回转支承、臂架系统及举高消防车的制作方法
专利名称：回转支承、臂架系统及举高消防车的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械技术领域，尤其是涉及一种起重机、混凝土泵车等臂架式工程机械和高空作业车、举高消防车等专用车辆的臂架系统及其回转支承。
背景技术：
在当前具有臂架系统的工程机械(例如起重机、混凝土泵车)和专用车辆(例如高空作业车、举高消防车)中，都是利用臂架系统的伸展来扩大工作区域，一般是利用举升油缸对臂架进行举升，以使整个臂架伸展，将人或物输送到预定的工作区域，达到其工作的目的。 因应国家安全标准的规定，臂架在伸展之前，需要确保臂架已处于水平状态。例如，针对举高消防车(云梯消防车、登高平台消防车、举高喷射车等)，在实施救援、灭火作业前，根据国家标准强制要求，需要调整臂架(云梯)进入水平状态，以保证作业的安全。考虑到救援、灭火的紧急性、特殊性，车辆经常会驻车在具有一定坡度的路面上，然后通过各种方式来调整车辆的状态，使臂架(云梯)调整进入水平状态，展开救援、灭火作业。举高消防车都安装有回转支承，以实现臂架(云梯)的回转，回转支承为了实现特殊的目的，有很多种形式，如外齿圈形式、内齿圈形式等。举高消防车一般都安装有四个支腿，并通过支腿油缸实现支撑。请参照图1，图I为现有举高消防车驻车在坡度地面上的结构示意图，该举高消防车包括工作斗10’、臂架20’、举升油缸30’、转台40’、回转支承50’、车架70’、前支腿油缸80’和后支腿油缸90’。当举高消防车驻车在有坡度的地面时，可以通过调整前后支腿油缸的伸缩量以实现臂架(云梯)调整进入水平状态，展开救援、灭火作业。当前国家标准规定，举高消防车的可调整角度需要> 5° ;欧洲标准规定，举高消防车的可调整角度需要>8° ;即举高消防车可以在驻车位置具有5° (或8° )的坡度情况下调平并作业。通常为了保证实现整车作业的稳定性，支腿的跨距(前后跨距、左右跨距)都设计得很大(约4M-6M不等)，以保证足够的支撑平面，防止车辆作业时倾翻，为了实现在大跨距情况下能够通过调整支腿油缸实现调平，支腿油缸一般需要做得相当长，并需要适当的增加油缸直径以保证足够的压杆稳定。整体而言，上述通过调整支腿油缸实现调平的方案存在如下问题I、支腿油缸过长、过重，设计及制造难以实现；2、调平速度慢，支腿油缸需要保证一定的运动精度以保证调整角度的准确性，无法快速伸出；3、调平精度一般，由于是四点支撑(为超静定结构)，且油缸本身具有一定的弹性(为油液压缩)，导致在调平时需要进行大量的反复控制；4、当支腿跨距较大时，且需要调整更大的角度时(如按照欧洲标准调整到8。)，现有技术非常难实现(油缸需要超长、存在无法安装等问题)。
发明内容
本发明实施例提供了一种回转支承，其可自调整角度，以实现具有臂架系统的工程机械及专用车辆当驻车在坡度地面上时，方便地对车辆进行上装调平。本发明实施例提供一种回转支承，包括第一套环与第二套环，所述回转支承还包括第一齿圈、第二齿圈、第一圈滚动件、第二圈滚动件、第三圈滚动件、第一驱动装置、第二驱动装置及第三驱动装置，所述第一齿圈和所述第二齿圈设置在所述第一套环与所述第二套环之间，所述第一套环与所述第一齿圈之间通过所述第一圈滚动件结合并形成第一对回转面组，所述第一齿圈与所述第二齿圈之间通过所述第二圈滚动件结合并形成第二对回转面组，所述第二齿圈与所述第二套环之间通过所述第三圈滚动件结合并形成第三对回转面组，所述第二对回转面组相对所述第一对回转面组和所述第二对回转面组呈倾斜夹角，所述第一驱动装置用于驱动所述第一齿圈相对所述第一套环回转，所述第二驱动装置用于驱动所述第一齿圈相对所述第二齿圈回转，所述第三驱动装置用于驱动所述第二齿圈相对所述第二套环回转。进一步地,所述第一齿圈的内表面于顶部设有第一驱动齿圈,所述第一驱动齿圈为环绕所述第一齿圈的内表面水平设置，所述第一驱动装置采用齿轮驱动，所述第一驱动装置的齿轮与所述第一驱动齿圈配合。进一步地，所述第一齿圈的内表面于底部设有第二驱动齿圈，所述第二驱动齿圈为环绕所述第一齿圈的内表面倾斜设置，所述第二驱动装置采用齿轮驱动，所述第二驱动装置的齿轮与所述第二驱动齿圈配合。进一步地，所述第二齿圈的内表面于底部设有第三驱动齿圈，所述第三驱动齿圈为环绕所述第二齿圈的内表面水平设置，所述第三驱动装置采用齿轮驱动，所述第三驱动装置的齿轮与所述第三驱动齿圈配合。进一步地，所述第一套环套设在所述第一齿圈的顶部外周，所述第一圈滚动件设置在所述第一套环的内表面与所述第一齿圈的外表面之间，所述第一圈滚动件为围绕所述第一齿圈的外周水平设置。进一步地，所述第二齿圈的顶部套设在所述第一齿圈的底部外周，所述第二圈滚动件设置在所述第二齿圈顶部的内表面与所述第一齿圈底部的外表面之间，所述第二圈滚动件围绕所述第一齿圈的外周倾斜设置。进一步地，所述第二套环套设在所述第二齿圈的底部外周，所述第三圈滚动件设置在所述第二套环的内表面与所述第二齿圈的外表面之间，所述第三圈滚动件为围绕所述第二齿圈的外周水平设置。本发明实施例还提供一种臂架系统，包括臂架、举升油缸、转台、车架，所述臂架通过所述举伸油缸安装在所述转台上，所述举高消防车还包括上述的回转支承，所述回转支承设于所述转台与所述车架之间并将所述转台可回转地与所述车架连接；所述回转支承的第一套环与所述转台固定连接，所述回转支承的第二套环与所述车架固定连接。进一步地，所述回转支承的第一驱动装置固定在所述转台上，所述回转支承的第二驱动装置固定在所述第二齿圈上，所述回转支承的第三驱动装置固定在所述车架上。本发明实施例还提供一种举高消防车，包括工作斗和上述的臂架系统，所述工作斗安装在所述臂架系统的臂架上。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是上述实施例提供的回转支承，通过将第二对回转面组相对其他两对面组(即第一对回转面组和第二对回转面组)呈倾斜夹角设计，可自调整角度，实现转台相对车架在0°至8°的角度调整，无需通过调整前后支腿油缸的伸缩量来实现车辆上装的调平。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是现有举高消防车驻车在坡度地面上的结构示意图；图2是本发明实施例提供的举高消防车驻车在坡度地面上的结构示意图；图3是本发明实施例提供的回转支承的剖视结构示意图；图4是本发明实施例提供的回转支承的各个回转平面与向量之间的关系图；图5是本发明实施例提供的回转支承中，P3平面围绕n4向量旋转时，向量n2的旋转轨迹图；图6是本发明实施例提供的回转支承中，向量nl相对向量n6实现角度变化的模型原理简化图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。请参照图2，是本发明实施例提供的一种举高消防车驻车在坡度地面上的结构示意图，该举高消防车包括工作斗10、臂架20、举升油缸30、转台40、回转支承60、车架70、前支腿油缸80和后支腿油缸90。工作斗10安装在臂架20的末端上，用于承载和运送人员、救灾工具或物资等。臂架20，也可称为梯架，其通过举伸油缸30安装在转台40上；臂架20可以为伸缩式臂架或者桁架式臂架。举伸油缸30连接臂架20和转台40，通过油缸伸缩实现臂架20的举伸。转台40安装在可自调整角度的回转支承60上，通过回转减速机带动整个上装(即工作斗10、臂架20、举伸油缸30和转台40)进行回转。前支腿油缸80和后支腿油缸90固定在车架70上，用于形成整车作业时的支撑。车架70用于连接车辆底盘和回转支承60，承受整个上装及前支腿油缸80、后支腿油缸90的力。回转支承60设于转台40与车架70之间并将转台40可回转地与车架70连接，使转台40在回转支承60的支撑下可相对车架70回转。通常举高消防车在进行正常作业时，需要保证上装的水平状态，当车辆驻车在非水平地面时，本发明实施例提供的可自调整角度的回转支承60可以实现上装调平。请参照图3，图3为本发明实施例提供的回转支承60的剖视结构示意图，回转支承60包括第一套环61a、第二套环61b、第一齿圈62、第二齿圈63、第一圈滚动件64、第二圈滚动件65、第三圈滚动件66、第一驱动装置67、第二驱动装置68及第三驱动装置69。第一套环61a与转台40和车架70中的其中一个固定连接，本实施例中第一套环61a与转台40的底部通过例如螺栓固定连接；第二套环61b与转台40和车架70中的另一个固定连接，本实施例中第二套环61b与车架70的顶部通过例如螺栓固定连接。即，第一套环61a与第二套环61b轴向地相对设置。第一齿圈62和第二齿圈63轴向地套设在第一套环61a与第二套环61b之间。第一齿圈62的内表面于顶部和底部分别设有第一驱动齿圈621和第二驱动齿圈622,其中第一驱动齿圈621为环绕第一齿圈62的内表面水平设置,而第二驱动齿圈622为环绕第一齿圈62的内表面倾斜设置；第一套环61a套设在第一齿圈62的顶部外周，第一套环61a的内表面与第一齿圈62的外表面之间设置第一圈滚动件64，第一圈滚动件64围绕第一齿圈62的外周水平设置。第二齿圈63的内表面于底部设有第三驱动齿圈631，第三驱动齿圈631为环绕第二齿圈63的内表面水平设置；第二齿圈63的顶部套设在第一齿圈62的底部外周，第二齿圈63的内表面与第一齿圈62的底部外表面之间设置第二圈滚动件65，第二圈滚动件65围 绕第一齿圈62的外周倾斜设置且与第一齿圈62倾斜的第二驱动齿圈622相对应。第二套环61b套设在第二齿圈63的底部外周,第二套环61b的内表面与第二齿圈63的外表面之间设置第三圈滚动件66，第三圈滚动件66围绕第二齿圈63的外周水平设置。在本实施例中，第一圈滚动件64、第二圈滚动件65和第三圈滚动件66为滚珠，每一对结合面上设置一圈滚珠。当然，各滚动件还可以采用其他形式例如滚子轴承、滚针轴承或者滑块等替代。第一驱动装置67固定在转台40上，用于驱动转台40和第一套环61a—起相对第一齿圈62回转；第二驱动装置68固定在第二齿圈63上,用于驱动第一齿圈62相对第二齿圈63回转；第三驱动装置69固定在车架70上，用于驱动第二齿圈63相对第二套环61b和车架70回转。在本实施例中，第一驱动装置67、第二驱动装置68及第三驱动装置69均采用齿轮驱动，采用由回转减速机带有齿轮的结构，各驱动装置的齿轮分别与第一齿圈62或第二齿圈63内表面的驱动齿圈对应配合。第一驱动装置67运行时,其齿轮沿着第一齿圈62顶部的第一驱动齿圈621爬行,第一驱动装置67在第一驱动齿圈621上绕行做圆周运动，带动转台40和第一套环61a —起转动，从而实现第一齿圈62与第一套环61a之间的相对回转。第二驱动装置68运行时，其齿轮与第一齿圈62底部的第二驱动齿圈622配合并驱动第一齿圈62相对第二齿圈63回转。第三驱动装置69运行时，其齿轮与第二齿圈63底部的第三驱动齿圈631配合并驱动第二齿圈63相对第二套环61b和车架70回转。也即，在本实施例中，第一驱动装置67在运行时会绕行做圆周运动，而第二驱动装置68和第三驱动装置69在运行时的位置固定不变，在这一点上第一驱动装置67与第二驱动装置68、第三驱动装置69有所不同。请结合参照图4，图4示出了回转支承60的各个回转平面与向量之间的关系，其中nl是Pl平面过第一圈滚动件64中心轴线的向量；n2是P2平面过第一圈滚动件64中心轴线的向量；n3是P3平面过第二圈滚动件65中心轴线的向量；n4是P4平面过第二圈滚动件65中心轴线的向量；n5是P5平面过第三圈滚动件66中心轴线的向量；n6是P6平面过第三圈滚动件66中心轴线的向量。Pl平面为转台40的下平面(或第一套环61a的上平面)，其平面法向量为nl，通过转台40与臂架20连接，并通过第一驱动装置67可以实现Pl平面围绕n2向量旋转。
P2平面为第一齿圈62顶部的驱动齿圈面,其平面法向量为n2,第一驱动装置67驱动Pl平面围绕P2平面的齿圈旋转。P3平面为第一齿圈62底部的驱动齿圈面，其平面法向量为n3，通过第二驱动装置68可以实现P3平面围绕n4向量旋转；P3平面与P2平面是固定的刚性连接，因为P2、P3平面是共同形成在第一齿圈62上，当P3平面围绕n4向量旋转时，将连动引起n2向量的旋转和偏斜。如图5所示，当P3平面围绕n4旋转α °时，Ρ3带动Ρ2平面旋转，Ρ2的法向量η2将会按照旋转轨迹(图5中的轨迹圆O)进行旋转、偏斜至图中η2’的位置，其引起Ρ2平面的倾角为Θ °。Ρ4平面为Ρ3平面的支撑面，即为第二齿圈63的顶部倾斜表面，其法向量为η4，η4向量与η3向量重合，η3围绕η4做回转运动。 Ρ5平面为第二齿圈63的底部内齿圈面，其平面法向量为η5，通过第三驱动装置69可以实现Ρ5平面围绕η6向量旋转；Ρ5平面与Ρ4平面是固定的刚性连接，因为Ρ4、Ρ5平面是共同形成在第二齿圈63上，当Ρ5平面围绕η6向量旋转时，η5向量将带动η4向量一起转动；另外，第二驱动装置68安装在Ρ5平面上，当Ρ5平面转动时，将带动第二驱动装置68一起转动，因此，当η5向量带动η4向量转动时，Ρ2、Ρ3平面相对η4向量角度不发生变化。所以η5向量绕η6向量转动时，将带动η4、η3、η2向量做整体回转。Ρ6平面为车架70平面，即为车身平面，其法向量为η6，与整车所停地面法向重合。回转支承60的角度调整原理为本发明实施例的最终目的是实现nl相对n6在任意方向实现转台40相对车架70在0°至8° (按欧洲标准)的角度变化，由于nl、n2重合，省略n2，另n3、n4重合，省略n4，根据以上阐述，模型原理简化如图6所示。nl由第二驱动装置68驱动，绕n3进行回转运动得到nl’，实现固定方向上0°至8°的角度变化，在得到所需要的角度后停止运动。由于第二驱动装置68固定在Ρ5上，当η5绕η6做旋转运动时，将带动η3和nl’进行方向上的整体回转，实现任意方向上的变化，最终实现角度调整目的。综合上述，本发明实施例的回转支承60具有三对回转面组，第一套环61a与第一齿圈62之间通过第一圈滚动件64结合并形成第一对回转面组(即Pl与P2面组)，第一齿圈62与第二齿圈63之间通过第二圈滚动件65结合并形成第二对回转面组(即P3与P4面组)，第二齿圈63与第二套环61b之间通过第三圈滚动件66结合并形成第三对回转面组(SPP5与P6面组)，每一对面组之间使用滚动件实现回转支撑；第一齿圈62的P3面相对P2面形成倾斜角设计，且第一齿圈62设计成整体结构，第二齿圈63的P4面相对P5面形成倾斜角设计，且第二齿圈63设计成整体结构，使第二对回转面组(即P3、P4面组)相对其他两对面组(即第一对回转面组和第二对回转面组)呈倾斜夹角设计，这样当n3绕n4旋转时，P3带动P1、P2面组的转动，最大可实现P1、P2面组与P5、P6之间形成2倍倾斜夹角的变化；第二驱动装置68固定于P5面上，当P5面绕n6面转动时，实现P1、P2、P3、P4、P5平面绕n6做整体回转，从而实现夹角向任意方向倾斜。可以理解的，本发明实施例的回转支承可以实现转台相对车架在0°至8°的角度调整，当然通过调整P3、P4平面的夹角实现其他角度的变化，也就可以实现更多其他角度的调整。可以理解的，本发明实施例的每个驱动齿圈上只设置了一个驱动马达，当然在各驱动齿圈上可以增加驱动马达的数量。
可以理解的，本发明实施例的各驱动齿圈与各驱动马达之间的配合均设置为直齿轮，当然也可以使用斜齿轮配合驱动齿圈的回转。可以理解的，本发明实施例使用滚珠作为滚动件，当然也可以使用其他旋转方式代替滚珠的回转，比如使用滚子轴承、滚针轴承、或者滑块等。可以理解的,本发明实施例的每一齿圈(即第一齿圈和第二齿圈)的壁面的轴向高度沿周向逐渐变化，每一齿圈呈楔形状，当然每一齿圈的壁面的轴向高度沿周向也可以都相等，只需确保第一齿圈与第二齿圈之间相互结合形成的第二对回转面组相对其他两对面组(即第一对回转面组和第二对回转面组)呈倾斜夹角设计，即可实现本发明实施例的车辆上装角度调平功能。可以理解的，本发明实施例的第一套环与转台固定连接，而第二套环与车架固定连接；当然第一套环与第二套环也可以反向设置，即第一套环与车架固定连接，而第二套环与转台固定连接，也是一样可以实现角度调平的原理。
本发明实施例旨在保护一种可自调整角度的回转支承及运用该回转支承的臂架系统，该回转支承可以运用在具有臂架系统的工程机械(例如起重机、混凝土泵车)和专用车辆(例如高空作业车、举高消防车)中。可以理解的，上述实施例以举高消防车作为实例对回转支承的结构和原理进行说明，并非对回转支承的运用进行限制。本发明实施例提供的回转支承，相对现有支腿调平具有以下优点(I)现有支腿调平由于支腿油缸长度的限制，最大只能实现5°角度的调整，本发明实施例可实现最大8°角的调整；(2)现有支腿调平时由于支腿油缸本身的弹性和精度等问题，需要反复调整实现车身角度的变化，而本发明实施例通过水平传感器的反馈控制驱动马达，可实现快速，精准的角度调整，在需要高空救援等时间要求比较高的举高消防车上，具有极大的时间优势；(3)现有支腿调平时需要支腿油缸的大行程调平，所以支腿及支腿油缸通常设计比较大和笨重，占用空间较大，而使用本发明实施例作为主要调平方法，支腿的布置和结构将更加灵活，对于空间形式复杂、狭窄的街道等地方，具有很大的空间优势。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种回转支承，包括第一套环与第二套环，其特征在于所述回转支承还包括第一齿圈、第二齿圈、第一圈滚动件、第二圈滚动件、第三圈滚动件、第一驱动装置、第二驱动装置及第三驱动装置，所述第一齿圈和所述第二齿圈设置在所述第一套环与所述第二套环之间，所述第一套环与所述第一齿圈之间通过所述第一圈滚动件结合并形成第一对回转面组，所述第一齿圈与所述第二齿圈之间通过所述第二圈滚动件结合并形成第二对回转面组，所述第二齿圈与所述第二套环之间通过所述第三圈滚动件结合并形成第三对回转面组，所述第二对回转面组相对所述第一对回转面组和所述第二对回转面组呈倾斜夹角，所述第一驱动装置用于驱动所述第一齿圈相对所述第一套环回转，所述第二驱动装置用于驱动所述第一齿圈相对所述第二齿圈回转，所述第三驱动装置用于驱动所述第二齿圈相对所述第二套环回转。
2.如权利要求I所述的回转支承，其特征在于，所述第一齿圈的内表面于顶部设有第一驱动齿圈，所述第一驱动齿圈为环绕所述第一齿圈的内表面水平设置，所述第一驱动装置采用齿轮驱动，所述第一驱动装置的齿轮与所述第一驱动齿圈配合。
3.如权利要求I或2所述的回转支承，其特征在于，所述第一齿圈的内表面于底部设有第二驱动齿圈，所述第二驱动齿圈为环绕所述第一齿圈的内表面倾斜设置，所述第二驱动装置采用齿轮驱动，所述第二驱动装置的齿轮与所述第二驱动齿圈配合。
4.如权利要求3所述的回转支承，其特征在于，所述第二齿圈的内表面于底部设有第三驱动齿圈，所述第三驱动齿圈为环绕所述第二齿圈的内表面水平设置，所述第三驱动装置采用齿轮驱动，所述第三驱动装置的齿轮与所述第三驱动齿圈配合。(第三驱动齿圈+第三驱动装置)
5.如权利要求I所述的回转支承，其特征在于，所述第一套环套设在所述第一齿圈的顶部外周，所述第一圈滚动件设置在所述第一套环的内表面与所述第一齿圈的外表面之间，所述第一圈滚动件为围绕所述第一齿圈的外周水平设置。
6.如权利要求I或5所述的回转支承，其特征在于，所述第二齿圈的顶部套设在所述第一齿圈的底部外周，所述第二圈滚动件设置在所述第二齿圈顶部的内表面与所述第一齿圈底部的外表面之间，所述第二圈滚动件围绕所述第一齿圈的外周倾斜设置。
7.如权利要求6所述的回转支承，其特征在于，所述第二套环套设在所述第二齿圈的底部外周，所述第三圈滚动件设置在所述第二套环的内表面与所述第二齿圈的外表面之间，所述第三圈滚动件为围绕所述第二齿圈的外周水平设置。
8.一种臂架系统，包括臂架、举升油缸、转台、车架，所述臂架通过所述举伸油缸安装在所述转台上，其特征在于还包括如权利要求I至7任一项所述的回转支承，所述回转支承设于所述转台与所述车架之间并将所述转台可回转地与所述车架连接；所述回转支承的第一套环与所述转台固定连接，所述回转支承的第二套环与所述车架固定连接。
9.如权利要求8所述的臂架系统，其特征在于，所述回转支承的第一驱动装置固定在所述转台上，所述回转支承的第二驱动装置固定在所述第二齿圈上，所述回转支承的第三驱动装置固定在所述车架上。
10.一种举高消防车，包括工作斗，其特征在于还包括如权利要求9所述的臂架系统，所述工作斗安装在所述臂架系统的臂架上。
全文摘要
一种回转支承，包括第一套环、第二套环、第一齿圈、第二齿圈、第一圈滚动件、第二圈滚动件、第三圈滚动件、第一驱动装置、第二驱动装置及第三驱动装置，第一齿圈和第二齿圈设置在第一套环与第二套环之间，第一套环与第一齿圈之间通过第一圈滚动件结合并形成第一对回转面组，第一齿圈与第二齿圈之间通过第二圈滚动件结合并形成第二对回转面组，第二齿圈与第二套环之间通过第三圈滚动件结合并形成第三对回转面组，第二对回转面组相对第一对回转面组和第二对回转面组呈倾斜夹角，第一驱动装置用于驱动第一齿圈相对第一套环回转，第二驱动装置用于驱动第一齿圈相对第二齿圈回转，第三驱动装置用于驱动第二齿圈相对第二套环回转。
文档编号A62C27/00GK102937139SQ201210457518
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者艾国栋, 周磊 申请人:长沙中联消防机械有限公司
技术领域：
本发明涉及工程机械技术领域，尤其是涉及一种起重机、混凝土泵车等臂架式工程机械和高空作业车、举高消防车等专用车辆的臂架系统及其回转支承。
背景技术：
在当前具有臂架系统的工程机械(例如起重机、混凝土泵车)和专用车辆(例如高空作业车、举高消防车)中，都是利用臂架系统的伸展来扩大工作区域，一般是利用举升油缸对臂架进行举升，以使整个臂架伸展，将人或物输送到预定的工作区域，达到其工作的目的。 因应国家安全标准的规定，臂架在伸展之前，需要确保臂架已处于水平状态。例如，针对举高消防车(云梯消防车、登高平台消防车、举高喷射车等)，在实施救援、灭火作业前，根据国家标准强制要求，需要调整臂架(云梯)进入水平状态，以保证作业的安全。考虑到救援、灭火的紧急性、特殊性，车辆经常会驻车在具有一定坡度的路面上，然后通过各种方式来调整车辆的状态，使臂架(云梯)调整进入水平状态，展开救援、灭火作业。举高消防车都安装有回转支承，以实现臂架(云梯)的回转，回转支承为了实现特殊的目的，有很多种形式，如外齿圈形式、内齿圈形式等。举高消防车一般都安装有四个支腿，并通过支腿油缸实现支撑。请参照图1，图I为现有举高消防车驻车在坡度地面上的结构示意图，该举高消防车包括工作斗10’、臂架20’、举升油缸30’、转台40’、回转支承50’、车架70’、前支腿油缸80’和后支腿油缸90’。当举高消防车驻车在有坡度的地面时，可以通过调整前后支腿油缸的伸缩量以实现臂架(云梯)调整进入水平状态，展开救援、灭火作业。当前国家标准规定，举高消防车的可调整角度需要> 5° ;欧洲标准规定，举高消防车的可调整角度需要>8° ;即举高消防车可以在驻车位置具有5° (或8° )的坡度情况下调平并作业。通常为了保证实现整车作业的稳定性，支腿的跨距(前后跨距、左右跨距)都设计得很大(约4M-6M不等)，以保证足够的支撑平面，防止车辆作业时倾翻，为了实现在大跨距情况下能够通过调整支腿油缸实现调平，支腿油缸一般需要做得相当长，并需要适当的增加油缸直径以保证足够的压杆稳定。整体而言，上述通过调整支腿油缸实现调平的方案存在如下问题I、支腿油缸过长、过重，设计及制造难以实现；2、调平速度慢，支腿油缸需要保证一定的运动精度以保证调整角度的准确性，无法快速伸出；3、调平精度一般，由于是四点支撑(为超静定结构)，且油缸本身具有一定的弹性(为油液压缩)，导致在调平时需要进行大量的反复控制；4、当支腿跨距较大时，且需要调整更大的角度时(如按照欧洲标准调整到8。)，现有技术非常难实现(油缸需要超长、存在无法安装等问题)。
发明内容
本发明实施例提供了一种回转支承，其可自调整角度，以实现具有臂架系统的工程机械及专用车辆当驻车在坡度地面上时，方便地对车辆进行上装调平。本发明实施例提供一种回转支承，包括第一套环与第二套环，所述回转支承还包括第一齿圈、第二齿圈、第一圈滚动件、第二圈滚动件、第三圈滚动件、第一驱动装置、第二驱动装置及第三驱动装置，所述第一齿圈和所述第二齿圈设置在所述第一套环与所述第二套环之间，所述第一套环与所述第一齿圈之间通过所述第一圈滚动件结合并形成第一对回转面组，所述第一齿圈与所述第二齿圈之间通过所述第二圈滚动件结合并形成第二对回转面组，所述第二齿圈与所述第二套环之间通过所述第三圈滚动件结合并形成第三对回转面组，所述第二对回转面组相对所述第一对回转面组和所述第二对回转面组呈倾斜夹角，所述第一驱动装置用于驱动所述第一齿圈相对所述第一套环回转，所述第二驱动装置用于驱动所述第一齿圈相对所述第二齿圈回转，所述第三驱动装置用于驱动所述第二齿圈相对所述第二套环回转。进一步地,所述第一齿圈的内表面于顶部设有第一驱动齿圈,所述第一驱动齿圈为环绕所述第一齿圈的内表面水平设置，所述第一驱动装置采用齿轮驱动，所述第一驱动装置的齿轮与所述第一驱动齿圈配合。进一步地，所述第一齿圈的内表面于底部设有第二驱动齿圈，所述第二驱动齿圈为环绕所述第一齿圈的内表面倾斜设置，所述第二驱动装置采用齿轮驱动，所述第二驱动装置的齿轮与所述第二驱动齿圈配合。进一步地，所述第二齿圈的内表面于底部设有第三驱动齿圈，所述第三驱动齿圈为环绕所述第二齿圈的内表面水平设置，所述第三驱动装置采用齿轮驱动，所述第三驱动装置的齿轮与所述第三驱动齿圈配合。进一步地，所述第一套环套设在所述第一齿圈的顶部外周，所述第一圈滚动件设置在所述第一套环的内表面与所述第一齿圈的外表面之间，所述第一圈滚动件为围绕所述第一齿圈的外周水平设置。进一步地，所述第二齿圈的顶部套设在所述第一齿圈的底部外周，所述第二圈滚动件设置在所述第二齿圈顶部的内表面与所述第一齿圈底部的外表面之间，所述第二圈滚动件围绕所述第一齿圈的外周倾斜设置。进一步地，所述第二套环套设在所述第二齿圈的底部外周，所述第三圈滚动件设置在所述第二套环的内表面与所述第二齿圈的外表面之间，所述第三圈滚动件为围绕所述第二齿圈的外周水平设置。本发明实施例还提供一种臂架系统，包括臂架、举升油缸、转台、车架，所述臂架通过所述举伸油缸安装在所述转台上，所述举高消防车还包括上述的回转支承，所述回转支承设于所述转台与所述车架之间并将所述转台可回转地与所述车架连接；所述回转支承的第一套环与所述转台固定连接，所述回转支承的第二套环与所述车架固定连接。进一步地，所述回转支承的第一驱动装置固定在所述转台上，所述回转支承的第二驱动装置固定在所述第二齿圈上，所述回转支承的第三驱动装置固定在所述车架上。本发明实施例还提供一种举高消防车，包括工作斗和上述的臂架系统，所述工作斗安装在所述臂架系统的臂架上。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是上述实施例提供的回转支承，通过将第二对回转面组相对其他两对面组(即第一对回转面组和第二对回转面组)呈倾斜夹角设计，可自调整角度，实现转台相对车架在0°至8°的角度调整，无需通过调整前后支腿油缸的伸缩量来实现车辆上装的调平。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是现有举高消防车驻车在坡度地面上的结构示意图；图2是本发明实施例提供的举高消防车驻车在坡度地面上的结构示意图；图3是本发明实施例提供的回转支承的剖视结构示意图；图4是本发明实施例提供的回转支承的各个回转平面与向量之间的关系图；图5是本发明实施例提供的回转支承中，P3平面围绕n4向量旋转时，向量n2的旋转轨迹图；图6是本发明实施例提供的回转支承中，向量nl相对向量n6实现角度变化的模型原理简化图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。请参照图2，是本发明实施例提供的一种举高消防车驻车在坡度地面上的结构示意图，该举高消防车包括工作斗10、臂架20、举升油缸30、转台40、回转支承60、车架70、前支腿油缸80和后支腿油缸90。工作斗10安装在臂架20的末端上，用于承载和运送人员、救灾工具或物资等。臂架20，也可称为梯架，其通过举伸油缸30安装在转台40上；臂架20可以为伸缩式臂架或者桁架式臂架。举伸油缸30连接臂架20和转台40，通过油缸伸缩实现臂架20的举伸。转台40安装在可自调整角度的回转支承60上，通过回转减速机带动整个上装(即工作斗10、臂架20、举伸油缸30和转台40)进行回转。前支腿油缸80和后支腿油缸90固定在车架70上，用于形成整车作业时的支撑。车架70用于连接车辆底盘和回转支承60，承受整个上装及前支腿油缸80、后支腿油缸90的力。回转支承60设于转台40与车架70之间并将转台40可回转地与车架70连接，使转台40在回转支承60的支撑下可相对车架70回转。通常举高消防车在进行正常作业时，需要保证上装的水平状态，当车辆驻车在非水平地面时，本发明实施例提供的可自调整角度的回转支承60可以实现上装调平。请参照图3，图3为本发明实施例提供的回转支承60的剖视结构示意图，回转支承60包括第一套环61a、第二套环61b、第一齿圈62、第二齿圈63、第一圈滚动件64、第二圈滚动件65、第三圈滚动件66、第一驱动装置67、第二驱动装置68及第三驱动装置69。第一套环61a与转台40和车架70中的其中一个固定连接，本实施例中第一套环61a与转台40的底部通过例如螺栓固定连接；第二套环61b与转台40和车架70中的另一个固定连接，本实施例中第二套环61b与车架70的顶部通过例如螺栓固定连接。即，第一套环61a与第二套环61b轴向地相对设置。第一齿圈62和第二齿圈63轴向地套设在第一套环61a与第二套环61b之间。第一齿圈62的内表面于顶部和底部分别设有第一驱动齿圈621和第二驱动齿圈622,其中第一驱动齿圈621为环绕第一齿圈62的内表面水平设置,而第二驱动齿圈622为环绕第一齿圈62的内表面倾斜设置；第一套环61a套设在第一齿圈62的顶部外周，第一套环61a的内表面与第一齿圈62的外表面之间设置第一圈滚动件64，第一圈滚动件64围绕第一齿圈62的外周水平设置。第二齿圈63的内表面于底部设有第三驱动齿圈631，第三驱动齿圈631为环绕第二齿圈63的内表面水平设置；第二齿圈63的顶部套设在第一齿圈62的底部外周，第二齿圈63的内表面与第一齿圈62的底部外表面之间设置第二圈滚动件65，第二圈滚动件65围 绕第一齿圈62的外周倾斜设置且与第一齿圈62倾斜的第二驱动齿圈622相对应。第二套环61b套设在第二齿圈63的底部外周,第二套环61b的内表面与第二齿圈63的外表面之间设置第三圈滚动件66，第三圈滚动件66围绕第二齿圈63的外周水平设置。在本实施例中，第一圈滚动件64、第二圈滚动件65和第三圈滚动件66为滚珠，每一对结合面上设置一圈滚珠。当然，各滚动件还可以采用其他形式例如滚子轴承、滚针轴承或者滑块等替代。第一驱动装置67固定在转台40上，用于驱动转台40和第一套环61a—起相对第一齿圈62回转；第二驱动装置68固定在第二齿圈63上,用于驱动第一齿圈62相对第二齿圈63回转；第三驱动装置69固定在车架70上，用于驱动第二齿圈63相对第二套环61b和车架70回转。在本实施例中，第一驱动装置67、第二驱动装置68及第三驱动装置69均采用齿轮驱动，采用由回转减速机带有齿轮的结构，各驱动装置的齿轮分别与第一齿圈62或第二齿圈63内表面的驱动齿圈对应配合。第一驱动装置67运行时,其齿轮沿着第一齿圈62顶部的第一驱动齿圈621爬行,第一驱动装置67在第一驱动齿圈621上绕行做圆周运动，带动转台40和第一套环61a —起转动，从而实现第一齿圈62与第一套环61a之间的相对回转。第二驱动装置68运行时，其齿轮与第一齿圈62底部的第二驱动齿圈622配合并驱动第一齿圈62相对第二齿圈63回转。第三驱动装置69运行时，其齿轮与第二齿圈63底部的第三驱动齿圈631配合并驱动第二齿圈63相对第二套环61b和车架70回转。也即，在本实施例中，第一驱动装置67在运行时会绕行做圆周运动，而第二驱动装置68和第三驱动装置69在运行时的位置固定不变，在这一点上第一驱动装置67与第二驱动装置68、第三驱动装置69有所不同。请结合参照图4，图4示出了回转支承60的各个回转平面与向量之间的关系，其中nl是Pl平面过第一圈滚动件64中心轴线的向量；n2是P2平面过第一圈滚动件64中心轴线的向量；n3是P3平面过第二圈滚动件65中心轴线的向量；n4是P4平面过第二圈滚动件65中心轴线的向量；n5是P5平面过第三圈滚动件66中心轴线的向量；n6是P6平面过第三圈滚动件66中心轴线的向量。Pl平面为转台40的下平面(或第一套环61a的上平面)，其平面法向量为nl，通过转台40与臂架20连接，并通过第一驱动装置67可以实现Pl平面围绕n2向量旋转。
P2平面为第一齿圈62顶部的驱动齿圈面,其平面法向量为n2,第一驱动装置67驱动Pl平面围绕P2平面的齿圈旋转。P3平面为第一齿圈62底部的驱动齿圈面，其平面法向量为n3，通过第二驱动装置68可以实现P3平面围绕n4向量旋转；P3平面与P2平面是固定的刚性连接，因为P2、P3平面是共同形成在第一齿圈62上，当P3平面围绕n4向量旋转时，将连动引起n2向量的旋转和偏斜。如图5所示，当P3平面围绕n4旋转α °时，Ρ3带动Ρ2平面旋转，Ρ2的法向量η2将会按照旋转轨迹(图5中的轨迹圆O)进行旋转、偏斜至图中η2’的位置，其引起Ρ2平面的倾角为Θ °。Ρ4平面为Ρ3平面的支撑面，即为第二齿圈63的顶部倾斜表面，其法向量为η4，η4向量与η3向量重合，η3围绕η4做回转运动。 Ρ5平面为第二齿圈63的底部内齿圈面，其平面法向量为η5，通过第三驱动装置69可以实现Ρ5平面围绕η6向量旋转；Ρ5平面与Ρ4平面是固定的刚性连接，因为Ρ4、Ρ5平面是共同形成在第二齿圈63上，当Ρ5平面围绕η6向量旋转时，η5向量将带动η4向量一起转动；另外，第二驱动装置68安装在Ρ5平面上，当Ρ5平面转动时，将带动第二驱动装置68一起转动，因此，当η5向量带动η4向量转动时，Ρ2、Ρ3平面相对η4向量角度不发生变化。所以η5向量绕η6向量转动时，将带动η4、η3、η2向量做整体回转。Ρ6平面为车架70平面，即为车身平面，其法向量为η6，与整车所停地面法向重合。回转支承60的角度调整原理为本发明实施例的最终目的是实现nl相对n6在任意方向实现转台40相对车架70在0°至8° (按欧洲标准)的角度变化，由于nl、n2重合，省略n2，另n3、n4重合，省略n4，根据以上阐述，模型原理简化如图6所示。nl由第二驱动装置68驱动，绕n3进行回转运动得到nl’，实现固定方向上0°至8°的角度变化，在得到所需要的角度后停止运动。由于第二驱动装置68固定在Ρ5上，当η5绕η6做旋转运动时，将带动η3和nl’进行方向上的整体回转，实现任意方向上的变化，最终实现角度调整目的。综合上述，本发明实施例的回转支承60具有三对回转面组，第一套环61a与第一齿圈62之间通过第一圈滚动件64结合并形成第一对回转面组(即Pl与P2面组)，第一齿圈62与第二齿圈63之间通过第二圈滚动件65结合并形成第二对回转面组(即P3与P4面组)，第二齿圈63与第二套环61b之间通过第三圈滚动件66结合并形成第三对回转面组(SPP5与P6面组)，每一对面组之间使用滚动件实现回转支撑；第一齿圈62的P3面相对P2面形成倾斜角设计，且第一齿圈62设计成整体结构，第二齿圈63的P4面相对P5面形成倾斜角设计，且第二齿圈63设计成整体结构，使第二对回转面组(即P3、P4面组)相对其他两对面组(即第一对回转面组和第二对回转面组)呈倾斜夹角设计，这样当n3绕n4旋转时，P3带动P1、P2面组的转动，最大可实现P1、P2面组与P5、P6之间形成2倍倾斜夹角的变化；第二驱动装置68固定于P5面上，当P5面绕n6面转动时，实现P1、P2、P3、P4、P5平面绕n6做整体回转，从而实现夹角向任意方向倾斜。可以理解的，本发明实施例的回转支承可以实现转台相对车架在0°至8°的角度调整，当然通过调整P3、P4平面的夹角实现其他角度的变化，也就可以实现更多其他角度的调整。可以理解的，本发明实施例的每个驱动齿圈上只设置了一个驱动马达，当然在各驱动齿圈上可以增加驱动马达的数量。
可以理解的，本发明实施例的各驱动齿圈与各驱动马达之间的配合均设置为直齿轮，当然也可以使用斜齿轮配合驱动齿圈的回转。可以理解的，本发明实施例使用滚珠作为滚动件，当然也可以使用其他旋转方式代替滚珠的回转，比如使用滚子轴承、滚针轴承、或者滑块等。可以理解的,本发明实施例的每一齿圈(即第一齿圈和第二齿圈)的壁面的轴向高度沿周向逐渐变化，每一齿圈呈楔形状，当然每一齿圈的壁面的轴向高度沿周向也可以都相等，只需确保第一齿圈与第二齿圈之间相互结合形成的第二对回转面组相对其他两对面组(即第一对回转面组和第二对回转面组)呈倾斜夹角设计，即可实现本发明实施例的车辆上装角度调平功能。可以理解的，本发明实施例的第一套环与转台固定连接，而第二套环与车架固定连接；当然第一套环与第二套环也可以反向设置，即第一套环与车架固定连接，而第二套环与转台固定连接，也是一样可以实现角度调平的原理。
本发明实施例旨在保护一种可自调整角度的回转支承及运用该回转支承的臂架系统，该回转支承可以运用在具有臂架系统的工程机械(例如起重机、混凝土泵车)和专用车辆(例如高空作业车、举高消防车)中。可以理解的，上述实施例以举高消防车作为实例对回转支承的结构和原理进行说明，并非对回转支承的运用进行限制。本发明实施例提供的回转支承，相对现有支腿调平具有以下优点(I)现有支腿调平由于支腿油缸长度的限制，最大只能实现5°角度的调整，本发明实施例可实现最大8°角的调整；(2)现有支腿调平时由于支腿油缸本身的弹性和精度等问题，需要反复调整实现车身角度的变化，而本发明实施例通过水平传感器的反馈控制驱动马达，可实现快速，精准的角度调整，在需要高空救援等时间要求比较高的举高消防车上，具有极大的时间优势；(3)现有支腿调平时需要支腿油缸的大行程调平，所以支腿及支腿油缸通常设计比较大和笨重，占用空间较大，而使用本发明实施例作为主要调平方法，支腿的布置和结构将更加灵活，对于空间形式复杂、狭窄的街道等地方，具有很大的空间优势。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种回转支承，包括第一套环与第二套环，其特征在于所述回转支承还包括第一齿圈、第二齿圈、第一圈滚动件、第二圈滚动件、第三圈滚动件、第一驱动装置、第二驱动装置及第三驱动装置，所述第一齿圈和所述第二齿圈设置在所述第一套环与所述第二套环之间，所述第一套环与所述第一齿圈之间通过所述第一圈滚动件结合并形成第一对回转面组，所述第一齿圈与所述第二齿圈之间通过所述第二圈滚动件结合并形成第二对回转面组，所述第二齿圈与所述第二套环之间通过所述第三圈滚动件结合并形成第三对回转面组，所述第二对回转面组相对所述第一对回转面组和所述第二对回转面组呈倾斜夹角，所述第一驱动装置用于驱动所述第一齿圈相对所述第一套环回转，所述第二驱动装置用于驱动所述第一齿圈相对所述第二齿圈回转，所述第三驱动装置用于驱动所述第二齿圈相对所述第二套环回转。
2.如权利要求I所述的回转支承，其特征在于，所述第一齿圈的内表面于顶部设有第一驱动齿圈，所述第一驱动齿圈为环绕所述第一齿圈的内表面水平设置，所述第一驱动装置采用齿轮驱动，所述第一驱动装置的齿轮与所述第一驱动齿圈配合。
3.如权利要求I或2所述的回转支承，其特征在于，所述第一齿圈的内表面于底部设有第二驱动齿圈，所述第二驱动齿圈为环绕所述第一齿圈的内表面倾斜设置，所述第二驱动装置采用齿轮驱动，所述第二驱动装置的齿轮与所述第二驱动齿圈配合。
4.如权利要求3所述的回转支承，其特征在于，所述第二齿圈的内表面于底部设有第三驱动齿圈，所述第三驱动齿圈为环绕所述第二齿圈的内表面水平设置，所述第三驱动装置采用齿轮驱动，所述第三驱动装置的齿轮与所述第三驱动齿圈配合。(第三驱动齿圈+第三驱动装置)
5.如权利要求I所述的回转支承，其特征在于，所述第一套环套设在所述第一齿圈的顶部外周，所述第一圈滚动件设置在所述第一套环的内表面与所述第一齿圈的外表面之间，所述第一圈滚动件为围绕所述第一齿圈的外周水平设置。
6.如权利要求I或5所述的回转支承，其特征在于，所述第二齿圈的顶部套设在所述第一齿圈的底部外周，所述第二圈滚动件设置在所述第二齿圈顶部的内表面与所述第一齿圈底部的外表面之间，所述第二圈滚动件围绕所述第一齿圈的外周倾斜设置。
7.如权利要求6所述的回转支承，其特征在于，所述第二套环套设在所述第二齿圈的底部外周，所述第三圈滚动件设置在所述第二套环的内表面与所述第二齿圈的外表面之间，所述第三圈滚动件为围绕所述第二齿圈的外周水平设置。
8.一种臂架系统，包括臂架、举升油缸、转台、车架，所述臂架通过所述举伸油缸安装在所述转台上，其特征在于还包括如权利要求I至7任一项所述的回转支承，所述回转支承设于所述转台与所述车架之间并将所述转台可回转地与所述车架连接；所述回转支承的第一套环与所述转台固定连接，所述回转支承的第二套环与所述车架固定连接。
9.如权利要求8所述的臂架系统，其特征在于，所述回转支承的第一驱动装置固定在所述转台上，所述回转支承的第二驱动装置固定在所述第二齿圈上，所述回转支承的第三驱动装置固定在所述车架上。
10.一种举高消防车，包括工作斗，其特征在于还包括如权利要求9所述的臂架系统，所述工作斗安装在所述臂架系统的臂架上。
全文摘要
一种回转支承，包括第一套环、第二套环、第一齿圈、第二齿圈、第一圈滚动件、第二圈滚动件、第三圈滚动件、第一驱动装置、第二驱动装置及第三驱动装置，第一齿圈和第二齿圈设置在第一套环与第二套环之间，第一套环与第一齿圈之间通过第一圈滚动件结合并形成第一对回转面组，第一齿圈与第二齿圈之间通过第二圈滚动件结合并形成第二对回转面组，第二齿圈与第二套环之间通过第三圈滚动件结合并形成第三对回转面组，第二对回转面组相对第一对回转面组和第二对回转面组呈倾斜夹角，第一驱动装置用于驱动第一齿圈相对第一套环回转，第二驱动装置用于驱动第一齿圈相对第二齿圈回转，第三驱动装置用于驱动第二齿圈相对第二套环回转。
文档编号A62C27/00GK102937139SQ201210457518
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者艾国栋, 周磊 申请人:长沙中联消防机械有限公司
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