臂架系统、控制方法及工程机械与流程

1.本发明属于工程机械技术领域，尤其涉及一种臂架系统、控制方法及工程机械。


背景技术：

2.泵车臂架对回转中心的倾翻弯矩是制约泵车布料范围的重要因素，倾翻弯矩偏大将导致泵车整机稳定性降低，引起泵车倾翻，轻则导致设备损坏，重则产生人员伤亡。泵车布料高度是衡量泵车布料范围的最重要指标，在不增大倾翻弯矩的情况下增大泵车布料高度是各大泵车主机厂的热门研究课题。如图1和图2所示，目前混凝土泵车主要由转台和臂架组成，各部件通过铰点销轴连接，臂架的长度为l，工作时臂架与转台连接销轴距离地面的竖直高度为h、距离回转中心的水平距离为r，满载臂架重心距离臂架与转台连接销轴x，满载臂架系统重量为g。最大工作高度为：h l，布料范围半径为l-r1，最大倾翻弯矩为m＝g*(x-r)；
3.当臂架长度以及下车和底盘的高度确定后，由于转台结构铰点固定，所以泵车的布料高度和布料范围也就随之确定。但限于整车高度法规的限制，下车及底盘的高度确定，所以布料高度的增加仅可依靠增加臂架的长度实现，在结构轻量化无法满足的情况下，势必会增加臂架系统的重量，进而导致整车的最大倾翻弯矩增加，不利于整车的稳定安全性。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种臂架系统、控制方法及工程机械，旨在解决现有技术中的倾翻弯矩偏大和布料高度不可调的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种臂架系统，其中，所述臂架系统包括：臂架，包括铰接端部；转台，包括位于回转中心两侧的前铰接部和后铰接部；升降连杆，两端分别铰接于所述后铰接部和所述铰接端部；旋转驱动件，用于驱动所述臂架围绕所述铰接端部变幅枢转；升降驱动件，铰接于所述前铰接部并用于驱动所述升降连杆绕所述后铰接部旋转，以带动所述铰接端部在所述前铰接部和所述后铰接部之间升降。
6.在本发明实施例中，所述升降驱动件通过所述升降连杆的第一铰接部铰接于所述铰接端部。
7.在本发明实施例中，所述旋转驱动件铰接于所述升降连杆的第二铰接部，所述升降连杆通过第三铰接部铰接于所述前铰接部，所述第一铰接部、所述第二铰接部以及所述第三铰接部不共线。
8.在本发明实施例中，所述升降连杆内置于所述臂架的外壳内。
9.在本发明实施例中，所述升降驱动件铰接于所述升降连杆的第四铰接部，所述旋转驱动件通过所述升降连杆的第五铰接部铰接于所述转台，所述第四铰接部、所述第五铰接部以及所述铰接端部不共线。
10.在本发明实施例中，所述升降驱动件内置于所述转台的壳体，所述升降连杆外置于所述臂架。
11.在本发明实施例中，所述前铰接部和所述后铰接部分别对应设置于所述转台的前后端部。
12.在本发明实施例中，所述后铰接部高于所述前铰接部。
13.本发明还提出一种臂架控制方法，所述臂架控制方法应用于所述臂架系统，所述臂架控制方法包括根据所述臂架的预期布料高度调节控制所述升降驱动件的工作状态。
14.在本发明实施例中，所述根据所述臂架的预期布料高度调节控制所述升降驱动件的工作状态包括：
15.判断所述预期布料高度不大于所述臂架的当前布料高度；
16.将所述升降驱动件保持在抑制状态；
17.控制所述旋转驱动件驱使所述臂架展开至指定俯仰角度；
18.判断所述预期布料高度大于所述臂架的当前布料高度；
19.同时触发所述旋转驱动件和所述升降驱动件。
20.本发明还提出一种工程机械，所述工程机械包括车体和所述臂架系统，所述转台靠近所述车体的车头设置，所述臂架位于水平位置的情况下向所述车头的后侧延伸。
21.通过上述技术方案，本发明实施例所提供的臂架系统具有如下的有益效果：
22.采用本实施例中的臂架系统进行布料作业时，可首先判断是否需要提高臂架的布料高度，若无需提高臂架的布料高度，可触发旋转驱动件，使旋转驱动件驱动臂架绕铰接端部在水平位置和竖直位置之间旋转，控制臂架的展开角度；若需要提高臂架的布料高度，则同时触发旋转驱动件和升降驱动件，驱动升降连杆绕转台旋转，并带动铰接端部自前铰接部向后铰接部方向上升，提升了臂架的有效布料高度，提升了产品的竞争力，臂架为水平工况时，在保持臂架长度不变的情况下，可将铰接端部自后铰接部向前铰接部方向下降，使臂架距离回转中心的水平距离最大，臂架在水平工况下的倾翻弯矩最小，即最大倾翻弯矩最小，保证该工况下的工作可靠性。本发明中的臂架系统通过升降驱动件、升降连杆和旋转驱动件三者之间的配合能保证质量不变的同时有效增加臂架的布料高度，有利于结构轻量化和提升产品竞争力，同时还可以使最大倾翻弯矩尽可能降低。
23.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
24.附图是用来提供对本发明的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
25.图1是现有技术中工程机械的竖直臂架工况结构示意图；
26.图2是现有技术中工程机械的水平臂架工况结构示意图；
27.图3是根据本发明一实施例中臂架系统水平工况下的结构示意图；
28.图4是根据本发明一实施例中臂架系统竖直工况下的结构示意图；
29.图5是根据本发明一实施例中臂架系统工况变化示意图；
30.图6是根据本发明另一实施例中臂架系统水平工况下的结构示意图；
31.图7是根据本发明另一实施例中臂架系统竖直工况下的结构示意图；
32.图8是根据本发明另一实施例中臂架系统工况变化示意图。
33.附图标记说明
34.标号名称标号名称100臂架系统41第一铰接部1臂架42第二铰接部11铰接端部43第三铰接部12驱动安装部44第四铰接部2转台45第五铰接部21前铰接部5升降驱动件22后铰接部200工程机械3旋转驱动件210车体4升降连杆220车头
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
36.下面参考附图描述根据本发明的臂架系统。
37.如图3至图5所示，在本发明的实施例中，提供一种臂架系统100，其中，臂架系统100包括臂架1和升降驱动件5，臂架1包括铰接端部11；转台2包括位于回转中心两侧的前铰接部21和后铰接部22；升降连杆4两端分别铰接于后铰接部22和铰接端部11；旋转驱动件3用于驱动臂架1围绕铰接端部11变幅枢转；升降驱动件5铰接于前铰接部21并用于驱动升降连杆4绕后铰接部22旋转，以带动铰接端部11在前铰接部21和后铰接部22之间升降。本实施例中的转台2位于臂架1的下方，臂架系统100主要应用于工程起重机、臂架消防车、臂架式登高车、混凝土泵车等工程机械。
38.在采用本实施例中的臂架系统100进行布料作业时，可首先判断是否需要提高臂架1的布料高度，若无需提高臂架1的布料高度，可触发旋转驱动件3，使旋转驱动件3驱动臂架1绕铰接端部11在水平位置和竖直位置之间旋转，控制臂架1的展开角度，若需要提高臂架1的布料高度，则同时触发旋转驱动件3和升降驱动件5，升降驱动件5驱动升降连杆4绕转台2旋转，并带动铰接端部11自前铰接部21向后铰接部22方向上升，提升臂架1的有效布料高度，提升产品的竞争力；且臂架1为水平工况时，在保持臂架1长度不变的情况下，可将铰接端部11后铰接部22向前铰接部21方向下降，使臂架1距离回转中心的水平距离r最大，臂架1在水平工况下的倾翻弯矩m最小，即最大倾翻弯矩最小，保证水平工况下的工作可靠性。本实施例中的臂架系统100通过升降驱动件5、升降连杆4和旋转驱动件3三者之间的配合能保证质量不变的同时有效增加臂架1的布料高度，有利于结构轻量化和提升产品竞争力，同时还可以使最大倾翻弯矩尽可能降低。
39.具体地，如图3和图6所示，为臂架1处于水平工况，在保持臂架1长度l不变的情况下，此时r最大，保证该工况下的工作可靠性；如图4和图7所示，为臂架1的竖直工况，在保持臂架1长度l的不变的情况下，由于铰接端部11被抬高，即在保持臂架1和转台2尺寸不变的情况下提升了臂架1的有效布料高度，提升了产品的竞争力。
40.在本发明实施例中，旋转驱动件3和升降驱动件5均为油缸。通过油缸的伸缩可驱动臂架1和升降连杆4，结构安装便利，且能通过选用不同行程的旋转驱动件3和升降驱动件
5增大铰点行程，当行程过大时，可选择为多级油缸。
41.具体地，在一实施例中，升降驱动件5的上端通过升降连杆4的第一铰接部41铰接于铰接端部11，下端铰接于前铰接部21。本实施例中通过将升降驱动件5直接作用于铰接端部11的方式对升降驱动件5进行驱动，使得升降连杆4可以展开到与水平线成竖直状态的最大高度，可以最大限度的提高臂架1的布料高度，提升产品竞争力。
42.并且，本发明实施例中，旋转驱动件3的下端铰接于升降连杆4的第二铰接部42，上端铰接于臂架1的驱动安装部12，升降连杆4的下端通过第三铰接部43铰接于前铰接部21，上端铰接于铰接端部11，第一铰接部41、第二铰接部42以及第三铰接部43不共线。如图3至图5所示，本实施例中第一铰接部41、第二铰接部42以及第三铰接部43形成三角支撑联动结构，在提高结构安装、控制便利性的同时，还能提高结构强度。本实施例中，为避免升降连杆4和转台2以及臂架1之间产生干扰，升降连杆4内置于臂架1的外壳内。
43.在另一实施例中，如图6至图8所示，在本发明实施例中，升降驱动件5的上端铰接于升降连杆4的第四铰接部44，下端铰接于前铰接部21，旋转驱动件3的下端通过升降连杆4的第五铰接部45铰接于转台2，上端铰接于驱动安装部12，第四铰接部44、第五铰接部45以及铰接端部11不共线。本实施例提出第二种三角连接结构，相比于旋转驱动件3直接作用于铰接端部11，本实施例中的升降驱动件5通过升降连杆4作用于铰接端部11，且升降连杆4和旋转驱动件3铰接于转台2上的同一铰点，本实施例中的臂架系统100结构简单，且能方便旋转驱动件3的安装。并且为防止部件之间产生干涉，本实施例中的升降驱动件5的缸体内置于转台2的壳体，升降连杆4外置于臂架1。
44.如图5和图8所示的升降连杆4两种变化状态图，其中l0为铰接端部11竖直工况下和转台2的距离，臂架1处于水平工况时，升降连杆4与水平线之间的夹角为
ɑ
1，此时铰接端部11相对于第三铰接部43的高度为h1＝l0
×
sin
ɑ
1；臂架1处于竖直工况时，升降连杆4与水平线之间的夹角为
ɑ
2，此时铰接端部11相对于第三铰接部43的高度为h2＝l0
×
sin
ɑ
2，两种工况的差值为h
′
＝h2-h1。具体可通过合理设计升降驱动件5的行程和升降连杆4的结构形状改变角度
ɑ
1、
ɑ
2和l0，就能实现不同的布料高度。
45.在一实施例中，前铰接部21和后铰接部22分别对应设置于转台2的前后端部。本实施例中分别将升降驱动件5和升降连杆4安装在转台2的前后端部，能优化臂架系统100的结构紧凑性，充分利用安装空间和动作行程空间。
46.在本发明实施例中，后铰接部22高于前铰接部21。本实施例中通过较高后铰接部22能提高臂架1在竖直工况下的布料高度，且较低的前铰接部21能和臂架1配合，为升降驱动件5提供容纳空间。
47.本发明还提出一种臂架控制方法，臂架控制方法应用于臂架系统100，臂架控制方法包括包括根据臂架1的预期布料高度调节控制升降驱动件5的工作状态。
48.在一实施例中，根据臂架1的预期布料高度调节控制升降驱动件5的工作状态包括：
49.判断预期布料高度不大于臂架1的当前布料高度；
50.将升降驱动件5保持在抑制状态；
51.控制旋转驱动件3驱使臂架1展开至指定俯仰角度；
52.判断预期布料高度大于臂架1的当前布料高度；
53.同时触发旋转驱动件3和升降驱动件5，使铰接端部11自前铰接部21向后铰接部22方向上升，并保持臂架1展开角度不变。
54.整车控制系统ecu在控制臂架1动作前，首先判断臂架1是否需要提高布料高度。若ecu接受到的指令为不需要臂架1提高布料高度，此时，仅触发旋转驱动件3，升降驱动件5处于抑制状态，这时臂架1的铰接端部11高度位置不变，仅通过旋转驱动件3动作控制臂架1的展开角度，实现不同的工况要求；若ecu接受到的指令为臂架1需要提高布料高度，同时触发旋转驱动件3和升降驱动件5，控制升降驱动件5动作，可实现不同的布料高度要求，通过协调动作控制旋转驱动件3驱动，保证臂架1的展开角度不变。
55.本发明还提出一种工程机械200，工程机械200包括车体210和臂架系统100，转台2靠近车体210的车头220设置，臂架1位于水平位置的情况下向车头220的后侧延伸。本实施例中将转台2靠近车头220设置，臂架1向后延伸，能使臂架1的重心靠近车体210的重心设置，从而避免工程机械200的倾翻，本实施例中的臂架系统100结构参照上述实施例。
56.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
57.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
59.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。