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神秘的几何 柳工垂直举升装载机的奥秘

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【铁甲网原创】不久前举办的柳工装载机全球销量突破35万台的庆祝活动上,柳工展示了曾参加过CONEXPO’2017的垂直举升装载机VL80A,并在众多行业人士和媒体面前进行了举升演示,总算揭开了这种新型装载机的神秘面纱。

2016年11月,柳工VL70A进行静态展示

去年11月,柳工就展示了创新的垂直举升装载机VL70A,不过只是静态展示,VL80A在拉斯维加斯也是静态展示,没有给人一探究竟的机会。这次,总算看到了垂直举升的真面目。

柳工VL80A进行了举升展示

原来,这种装载机的动臂采用了一种平面四连杆机构中的双摇杆机构,利用该机构的运动特点,使得动臂在旋转时,前端可以近似垂直地升降,故得名垂直举升装载机。为了这种运动特性,动臂不能像普通装载机那样后端铰接在固定的前车架上,而是“浮动”在连杆之上。

双摇杆机构,白圈内为两个摇杆

其实,垂直举升概念本身并不是新东西,早在1972年纽荷兰就发明了平面四连杆机构的垂直举升滑移装载机,后来其他品牌滑移装载机也广泛采用,当然实现形式并不完全一样,但基本原理是一样的。这也导致了现在多数滑移装载机企业同时提供两种类型的产品:垂直举升和径向举升。所谓径向举升就是和普通装载机一样,动臂后端铰接在固定的车架上,运动规律上,动臂前端始终绕后铰点以动臂为半径做圆周运动。

动臂接近水平的状态,白圈内为两个摇杆

由于柳工的垂直举升装载机还没有投入市场,也未提供技术资料,因此这里以垂直举升的滑移装载机为例,来分析前者,毕竟在机械原理上二者并没有本质区别。

举升到最高点的情形,白圈内为两个摇杆

先来看径向举升,由于动臂后铰点总是高于地面,当铲斗从地面举起,动臂先是向前伸,到后铰点同高度时达到最远,随后又会不断后退。很明显,在动臂水平时荷载产生的力矩最大。

以滑移装载机为例,径向举升的动臂运动规律

而垂直举升时,受到两根连杆的制约,动臂的运动呈现出复杂的规律,总体来说,随着铲斗的举升,动臂倾斜角度不断加大,后端先向后运动然后又向前运动,而前端则沿一条特殊曲线运动,总体接近于一条垂直的线。也就是说,在举升过程中,铲斗向前伸出不多,可以忽略,荷载产生的力矩也总体没有什么变化。

垂直举升滑移装载机的动臂运动规律,近似直线

垂直举升的好处就来自动臂前端的运动规律,由于举升过程中不向前伸出,力矩不会变大,配重可适当减轻,负载离机器中心更近也使得工作更加稳定,同时,其举升高度也更大。

借用一张滑移装载机的线图,动臂前端运动轨迹更清楚

垂直举升已经在滑移装载机上应用了数十年,而径向举升历史更悠久,因此已经积累了相当多的使用经验。多数产品经理和用户认为,除了前述的优点外,垂直举升在铲取力、可靠性等方面与径向举升并没有什么不同,而工作适应性更广。但是他们同时也指出径向举升具有结构更简单,维护点更少,成本也更低的优点。这也是没有哪一种结构形式能够一统滑移装载机江山的原因。

VL80A正面图,可见结构形式比普通的要复杂

回到柳工垂直举升装载机上,尽管形式上与滑移装载机不同,但在逻辑上是一样的,都经过了几何上的精确设计,保证动臂前端的运动曲线接近垂直线。这样,也就同样具备垂直举升滑移装载机的优缺点。

换一个角度,VL80A每侧比普通装载机增加3个润滑点,共增加6个

无论如何,在普通装载机上应用垂直举升技术,柳工是全球第一家,这种创新的态度值得肯定。如果能尽快投入市场,经过市场的检验,取得成本和效益上的进步,无疑会进一步增强柳工在装载机领域的地位。

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