一種鏟掘系統(tǒng)及包含該鏟掘系統(tǒng)的平地機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工程機械領(lǐng)域，特別是一種鏟掘系統(tǒng)及包含該鏟掘系統(tǒng)的平地機。
【背景技術(shù)】
[0002] 平地機是一種配以鏟掘系統(tǒng)為主體的，配以其他多種可換作業(yè)裝置，進行土壤鏟 掘、平整和整形作業(yè)的鏟土運輸施工機械。平地機主要應(yīng)用于道路、機場、農(nóng)田、水利等大面 積土壤平整作業(yè)及刮坡、挖溝、推土、松土、清除路面冰雪等方面施工作業(yè)，是國防工程、交 通、水利基本建設(shè)施工中的重要設(shè)備之一。
[0003] 鏟掘系統(tǒng)是平地機中直接的工作系統(tǒng)，在相同作業(yè)姿態(tài)下其鏟掘系統(tǒng)的觸土表面 形狀的優(yōu)劣直接影響了平地機的鏟掘性能，如：鏟掘阻力、刀片使用壽命及系統(tǒng)的動力性能 等。在作業(yè)介質(zhì)一定的情況下，鏟掘系統(tǒng)的鏟刀所受水平阻力完全由鏟刀的觸土表面結(jié)構(gòu) 與系統(tǒng)的操作參數(shù)共同決定；鏟刀刀片的使用壽命取決于其受力大小及其自身的耐磨性， 其中鏟刀刀片所受合力的大小直接由鏟刀觸土表面的形狀所決定；平地機的動力性能則由 動力系統(tǒng)所能夠提供的最大動力及平地機輪胎的附著力共同決定，鏟刀的觸土表面形狀雖 然無法改變系統(tǒng)所能夠提供的最大動力，但是鏟刀所受堅直向下作用力越大，工程機械的 輪胎與鏟掘地面間的正壓力越大，在相同摩擦系數(shù)條件下，輪胎的附著力越大，平地機的動 力性能發(fā)揮的越充分，所以對于系統(tǒng)的動力性能也有一定的影響。實踐表明，鏟刀結(jié)構(gòu)設(shè)計 不合理而會導(dǎo)致工程機械在作業(yè)時的鏟掘阻力偏大、鏟刀刀片磨損嚴重、輪胎正壓力小，附 著力小，所以導(dǎo)致輪胎容易打滑等問題。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中也存在正對這一技術(shù)問題而對鏟刀系統(tǒng)改進的技術(shù)方案，最為常 見的鏟刀觸土表面形狀為弧度半徑始終保持不變的圓弧。此外，已授權(quán)且申請?zhí)枮?201020691008. 4的實用新型專利"一種推土機用曲面推土板"將推土板的曲面結(jié)構(gòu)優(yōu)化為 拋物線型結(jié)構(gòu)。但是，在鏟刀觸土表面弧形結(jié)構(gòu)弦長保持不變的情況下，圓弧形鏟刀無法同 時保證小的初始入土角度、大的堅直向下正壓力以及好的翻土性能，雖然加工制造比較簡 單，但是鏟掘性能較差。
[0005] 針對這一問題，已授權(quán)且申請?zhí)枮?01020691008. 4的實用新型專利所提出的拋 物線型結(jié)構(gòu)，推土板上、下部分弧形結(jié)構(gòu)曲率半徑大、中間部分曲率半徑小。但是這種設(shè)計 方式導(dǎo)致推土板下部的初始入土角度較大、介質(zhì)的堅直向下作用力小，從而具有較大的鏟 掘阻力和鏟掘刀片受力，平地機的鏟掘動力不足，因此系統(tǒng)的鏟掘能力改進有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種鏟掘系統(tǒng)及包含該鏟掘系統(tǒng)的平地機，能夠減小鏟掘系統(tǒng)的鏟掘 阻力和鏟掘刀片的受力，并能夠顯著提高平地機的鏟掘動力。
[0007] 本發(fā)明提供一種鏟掘系統(tǒng)，包括牽引架、渦輪箱、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、支架以及鏟刀裝置，所 述回轉(zhuǎn)機構(gòu)和所述鏟刀裝置均與所述支架連接，所述渦輪箱設(shè)置在所述牽引架上，以驅(qū)動 所述回轉(zhuǎn)機構(gòu)相對于所述牽引架進行回轉(zhuǎn)；所述鏟刀裝置包括鏟刀結(jié)構(gòu)，且所述鏟刀結(jié)構(gòu) 的觸土表面的弧形半徑由上至下逐漸增加。
[0008] 進一步地，所述鏟刀結(jié)構(gòu)的觸土表面為漸開線型結(jié)構(gòu)。
[0009] 進一步地，所述鏟刀裝置還包括支撐板、連接板和加強板，其中所述連接板一端與 所述支撐板連接，所述連接板的另一端與所述加強板連接，所述鏟刀結(jié)構(gòu)連接于所述加強 板上。
[0010] 進一步地，所述鏟刀裝置的鏟刀裝置作業(yè)姿態(tài)角度為0度時，鏟刀結(jié)構(gòu)入土角度 為15 - 30度，其中，所述鏟刀裝置作業(yè)姿態(tài)角度為所述支撐板的上表面與水平面的夾角， 所述鏟刀結(jié)構(gòu)入土角度為所述鏟刀結(jié)構(gòu)最下端弧形結(jié)構(gòu)的切線與水平方向的夾角。
[0011] 進一步地，所述鏟刀裝置的鏟刀裝置作業(yè)姿態(tài)角度為0度時，鏟刀結(jié)構(gòu)翻土角度 為10 - 35度，其中，所述鏟刀裝置作業(yè)姿態(tài)角度為所述支撐板的上表面與水平面的夾角， 所述鏟刀結(jié)構(gòu)翻土角度為所述鏟刀結(jié)構(gòu)最上端弧形結(jié)構(gòu)的切線與水平方向的夾角。
[0012] 進一步地，還包括角位器和鏟刀姿態(tài)控制油缸，所述角位器通過銷軸樞接于所述 支架上，所述鏟刀姿態(tài)控制油缸的一端連接于所述支架上，另一端與所述角位器連接，從而 能夠控制角位器繞所述銷軸回轉(zhuǎn)；所述鏟刀裝置的支撐板與所述角位器連接。
[0013] 進一步地，所述角位器具有滑槽，所述支撐板上下側(cè)邊具有滑動部，所述支撐板通 過所述滑動部鑲嵌于所述滑槽中且能相對于所述角位器側(cè)向滑動。
[0014] 進一步地，所述鏟掘系統(tǒng)還包括與所述支撐板連接的側(cè)向滑動連接板，所述側(cè)向 滑動連接板與設(shè)置于所述支架上的鏟刀側(cè)向滑動控制油缸的一端連接，從而能夠控制所述 鏟刀裝置相對于所述角位器側(cè)向滑動。
[0015] 進一步地，所述鏟刀結(jié)構(gòu)包括鏟刀刀片和鏟刀弧板，所述鏟刀弧板連接于所述加 強板上，所述鏟刀刀片連接于所述鏟刀弧板上。
[0016] 進一步地，所述渦輪箱的末端包括圓柱外齒輪，所述回轉(zhuǎn)機構(gòu)包括內(nèi)齒圈，所述外 齒輪與所述內(nèi)齒圈形成齒輪嚙合，渦輪箱通過所述齒輪嚙合驅(qū)動所述回轉(zhuǎn)機構(gòu)實現(xiàn)回轉(zhuǎn)。
[0017] 本發(fā)明還提供一種平地機，其包括如上所述的鏟掘系統(tǒng)。
[0018] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0019] 由于在相同鏟刀作業(yè)姿態(tài)下，鏟刀刀片入土角度越小，系統(tǒng)的鏟掘阻力越小、鏟刀 刀片受力越小，鏟刀所受堅直向下作用力越大，平地機輪胎與地面間的摩擦力越大，鏟掘動 力越強；在相同鏟刀作業(yè)姿態(tài)及相同刀片入土角度情況下，鏟刀觸土表面中、下部弧度半徑 越大，鏟掘阻力越小，鏟刀所受堅直向下作用力越大，系統(tǒng)的綜合鏟掘性能越好；在相同條 件下，對于鏟刀觸土表面上部結(jié)構(gòu)來說，適當(dāng)減小其弧度半徑，使得翻土角度保持在一定得 范圍內(nèi)，雖然系統(tǒng)的鏟掘阻力會略微有所增加，但是土壤顆粒翻轉(zhuǎn)能力和流動性會增強，有 利于系統(tǒng)鏟掘過程的連續(xù)進行及系統(tǒng)鏟掘排土。因此，上部弧度半徑小、下部弧度半徑大的 漸開線型鏟刀觸土表面結(jié)構(gòu)能夠滿足上述要求，為最優(yōu)觸土表面形狀，相同條件下能夠保 持原有翻土性能，降低伊掘阻力，減小鏟掘刀片的受力，能夠顯著提高平地機的鏟掘動力。
【附圖說明】
[0020] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0021] 圖1示出了本發(fā)明鏟掘系統(tǒng)的一實施例。
[0022] 圖2示出了本發(fā)明鏟掘系統(tǒng)的一實施例的鏟刀裝置。
[0023] 圖3示出了本發(fā)明鏟掘系統(tǒng)的一實施例的鏟刀裝置的作業(yè)姿態(tài)角度。
[0024] 圖4示出了本發(fā)明鏟掘系統(tǒng)的一實施例的鏟刀裝置在0度姿態(tài)角度下的觸土曲面 受力分布規(guī)律示意圖。
[0025] 圖5A示出了常規(guī)鏟掘系統(tǒng)的鏟刀裝置的觸土表面結(jié)構(gòu)的半徑。
[0026] 圖5B示出了本發(fā)明鏟掘系統(tǒng)一實施例的鏟刀裝置的觸土表面結(jié)構(gòu)的半徑。
[0027] 圖6示出了本發(fā)明鏟掘系統(tǒng)一實施例的鏟刀裝置可實現(xiàn)的運動。
【具體實施方式】
[0028] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明技術(shù)方案做進一步詳細描述。
[0029] 結(jié)合圖1和2,對本實施例的鏟掘系統(tǒng)進行進一步詳細地說明。本實施例的鏟掘 系統(tǒng)包括牽引架1、回轉(zhuǎn)機構(gòu)2、渦輪箱3、支架4以及鏟刀裝置5,回轉(zhuǎn)機構(gòu)2和鏟刀裝置5 均與支架4連接，渦輪箱3設(shè)置在牽引架1上，以驅(qū)動所述回轉(zhuǎn)機構(gòu)2相對于牽引架1進行 回轉(zhuǎn)。渦輪箱3的末端包括圓柱外齒輪，回轉(zhuǎn)機構(gòu)2包括內(nèi)齒圈，該外齒輪與所述內(nèi)齒圈形 成齒輪嚙合，渦輪箱3通過齒輪嚙合驅(qū)動所述回轉(zhuǎn)機構(gòu)2實現(xiàn)回轉(zhuǎn)。通常出于安全的考慮， 設(shè)置限位機構(gòu)10來限制回轉(zhuǎn)機構(gòu)2的回轉(zhuǎn)幅度，可根據(jù)實際工況的需要來設(shè)置限位機構(gòu)10 的位置。
[0030] 鏟刀裝置5包括鏟刀結(jié)構(gòu)，本實施例中，對所述鏟刀結(jié)構(gòu)的觸土表面的弧形半徑 進行了特殊地規(guī)定。下面對本發(fā)明的觸土表面弧形半徑的設(shè)置機理進行進一步詳細說明。
[0031] 首先我們結(jié)合圖2和圖3,對鏟掘過程的幾個關(guān)鍵參數(shù)進行一下闡述：通常鏟掘過 程中，鏟刀刀片的入土角度θ，鏟刀的翻土角度α以及作業(yè)姿態(tài)角度φ為常用的幾個關(guān)鍵 參數(shù)。如圖4所示，鏟刀刀片的入土角度Θ是指鏟刀刀片14最下端弧形結(jié)構(gòu)的切線與水 平方向的夾角，其物理意義為鏟刀最下端以多大的楔形角度鏟掘作業(yè)介質(zhì)；鏟刀的翻土角 度α是指鏟刀弧形結(jié)構(gòu)15最上端弧形結(jié)構(gòu)切線與水平方向的夾角，其值越小表明鏟刀的 翻土性能越好；如圖3所示，鏟刀裝置作業(yè)姿態(tài)角度f是指鏟刀裝置中支撐板11上表面與 水平方向的夾角，反映了在鏟刀姿態(tài)控制油缸控制下的鏟掘姿態(tài)。
[0032] 通常來說，倘若鏟刀所受鏟掘阻力（即：作業(yè)介質(zhì)的水平阻力）越小，系統(tǒng)的鏟掘 效率越高；而在相同作業(yè)姿態(tài)下，作業(yè)介質(zhì)反作用于鏟刀上的堅直向下作用力越大（當(dāng)堅 直向下作用力為負數(shù)時表明堅直作用力方向向上），平地機輪胎與地面間的堅直正壓力越 大，輪胎的附著力越大，系統(tǒng)的動力性能（即：不易發(fā)生打滑）越強。為了提高系統(tǒng)的綜合 鏟掘性能，申請人對平地機鏟掘過程的微觀和宏觀作業(yè)機理進行了全方位的研究，研究結(jié) 果表明：
[0033] 1、在相同鏟刀裝置作業(yè)姿態(tài)角度φ下，鏟刀刀片入土角度Θ越小，系統(tǒng)的鏟掘阻 力越小、鏟刀刀片受力越小，鏟刀所受堅直向下作用力越大，平地機輪胎與地面間的摩擦力 越大，纟產(chǎn)掘動力越強；
[0034] 2、在相同鏟刀裝置作業(yè)姿態(tài)角度φ及相同刀片入土角度Θ的情況下，鏟刀觸土 表面中、下部弧度半徑越大，鏟掘阻力越小，鏟刀所受堅直向下作用力越大，系統(tǒng)的綜合鏟 掘性能越好；
[0035] 3、在相同條件下，對于鏟刀觸土表面上部結(jié)構(gòu)來說，適當(dāng)減小其弧度半徑，使得翻 土角度α保持在一定得范圍內(nèi)，雖然系統(tǒng)的鏟掘阻力會略微有所增加，但是土壤顆粒翻轉(zhuǎn) 能力和流動性會增強，有利于系統(tǒng)鏟掘過程的連續(xù)進行及系統(tǒng)鏟掘排土。
[0036] 由以上的分析結(jié)果可知，上部弧度半徑小、下部弧度半徑大的漸開線型鏟刀觸土 表面結(jié)構(gòu)能夠滿足上述要求，為最優(yōu)觸