CN102372024A - 工程机械及其转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向系统以及包括该转向系统的工程机械，所述转向系统包括车轴、与车轴相连的转向轮和车轮转臂、转向助力油缸，以及限制所述转向轮转向的锁定装置，所述锁定装置包括液压缸以及控制所述液压缸中液流通断的控制阀，所述液压缸的一端与所述车轴连接，另外一端与所述车轮转臂连接。所述锁定装置安装于车轴上，减小了转向杆系的拉力影响，而且液压缸中油液的润滑减少了零部件的磨损，能显著提高转向锁定装置中活塞的使用寿命、降低材质要求以及进一步提高锁定装置的可靠性。

Description

工程机械及其转向系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种用于工程机械上的转向系统，此外，本发明还涉及一种包括上述转向系统的工程机械。

背景技术

在工程机械领域中，尤其针对那些重型机械，机械转向是否灵活直接影响到作业效率的高低。

目前，一些重型机械一般会有多个轴(通常指四轴以上)参与转向，甚至是全轮转向，例如多轴起重机。多轴转向模式固然可以满足灵活性的要求，但是安全系数并不高。为兼顾安全及灵活性，一般是通过对后轮进行锁定以参与转向控制。

请参考图1和图2，图1为一种典型的转向系统示意图；图2为一种典型的转向锁定装置示意图。

转向杆系机构通常包括转向杆系结构14(一般会包括转向纵拉杆、转向横拉杆)、转向器、转向节，现有的转向轴锁定机构一般是将转向锁定装置安装在转向杆系结构中，采用机械锁定的方式，图1为一种典型的转向锁定机构示意图。操纵者转动方向盘12，转向器13控制转向油路向通常连接于车轴15上的转向助力油缸输油，转向助力油缸伸缩带动转向轮转动。转向锁定装置11安装于转向杆系机构中，在正常公路行驶情况下，如图2所示，转向锁定装置11处于锁定状态，活塞115被弹簧114压在连杆118上，其下部插入连杆118的定位槽117内，整个装置起到刚性拉杆作用；当需要解除锁定时，高压气体从进气口113进入，活塞115在高压气体推动下向上运动，排气口111完成排气，活塞115头部脱离连杆118的定位槽117，进入滑槽116内，此时就完成了锁定装置的解锁过程，其中锁定和解锁的状态又可以利用行程开关112检测，然后将检测信号传到驾驶室中告知操纵者。

然而，这种转向锁定装置存在明显的不足。第一，由于活塞115需要在缸筒中做锁定和解锁的动作，即往复运动，活塞115、缸筒及相关的一些零件的加工和处理比较费时费力。第二，由于该锁定装置使用在转向机构中，受到转向机构左右转向时拉力冲击较大，活塞115和连杆118均需要调质处理来得到较高的硬度。第三，该转向锁定装置在长时间使用时，由于机械零部件之间磨损，机械配合间隙变大，容易出现锁定不可靠的情况。

因此，如何延长转向锁定装置中液压油缸的使用寿命、减少磨损、降低材质要求以及进一步提高锁定装置的可靠性是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于工程机械上的转向系统，该转向系统可以显著提高转向锁定装置中活塞的使用寿命、减少磨损、降低材质要求以及进一步提高锁定装置的可靠性，本发明的另一目的是提供一种包括上述转向系统的工程机械。

为解决上述技术问题，本发明提供一种转向系统，包括车轴、与车轴相连的转向轮和车轮转臂、转向助力油缸，以及限制所述转向轮转向的锁定装置，所述锁定装置包括液压缸以及控制所述液压缸中液流通断的控制阀，所述液压缸的一端与所述车轴连接，另外一端与所述车轮转臂连接。

优选地，所述液压缸的缸筒中设有左活塞和右活塞，所述左活塞和所述右活塞将所述缸筒的内腔分割为左腔室、中间腔室和右腔室，所述中间腔室对应的缸筒上设有相对于缸筒内壁凸出并隔开所述左活塞和右活塞的凸出结构，所述右活塞设有通孔，活塞杆设置于所述缸筒的右端，并可滑动地穿过所述通孔进入所述中间腔室，所述活塞杆与所述通孔的壁密封配合，所述活塞杆的活塞头的最大直径大于所述通孔直径，且与所述凸出结构具有径向间隙，所述缸筒中的三个腔室通过带有所述控制阀的通道与油箱连通。

优选地，所述通道包括与所述左腔室连通的左连接管、与所述右腔室连通的右连接管以及与所述中间腔室连通的中间连接管，所述左连接管、所述右连接管以及所述中间连接管分别与所述控制阀一侧的三个油口相连，所述控制阀另一侧的三个油口与泄漏油油道相连。

优选地，所述缸筒包括同轴布置的左缸筒、中间缸筒以及右缸筒，所述中间缸筒的内径小于所述左缸筒和所述右缸筒的内径，所述凸出结构形成于所述中间缸筒的内侧部分。

优选地，所述中间缸筒的外端部在与所述左缸筒以及所述右缸筒相接的位置形成台阶，所述台阶的高度与所述左缸筒以及所述右缸筒的筒壁厚度相等。优选地，所述左缸筒的内腔和所述右缸筒的内腔大小相等。

优选地，所述缸筒内壁设有一对间隔一定距离的环状圈，所述凸出结构为所述环状圈凸出所述缸筒内壁的部分。

优选地，所述缸筒内壁设置具有一定轴向宽度的环状筒，所述凸出结构为所述环状筒凸出所述缸筒内壁的部分。

优选地，所述活塞头包括所述活塞杆顶端和固定套装于所述活塞杆顶端的环状部件。

本发明还提供一种工程机械，包括底盘和转向系统，所述转向系统包括上述任一项所述的转向系统。

本发明所提供的转向系统，其转向锁定装置包括液压缸以及控制所述液压缸中液流通断的控制阀，所述控制阀闭合时，所述液压缸中的液流保持稳定状态，活塞杆不作伸缩运动，所述液压缸长度保持不变，同时，由于所述液压缸的一端与所述车轴连接，另外一端与所述车轮转臂连接，所述车轮转臂在所述控制阀闭合时将和所述车轴的位置保持不变，车轮无法偏转；所述控制阀开启时，所述活塞杆自由伸缩，车轮可以偏转进而转向。所述转向锁定装置安装于车轴上，受转向机构左右转向时拉力的冲击较小，延长了液压油缸的使用寿命，降低了液压油缸的材质要求。而且采用液压缸锁定，由于液流的润滑作用，机械零部件的磨损较小。

在一种优选的实施方式中，所述液压缸的缸筒中设有左活塞和右活塞，所述左活塞和所述右活塞将所述缸筒的内腔分割为左腔室、中间腔室和右腔室，所述中间腔室对应的缸筒上设有相对于缸筒内壁凸出并隔开所述左活塞和右活塞的凸出结构，所述右活塞设有通孔，活塞杆设置于所述缸筒的右端，并可滑动地穿过所述通孔进入所述中间腔室，所述活塞杆与所述通孔的壁密封配合，所述活塞杆的活塞头的最大直径大于所述通孔直径，且与所述凸出结构具有径向间隙，所述缸筒中的三个腔室通过带有所述控制阀的通道与油箱连通。解锁时，所述活塞杆在伸出过程中，由于凸出结构，所述左活塞不动，所述右活塞随所述活塞杆向右运动，所述右腔室体积变小，所述中间腔室体积变大，缩进过程中，所述右活塞不动，所述左活塞被所述活塞杆向左推动，所述左腔室体积变小，所述中间腔室体积变大。所述左活塞和所述右活塞处于所述凸出结构两端时，关闭控制阀，所述转向轮被锁定，由于凸出结构的限制，容易确定液压缸应当被锁定的位置，进而更准确操控车轮的锁定位置。同时，所述左活塞和所述右活塞在转向时分开工作有助于延长活塞的使用寿命。

在另一种优选的实施方式中，所述通道包括与所述左腔室连通的左连接管、与所述右腔室连通的右连接管以及与所述中间腔室连通的中间连接管，所述左连接管、所述右连接管以及所述中间连接管分别与所述控制阀一侧的三个油口相连，所述控制阀另一侧的三个油口与泄漏油油道相连。所述控制阀可以方便的控制所述通道的通断，而且所述控制阀与泄漏油油道相连，液压缸内部的液压油液可以同液压系统进行循环。

附图说明

图1为一种典型的转向系统示意图；

图2为一种典型的转向锁定装置示意图；

图3为本发明所提供转向系统一种具体实施方式的结构示意图；

图4为本发明所提供转向系统一种具体实施方式中的转向锁定装置的剖视示意图；

图5为图4所示转向锁定装置中活塞杆完全伸出的状态示意图；

图6为图4所示转向锁定装置中活塞杆完全缩进的状态示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于工程机械上的转向系统，该转向系统可以显著提高转向锁定装置中活塞的使用寿命、减少磨损、降低材质要求以及进一步提高锁定装置的可靠性，本发明的另一目的是提供一种包括上述转向系统的工程机械。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图3，图3为本发明所提供转向系统一种具体实施方式的结构示意图，图4为本发明所提供转向系统一种具体实施方式中的转向锁定装置的剖视示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的转向系统，包括车轴1、与车轴1相连的转向轮7和车轮转臂6、转向助力油缸5(通常车轴上连接有一对转向助力油缸)，以及限制转向轮7转向的锁定装置，锁定装置包括液压缸2以及控制液压缸2中液流通断的控制阀3，液压缸2的一端与车轴1连接，另外一端与车轮转臂6连接。

如图3所示，当控制阀3关闭时，液压缸2中的液体不流动，其活塞不能移动，活塞杆不作伸缩运动，液压缸2的整体长度将保持不变。由于液压缸2一端与车轴1连接，另外一端与车轮转臂6连接，两个连接点之间的长度距离也不变，因此车轮转臂6相对于车轴1不能转动，车轴1和转向轮7之间的角度保持不变，此时，转向轮7被锁定，不能向两侧自由转动，该液压缸就起到了转向锁定装置的作用。

当需要转向轮7转向时，控制阀3开启，转向油路5会向转向助力油缸4提供油液，转向助力油缸4作伸缩运动带动车轮转臂6转动，此时，液压缸2可以在车轮转臂6的推动下伸缩，车轮转臂6的转动不再受到限制，转向轮7在车轮转臂6的作用下会相对于车轴1偏转一定角度，实现自由转向。

起锁定作用的液压缸2安装于车轴1上，受转向杆系机构左右转向时拉力的冲击较小，延长液压缸的使用寿命，降低液压缸的材质要求。而且采用液压缸锁定，由于液流的润滑作用，机械零部件的磨损较小。

在另一种具体实施方式中，如图4所示，液压缸2的缸筒21中设有左活塞22和右活塞23，左活塞22和右活塞23将缸筒21的内腔分割为左腔室211、中间腔室212和右腔室213，中间腔室212对应的缸筒21上设有相对于缸筒21内壁凸出并隔开左活塞22和右活塞23的凸出结构28，右活塞23设有通孔，活塞杆24设置于缸筒21的右端，并可滑动地穿过通孔进入中间腔室212，活塞杆24与通孔的壁密封配合，即右活塞23与活塞杆24之间既要具有良好的密封性能，又要保证活塞杆24可以在通孔中滑动。

活塞杆24的活塞头241的最大直径大于右活塞23上的通孔直径，这样，活塞杆24在右移的过程中不会穿出右活塞，而是拉动右活塞23一起右移。可以将活塞杆24顶端固定套装于环状部件内，形成直径增大的活塞头241，也可以将活塞杆24顶端直接加工成最大直径大于通孔直径的活塞头241。

凸出结构28与活塞头241之间具有径向间隙，保证活塞杆24可以自由的伸缩。

缸筒21中的三个腔室通过带有控制阀3的通道与油箱(图中未示出)连通。三个腔室与油箱连通的通道可以包括与左腔室211连通的左连接管25、与右腔室213连通的右连接管27以及与中间腔室212连通的中间连接管26。左连接管25、中间连接管26以及右连接管27分别与控制阀3一侧的三个油口相连，即第一油口31、第二油口32以及第三油口33，控制阀3另一侧的三个油口(即第四油口34、第五油口35以及第六油口36)与泄漏油油道(图中未示出)相连。使用一个控制阀3可以同时控制左连接管25、中间连接管26以及右连接管27的关闭和连通，而且与泄漏油油道相连，液压缸2内部的液压油液可以同液压系统进行循环，关闭油口时，液压缸2处于锁定状态，开启时，液压缸2处于解锁状态。

活塞杆24在伸出过程中，由于凸出结构28左端的阻挡，左活塞22不能向右移动，左腔室211体积不变。活塞头241的最大直径大于通孔直径，因此活塞杆24在右移过程中会拉动右活塞23向右运动，油口33向系统排油，油口32从系统进油，右腔室213体积逐渐变小，中间腔室212体积逐渐变大，图5所示为右腔室213体积达到最小的状态，即活塞杆24运行至缸筒的最右端；活塞杆24缩进过程中，右活塞23被凸出结构的右端阻挡，不能向左移动，右腔室213体积不变，左活塞22被活塞杆24向左推动，油口31向系统排油，油口32从系统进油，左腔室211体积逐渐变小，中间腔室212体积逐渐变大，图6所示为右腔室211体积达到最小的状态，即活塞杆24运行至缸筒的最左端。

当左活塞22和右活塞23处于凸出结构28的两端时，关闭控制阀3，液压缸2长度被锁定，可以调整液压缸2安装位置，将转向轮7锁定在需要的位置，通常是锁定在中间位置。由于凸出结构28的限制作用，可以更精确的将转向轮7锁定在需要的位置，便于操控。而且这种活塞杆与双活塞分离式的结构，使左右活塞分工合作，有助于延长活塞的使用寿命，进一步保证锁定的精确性。

在形成凸出结构28时，可以将缸筒21加工成包括同轴布置的左缸筒214、中间缸筒215以及右缸筒216，中间缸筒215的内径小于左缸筒214和右缸筒216的内径，凸出结构28形成于中间缸筒215的内侧部分，如图4所示。中间缸筒215在与左缸筒214以及右缸筒216相接的位置形成台阶29，台阶29的高度与左缸筒214和右缸筒216的筒壁厚度相等。中间缸筒215的台阶结构方便左缸筒214和右缸筒216的安装，而且密封性强，还可以在台阶29与左缸筒214以及右缸筒216相接的位置设置密封件，进一步加强密封性能。

左缸筒214的内腔和右缸筒216的内腔可以是大小相等的，活塞杆24在缩进和伸长运动时，受力过程一致，最大的位移一致，转向轮7在转向过程中左右的最大转向幅度也一致，便于操控，符合一般需求。

在形成凸出结构28时，还可以在一个整体缸筒21内部安装一对环状圈。环状圈可以是直接紧贴缸筒21内壁安装，也可以是嵌于缸筒21壁内且径向延伸至缸筒21内腔，凸出缸筒内壁的环状圈部分形成凸出结构28，这一对环状圈间隔一定的距离，左活塞22和右活塞23的运动将分别受到左环状圈和右环状圈的限制，左右环状圈之间形成的腔室是最小体积的中间腔室212。环状圈结构简单，便于安装和加工。

在形成凸出结构28时，还可以直接紧贴缸筒内壁安装并具有一定轴向宽度环状筒，或是嵌于缸筒21壁内且径向延伸至缸筒内腔。凸出缸筒内壁的环状筒部分形成凸出结构28，其左右端分别限制左活塞22和右活塞23的运动，环状筒的内腔即为最小体积的中间腔室212。环状筒安装简便，且抗挤压力强。

除了上述转向系统，本发明还提供一种包括上述转向系统的工程机械，该工程机械其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的转向系统工程机械及其转向系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种转向系统，包括车轴(1)、与车轴(1)相连的转向轮(7)和车轮转臂(6)、转向助力油缸(4)，以及限制所述转向轮(7)转向的锁定装置，其特征在于，所述锁定装置包括液压缸(2)以及控制所述液压缸(2)中液流通断的控制阀(3)，所述液压缸(2)的一端与所述车轴(1)连接，另外一端与所述车轮转臂(6)连接。

2.根据权利要求1所述转向系统，其特征在于，所述液压缸(2)的缸筒(21)中设有左活塞(22)和右活塞(23)，所述左活塞(22)和所述右活塞(23)将所述缸筒的内腔分割为左腔室(211)、中间腔室(212)和右腔室(213)，所述中间腔室(212)对应的缸筒(21)上设有相对于缸筒(21)内壁凸出并隔开所述左活塞(22)和右活塞(23)的凸出结构(28)，所述右活塞(23)设有通孔，活塞杆(24)设置于所述缸筒(21)的右端，并可滑动地穿过所述通孔进入所述中间腔室(212)，所述活塞杆(24)与所述通孔的壁密封配合，所述活塞杆(24)的活塞头(241)的最大直径大于所述通孔直径，且与所述凸出结构(28)具有径向间隙，所述缸筒(21)中的三个腔室通过带有所述控制阀(3)的通道与油箱连通。

3.根据权利要求2所述转向系统，其特征在于，所述通道包括与所述左腔室(211)连通的左连接管(25)、与所述右腔室(213)连通的右连接管(27)以及与所述中间腔室(212)连通的中间连接管(26)，所述左连接管(25)、所述右连接管(27)以及所述中间连接管(26)分别与所述控制阀(3)一侧的三个油口相连，所述控制阀另一侧的三个油口与泄漏油油道相连。

4.根据权利要求3所述转向系统，其特征在于，所述缸筒(21)包括同轴布置的左缸筒(214)、中间缸筒(215)以及右缸筒(216)，所述中间缸筒(215)的内径小于所述左缸筒(214)和所述右缸筒(216)的内径，所述凸出结构(28)形成于所述中间缸筒(215)的内侧部分。

5.根据权利要求4所述转向系统，其特征在于，所述中间缸筒(215)的外端部在与所述左缸筒(214)以及所述右缸筒(216)相接的位置形成台阶(29)，所述台阶(29)的高度与所述左缸筒(214)以及所述右缸筒(216)的筒壁厚度相等。

6.根据权利要求5所述转向系统，其特征在于，所述左缸筒(214)的内腔和所述右缸筒(216)的内腔大小相等。

7.根据权利要求3所述转向系统，其特征在于，所述缸筒(21)内壁设有一对间隔一定距离的环状圈，所述凸出结构(28)为所述环状圈凸出所述缸筒(21)内壁的部分。

8.根据权利要求3所述转向系统，其特征在于，所述缸筒内壁设置具有一定轴向宽度的环状筒，所述凸出结构(28)为所述环状筒凸出所述缸筒(21)内壁的部分。

9.根据权利要求上述2至8任一项所述转向系统，其特征在于，所述活塞头(241)包括所述活塞杆(24)顶端和固定套装于所述活塞杆(24)顶端的环状部件。

10.一种工程机械，包括底盘以及与底盘相连的转向系统，其特征在于，所述转向系统为上述1至9任一项所述的转向系统。

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