一种用于车辆越障的伸缩臂装置
阅读说明：本技术 一种用于车辆越障的伸缩臂装置 (Telescopic arm device for vehicle obstacle crossing ) 是由 肖洁 宋慧新 段国柱 陈宇 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于车辆越障的伸缩臂装置,包括：外臂总成、一级内臂总成、二级内臂总成和驱动油缸；所述一级内臂总成可伸缩连接在外臂总成中,且一级内臂总成相对外臂总成伸缩到设定位置后通过限位销Ⅰ限位；二级内臂总成可伸缩连接在一级内臂总成中,且二级内臂总成相对一级内臂总成伸缩到设定位置后通过限位销Ⅱ限位；所述外臂总成和二级内臂总成之间设有两个驱动油缸,每个驱动油缸的缸体端支撑在外臂总成的外表面上,活塞杆端支撑在二级内臂总成的末端外表面上,驱动油缸用于驱动一级内臂总成和二级内臂总成伸缩运动。(The invention discloses a telescopic arm device for vehicle obstacle crossing, which comprises: the device comprises an outer arm assembly, a primary inner arm assembly, a secondary inner arm assembly and a driving oil cylinder; the primary inner arm assembly is telescopically connected in the outer arm assembly, and the primary inner arm assembly is limited by a limiting pin I after being stretched to a set position relative to the outer arm assembly; the second-stage inner arm assembly is connected in the first-stage inner arm assembly in a telescopic mode, stretches to a set position relative to the first-stage inner arm assembly and then is limited through a limiting pin II; two driving oil cylinders are arranged between the outer arm assembly and the second-stage inner arm assembly, the cylinder body end of each driving oil cylinder is supported on the outer surface of the outer arm assembly, the piston rod end is supported on the outer surface of the tail end of the second-stage inner arm assembly, and the driving oil cylinders are used for driving the first-stage inner arm assembly and the second-stage inner arm assembly to move in a stretching mode.)
技术领域
本发明涉及车辆悬架技术领域，具体涉及一种用于车辆越障的伸缩臂装置。
背景技术
对于越野车辆而言，如何在各种恶劣的路况下，使悬架能够在多种形态之间切换，以适应不同的地形以及翻越复杂的障碍，是十分重要的。同时，车辆应能够实现更大范围的姿态调整，进一步提高其适应地形和越障的能力，也可以通过提高距地高度实现防路边简易爆炸物和降低雷区损伤的功能。另一方面，当车辆在高速越野行驶和越障时存在较大的冲击载荷，这些载荷虽然经过了缓冲结构的缓冲与吸能衰减，但仍然存在局部过载的可能。综上所述，研究一种既能够大行程调节悬架高度，又具有抗强冲击、大扭距的高强度性能的装置，是十分必要的。
为此，提出了一种用于车辆越障的伸缩臂装置，以提高车辆的高通过性，对多状态路面的适应性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于车辆越障的伸缩臂装置，能够实现悬架距地高度的大范围调节，同时满足大冲击力、大周向扭矩所需的强度要求，保证了车辆的高通过性，进而提高了车辆适应地形和越障的能力。
本发明的技术方案为：一种用于车辆越障的伸缩臂装置，包括：外臂总成、一级内臂总成、二级内臂总成和驱动油缸；
所述一级内臂总成可伸缩连接在外臂总成中，且一级内臂总成相对外臂总成伸缩到设定位置后通过限位销Ⅰ限位；二级内臂总成可伸缩连接在一级内臂总成中，且二级内臂总成相对一级内臂总成伸缩到设定位置后通过限位销Ⅱ限位；
所述外臂总成和二级内臂总成之间设有两个驱动油缸，每个驱动油缸的缸体端支撑在外臂总成的外表面上，活塞杆端支撑在二级内臂总成的末端外表面上，驱动油缸用于驱动一级内臂总成和二级内臂总成伸缩运动。
优选地，还包括：拉线位移传感器，其连接在驱动油缸的活塞杆和缸体之间，用于测量驱动油缸伸缩运动的位移。
优选地，所述外臂总成和一级内臂总成以及一级内臂总成和二级内臂总成之间分别安装有滑动体或滚动体，用于实现三者之间的伸缩运动。
优选地，所述外臂总成、一级内臂总成和二级内臂总成的主体结构均为板材拼接而成的长方体框架结构。
优选地，所述外臂总成包括：上板Ⅰ、内侧板Ⅰ、下板Ⅰ、外侧板Ⅰ、花键轴安装座和外缸安装座；
所述上板Ⅰ与下板Ⅰ结构相同，板上横向两侧设计有沿纵向延伸的条形槽Ⅰ，内侧板Ⅰ和外侧板Ⅰ插入上板Ⅰ和下板Ⅰ的条形槽Ⅰ中，配合部位相互咬合约束，并通过紧固螺栓固定；
所述内侧板Ⅰ的纵向一端设有圆形孔，圆形孔用于安装花键轴、穿线缆和管路；外侧板Ⅰ上与内侧板Ⅰ上的圆形孔对应的一端设有矩形孔，作为花键轴安装座的定位焊接孔；
所述内侧板Ⅰ和外侧板Ⅰ的纵向另一端均设有限位销孔，一级内臂总成相对外臂总成伸缩到设定位置处，通过向限位销Ⅰ孔内插入限位销Ⅰ对一级内臂总成限位；
两个外缸安装座对称焊接在上板Ⅰ与下板Ⅰ上，用于安装两个驱动油缸的缸体。
优选地，所述一级内臂总成包括：耐磨滑板Ⅰ、上板Ⅱ、下板Ⅱ、外侧板Ⅱ和内侧板Ⅱ；
所述外侧板Ⅱ与内侧板Ⅱ结构相同，二者相背面以及上板Ⅱ和下板Ⅱ相背面的横向中部分别设有耐磨滑板Ⅰ，耐磨滑板Ⅰ与外臂总成的内壁面对应位置处滑动配合；
所述外侧板Ⅱ和内侧板Ⅱ上耐磨滑板Ⅰ横向两侧对应位置处分别设有限位凹槽Ⅰ，其作为一级内臂总成的滑动轨道，与限位销Ⅰ滑动配合；
所述外侧板Ⅱ和内侧板Ⅱ相对面上横向两侧设计有条形槽Ⅱ213，用于约束和定位上板Ⅱ和下板Ⅱ。
优选地，所述上板Ⅱ、下板Ⅱ、外侧板Ⅱ和内侧板Ⅱ形成的长方体框架上套装有两个抱箍Ⅰ。
优选地，所述外侧板Ⅱ与内侧板Ⅱ上分别焊接有二级内臂限位块，用于限制二级内臂总成的回缩行程。
优选地，所述二级内臂总成包括：耐磨滑板Ⅱ、上板Ⅲ、内侧板Ⅲ、外侧板Ⅲ、下板Ⅲ、抱箍Ⅱ和内缸安装座；
所述上板Ⅲ、内侧板Ⅲ、外侧板Ⅲ和下板Ⅲ连接为长方体框架，该长方体框架的四个外表面上均安装有耐磨滑板Ⅱ，且该长方体框架上套装有两个抱箍Ⅱ；
所述内侧板Ⅲ从一级内臂总成中伸出的一端端部一体加工有电机轴安装座308，两个内缸安装座对称焊接在电机轴安装座308的上下端面上。
优选地，所述耐磨滑板Ⅰ和耐磨滑板Ⅱ的材质均采用尼龙材料。
有益效果：
1、本发明的伸缩臂装置，根据臂长及伸缩行程要求，该伸缩臂装置的伸缩方式可改变为一级伸缩或多级伸缩，能够实现大行程伸缩，从而实现悬架距地高度的大范围调节；同时，保证外臂总成与一级内臂总成以及两级内臂总成之间在最大伸张行程时重合面积大，可实现大扭矩承载，保证伸缩臂装置具有抗强冲击、大扭距的高强度性能，进而实现平台多种结构和形态的改变，大大提高了车辆适应地形和越障的能力。
2、本发明的伸缩臂装置通过拉线位移传感器测量其伸缩运动位移，有利于精确控制该伸缩臂装置的伸缩行程。
3、本发明的伸缩臂装置的主体结构均设计为长方体框架结构，有利于增大该伸缩臂装置整体的扭矩、增加结构的整体强度。
4、本发明中外臂总成的具体设计，既能够与一级内臂总成有效配合，又能够为驱动油缸外置提供安装基座，从而保证伸缩臂装置内部可预留足够的管路线缆空间，保证伸缩臂管线不会弯折且能够自动恢复；且外臂总成的主体结构通过高强度的紧固螺栓紧固形成一个整体，便于内、外臂的安装、拆卸和维修。
5、本发明中一级内臂总成的具体设计，既有利于与外臂总成滑动配合实现准确的伸缩运动，又能够保证与二级内部总成进行精确的滑动配合而实现伸缩运动。
6、本发明在两级内臂总成的主体结构上设计有抱箍结构，加固了内臂最大受力变形部位，保证了伸缩臂装置在完全伸张时的承载能力。
7、本发明中采用两个驱动油缸来控制伸缩臂，既能增加互换性和通用性，又能改善侧向力不平衡的不利影响。
附图说明
图1为本发明所提出的伸缩臂装置的结构示意图。
图2为本发明中外臂总成的结构示意图。
图3为外臂总成中上板(下板)的结构示意图。
图4为外臂总成中内侧板的结构示意图。
图5为外臂总成中外侧板的结构示意图。
图6为本发明中一级内臂总成的结构示意图。
图7为一级内臂总成中内侧板(外侧板)的正面结构示意图。
图8为一级内臂总成中内侧板(外侧板)的背面结构示意图。
图9为本发明中二级内臂总成的结构示意图。
图10为二级内臂总成中内侧板的结构示意图。
图11为本发明伸缩臂装置的收缩行程示意图。
图12为本发明伸缩臂装置的拉伸行程示意图。
其中，1-外臂总成，2-一级内臂总成，3-二级内臂总成，4-驱动油缸，5-拉线位移传感器，6-油缸销轴，101-上板Ⅰ，102-内侧板Ⅰ，103-限位销Ⅰ，104-下板Ⅰ，105-紧固螺栓，106-外侧板Ⅰ，107-花键轴安装座，108-条形槽Ⅰ，109-外缸安装座，110-圆形孔，111-矩形孔，201-耐磨滑板Ⅰ，202-上板Ⅱ，203-抱箍Ⅰ，204-限位销Ⅱ，205-下板Ⅱ，206-外侧板Ⅱ，207-二级内臂限位块，208-内侧板Ⅱ，209-限位销安装孔，210-安装槽，211-螺纹孔，212-限位凹槽Ⅰ，213-条形槽Ⅱ，301-耐磨滑板Ⅱ，302-上板Ⅲ，303-内侧板Ⅲ，304-外侧板Ⅲ，305-下板Ⅲ，306-抱箍Ⅱ，307-内缸安装座，308-电机轴安装座。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种用于车辆越障的伸缩臂装置，能够实现悬架距地高度的大范围调节，同时满足大冲击力、大周向扭矩所需的强度要求，保证了车辆的高通过性，进而提高了车辆适应地形和越障的能力。
如图1所示，该伸缩臂装置包括：外臂总成1、一级内臂总成2、二级内臂总成3、驱动油缸4、拉线位移传感器5和油缸销轴6；
外臂总成1作为该伸缩臂装置的支撑部件，一级内臂总成2可伸缩连接在外臂总成1中，作为一级伸缩臂单元，且一级内臂总成2相对外臂总成1伸缩到设定位置处后可通过限位销Ⅰ103限位；二级内臂总成3可伸缩连接在一级内臂总成2中，作为二级伸缩臂单元，且二级内臂总成3相对一级内臂总成2伸缩到设定位置处后可通过限位销Ⅱ204限位；
驱动油缸4的缸体端通过油缸销轴6支撑在外臂总成1的外表面上，活塞杆端支撑在二级内臂总成3的末端(从一级内臂总成2中伸出的一端)外表面上，驱动油缸4用于驱动两级伸缩臂单元进行伸缩运动；
拉线位移传感器5一端连接在驱动油缸4的活塞杆上，另一端连接在驱动油缸4的缸体上，用于测量驱动油缸4伸缩运动的位移，并反馈给外部控制器；其中，拉线位移传感器5为磁阻式位移传感器，同时，其具有良好的防水性能。
本实施例中，外臂总成1和一级内臂总成2以及一级内臂总成2和二级内臂总成3之间分别安装有滑动体或滚动体，以适应三者之间的伸缩运动。
本实施例中，外臂总成1、一级内臂总成2和二级内臂总成3主体结构均为板材拼接而成的长方体框架结构，长方体形状有利于增大扭矩、增加结构强度，通过板材拼接而成保证了外臂总成1、一级内臂总成2和二级内臂总成3宜于加工、成本低、加工周期短。
本实施例中，如图2所示，外臂总成1包括：上板Ⅰ101、内侧板Ⅰ102、下板Ⅰ104、紧固螺栓105、外侧板Ⅰ106、花键轴安装座107和外缸安装座109；
如图3所示，所述上板Ⅰ101与下板Ⅰ104结构相同，板上横向两侧设计有沿纵向延伸的条形槽Ⅰ108，内侧板Ⅰ102和外侧板Ⅰ106插入上板Ⅰ101和下板Ⅰ104的条形槽Ⅰ108中，配合部位相互咬合约束，围成一个两端开口的长方体结构，并通过紧固螺栓105固定(优选上板Ⅰ101与下板Ⅰ104之间通过十二根紧固螺栓105固定，且上板Ⅰ101与下板Ⅰ104对应的横向两侧分别沿纵向布设六根紧固螺栓105)；
如图4所示，内侧板Ⅰ102的纵向一端设有圆形孔110，圆形孔110用于安装花键轴以及穿线缆和管路；如图5所示，外侧板Ⅰ106上与内侧板Ⅰ102上的圆形孔110对应的一端设有矩形孔111，作为花键轴安装座107的定位焊接孔；在保证强度要求的前提下，内侧板Ⅰ102和外侧板Ⅰ106的纵向其余部位分别开设一个以上减重孔，同时，上板Ⅰ101与下板Ⅰ104上也进行了减重设计；
内侧板Ⅰ102和外侧板Ⅰ106的纵向另一端均设有限位销Ⅰ孔，一级内臂总成2相对外臂总成1伸缩到设定位置处，通过向限位销Ⅰ孔内插入限位销Ⅰ103对一级内臂总成2限位；
花键轴安装座107安装并焊接在外侧板Ⅰ106上的矩形孔111中，既节省材料又能满足强度要求；两个外缸安装座109对称焊接在上板Ⅰ101与下板Ⅰ104上，用于安装两个驱动油缸4的缸体。
本实施例中，如图6所示，一级内臂总成2包括：耐磨滑板Ⅰ201、上板Ⅱ202、下板Ⅱ205、外侧板Ⅱ206和内侧板Ⅱ208；
外侧板Ⅱ206与内侧板Ⅱ208结构完全相同，如图7所示，其纵向一端的横向两侧设计有限位销安装孔209，当二级内臂总成3相对一级内臂总成2伸缩到设定位置处，通过向限位销安装孔209中插入限位销Ⅱ204，可对二级内臂总成3的纵向伸缩进行限位；
外侧板Ⅱ206和内侧板Ⅱ208相背面的横向中部设有沿纵向延伸的安装槽210，安装槽210中设有耐磨滑板Ⅰ201，并通过安装在螺纹孔211中的螺钉紧固，耐磨滑板Ⅰ201与内侧板Ⅰ102和外侧板Ⅰ106相对面上设置的滑槽滑动配合；
外侧板Ⅱ206和内侧板Ⅱ208上耐磨滑板Ⅰ201横向两侧对应位置处分别设有限位凹槽Ⅰ212，作为一级内臂总成的滑动轨道，与固定在外臂总成1上的限位销Ⅰ103滑动配合；
如图8所示，外侧板Ⅱ206和内侧板Ⅱ208相对面上横向两侧设计有条形槽Ⅱ213，既可以约束上板Ⅱ202和下板Ⅱ205，保证强度可靠，又可以起到对上板Ⅱ202和下板Ⅱ205插入后焊接的定位作用；
上板Ⅱ202和下板Ⅱ205的相背面上也分别安装有耐磨滑板Ⅰ201，四块耐磨滑板Ⅰ201的材质均采用尼龙材料，安装在一级内臂总成2的四个外表面上，具备良好的力学性能、耐磨损性、抗拉抗压强度高、自润性好、耐高温、耐热力高，可在耐温值-60～+100度之间长期工作，瞬间耐温可以达到130度左右。
本实施例中，为了加固一级内臂最大受力变形部位，有效保证该伸缩臂装置在完全伸出状态下的承载能力，在上板Ⅱ202、下板Ⅱ205、外侧板Ⅱ206和内侧板Ⅱ208形成的长方体框架上套装有两个抱箍Ⅰ203；其中，每个抱箍Ⅰ203上设有两个孔，一个抱箍Ⅰ203上的两个孔为通孔，另一个抱箍Ⅰ203上的两个孔为螺纹孔。
本实施例中，外侧板Ⅱ206与内侧板Ⅱ208上分别焊接有二级内臂限位块207，用于限制二级内臂总成3的回缩行程。
本实施例中，如图9所示，二级内臂总成3包括：耐磨滑板Ⅱ301、上板Ⅲ302、内侧板Ⅲ303、外侧板Ⅲ304、下板Ⅲ305、抱箍Ⅱ306和内缸安装座307；
所述上板Ⅲ302、下板Ⅲ305、外侧板Ⅲ304和内侧板Ⅲ303的结构设计方式与一级内臂总成2中的上板Ⅱ202、下板Ⅱ205、外侧板Ⅱ206和内侧板Ⅱ208相同，不同之处是，内侧板Ⅲ303从一级内臂总成2中伸出的一端端部一体加工有电机轴安装座308(如图10所示)，既增加了二级内臂总成3的强度，又提高了驱动油缸4安装的可靠性；
两个内缸安装座307对称焊接在电机轴安装座308的上下端面上，其中，内缸安装座307单独加工成型，尺寸便于控制、加工难度降低；
耐磨滑板Ⅱ301和抱箍Ⅱ306与一级内臂总成2中的耐磨滑板Ⅰ201和抱箍Ⅰ203的结构设计方式及材料等相同，功能作用与一级内臂总成2中的耐磨滑板Ⅰ201和抱箍Ⅰ203相似，即二级内臂总成3的四个外表面上均安装有耐磨滑板Ⅱ301，上板Ⅲ302、内侧板Ⅲ303、外侧板Ⅲ304和下板Ⅲ305形成的长方体框架上套装有两个抱箍Ⅱ306。
本实施例中，驱动油缸4采用双作用液压缸结构，其设计参数满足臂长和行程的指标要求，以及伸缩臂装置动作时的压力需求；
外臂总成1和二级内臂总成3之间对称安装两个驱动油缸4，两个驱动油缸4可以去除一级内臂总成2和二级内臂总成3在伸长或者缩回时产生的偏向力，保证伸长或缩回的效果更好；同时，两个驱动油缸4的设置，保证了驱动件的冗余性，即其中一个驱动油缸4出现问题，另一个驱动油缸4可作为备用驱动件，保证整车的性能。
该伸缩臂装置的工作原理为：如图11所示，当驱动油缸4的活塞杆腔充油，活塞杆回缩，推动二级内臂总成3向一级内臂总成2内回缩，当二级内臂总成3的端部碰到二级内臂限位块207时，继续推动一级内臂总成2相对外臂总成1一起回缩，直至一级内臂总成2的外表面撞到花键轴安装座107的侧壁，两级伸缩臂单元停止滑动，此时，该伸缩臂装置回缩到最短臂长的位置；
如图12所示，当驱动油缸4的活塞腔充油，活塞杆伸张，拉动二级内臂总成3相对一级内臂总成2伸张；当二级内臂总成3的外侧板Ⅲ304上的限位凹槽Ⅱ的末端抵触到限位销Ⅱ204(限位销Ⅱ204与限位凹槽Ⅱ滑动配合)时，二级内臂总成3相对一级内臂总成2伸出到位，将拉动一级内臂总成2相对外臂总成1伸张，当一级内臂总成2的外侧板Ⅱ206上的限位凹槽Ⅰ212的末端抵触到限位销Ⅰ103(限位销Ⅰ103与限位凹槽Ⅰ212滑动配合)时，两级伸缩臂单元停止滑动，此时，该伸缩臂装置伸张到最长臂长的位置。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。