來自路面的支反力的雙重作用，能夠確保車輪上下跳動時有效控制輪距，同時，在懸掛油缸上下伸縮過程中僅承受地面支反力，受力狀態得到有效改善。一方面，懸掛油缸活塞杆與缸筒之間可完全規避徑向力作用而導致的嚴重磨損，同時，將整車的輪距可靠地控制在允許的範圍之內，可有效減小輪胎受到側向力的作用，減小輪胎磨損量；充分利用路面的附著條件，提高兩側輪胎的接地性能，從而在提高懸架系統可靠性及整機運行穩定性的基礎上，能夠降低整機的運行維護成本。另一方面，本發明提供的獨立懸架系統具有非懸掛質量小的特點，懸架所受到並傳遞給車身的衝擊載荷小，左右側車輪的跳動沒有直接的相互影響，可大大減小車身的傾斜和振動等現象；此外，正是由於整車的輪距可靠地控制在允許的範圍之內，相應變化量由輪胎的彈性變形即可補償，不會引起車輪沿路面的側滑，從而保證了整車行駛穩定性，具有較好的客戶體驗。
[0020]在本發明的優選方案中，在水平投影面內，上「V」字型擺杆的杆體均分別位於下「V」字型擺杆的杆體前側；由此進一步優化上下擺杆的承載能力，對於相同擺杆受力截面，可最大限度提升其定位輪胎並承受路面支反力的承載極限，從而進一步提升其工作穩定性。
[0021]本發明的另一優選方案對於懸掛油缸的控制原理進行了優化，其中，第一蓄能器的油口與左側懸掛油缸的無杆腔和右側懸掛油缸的有杆腔連通，第二蓄能器的油口與右側懸掛油缸的無杆腔和所述懸掛油缸的有杆腔連通。如此設置，當一側車輪受到衝擊時，該側懸掛油缸大腔被壓縮，液壓油進入同側蓄能器，蓄能器液壓油壓力增加，同時向另外一側懸掛油缸小腔補充液壓油，導致該側大腔被壓縮，大腔液壓油進入另外一側蓄能器，蓄能器液壓油壓力也隨之增加；為保持平衡，該側蓄能器同時向受到衝擊一側懸掛油缸小腔補充液壓油，兩側懸掛油缸貫通作用，使車輪受到衝擊形成的振動迅速衰減，無需通過複雜結構的懸掛油缸實現該衰減。此外，受衝擊側的液壓油液進入對面懸掛油缸的小腔，可提高整機側傾剛度，減小整機的側傾角度，尤其轉彎過程中該作用表現更為明顯。
[0022]本發明的又一優選方案針對驅動橋的應用作出進一步優化，其減速器直接與車架下表面固定連接，整機最小離地間隙得以有效增加，明顯提升了整車通過性；同時，減小整機傳動系統的布置的空間夾角，實現整車上下跳動過程中傳動軸夾角的最小變化，提升傳動系統的可靠性。此外，連接左右側輪邊、實現左右側輪胎同步轉角關係的梯形拉杆採用斷開式結構，即兩個轉向梯形拉杆分別實現轉向油缸的助力和左右側輪胎的同步轉角關係，其轉向節臂、轉向梯形拉杆和轉向拉杆均位於所述固定構件的前側或者後側，該種布置方式可進一步縮小減速器至車架下表面的距離，提升整機通過性。此外，車架的下表面與減速器的上表面之間具有容置機械轉向杆的預定距離，在兼顧機械及助力轉向功能的基礎上，保持整機的良好通過性。
[0023]本發明提供的獨立懸架系統適用於任何形式的工程機械底盤，特別適用於起重機。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為現有技術中一種典型的獨立懸架系統的結構示意圖；
[0025]圖2為圖1的側向示意圖；
[0026]圖3為【具體實施方式】所述獨立懸架系統的軸測示意圖；
[0027]圖4為【具體實施方式】中所述「V」字型擺杆的軸測示意圖；
[0028]圖5為所述「V」字型擺杆的俯視圖；
[0029]圖6為圖3中所示獨立懸架系統的俯視圖；
[0030]圖7為圖3中所述獨立懸架系統的側向視圖；
[0031]圖8為圖3中所示獨立懸架系統的主視圖。
[0032]圖3-圖 8 中:
[0033]懸掛油缸1、輪邊21、輪邊減速器22、轉向機構3、轉向搖臂31、轉向節臂32、轉向銷軸33、轉向梯形拉杆34、轉向拉杆35、機械轉向杆36、過渡拉杆37、上「V」字型擺杆41、下「V」字型擺杆42、減速器5、連接座51、萬向傳動軸6、第一蓄能器71、第二蓄能器72。【具體實施方式】
[0034]本發明的核心是提供一種獨立懸架系統，以避免懸掛油缸的徑向載荷，為確保左右側車輪的相互獨立運動，提高整機的操控穩定性、降低維護成本提供了可靠的保障。下面結合說明書附圖具體說明本實施方式。
[0035]請參見圖3，該圖為本實施方式所述獨立懸架系統的軸測示意圖。
[0036]不失一般性，本方案以轉向驅動軸為主體進行詳細說明，應當理解，轉向驅動功能並不構成對獨立懸架系統的限制。
[0037]該獨立懸架系統的兩個懸掛油缸I設置在兩側車輪的輪邊21與車架(圖中未出)之間，以實現由路面傳遞到車身的振動的緩衝與衰減。具體地，懸掛油缸I的上鉸點與車架上的支座連接，下鉸點與輪邊21上的球鉸接點連接，吸收垂直振動並緩和衝擊。轉向機構3用於在轉向助力油缸(圖中未示出)的驅動下帶動兩側車輪轉向。本方案中，與兩側車輪相對應設置有兩組上下「V」字型擺杆；其中，每個上「V」字型擺杆41的杆連接端部通過球鉸鏈與相應側車輪的輪邊21上部鉸接，其杆分離兩端部沿前後方向與固定於車架下方的減速器5通過球鉸鏈鉸接；每個下「V」字型擺杆42的杆連接端部通過球鉸鏈與相應側車輪的輪邊21下部鉸接，其杆分離兩端部沿前後方向與固定於車架下方的減速器5通過球鉸鏈鉸接。這裡的減速器5為底盤行車的主減速器，其上表面與車架的下表面固定連接。
[0038]需要說明的是，本文中所使用的「前」、「後」、「上」和「下」等方位詞，是以行駛狀態下的底盤為基準定義的，顯然，該方位詞的使用同樣不構成對本方案的限制。此外，本文中，上、下「V」字型擺杆的杆連接端部是指，構成「V」字型的兩個杆體的結合連接部；相應地，上、下「V」字型擺杆的杆分離兩端部是指，構成「V」字型的兩個杆體的非結合連接部，即開口端。請一併參見圖4和圖5，其中，圖4為本實施方式中所述「V」字型擺杆的軸測示意圖，圖5為所述「V」字型擺杆的俯視圖。
[0039]工作狀態下，上下兩組「V」字型擺杆可以起到定位輪胎並承受來自路面的支反力的雙重作用，能夠確保車輪上下跳動時有效控制輪距，同時，在懸掛油缸上下伸縮過程中僅承受地面支反力，受力狀態得到有效改善。優選地，可以針對上下兩組「V」字型擺杆的設置位置作進一步的優化，以獲得最佳的承載效果。具體如圖6所示，該圖為圖3中所示獨立懸架系統的俯視圖。
[0040]如圖6所示，在水平投影面內，上「V」字型擺杆41的杆體均分別位於下「V」字型擺杆42的杆體前側；也就是說，構成上「V」字型擺杆41的前部杆體位於構成「V」字型擺杆42的前部杆體的前側，構成上「V」字型擺杆41的後部杆體位於也構成「V」字型擺杆42的後部杆體的前側。經生產試製獲得的試驗結果表明，對於相同擺杆受力截面，上述杆體布置方式可最大限度提升其定位輪胎並承受路面支反力的承載極限。
[0041]如前所述，本方案的核心構思不局限應用於驅動橋，也就是說，上「V」字型擺杆41和下「V」字型擺杆42應用於懸架系統的基本構思，可以適用於非驅動橋。具體地，採用直接固定設置於車架下表面的固定構件，作為上、下擺杆的杆分離兩端部鉸接配合構件即可，相當於減速器外殼體的承載連接作用。或者說，本方案中減速器除傳遞輸出行車驅動力外，兼具了承載連接上「V」字型擺杆41和下「V」字型擺杆42的作用。[0042]當然，作為驅動橋的動力傳遞輸出方式可採用現有技術實現，與兩側車輪對應設置的兩個萬向傳動軸6，分別鉸接於減速器5的輸出端與相應側車輪的輪邊減速器22之間。
[0043]本方案中，用於實現轉向操作的轉向機構可以作進一步優化，以獲得較佳的整機通過性能。請一併參見圖7和圖8，其中，圖7為圖3中所述獨立懸架系統的側向視圖，圖中略去了一側車輪以清楚示出轉向機構，圖8為圖3中所示獨立懸架系統的主視圖，該圖自整機前後方向形成。
[0044]如圖所示，該轉向機構的實現兩側輪胎同步轉角關係的梯形拉杆採用斷開式結構，與兩側車輪對應設置。具體地，兩個轉向搖臂31的一端分別與相應側車輪的輪邊21鉸接，實現轉向驅動力作用於車輪；兩個轉向節臂32均分別與固定於車架下平面的轉向銷軸33樞接，且一端分別用於與轉向助力油缸(圖中未示出)鉸接；兩個轉向梯形拉杆34均分別鉸接於相應側轉向搖臂31的另一端和轉向節臂32的另一端之間，由此實現每側車輪機構連接；一轉向拉杆35鉸接於兩個轉向節臂32之間，以便兩側同步轉向；且轉向節臂32、轉向梯形拉杆34和轉向拉杆35均位於減速器5 (固定構件)的前側，增大了整機最小離地間隙，明顯提升整車通過性能。當然，根據整機總體布置要求，也可以均設置於減速器5的後偵U。其中，每個轉向節臂32通過內嵌軸承(圖中未示出)與相應側的轉向銷軸33樞接，在裝配轉向機構過程中實現轉向機構滾動作用，該軸承裝配在轉向銷軸33上，可以實現梯形機構轉向時旋轉自如。
[0045]另外，減速器5的上表面具有四個對角設置的連接座51，由此，車架的下表面(相當於連接座51上表面)與減速器5的上表面之間具有容置機械轉向杆36的預定距離；這樣，其中一個轉向節臂32的與轉向助力油缸的連接端同時與機械轉向杆36鉸接，即可進行機構操作轉向。如圖6所示，左側轉向節臂32通過過渡拉杆37上兩個鉸接孔位分別與轉向助力油缸和機械轉向杆36鉸接。
[0046]為了獲得較佳的振動衰減效果，還可以針對本方案中兩側懸架油缸的控制進行優化。如圖8所示，兩個蓄能器中，第一蓄能器71的油口與左側懸掛油缸I的無杆腔和右側懸掛油缸I的有杆腔連通，第二蓄能器72的油口與右側懸掛油缸I的無杆腔和左側懸掛油缸I的有杆腔連通。當一側車輪受到衝擊時，該側懸掛油缸大腔被壓縮，液壓油進入同側蓄能器，蓄能器液壓油壓力增加，同時向另外一側懸掛油缸小腔補充液壓油，導致該側大腔被壓縮，大腔液壓油進入另外一側蓄能器，蓄能器液壓油壓力也隨之增加；為保持平衡，該側蓄能器同時向受到衝擊一側懸掛油缸小腔補充液壓油，兩側懸掛油缸貫通作用，使車輪受到衝擊形成的振動迅速衰減，無需通過複雜結構的懸掛油缸實現該衰減。此外，受衝擊側的液壓油液進入對面懸掛油缸的小腔，可提高整機側傾剛度，減小整機的側傾角度；同時實現油氣懸掛控制與獨立懸掛車橋的匹配結合，使非簧載質量大幅下降，從而提升整機的平順性。
[0047]除前述獨立懸架系統外，本實施方式還提供一種應用該獨立懸架系統的起重機，其輪式底盤的各軸兩側車輪均通過前述獨立懸架系統與車架連接，以實現左右側輪胎的相互獨立運動，充分利用路面的附著條件，提高整機的操控穩定性；同樣地需要說明的是，該起重機的底盤構造、電氣系統、卷揚系統、動力系統等其他功能部件均可以採用現有技術實現，故本文不再贅述，且未進行相應圖示。
[0048]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.獨立懸架系統，包括: 兩個懸掛油缸，分別設置在兩側車輪的輪邊與車架之間； 轉向機構，用於在轉向助力油缸的驅動下帶動兩側車輪轉向；其特徵在於，還包括與兩側車輪對應設置的: 兩個上「V」字型擺杆，每個所述上「V」字型擺杆的杆連接端部通過球鉸鏈與相應側車輪的輪邊上部鉸接，其杆分離兩端部沿前後方向與固定於車架下方的固定構件通過球鉸鏈鉸接； 兩個下「V」字型擺杆，每個所述下「V」字型擺杆的杆連接端部通過球鉸鏈與相應側車輪的輪邊下部鉸接，其杆分離兩端部沿前後方向與固定於車架下方的固定構件通過球鉸鏈鉸接。
2.根據權利要求1所述的獨立懸架系統，其特徵在於，在水平投影面內，所述上「V」字型擺杆的杆體均分別位於所述下「V」字型擺杆的杆體前側。
3.根據權利要求1或2所述的獨立懸架系統，其特徵在於，還包括兩個蓄能器，其中，第一蓄能器的油口與左側所述懸掛油缸的無杆腔和右側所述懸掛油缸的有杆腔連通，第二蓄能器的油口與右側所述懸掛油缸的無杆腔和左側所述懸掛油缸的有杆腔連通。
4.根據權利要求1所述的獨立懸架系統，其特徵在於，所述轉向機構包括與兩側車輪對應設置的: 兩個轉向搖臂，每個所述轉向搖臂的一端分別與相應側車輪的輪邊鉸接； 兩個轉向節臂，每個所述轉向節臂與固定於所述車架下平面的轉向銷軸樞接，且一端分別用於與轉向助力油缸鉸接； 兩個轉向梯形拉杆，每個所述轉向梯形拉杆鉸接於相應側所述轉向搖臂的另一端和所述轉向節臂的另一端之間；和 一轉向拉杆，鉸接於所述兩個轉向節臂之間，以便兩側同步轉向；且 所述轉向節臂、轉向梯形拉杆和轉向拉杆均位於所述固定構件的前側或者後側。
5.根據權利要求4所述的獨立懸架系統，其特徵在於，所述固定構件具體為減速器，其上表面與所述車架的下表面固定連接；與兩側車輪對應設置的兩個萬向傳動軸，分別鉸接於所述減速器的輸出端與相應側車輪的輪邊減速器之間；且所述上「V」字型擺杆和所述下「V」字型擺杆的杆分離兩端部均鉸接於所述減速器的外殼。
6.根據權利要求5所述的獨立懸架系統，其特徵在於，所述減速器的上表面具有四個對角設置的連接座，所述車架的下表面與所述減速器的上表面之間具有容置機械轉向杆的預定距離；兩個所述轉向節臂中，一者的與所述轉向助力油缸的連接端還與所述機械轉向杆鉸接。
7.根據權利要求4所述的獨立懸架系統，其特徵在於，每個所述轉向節臂通過內嵌軸承與相應側的所述轉向銷軸樞接。
8.起重機，包括輪式底盤，所述底盤的各軸兩側車輪均通過懸架系統與車架連接；其特徵在於，各軸兩側車輪分別採用如權利要求1至7中任一項所述的獨立懸架系統。
【文檔編號】B60G21/05GK103522865SQ201310535288
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】單增海, 李麗, 朱磊, 馬雲旺, 趙留福 申請人:徐州重型機械有限公司