CN217649555U - 使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车辆技术领域，尤其涉及一种使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置，包括基础力辅助装置和控制力输出装置，所述基础力辅助装置能够储存和释放势能，在其储存势能最大时，负载处于势能最低位置，能够输出足够大但不足以使负载产生位移的力；控制力输出装置提供可控的力或者位移输出，能够在基础力辅助装置所提供力的基础上，以较小的力实现负载的位置调整。

Description

使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，尤其涉及一种使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置。

背景技术

目前，对于需要对大负载进行可逆举升或者下降的场合，所采用的控制装置多为直接控制具有相应力输出能力的装置，如具有电动缸或者液压缸等力输出装置的电控***等，这样的力输出装置由于无法吸收负载在举升过程中的势能，导致能耗较高，无法使用具有较小可控力输出能力的***，应用范围受限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置。

本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：一种使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置，包括基础力辅助装置和控制力输出装置，所述基础力辅助装置能够储存和释放势能，在其势能最大时，大负载处于势能最低位置，能够输出足够大但不足以使负载产生位移的力；控制力输出装置提供可控的力或者位移输出，能够在基础力辅助装置所提供力的基础上，以较小的力实现负载的位置调整。

优选地，在负载举升过程中，基础力辅助装置释放势能，在负载下降过程中，基础力辅助装置储存势能，控制力输出装置控制力或者位移的输出实现负载的位置调整。

优选地，所述基础力辅助装置为具有蓄能元件的液压***、或者气动***，或者电气***，或者具有弹性元件的机械机构，或者为上述各***的组合。

优选地，控制力输出装置为能够输出可控的力或位移的液压***、或者气动***，或者电气***，或者机械装置，或者为上述的组合。

优选地，所述基础力辅助装置由蓄能器、液压缸组成，所述控制力输出装置由与中央充放气***相连的气缸组成，通过控制中央充放气***的输出压力控制气缸的输出力或位移。

优选地，用于控制可重构橡胶履带行走***的形态重构，所述可重构橡胶履带行走***由支撑架总成、协同机构总成、多个负重轮链装配体和驱动轮调整机构等组成，所述基础力辅助装置的液压缸安装在支撑架总成、协同机构总成、多个负重轮链装配体、驱动轮调整机构任意两者之间，或者安装在协同机构总成内部组件之间，或者安装在驱动轮调整机构内部组件之间；所述控制力输出装置的气缸安装在支撑架总成、协同机构总成、多个负重轮链装配体、驱动轮调整机构任意两者之间，或者安装在协同机构总成内部组件之间，或者安装在驱动轮调整机构内部组件之间。

优选地，所述蓄能器固定于支撑架总成上，通过油管、球阀与液压缸相连。

优选地，所述液压缸两端分别与支撑架总成和负重轮链装配体铰接。

优选地，所述气缸两端分别与协同机构总成和支撑架总成铰接。

优选地，所述液压缸为两个。

优选地，所述气缸为两个。

本实用新型的有益效果是:通过基础力辅助装置存储和释放负载运动的势能，并提供负载运动所需的大部分举升力，使控制力输出装置能够以较小的力实现负载的位置调整，大幅度降低了负载位置调整所需的能耗。典型地，通过本专利能够实现使用中央充放气***控制可重构橡胶履带行走***的形态重构。

附图说明

图1是本实用新型所应用的可重构橡胶履带行走***的结构图；

图2是本实用新型所应用的行走***中的轮系结构图；

图3是本实用新型中基础力辅助装置和控制力输出装置的安装示意图；

图4是本实用新型在行走***处于履带轮形态极限状态时的示意图；

图5是本实用新型所应用的行走***中的驱动轮调整机构的示意图；

图6是本实用新型中基础力辅助装置的结构示意图；

图7是本实用新型中控制力输出装置的结构示意图；

图8是图1的正视图；

图9是本实用新型所应用的行走***处于履带轮形态一种非极限状态图；

图10是本实用新型所应用的行走***处于履带轮形态另一种非极限状态图；

图11是本实用新型所应用的行走***处于履带轮形态极限状态的正视图；

图12是本实用新型所应用的行走***处于履带轮形态极限状态的立体图；

图中：1、橡胶履带；2、轮系；3、支撑架总成；31、内侧支撑架；32、外侧支撑架；33、支撑架连接件；4、负重轮链装配体；5、中心轴装配体；51、中心轴；6、协同机构总成；61、协同机构；62、同步组件；7、蓄能器；8、球阀；9、液压缸；10、液压缸安装架；11、油管；12、负重轮链装配体中部位置；13、气缸；14、气缸顶部安装架；15、气缸底部安装架；16、气管；17、旋转接头；18、气道；19、驱动轮调整机构；190、驱动轮装配体；191、摆臂；192、驱动轮安装轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“固连”“固接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。

一种使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置，包括基础力辅助装置和控制力输出装置，所述基础力辅助装置能够储存和释放势能(如弹性势能、磁场势能等)，在其势能最大时，大负载处于势能最低位置，能够输出足够大但不足以使负载产生位移的力，在负载举升过程中，基础力辅助装置释放势能，在负载下降过程中，基础力辅助装置储存势能；控制力输出装置提供可控的力或者位移输出，能够在基础力辅助装置所提供的力基础上，以较小的力实现负载的位置调整。

以本装置安装在可重构橡胶履带行走***为例进行说明。该行走***能够更换轮式车辆的轮胎使用，其形态可在轮胎形态和履带轮形态之间可控转换。轮胎形态时，行走***整体转动，应用在铺设路面或其他硬质路面上，车辆可具有与轮式车辆等同的行驶速度和油耗。履带轮形态时，接地面积大，行走***通过驱动轮驱动履带前进，应用在松软或附着系数低的越野地形上，能够提高车辆的越野机动能力。

行走***如图1-5所示，主要由橡胶履带1和轮系2等组成。轮系2主要由支撑架总成3、负重轮链装配体4、中心轴装配体5、协同机构总成6、驱动轮调整机构19等组成。其中：

支撑架总成3为行走***各构件提供主要基础支撑，包括内侧支撑架31和外侧支撑架32、支撑架连接件33等。多根支撑架连接件33将两侧支撑架固连。

中心轴装配体5的主体为中心轴51，中心轴51通过轴承铰接在内侧支撑架31和外侧支撑架32上，中心轴一端固连在车辆半轴或其他动力输出轴上，能够绕支撑架总成上固定轴线旋转，是行走***的动力来源。中心轴相对支撑架总成旋转的轴线简述为中心轴的轴线。

协同机构总成6主要包括分别安装在两侧支撑架上的协同机构61，以及将两侧协同机构连接以保证其运动同步的同步组件62。

如图5所示，驱动轮调整机构19安装在两侧协同机构上，主要包括驱动轮装配体190、摆臂191和驱动轮安装轴192等。驱动轮装配体安装在驱动轮安装轴上。在协同机构运动时，摆臂能够随之运动，使驱动轮装配体沿支撑架总成3上的固定直线平移，该直线垂直于中心轴的轴线。

六条负重轮链装配体在轮系两侧相对布置，分别安装在两侧协同机构61上。负重轮链装配体由多个安装负重轮的组件以铰接的方式依次衔接串联而成。在协同机构总成6的协调下，各负重轮链装配体4同步逐渐弯曲或者逐渐拉直，改变轮系外周侧的形态。在上述过程中，各负重轮链装配体中部位置12始终沿支撑架总成3上固定直线平移，这些直线均垂直于中心轴的轴线，且与该轴线相交。负重轮链装配体4完全拉直，其上负重轮呈直线排列时，行走***处于履带轮形态的极限状态，此时中心轴51离地面最近，即中心轴51的轴线高度最低。当负重轮链装配体4逐渐弯曲时，其两端逐渐靠近中心轴装配体5，中部逐渐远离中心轴装配体5，该过程中行走***仍处于履带轮形态，但接地面积逐渐减小，中心轴51离地高度逐渐提升；当负重轮链装配体4弯曲为弧形，行走***为轮胎形态，此时中心轴51离地最高。轮系各组成的相互连接，使其成为一个单自由度可控的装置。行走***的形态重构为履带轮形态和轮胎形态之间的转换和履带轮形态时的接地面积调整。

在行走***的形态重构过程中，负重轮链装配体中部位置沿垂直于中心轴的轴线的直线方向(a、b、c)平移，远离或靠近中心轴装配体5，从而使中心轴装配体5逐渐抬升或者下降，车辆的重心也随之发生抬升或下降，如图9至12所示。

现有的越野车辆一般采用中央充放气***，为尽可能减少对车辆的改装，需要利用车辆现有的中央充放气***实现对行走***形态重构的控制，以方便使用该行走***更换轮胎。但中央充放气***的输出压力非常低，不到1Mpa，由于行走***的内部空间有限，无法布置足够容积的气缸等，难以利用中央充放气***实现对行走***形态重构的控制。采用本专利所设计的使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置，则能够解决这一难题。

本专利所述的一种使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置在该行走***上的具体实现如下所述。在履带轮形态向轮胎形态重构过程中，若通过负重轮链装配体中部位置对中心轴装配体5施加举升力，由于车辆重量不变，则该举升力是基本稳定不变的，可表述该举升力为总体举升力。由于轮系为单自由度可控的装置，因此本控制装置并不限于安装在负重轮链装配体中部位置和中心轴装配体5之间，只要安装在与中心轴装配***置变化相关的运动组件上即可，但其输出力的效果可等效于前述举升力的效果。

本控制装置由基础力辅助装置和控制力输出装置组成，安装在上述轮系相对运动组件内部或之间。

(1)基础力辅助装置用如弹簧、蓄能器等具有弹性势能的元件提供形态重构所需的基础力，该基础力的作用等效于上述举升力作用，其等效后的大小尽可能接近总体举升力的大小。

(2)控制力输出装置能够调整控制力输出大小，可采用如中央充放气***等装置，其输出的控制力与基础力的和不小于总体举升力。

为方便表述，下文所述基础力、控制力与总体举升力之间的大小等关系，均指等效后的效果关系。

由于基础力辅助装置采用弹性势能元件提供基础力，在形态重构过程中随着行程的变化，力的输出也会出现变化，一般随着行程增加，基础力会逐渐变小，通过优化基础力辅助装置各组件的安装位置和尺寸参数等，仍然能够使输出的基础力实现绝大部分总体举升力。而控制力输出装置则能够以输出相对很小的力实现对形态重构的控制。

具体结构为：如图3和图6所示，基础力辅助装置是由蓄能器7、球阀8、液压缸9、液压缸安装架10、油管11等组成的液压***。蓄能器7固定于支撑架连接件33上，通过油管11、球阀8与液压缸9相连。液压缸安装在支撑架总成和负重轮链装配体之间，具体为液压缸的缸筒铰接在与支撑架连接件33固连的液压缸安装架10上，液压缸的活塞杆铰接在负重轮链装配体4上，铰接位置靠近负重轮链装配体中部位置12，液压缸有两个，分别处于轮系两侧，在空间呈交错布置。

蓄能器7使液压缸9具有一定的输出力，使负重轮链装配体中部位置12具有沿中心轴径向(a、b、c)远离中心轴的趋势。结合实际需求，通过优化设计，合理选择蓄能器7容积、初始压力以及液压缸活塞直径等参数，使液压缸9能够输出基础力。通过合理设置各构件安装位置，使液压缸活塞杆伸出量与中心轴被举升高度之间保持稳定良好的线性关系，输出的基础力稳定接近且小于总体举升力。

通常情况下，球阀8处于开启状态，使蓄能器7与液压缸9之间油液联通正常工作。当行走***发生故障或需维护时，可关闭球阀8，中断油液在蓄能器7与液压缸9之间流动，使其形态固定不变。

如图3和7所示，控制力输出装置由中央充放气***、气缸13、气缸顶部安装架14、气缸底部安装架15、气管16、旋转接头17等组成。气缸顶部安装架14与协同机构总成6的同步组件62铰接，气缸底部安装架与支撑架连接件33铰接。气缸13的两端分别固定在气缸顶部安装架14和气缸底部安装架15上。中心轴51中间加工有气道18；旋转接头17固连在中心轴的轴端，与气道18连通，另一端固定在支撑架总成上；气缸13通过气管16与旋转接头17连通。控制力输出装置使用两个气缸，两个气缸分别处于中心轴的两侧。

通过控制中央充放气***输出压力，气体经中央充放气***进入中心轴51的气道18，并通过中心轴顶端的旋转接头17分给两个气缸13。气缸13输出力与中央充放气输出压力正相关，从而提供控制力。

基础力辅助装置提供的基础力，结合控制力输出装置提供的控制力，可以实现行走***形态重构。通过使用基础力辅助装置，大幅降低了控制力输出装置需要提供的控制力，如在负载为2t时，控制力输出装置所需的最大输出力仅为1200N，不足基础力辅助装置提供基础力的10％。

行走***在轮胎形态向履带轮形态重构过程中，通过降低中央充放气***输出气压，使气缸输出力减小，在行走***自重和负载等作用下，液压缸9活塞杆缩回缸筒，气缸13缩回，蓄能器7蓄能，直至重构为履带轮形态。

行走***在履带轮形态向轮胎形态重构过中，通过增加中央充放气***输出气压，气缸13充气，输出力增大；蓄能器7释放能量，液压缸9的活塞杆由缸筒伸出，直至重构为轮胎形态。

通过使用本装置，能够实现中央充放气***对行走***形态重构的控制。随着中央充放气***输出压力的减小，行走***从轮胎形态转换为履带轮形态，并逐渐变化为履带轮形态的极限状态，如图9-12所示。反之亦然。

本装置通过基础力辅助装置存储和释放负载运动的势能，提供负载运动所需的大部分举升力，使控制力输出装置能够以较小的力实现负载的位置调整，大幅度降低了负载位置调整所需的能耗，实现了小力控制大负载的可逆运动。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置，其特征在于：包括基础力辅助装置和控制力输出装置，所述基础力辅助装置能够储存和释放势能，在其势能最大时，大负载处于势能最低位置，能够输出足够大但不足以使负载产生位移的力；控制力输出装置提供可控的力或者位移输出，能够在基础力辅助装置所提供力的基础上，以较小的力实现负载的位置调整;所述基础力辅助装置由蓄能器、液压缸组成，所述控制力输出装置由与中央充放气***相连的气缸组成，通过控制中央充放气***的输出压力控制气缸的输出力或位移。

2.根据权利要求1所述的使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置，其特征在于：用于控制可重构橡胶履带行走***的形态重构，所述可重构橡胶履带行走***由支撑架总成、协同机构总成、多个负重轮链装配体和驱动轮调整机构组成，所述基础力辅助装置的液压缸安装在支撑架总成、协同机构总成、多个负重轮链装配体、驱动轮调整机构任意两者之间，或者安装在协同机构总成内部组件之间，或者安装在驱动轮调整机构内部组件之间；所述控制力输出装置的气缸安装在支撑架总成、协同机构总成、多个负重轮链装配体、驱动轮调整机构任意两者之间，或者安装在协同机构总成内部组件之间，或者安装在驱动轮调整机构内部组件之间。

3.根据权利要求2所述的使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置，其特征在于：所述蓄能器固定于支撑架总成上，通过油管、球阀与液压缸相连。

4.根据权利要求2所述的使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置，其特征在于：所述液压缸两端分别与支撑架总成和负重轮链装配体铰接。

5.根据权利要求2所述的使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置，其特征在于：所述气缸两端分别与协同机构总成和支撑架总成铰接。

6.根据权利要求2所述的使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置，其特征在于：所述液压缸为两个。

7.根据权利要求2所述的使用小控制力实现大负载可逆运动的控制装置，其特征在于：所述气缸为两个。

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