专利名称：具有扭力轴组件的机器悬挂系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种悬挂系统，并且更具体地，涉及一种具有扭力轴组件的机器悬挂系统。
背景技术：
例如滑移转向装载机的小型施工机器通常用在作业空间受限的应用中。这些机器包括支承内燃机的框架和将动力从发动机传输至地面的左右底架。典型的小型施工机器利用框架和底架之间的刚性安装，底架的链轮经由液压马达由发动机间接地驱动。框架和底架之间的这种安装类型由于其刚性能够将机器引起的载荷和振动传输至操作员，使得操作员在长时间机器使用中感觉不舒适。另外，在一些情况中，刚性安装能够导致底架之一上升离开地面，由此降低牵引、转向控制和机器稳定性。于2009年12月31日公布的Arulraja等人的美国专利公开No. 2009/0321152 (’ 152公开)中描述了另一种类型的用于小型施工机器的悬挂系统。具体地，’ 152公开披露机器具有框架、前扭力轴组件、后扭力轴组件和履带式底架。前扭力轴组件和后扭力轴组件每个包括扭力臂、扭力杆以及轴。扭力杆和轴自扭力臂的相对端在不同的方向上延伸。前扭力轴组件的扭力杆和后扭力轴组件的扭力杆在间隔开的前后位置刚性地附接到框架。前扭力轴组件的轴经由套筒轴承附接到底架的上框架表面，而后扭力轴组件的轴经由位于框架内的套筒轴承附接在恰好驱动链轮的向前的位置处。前扭力轴组件的扭力臂自框架以在90度和180度之间的角度向上延伸。后扭力轴组件的扭力臂自框架以在270度和360度之间的角度向下延伸。在’ 152公开的机器的加载操作过程中，扭力轴组件能够独立地挠曲。特别地，随着机器被加载，由于每个组件的扭力杆和轴之间的横向偏置，围绕每个轴形成能导致各个扭力臂克服位于扭力杆中的橡胶绳的缓冲而转动的力矩。该缓冲的转动导致机器框架相对于底架向后并向下运动，从而降低了在前扭力轴组件和后扭力轴组件处倾翻的风险并且增大了在前扭力轴组件处的反作用力。
发明内容
本发明的一方面涉及一种用于机器的悬挂系统。该悬挂系统包括前扭力轴组件，该前扭力轴组件具有第一杆、在第一端处连接到第一杆的第一臂和连接到第一臂的第二端并且在与第一杆相反的方向上从第一臂延伸的第一轴。悬挂系统还包括后扭力轴组件，该后扭力轴组件具有第二杆、在第一端处连接到第二杆的第二臂和连接到第二臂的第二端并且在与第二杆相反的方向上从第二臂延伸的第二轴。悬挂系统还包括框架，该框架能够支承发动机并且连接到第一杆的端部和第二杆的端部。第一臂的第二端和第二臂的第二端取向在由坐标系限定的共同角象限内，该坐标系具有穿过第一臂的第一端和第二臂的第一端并且与机器的行进方向对准的轴线。本发明的另一方面涉及一种用于机器的悬挂系统。该悬挂系统包括底架、安装在底架上的链轮和由底架支承并且由链轮驱动的牵引装置。悬挂系统还包括第一扭力轴组件和位于底架的第一端处并且能够滑动地接收第一扭力轴组件的第一端的套筒轴承。悬挂系统还包括第二扭力轴组件和位于底架的第二端处并且能够可转动地接收第二扭力轴组件的第一端的滚柱轴承。链轮位于滚柱轴承和套筒轴承之间的前/后机器方向上。
图1是一种示例性公开的机器的图示；图2是可以与图1的机器一起使用的一种不例性公开的悬挂系统的分解图不;图3是可以与图2的悬挂系统一起使用的一种示例性公开的扭力轴组件的图示；图4是图3的扭力轴组件的剖视图；图5是图1的机器的自由体受力图；和图6是图3的扭力轴组件的图示。
具体实施例方式图1示出具有一种示例性公开的悬挂系统12的移动式机器10。根据本发明的一方面，机器10被示出为小型履带式装载机。但是，应当注意，如果希望的话，悬挂系统12可以与另一种类型的履带式机器一起使用。机器10包括至少部分地限定操作员站16且支承安装在后部的发动机18的框架14，和操作地连接到框架14的与发动机18相对的前端的作业工具20。发动机18产生用于推进机器10且使作业工具20运动的动力输出。操作员站16可以包括任意数量和类型的输入装置，操作员使用输入装置来控制悬挂系统12、发动机18和/或作业工具20。如图2中所示，悬挂系统12包括位于机器10的相对侧上的底架22(图2中仅显示一侧)和将每个底架22连接到框架14的前扭力轴组件24和后扭力轴组件26。底架22包括容纳后空转轮30和多个后滚子32的后框架28以及容纳前空转轮35和前滚子36的前框架34。前框架34操作地连接到后框架28，使得前框架34在由箭头38指示的方向上相对于后框架28运动。前框架34可以经由润滑脂柱塞或另一种履带式反冲系统(未示出)被远离后框架28地偏置。驱动链轮40经由凸缘42可转动地安装到后框架28，凸缘42在后框架28的与前框架34相对的端部处在远离后滚子28的方向上从后框架28的上表面44向上延伸。驱动链轮40由发动机18供以动力，以驱动环绕底架22的无端履带46 (图1中所示)。前扭力轴组件24刚性地安装到框架14并且滑动地安装到底架22。特别地，前扭力轴组件24例如通过凸缘48和螺栓(未示出)直接连接到框架14，并且底架22包括安装到后框架28的上表面44、能够滑动地接收前扭力轴组件24的套筒轴承50。以此构造，前扭力轴组件24相对于框架14的运动被限制，但能够相对于底架22的套筒轴承50可转动地滑动。板(未示出)或者本领域中已知的其它类似的保持部件可以在套筒轴承50处接合前扭力轴组件24的端部，以限制前扭力轴组件24相对于底架22的轴向运动。后扭力轴组件26刚性地安装到框架14并且可转动地安装到底架22。特别地，后扭力轴组件26例如通过凸缘48和螺栓(未示出)直接连接到框架14，并且底架22包括安装在后框架28的凸缘42内、能够接收后扭力轴组件26的滚柱轴承52(例如，球面滚柱轴承)。以此构造，后扭力轴组件26相对于框架14的运动被限制，但能够相对于底架22的滚柱轴承52转动。板(未示出)或本领域中已知的其它类似的保持部件可以在滚柱轴承52处接合后扭力轴组件26的端部，以限制后扭力轴组件26相对于底架22的轴向运动。如图3中所示，前扭力轴组件24和后扭力轴组件26中的每个包括杆54、在第一端56a处连接到杆54的臂56和连接到臂56的第二端56b的轴58。杆54自臂56在与轴58大致相反的方向上延伸。凸缘48例如通过焊接或通过螺纹紧固件固定地连接到杆54的外部表面。前扭力轴组件24的轴58和后扭力轴组件26的轴58分别接收在套筒轴承50和滚柱轴承52内。在一种实施方式中，前扭力轴组件24的轴58可以具有长度L24，其比后扭力轴组件26的轴长度L26长。图4示出杆54的细节。杆54是包括经由凸缘48附接到框架14的外管59、内棒60和定位于在外管59和内棒60之间形成的空间64内的弹性绳62的子组件。在一种实施方式中，外管59和内棒60可以均为大致方形的，尽管也想到其它形状。内棒60固定地连接到臂56的端部56a并且滑动地接收在外管59中，而外管59相对于臂56相对自由转动和平移(即，夕卜管59未固定地连接到臂56)。内棒60被定位成使得内棒60的角部60a位于外管59的角部59a之间的大约中途(S卩，内棒60相对于与外管59对准偏离大约45°取向)。随着臂56在机器10的操作过程中相对于框架14枢转，内棒60相对于外管59转动。内棒60的这种转动导致角部60a运动到空间64内并且压缩绳62。以此方式，绳62抵抗且缓冲内棒60和臂56的转动。在一种实施方式中，绳62可以由橡胶、乙烯基或塑料材料制造。如图5中可见，前扭力轴组件24和后扭力轴组件26大致彼此平行地取向。S卩，前扭力轴组件24的第二端56b和后扭力轴组件26的第二端56b位于由坐标轴66限定的共同角象限内，坐标轴66穿过臂56的第一端56a(即，穿过内棒60的轴向中心)并且与由箭头70指示的机器10的行进方向大致对准。在一种实施方式中，前扭力轴组件24的臂56和后扭力轴组件26的臂56可以在大约+/-10°的范围内相对于彼此平行。这种平行布置可以在前扭力轴组件24和后扭力轴组件26之间提供大致相等的载荷分布，并且如将在下面更加详细描述的，有助于在重加载过程中保持机器10的水平姿态。在另一种实施方式中，前扭力轴组件24的臂56和后扭力轴组件26的臂56可以在大约+/-5°的范围内、并且更特别地在大约+/-2°的范围内彼此平行。随着前扭力轴组件的臂56和后扭力轴组件的臂56变得彼此更加平行，可以获得机器10的更大重量分布和更水平的姿态。在示例性实施方式中，第一端56协同定位所处的共同角象限可以是图6中所示的第二象限，该第二象限与从机器10的向前行进方向逆时针测量时在大约90°和大约180°之间的角度范围对应。在另一种实施方式中，第二端56b可以更特别地定位在大约120°和大约135°之间的角度范围内。在该位置，轴58比杆54更远离机器10的前端(B卩，更远离作业工具20)并且更远离履带46的地面接合定位。通过将第二端56b定位在第二象限的变窄的角度范围内的该位置处，绳62 (参照图4)阻止前扭力轴组件24和后扭力轴组件26运动到导致不期望的行驶平顺性(即，过度振动或刚性)的位置。上述臂56的角定位与当机器10位于水平地面上时机器10 的无载状态对应。前扭力轴组件24和后扭力轴组件26被取向成用以提供机器倾翻阻力和高行驶平顺性。图5示出机器10具有经过机器10的重心作用的空重“W”并且暴露于在作业工具20处的工具载荷“τ”。等于T+W的合力“F”在图5中显示为作用在工具力T和重量W被显示为作用的位置之间的位置处。随着工具力T增大，合力F的位置向前运动。当合力F的位置向前运动经过前空转轮35时，机器10可能向前倾翻。在这种加载过程中，对合力F的反作用力通过被显示为在前空转轮35处作用的力“P”来表示。合力F经由杆54从框架14传递至前扭力轴组件24和后扭力轴组件26，同时力P经由轴58从底架22传递至前扭力轴组件24和后扭力轴组件26。图6示出当臂56的第二端56b位于不同象限中时在机器10的操作过程中作用在前扭力轴组件24和后扭力轴组件26上的力。为了更好地说明本发明的系统及其操作，以下将更详细讨论图6。工业实用性本发明的悬挂系统能够广泛应用于包括例如装载机的多种机器类型。本发明的悬挂系统尤其应用于将底架空间、操作员舒适感以及机器处理作为关注点的利用无端履带的小型机器。在机器10的操作过程中，随着机器10在不平坦地形上行进，每个扭力臂组件24、26可以围绕轴58枢转以缓冲操作员。例如，当底架22遇到地面凹地时，压缩的绳62的力会迫使底架22向下进入凹地、在轴58上远离框架14地枢转并且允许绳62在一定程度上解压缩。类似地，当离开凹地时，底架22可以向上运动回、在轴58上朝向框架14地枢转并且重新压缩绳62。根据凹地的尺寸和绳62的响应性，框架14可以在底架22的向下和向上运动过程中保持在大约相同的高程处，底架22的运动几乎不会或不会传递至操作员。另夕卜，底架22相对于框架 14的向上和向下运动可以有助于确保履带46保持在地面上，由此为机器10提供充分的牵引。除了缓冲之外，前扭力轴组件24和后扭力轴组件26能够辅助减少倾翻并改进牵弓I。图6示出当臂56的第二端56b位于不同象限(图6中示出的象限1、I1、III和IV)时在操作过程中作用在前扭力轴组件24和后扭力轴组件26上的力。假设轴58在机器10的加载过程中保持相对静止，当臂56的第二端56b位于图6的第一象限(I)中时，向下作用在杆54上的合力F可以导致臂56的第一端56a相对于第二端56b向下并向前(即，向下并朝向前空转轮35)转动。该转动用于使合力F的作用位置向前朝向前空转轮35运动或甚至运动经过前空转轮35。这种转动及所造成的合力F的作用位置的向前运动是不期望的并且能够增大在机器10被重加载时倾翻的风险。另外，第一端56a相对于第二端56b的向下和向前动作用于缩短臂56的第一端56a和第二端56b之间的水平距离。第一端56a和第二端56b之间的较短水平距离减小了由经过臂56作用在杆54上的力P引起的反作用力矩。因此，为了保持在杆54处的反作用力矩相同，力P将增大。在地面和履带46之间施加的增大的反作用力P是期望的并且有助于改进牵引。当臂56的第二端56b位于图6的第二象限(II)中时，向下作用在杆54上的合力F会导致臂56的第一端56a相对于第二端56b向下和向后(S卩，向下并朝向后空转轮30)转动。该转动用于使合力F的作用位置远离前空转轮35向后运动。这种转动及造成的合力F的作用位置的向后运动是期望的，并且能够降低在机器10被重加载时倾翻的风险。另夕卜，第一端56a相对于第二端56b的向下和向后动作用于缩短臂56的第一端56a和第二端56b之间的水平距离，并且由此改进机器10的牵引。
当臂56的第二端56b位于图6的第三象限(III)内时，向下作用在杆54上的合力F会导致臂56的第一端56a相对于第二端56b向下和向前转动。该转动使力F的作用位置向前朝向前空转轮34运动或者甚至运动经过前空转轮34，由此增加机器10倾翻的风险。另外，与第三象限相关联的转动导致臂56的第一端56a和第二端56b之间的水平距离较长，这是不期望的并且能够减小用以保持杆54处的设定反作用力矩所需的力P。当臂56的第二端56b位于图6的第四象限(IV)中时，向下作用在杆54上的合力F可以导致臂56的第一端56a相对于第二端56b向下和向后转动。该转动使力F的作用位置向后运动，由此降低机器10的倾翻风险。但是，如上所述，臂56的第一端56a和第二端56b之间的水平距离较长是不期望的，并且能够减小用以保持杆54处的设定反作用力矩所需的反作用力P。通过将前扭力轴组件24的臂56和后扭力轴组件26的臂56定位在第二象限(II)中，在作业工具20的加载过程中能够降低倾翻风险并且增大底架22和地面之间的牵引。特别地，所有四个扭力轴组件24、26由于位于第二象限中而能够使合力F的作用位置远离前空转轮34向后运动。另外，所有四个扭力轴组件在第二象限中的位置缩短了臂56的第一端56a和第二端56b之间的水平距离，由此增大了底架22和地面之间的反作用力P。 通过利用套筒轴承50和滚柱轴承52的组合来支承前扭力轴组件24的轴58和后扭力轴组件26的轴58可以实现优点。例如，套筒轴承50有助于保持底架22和框架14之间的适当竖向对准。即，套筒轴承50沿着轴58的被支承长度有助于抵抗底架22相对于框架14向内或向外倾翻的趋势。套筒轴承50还能够径向地支承非常重的载荷并且消耗很少的径向空间。在公开的应用中，在机器10的每侧上仅需要单个套筒轴承50以充分地支承每个底架22。滚柱轴承52能够径向地支承重载荷，并且以非常低的摩擦系数实现径向地支承重载荷。滚柱轴承52还消耗非常少的轴向空间。在公开的应用中，在机器10的每侧上仅需要单个滚柱轴承52，以在与一个套筒轴承50关联使用时充分地支承每个底架22。另夕卜，本发明的悬挂系统包括与两种类型的轴承相关的好处。由于前扭力轴组件24的臂56和后扭力轴组件26的臂56大致平行，机器10的稳定性和控制可以增强。具体地，前扭力轴组件24和后扭力轴组件26的平行布置可以促进当机器10被重加载时臂56的第二端56b围绕第一端56a的大致相等枢转。该大致相等枢转可以提供机器10在重载荷下的水平下垂动作，与非平行扭力轴组件可能出现的向前或向后倾翻截然相反。另外，前扭力轴组件24和后扭力轴组件26的平行布置可以增强经过底架22的前/后载荷分布，这可以增加机器稳定性和牵引，由此对机器操作员提供更好的控制。本领域技术人员清楚可以对本发明的悬挂系统作出各种变型和修改，而不背离本发明的范围。本领域技术人员通过考虑这里公开的悬挂的说明和实践清楚其它实施方式。说明和例子意于被认为仅是示例性的，本发明的真正范围通过权利要求书及其等效指明。
权利要求
1.一种用于机器(10)的悬挂系统(12)，包括 前扭力轴组件(24)，其具有第一杆(54)、在第一端(56a)处连接到所述第一杆的第一臂(56)和连接到所述第一臂的第二端(56b)并且在与所述第一杆相反的方向上从所述第一臂延伸的第一轴(58)； 后扭力轴组件(26)，其具有第二杆(54)、在第一端(56a)处连接到所述第二杆的第二臂(56)和连接到所述第二臂的第二端(56b)并且在与所述第二杆相反的方向上从所述第二臂延伸的第二轴(58)，和 框架(14)，其能够支承发动机(18)并且连接到所述第一杆的端部和所述第二杆的端部; 其中，所述第一臂的第二端和所述第二臂的第二端取向在由坐标系限定的共同角象限内，所述坐标系具有穿过所述第一臂的第一端和所述第二臂的第一端并且与机器的行进方向对准的轴线。
2.根据权利要求1所述的悬挂系统，其中 所述发动机朝向机器的后端定位； 所述机器包括朝向机器的前端定位的作业工具(20);并且 所述第一轴和第二轴比所述第一杆和第二杆更远离机器的前端地定位。
3.根据权利要求1所述的悬挂系统，其中，所述共同角象限的每个包括当从机器的向前行进方向测量时在90度和180度之间的逆时针角范围。
4.根据权利要求3所述的悬挂系统，其中，所述第一臂的第二端和第二臂的第二端取向在当从机器的向前行进方向测量时相对于坐标轴线在大约120-150度之间的范围内。
5.根据权利要求1所述的悬挂系统，其中，所述第一扭力轴组件和第二扭力轴组件基本上平行。
6.根据权利要求1所述的悬挂系统，其中，所述第一臂和第二臂基本上相同，并且所述第一杆和第二杆基本上相同。
7.根据权利要求6所述的悬挂系统，其中，所述第一轴和第二轴具有不同的长度。
8.根据权利要求1所述的悬挂系统，还包括 连接到所述第一轴的端部和所述第二轴的端部的底架(22);和 由所述底架支承并且由发动机驱动的牵引装置(46)； 其中，所述第一轴和第二轴比所述第一杆和第二杆更远离所述牵引装置与地面的接合地定位。
9.根据权利要求8所述的悬挂系统，还包括 连接到所述底架并且能够接收所述第一轴的第一轴承(50);和 连接到所述底架并且能够接收所述第二轴的第二轴承(52)， 其中，所述第一轴承和第二轴承是不同类型的轴承。
10.根据权利要求9所述的悬挂系统，其中，所述第一轴承是套筒轴承，并且所述第二轴承是球面滚柱轴承。
全文摘要
公开了一种用于机器(10)的悬挂系统(12)。该悬挂系统可以具有前扭力轴组件(24)，该前扭力轴组件具有在第一端(56a)处连接到第一杆(54)的第一臂(56)和连接到第一臂的第二端(56b)的第一轴(58)。悬挂系统还可以具有后扭力轴组件(26)，该后扭力轴组件具有在第一端(56a)处连接到第二杆(54)的第二臂(56)和连接到第二臂的第二端(56b)的第二轴(58)。悬挂系统还可以具有框架(14)，该框架连接到第一杆的端部和第二杆的端部。第一臂的第二端和第二臂的第二端取向在由坐标系限定的共同角象限内，该坐标系具有穿过第一臂的第一端和第二臂的第一端并且与机器的行进方向对准的轴线。
文档编号B62D55/108GK103068668SQ201180041267
公开日2013年4月24日 申请日期2011年7月14日 优先权日2010年7月15日
发明者C·E·丹尼尔斯, M·S·费雷伯格 申请人:卡特彼勒公司