用于具有第二液压力控制回路的升降车附件的改进的夹紧力控制系统的制作方法

本申请要求于2016年12月1日提交的美国专利申请no.15/367,002的优先权。

背景技术：

本公开总体上涉及用于诸如升降车的材料搬运设备和/或升降车附件中的液压阀回路，更具体地，涉及适于控制诸如夹臂的横向可移动构件的负载抓持力的液压阀回路。

例如，用于在仓库中将负载从一个地方移动到另一个地方的升降车(或类似的材料搬运车辆)通常配备有具有负载升降构件、比如夹臂的附件，其被安装到可移动地附接至升降车桅杆的托架。各种不同类型的附件可被安装在升降车的托架上。例如，鼓状物夹紧用叉齿可以包括特别适用于夹紧桶状物或鼓状物的轮廓。类似地，夹臂可以进行不同地设计以用来搬运矩形或圆柱形负载。更具体地，适于搬运诸如堆叠的箱盒或家电的矩形负载的夹臂通常被称为箱盒夹具，并且依赖施加到矩形负载侧面的夹紧力来提升负载。箱盒夹具附件通常包括一对大的刀片形夹具构件，每个夹具构件可以插入并排的箱盒或电器堆叠体之间。然后将位于负载任一侧上的夹具构件拉到一起，通常利用液压缸来控制夹具构件的运动，以在负载上施加具有足够压力的压缩力，以允许使用与负载的两侧压缩接合的夹具构件来提升负载。

箱盒夹具最常用于仓储，饮料，家电和电子工业，并且对于特定类型的负载可以进行特殊设计。例如，箱盒夹具可配备有接触垫，接触垫的尺寸设计成以无托盘方式搬运冰箱，洗衣机和其他大型家电(也称为“白色货物”)。在各种配置中，箱盒夹具可用来一次搬运多个电器。这些一般类型的设备以及在下文中更具体描述的那些构成本文所述的液压回路意于在其中使用的示例性应用。

非常希望控制夹臂被移动以接合并随后提升负载的过程，以避免由于过度夹紧而损坏负载。对负载的损坏可能以各种方式发生。操作者在试图抓住负载和提升被夹紧的负载时可能使用了太小的夹紧力。结果，负载可能会从夹紧构件上脱落并遭受冲击损坏。更可能的情况是操作员使用了过大的夹紧力以避免负载掉落。使用过大夹紧力的结果可能是将负载压碎或变形。

如能够容易地理解的，控制夹臂的夹紧力可能是非常复杂的任务，因为提升不同类型或不同数量的箱盒需要不同的夹紧力。例如，在大型消费品供应商的设施中使用的夹臂可能会遇到洗碗机，洗衣机，干衣机，冰箱，计算机，家具，电视等。因此，夹具可能会遇到具有类似的外观和尺寸、但包含由于负载特征(例如重量，易碎性，包装等)不同而具有不同的最佳最大夹紧力要求的产品的箱盒。此外，即使在设施存储的货物类型数量有限时，夹具可以用来同时移动四个冰箱箱盒，然后移动单一洗碗机箱盒，最后移动单一的另外冰箱箱盒，呈现的不同的负载几何形状也具有不同的最佳夹紧力要求，与由于箱盒内负载的特征造成的不同的最佳夹紧力要求区分开。

因此，用于夹臂的液压控制系统通常在对负载的夹紧上施加自动可变的限制，不但在夹紧力上，而且在与负载接合的表面能够被闭合至与负载初始接触的速度上。然而，用于由负载搬运夹具施加的力的现有控制系统通常不足以防止对负载的损坏。因此，期望的是一种改进的控制系统，用于可变地限制由夹臂施加到正在被抓持的负载的夹紧力。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且为了显示如何可以实现本发明，现在通过示例的方式参考附图，其中：

图1示出了示例性箱盒夹具附件，其具有四个用于感测施加到被抓持负载的力的囊状物。

图2示出了用于图1的箱盒夹具附件的液压控制回路。

图3示出了说明图1的液压控制回路的操作的流程图。

图4示出图2的液压控制回路正在被用来夹紧箱盒，同时图1中所示的所有四个囊状物都接触该箱盒。

图5示出图2的液压控制回路正在被用来夹紧箱盒，同时图1中所示的囊状物只有一个接触该箱盒。

图6示出，对于不同的囊状物接触负载的情况，由图2的控制系统施加的理论最大夹紧力和由该控制系统施加的实际最大夹紧力之间的比较。

图7示出了用于囊夹的控制系统的替代操作。

图8示出了实现图7的系统的液压控制回路。

图9示出了包括图8的附件阀组件的液压回路。

具体实施方式

参考图1，箱盒夹具附件10可包括两个相对的夹臂12和14，每个夹臂可滑动地连接到托架16的任一侧，托架16能够选择性地安装到工业升降车的桅杆。夹臂12和14用于通过致动被安装到托架16的多个液压缸18，19来交替地抓持和释放诸如箱盒的负载，每个缸18，19具有安装到相应夹臂12，14的杆。

附连在每个夹臂12和14的内表面的是多个囊状物20，其被填充加压的液压流体，例如水，并被用于感测夹臂12和14抓持负载的力。如在本说明书中所使用的，术语“囊状物”是指任何这样的装置，其被填充流体、并且响应于外力而趋于收缩以增加该流体的压力、并且响应于增加的流体内部压力而趋于膨胀并且增加施加于囊状物压靠在其上面的物体的任何力。因此，术语“囊状物”可包括波纹管，液压缸等。

如下面进一步详细说明的，当夹臂12，14抓持箱盒时，囊状物20中的压力上升并通过线路22传递到压力感测回路，当感测到囊状物中的压力上升到阈值以上时，所述压力感测回路防止夹臂12和14对负载施加额外力。

具体而言，图2示出了用于操作箱盒夹具附件10的液压控制回路50。液压控制回路50具有附件阀组件52，附件阀组件52经由附接到连接部(connection)54的流体线路从升降车接收加压的液压流体并且经由附接到连接部56的流体线路将液压流体返回到升降车。当夹臂12和14闭合以便抓持负载时，附件阀组件52的端口72分别通过线路70，68和69将高压流体输送到缸18和19的杆侧；当高压流体使那些缸的杆缩回以使夹臂12和14靠近一起时，较低压力的流体从缸18和19排出并且分别经由线路64和66、通过端口60和62返回到附件阀组件52。相反，当夹臂12和14打开时，例如为了释放负载，可以通过线路64和66将高压液压流体提供到缸18和19的活塞侧，同时低压流体从缸18和19排出并且经由线路71、通过球止回阀73、通过端口72返回到附件阀组件52。

一旦通过附连到夹臂12和14的囊状物20感测到阈值压力，液压回路50即自动防止进一步的压力通过线路72供应到缸18和19。具体地，填充阀74用于将囊状物20预加压至参考压力，比如5psi，例如使用诸如水的流体。随着加压的流体被供应到缸18和19并且夹臂12和14已经向内移动以便接触负载，囊状物20中的压力迅速增加并且通过线路76传递到操作弹簧加载的凸轮78的波纹管77。一旦该压力达到由弹簧79的力确定的阈值压力，旋转阀80即旋转到防止加压的液压流体通过线路70供应到缸18和19的位置，防止了缸18和19抵抗着负载而进一步向内缩回。本领域内普通技术人员将理解，在旋转阀80旋转到关闭位置的情况下，缸18和19仍然可以远离负载而启动(open)，因为止回阀73允许流体从这些缸向回排放到附件阀组件52的端口72。液压控制回路50的详细操作在于2012年9月5日提交、并于2013年3月7日公布的美国专利申请公开文献no.2013/0058746中提供了，其内容被通过引用方式整体并入本文。

图3概述了液压控制回路50的操作。在步骤100中，夹臂12，14朝向彼此闭合，直到它们在步骤102中分别接触负载。在步骤104中夹紧力被增加。在步骤106中，使囊状物20中的压力与阈值进行比较；如果已经达到该阈值，则将截止阀80旋转到关闭位置，否则程序返回到步骤104并且进一步增加夹紧力。

图2中所示的液压控制回路50在许多情况下不能高效地操作。参考图4，例如，假设：(1)夹臂12和14正在抓取与所有囊状物20都接触的负载；(2)囊状物分别抵靠在负载上的接触面积为20平方英寸；(3)作用在负载上的适当夹紧力是1920lbs，这样截止阀80关闭的阈值压力是12psi。因为，在这种假设下，所有囊状物相对于彼此均匀地压靠在负载上，所有囊状物中的压力应该一致地上升直到达到12psi，此时截止阀80旋转到关闭位置，控制回路50应该理想地操作。

然而，很少情况是所有囊状物都一致地压靠在负载上。例如，其中一个夹臂可能在另一个夹臂接触负载之前接触负载，因为操作者没有对称地接近负载，在这种情况下，负载可能在地板上滑动一小段距离之后所述另一个夹臂才接触负载。在这种情况下，囊状物中的压力可能会达到峰值并中断夹臂的闭合运动。此外，夹臂12和14通常配置有内八字部或前内倾部(toe-in)，这使得这四个囊状物在夹臂12和14前部接触负载之后，这四个囊状物在负载的后部才接触负载。这也可能导致过早地中断夹臂12和14的闭合运动的压力峰值；因为负载上的力与接触负载的囊状物20的数量乘以囊状物20中的压力成正比，所以截止阀80可能会在所有囊状物20接触到负载以向负载施加完全夹紧力之前达到阈值切断压力。

刚刚提到的问题可以通过在每个囊状物的出口处包括限制器来改善，这延缓各囊状物之间的压力均衡，即限制器在囊状物内部压力和囊状物出口后面的压力之间产生暂时压力差。然而，使用这种限制器趋于导致夹紧力的过冲(overshoot)超出在提升时保持负载所需的过冲。参考图5，例如，当抓取不接触夹臂12和14的整个区域的负载时，与负载接触的囊状物中的压力比不接触负载的囊状物中的压力上升得更快，并且因为线路76反映了每个夹臂的顶部内部囊状物出口下游的压力，所以使波纹管膨胀的压力暂时落后于接触负载的囊状物中的压力。因此，当达到阀80的截止(shutoff)压力时，囊状物20和线路76中的压力仍然相等；线路76中的压力将上升，波纹管78将膨胀，并且与负载接触的那些囊状物20中的压力(以及因此是夹紧力)将下降。因为最终均衡后的压力必须足以维持足够高的夹紧力以提升负载，这意味着限制器的使用需要以比升高负载所需的力更大的力来临时地夹紧负载，冒着可能损坏负载的风险。

图6示出了使用限制器过冲夹紧力的程度。从该图中可以看出，位于每个夹臂12和14上的仅仅一个囊状物将与正被升高的负载接触，夹紧力可能被过冲所需夹紧力的288％，即72％除以25％。即使在两个囊状物都接触正在被升高的负载的情况下，夹紧力也会被过冲升高该负载所需的约165％。

图7概述了设计用于操作箱盒夹具附件10的液压控制回路的改进过程。在步骤200中，夹臂12和14被朝向负载闭合，在步骤210中，夹臂接触负载。一旦夹臂接触到负载，夹臂即在步骤220中以高压、但低力夹紧负载，同时在步骤230中所有囊状物20中的压力被控制回路充注阈值压力，利用提供给缸12和14的压力。一旦达到阈值压力，则在步骤240中关掉(shutoff)夹紧压力。

图8示出了利用图7中所示的过程操作箱盒夹具附件10的液压控制回路400。在图8的回路中，优选使用小直径定位缸424和426来代替图2中所示的液压缸18和19。小直径定位缸424和426允许快速的夹臂速度和在初始低力下夹紧的能力。但是，本领域普通技术人员将理解，液压回路400也可以用夹具缸操作，例如图2中所示的那些18和19。

液压控制回路400具有附件阀组件402，附件阀组件402经由附接到连接部404的流体线路从升降车接收加压的液压流体，并且经由附接到连接部406的流体线路将液压流体返回到升降车。当夹臂12和14闭合以便抓持负载时，附件阀组件402的端口408和410分别通过线路412和414将高压流体输送到缸424和426的杆侧；当高压流体使那些缸的杆缩回以使夹臂12和14靠近在一起时，较低压力的流体分别从缸424和426排出并经由线路420和422、通过端口416和418返回到附件阀组件402。相反，当夹臂12和14打开时，例如为了释放负载，高压液压流体可被通过线路420和422提供到缸424和426的活塞侧，同时低压流体从缸424和426排出并且通过端口408和410返回到附件阀组件402。

一旦阈值压力被提供给附连到夹臂12和14的囊状物20，并且囊状物接触并向负载施加夹紧力，液压回路400即自动防止进一步的压力被通过线路408和410供应到缸424和426。具体地，填充阀430用于利用诸如水的流体来填充囊状物20。随着加压的流体被供应到缸424和426、并且在夹臂12和14已经向内移动以接触负载之后，囊状物20中的压力被充注系统434通过线路432充注到阈值压力。一旦达到阈值压力，即防止更多的加压液压流体通过线路412和414供应到缸424和426，从而防止了缸424和426抵抗着负载进一步向内缩回。

充注系统434在图8中示意性地示出为具有活塞和杆的简单液压缸，但在许多应用中，其他充注系统可能是合适的。例如，在许多实施例中，可能希望使用水填充并随后加压囊状物20，而附件阀组件使用油向其附接的部件供应压力。在这样的实施例中，可能希望使用这样的充注系统，该系统通过使用多个元件来避免向公共液压缸供应油和水两者，比如驱动充满水的波纹管的油加压缸。

图9示出了实现图8的系统的示例性附件阀组件402。附件阀组件402可从升降车的贮存器472接收液压流体，并由升降车上的泵470加压。双向阀474可由升降车的操作者使用，用于选择性地将加压流体引导至连接部404和将未加压流体返回至连接部406，以便闭合夹臂12和14，或者可选地用于选择性地将加压流体引导至连接部406和将未加压流体返回到连接部404，以便打开臂12和14。

当加压流体被提供给控制阀组件402的连接部404、以初始使夹臂12和14朝向负载一起移动时，加压流体迫使单向阀450和452打开，以便使定位缸424和426的杆缩回并使夹臂12和14朝向负载闭合。定位缸424和426分别优选被构造成以高压提供相对低的力。最初，囊状物20处于缩回和/或紧缩状态，使得当夹臂12和14接触负载时作用在负载上的力比作用在囊状物上的力上升得更快。线路451中的压力将快速上升，直到达到由减压阀454的弹簧设定的阈值压力，此时减压阀454将打开。在示例性实施例中，例如，减压阀454的弹簧被构造成当横跨减压阀454两端的压差为1700psi时打开该减压阀454。

因为，一直到减压阀454打开的时候，由定位缸424和426施加的力主要由负载、而不是囊状物吸收，当减压阀454打开时，囊状物中的压力开始增加。这导致定位缸的压力反应性的(reactionary)增加，其关闭单向阀452，将定位缸424和426锁定在位并防止它们移离彼此。然而，单向阀450不关闭，因此由升降车提供至线路451的进一步压力将通过囊状物充注系统434对囊状物20加压，使囊状物膨胀并且肯定地增加夹臂12和14作用在负载上的抓持力(而不是对夹臂的进一步闭合运动起反应地加压)。换言之，囊状物充注系统434独立于夹臂12和14的进一步向内运动而增加负载上的抓持力。可以通过囊状物充注系统434增加夹紧压力和相应的抓持力，直到达到线路451中的上切断(cut-off)压力，之后夹具释放阀460打开并防止线路451中任何进一步压力增加。

当升降车的操作者启动双向阀474以释放负载时，线路453中的压力打开先导控制阀450和452，使得加压流体可使夹具缸424和426扩张以使夹臂12和14彼此远离移动，同时流体从线路451排出。然后减压阀454将关闭。在一些优选实施例中，附件阀组件402包括分流回路462，其确保夹具缸424和426之间的流量相等；以及旁路回路464，其确保在出现没有流体流入或流出其中一个缸424或426的情况下(例如，当一个夹臂接触负载之后另一个夹臂再接触负载时可能出现)，流入或流出一个缸的流量可以转移到分流回路的另一侧。

充注系统434优选地包括第一充注缸456，其使用加压油来加压第二充注缸458中的水，第二充注缸458被连接到囊状物20。第一和第二充注缸456和458中的每一个都具有压缩弹簧，一旦操作者打开夹臂12和14，压缩弹簧即打开单向阀450和452以通过线路541排放未加压的流体，通过将流体从缸456排回到附件阀组件402中而使囊状物中的流体减压。

因为，一直到减压阀454打开的时候，由定位缸424和426施加的力主要由负载、而不是囊状物吸收，本领域普通技术人员将认识到减压阀454打开时的阈值压力优选被设定得足够低，使得在该压力下定位缸424和426所提供的力不会对负载造成损坏。类似地，本领域普通技术人员将理解，除了图9中所示的充注系统之外，还可以使用其他充注系统。例如，可以使用单一缸，例如图8中所示的。

应当理解，本发明不限于已经描述的特定实施例，而是可以在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行变化，如按照现行法律的原则解释的，包括等同原则或将权利要求的可执行范围扩大到超出其字面范围的任何其他原则。除非上下文另有说明，否则在权利要求中对一元件的实例数量的引用，无论是对一个实例还是对多个实例的引用，至少需要所列出的该元件的实例数量，但不意于从权利要求的范围中排除比所列出的该元件的实例更多的实例的结构或方法。词语“包括”或其衍生词当在权利要求中使用时以非排他性的意义使用，并非旨在排除在所要求保护的结构或方法中的其他元件或步骤的存在。