一种工程机械作业部节能结构的制作方法

1.本专利涉及工程机械，具体地说，是工程机械作业部节能结构。


背景技术：

2.工程机械的作业部作业时，需要不断举升和放下，动力系统除了需要对作业货物做功外，还需要对作业部的运动部件本身做功，这部分消耗属于无用功，而且一般的工程机械的作业部的重量都比较大，因此，常规的工程机械有很大一部分的能量是被浪费的。以一台作业目标货物质量5吨的装载机为例，其铲斗和摆动臂（大臂）的自重高达3吨，每次举起5吨的货物时，需要同时举起3吨的作业部，这是极大的能源浪费。
3.虽然公开号为cn105887954a专利中提出了在动臂下设置蓄能油缸的结构，但是，由于其所述的结构，蓄能油缸的安装状态与动臂油缸相似，这种结构下，当蓄能油缸伸长时，蓄能油缸的推力减小，且蓄能器的作用力臂减小，蓄能效果受限。


技术实现要素：

4.本专利的目的是提供一种工程机械作业部节能结构，它能够在摆动臂的升降过程中保证蓄能器始终对摆动臂产生较大的向上摆动的力矩，节能效果好。
5.本专利的工程机械作业部节能结构，在工程机械的摆动臂与机身之间设置有伸缩式的蓄能器，蓄能器的一端直接或间接铰接在摆动臂上，另一端直接或间接铰接在机身上，蓄能器在摆动臂上的铰接点b，位于蓄能器在机身上的铰接点a和摆动臂在机身上的铰接点c之间，铰接点a到铰接点c的距离ac大于铰接点a到铰接点b的距离ab；在摆动臂相对于机身向上摆动的全过程中或者该过程的某一段，蓄能器释放能量，蓄能器逐渐伸长即距离ab逐渐增大，蓄能器作用在摆动臂上的力f逐渐减小，铰接点c到力f方向上的距离s逐渐增大；在摆动臂相对于机身向下摆动的全过程中或者该过程的某一段，蓄能器储存能量，蓄能器逐渐收缩即距离ab逐渐减小，蓄能器作用在摆动臂上的力f逐渐增大，铰接点c到力f方向上的距离s逐渐减小。
6.所述的工程机械作业部节能结构，蓄能器释放能量时或者储存能量时，蓄能器对摆动臂的力矩即f*s基本不变，或者蓄能器对摆动臂的力矩相对于摆动臂自重力矩的差基本不变。
7.所述的工程机械作业部节能结构，蓄能器为弹簧式、液压式或者气动式蓄能器。
8.所述的工程机械作业部节能结构，蓄能器包括压力式蓄能器或拉力式蓄能器，例如压簧或者拉簧。
9.所述的工程机械作业部节能结构，蓄能器包括蓄能油缸。
10.所述的工程机械作业部节能结构，它还包括用于驱动摆动臂向上摆动的动力部件。
11.所述的工程机械作业部节能结构，动力部件包括升降油缸、各种电缸、各种马达和减速器驱动器等。
12.所述的工程机械作业部节能结构，工程机械为挖掘机、装载机或起重机等摆动臂及其连接动部件具有较大质量的机械。
13.本专利的有益效果：在摆动臂向上摆动时，蓄能器逐渐伸长，蓄能器作用在摆动臂上的力f逐渐减小，但由于铰接点c到力f的方向的距离s逐渐增大,所以蓄能器对摆动臂产生的力矩f*s较大（相对于较小的力f来说）；在摆动臂向下摆动时，蓄能器作用在摆动臂上的力f逐渐增大，但由于铰接点c到力f的方向的距离s逐渐减小,所以蓄能器对摆动臂产生的力矩f*s较小（相对于较大的力f来说）。这样，摆动臂的升降过程中，蓄能器都等对其摆动臂产生一个与作业部（摆动臂、铲斗等）自身的重量基本相一致的力矩，降低了驱动作业部向上摆动的动力部件始终需要输出较大的力矩的问题，因此，该结构节能效果好。
14.当然，蓄能器对摆动臂的力矩即f*s基本不变或者蓄能器对摆动臂的力矩相对于摆动臂自重力矩的差基本不变更好，工程机械作业部系统更加稳定，可靠性更高。有些情况下，摆动臂等作业部本身在摆动过程中，自重作用产生的力矩是变化的，例如装载机，铲斗从最低位置举升到水平位置时，摆动臂的重力矩（阻力矩）是从小到大的，而蓄能器产生的助力力矩也是在水平位置最大，两者的变化规律正好相同。如，铲斗从最低位置举升到水平位置时，虽然蓄能器的助力力矩增大了约25%，但是摆动臂的重力矩也增大了差不多的比例，两者的差变化不大。
15.蓄能器属于现有技术，如为弹簧式、液压式或者气动式蓄能器。弹簧式蓄能器包括压簧或者拉簧等零部件。液压式蓄能器包括蓄能油缸等零部件。
附图说明
16.图1是实施例1的装载机作业部节能结构示意图；图2是摆动臂处于最低位置时作业部节能结构等效原理图；图3是摆动臂处于中间位置时作业部节能结构等效原理图；图4是摆动臂处于最高位置时作业部节能结构等效原理图；图5是实施例2的装载机作业部节能结构示意图。
17.图中，机身1、摆动臂2、蓄能油缸3、铲斗4、动力部件5、驱动油缸51、翻转动力装置6、翻转油缸61、摆杆62、翻转连杆63。
具体实施方式
18.实施例1：常见图1所示的一种装载机作业部节能结构，包括机身1、摆动臂2、蓄能油缸3、铲斗4、用于驱动摆动臂向上摆动的动力部件5、驱动铲斗翻转的翻转动力装置6。
19.动力部件5包括驱动油缸51，升降油缸的两端分别与机身1、摆动臂2铰接。升降油缸与机身1的铰接点为d。铲斗4铰接在摆动臂2端部，翻转动力装置6包括翻转油缸61、摆杆62、翻转连杆63。
20.翻转油缸61的两端分别与机身1和摆杆62一端铰接，翻转连杆63的两端分别与铲斗4和摆杆62另一端铰接。摆杆62中部铰接在摆动臂2上。
21.伸缩式的蓄能油缸3与摆动臂的铰接点为b，与机身的铰接点为a，摆动臂2与机身
的铰接点为c。距离ac大于距离ab。在摆动臂相对于机身向上摆动的大部分过程中，蓄能油缸3释放能量，蓄能油缸逐渐伸长即距离ab逐渐增大，蓄能油缸作用在摆动臂上的力f逐渐减小，铰接点c到直线ab的距离s逐渐增大；反之，在摆动臂相对于机身向下摆动的大部分过程中，蓄能油缸储存能量，蓄能油缸逐渐收缩即距离ab逐渐减小，蓄能油缸作用在摆动臂上的力f逐渐增大，铰接点c到直线ab的距离s逐渐减小。摆动臂升降时，蓄能油缸对摆动臂的力矩即f*s基本不变。
22.在摆动臂处于最低位置时（参见图2），蓄能油缸长度ab最小，蓄能最高，蓄能油缸对摆动臂产生的作用力f1最大（图纸以油缸长度ab表示对摆动臂产生的作用力的大小，油缸长度ab越小，蓄能油缸对摆动臂产生的作用力越大）。铰接点c到直线ab的距离s1最小。
23.在摆动臂处于最高位置时（参见图4），蓄能油缸长度ab最大，蓄能最小，蓄能油缸对摆动臂产生的作用力f3最小。铰接点c到直线ab的距离s3最大。
24.在摆动臂处于最高位置时（参见图3），蓄能油缸长度ab最大，蓄能适中，蓄能油缸对摆动臂产生的作用力f2适中。铰接点c到直线ab的距离s2适中。
25.f1*s1≈f2*s2≈f3*s3。
26.实施例2：参见图5所示，其与实施例1的主要区别在于：中间构件-连杆（图中be所示）的两端分别与蓄能油缸和摆动臂铰接，连杆与摆动臂的铰接点为b。
27.本专利的工作原理：当摆动臂处于最低位置时，摆动臂、蓄能器构成的连杆机构，蓄能器作用在摆动臂上的力臂最短，蓄能器长度最短，蓄能器的伸长的作用力最大；当摆动臂向上摆动时，蓄能器作用在摆动臂上的力臂随之加大，蓄能器长度也随之增大，蓄能器伸长的作用力随之减小。该机构在运行中，通过力臂增大的同时蓄能器推力减小或，者力臂减小的同时蓄能器推力增大，实现了对摆动臂产生比较恒定的向上的摆动扭矩，以便平衡作业部自身恒定的重量，大大减轻了动力部件的作业负荷，起到了很好的节能效果。
28.常规的在摆动臂上设置蓄能器的结构（蓄能器与机身的铰接点位于蓄能器与摆动臂的铰接点和摆动臂与机身的铰接点之间），随着摆动臂向上摆动，蓄能器的作用力臂减小，蓄能器伸长，推力也减小，因此所产生的扭矩会随着摆动臂的向上摆动而大幅度减小，不能稳定地平衡作业部的重量。
29.本专利的最大特征是蓄能器与机身的铰接点a位于蓄能器另一端铰接点b的远离摆动臂的位置，形成在摆动臂向上摆动的大多数范围内，蓄能器作用在摆动臂上的力臂是逐渐增大的。相比于现有技术，本专利的蓄能效果更佳，成本更低（现有技术如果要提高蓄能效果，需要加大蓄能器排量和弹性体体积，以获取比较大的弹性，减小蓄能油缸伸长导致的推力下降，成本很高，难以获得实际应用）。
30.所述的蓄能器，可以是弹簧式、液压式、气动式的，作用是当作业部升高时释放能量，降低时储存能量，其具体结构不影响本专利的权利要求的保护范围。
31.蓄能器可以直接铰接在机身和摆动臂上，也可以通过中间构件如连杆、杠杆、平行杆等连接到机身和摆动臂上，这不影响本专利的权利要求的保护范围。