具有重量转移的折叠工具框架的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种折叠工具框架，其在田地使用位置时具有七段，并且在被折叠时具有九段。框架设计允许宽度大于27米的框架被折叠到宽度少于8米和高度小于6米的运输位置。液压系统被用来在折叠和展开过程中转移重量到主或中央框架部，以提升框架稳定性。液压系统采用一个或多个贮存器，以尽量减少在拖拉机油箱中的由于工具的液压缸的伸出而减少的油量。通过设置第二辅助缸以在整个工具重量是在主要部分上时提升框架主要部分，并且允许使用较小缸用于在田地使用位置中提升框架主部，以便当在田地里转向时以较短的循环时间提升和降低工具，从而工具提升和降低循环时间被最小化。
【专利说明】具有重量转移的折叠工具框架
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种工具框架，并且特别地，公开了一种用于农业工具的框架。
【专利附图】
【附图说明】
[0002]图1是示出的主 部和多个翼的工具框架的顶视图；
[0003]图2是在两个翼之间的锁定铰链组件的侧视图，其中，铰链组件处于锁定的田地使用位置；
[0004]图3是图2的锁定铰链组件的透视图。
[0005]图4是图2的锁定铰链组件的侧视图，其中，铰链被解锁并且处于折叠位置；
[0006]图5是图1的框架的后视图，示出了处于田地使用位置的左侧；
[0007]图6-8是与图5类似的框架的后视图，示出了左侧框架，说明折叠顺序；
[0008]图9是框架的后视图，示出了处于折叠运输位置的整个框架；
[0009]图10是用于框架折叠的重量转移系统的液压示意图；
[0010]图1OA是用于框架重量转移系统的替代的液压示意图；
[0011]图11是在伸出液压缸杆到未折叠框架时用于减少从拖拉机交换的油的量的油交换减少系统的液压不意图；
[0012]图12是油交换减少系统的代替实施例的液压示意图；
[0013]图12A是油交换减少系统的进一步替代实施例的液压示意图；
[0014]图13是主框架部分的侧视图，示出了处于框架降低位置的框架提升轮组件；
[0015]图14是类似于图13的侧视图，其中，框架处于提升位置；
[0016]图15是主框架部分提升轮组件的透视图，示出主框架辅助器(helper)提升缸；
[0017]图16是示出主框架辅助器提升缸回路的液压示意图；和
[0018]图17是用于主框架提升缸的代替的液压回路的液压示意图。
【具体实施方式】
[0019]在图1中显示农具20。工具10是用于空气车(air cart)的空气锄头钻，用于种植种子。然而，本发明可以应用于任何类型的工具，并且不仅限于空气锄头钻，或者甚至不限于农具。工具10包括框架22 (包括在下面更详细地描述的多个部分)、多个轮组件和拖挂24(用于将工具连接到诸如拖拉机的牵引机以沿着地面在由箭头26所示的行进方向上移动工具)。工具20可以直接连接到拖拉机，或连接在空气车的后面，该空气车依次连接到拖拉机。
[0020]框架22具有主部或中央部30，拖挂24连接到主部或中央部30。主部被支撑在前部和后部主轮组件32上。轮组件被安装在转臂上，以使框架22相对于地面升高和降低。框架主部具有分别地相对于行进方向的左和右侧34和36。
[0021]多个左和右翼从中央部30伸出。为清楚起见，只有右侧翼示于图1中。左侧是右侧的镜像。整个框架都示于图5-9中。左和右第一或内翼40在内翼的内端44处可枢转地连接到主部的左和右侧。每个内翼可围绕各自的内翼轴线46枢转，并且每个内翼具有外端48。内翼被支撑在邻近内翼40的外端48的翼轮组件42上。内翼的外侧是左边和右边中间或第二翼50。中间翼50分别具有内端和外端54和58，并且在其内端54处被可枢转地安装到内翼的外端48，以围绕中间翼轴线56转动。中间翼不具有支撑轮组件。
[0022]中间翼的外侧是左和右刚性翼70。刚性翼70具有内端74和外端78。刚性翼被可枢转地连接到中间翼的外端，用于围绕刚性翼轴线76转动。刚性翼在外端处由翼轮组件72支撑。刚性翼通过如下文详细描述的锁定铰链组件100连接到中间翼。锁定铰链组件保持刚性翼在位置上，以防止在工具处于图1和5中显示的田地田地使用位置时围绕刚性翼轴线76转动。中间翼和刚性翼作为单个单元动作，翼轮组件72支撑中间翼和刚性翼两者。
[0023]刚性翼的外侧是左和右外翼80。外翼分别地具有内端和外端84和88，并且在其内端处可枢转地连接到刚性翼部70的外端。外翼围绕外翼轴线86转动。翼轮组件82在其外端88处支撑外翼。
[0024]参照图2-4描述的锁定铰链组件100。枢转接头102连接刚性翼70到中间翼50并且限定刚性翼轴线76。导向臂104具有在枢转接头108处连接到中间翼的一端106。导向臂104的另一端通过枢轴接头110被连接到液压缸112的杆114。缸112的盖端在枢轴接头116处被连接到中间翼。连接臂120还在枢转接头110处连接到杆114和导向臂104。连接臂120的相反端122在枢轴接头124处被连接到刚性翼70。随着杆114被缩回，枢轴接头110的路径被导向臂104控制。连接臂与导向臂104—起移动。这将导致刚性翼围绕刚性翼轴线76转动，以从示于图2和3的田地田地使用位置，提升刚性翼到示于图4的折叠运输位置。在图2中所示的田地使用位置中，缸112中的压力保持刚性翼在位置上，其中，刚性翼的表面126稳固定地抵靠中间翼的表面128。
[0025]图1和5中显示的工具20处于田地使用位置中，其中框架的主部和翼在水平方向上大致彼此对齐。当示出为大致水平时，这是在放置在水平地面上时。内翼被允许围绕内翼轴线46作一定量的转动，以允许内翼跟随地面轮廓。同样地，连接的中间翼和刚性翼被允许围绕中间翼轴线56作一些转动，而外翼被允许围绕外翼轴线86转动，全部跟随地面轮廓。
[0026]设置多个液压缸中以从图1和5的田地使用位置折叠工具20至图9中所示的折叠运输位置。折叠顺序说明如下。液压缸140被连接到框架主部30和内翼40。缸140的缸杆被连接到内翼上的支架142的槽144中。杆到支架的开槽的连接允许在工具在地面上移动时，内翼围绕内翼轴线的有限转动，以使工具跟随地面轮廓。同样地，液压缸150被连接到内翼40和中间翼50。液压缸180被连接到刚性翼和外翼。缸150和180的杆的开槽连接允许如上所述的翼的有限运动，使得翼跟随地面轮廓。
[0027]工具20从田地使用位置折叠到折叠运输位置实现如下。首先，框架相对于轮组件降低。折叠顺序然后开始，并且框架提升到其最上面位置。如果地面作业工具28是可伸缩设计的，地面作业工具28然后缩回。折叠通过第一致动缸180开始，以围绕外翼轴线86转动外翼80。外翼转动约180度到一个位置，在该位置中，如图6所示，外翼覆盖在刚性翼上。外翼轮组件82然后相对于框架缩回，即，轮组件相对于框架被移动到在框架降低在田地使用位置中时轮组件所在的位置。
[0028]在铰链组件100仍然锁定的情况下，中间翼50和刚性翼70作为固定单元一起提升。中间翼和刚性翼通过缸150的致动提升，并且一起提升，直到中间翼50提升到约20度角。在这样做之前，缸140被缩回，以施加提升力在内翼40上。提升力不足以提升内翼，但将重量从内翼转移到中央部30。这在折叠过程中提升了框架的稳定性，并且还减少在内翼轮组件42上的负载。这种重量转移在下面更详细描述。在中间翼提升20度以后，锁定铰链100通过缸112的操作被释放，并且刚性翼围绕轴线76转动约90度，以沿相对于中间翼大约成直角的方向延伸。缸150被进一步致动以围绕中间翼轴线56转动中间翼部50共约90度到图8中所示的位置。现在中间翼向上伸出，刚性翼在内翼之上横向伸出，并且外翼在内翼和刚性翼之间。刚性翼轮组件72然后相对于框架缩回。
[0029]折叠顺序的下一个步骤是缸140的致动以现在转动内翼约90度到如图9所示的折叠运输位置。内翼轮组件42然后缩回。内翼现在向上伸出，中间翼向内横向伸出，刚性翼向下伸出，并且外翼在中间翼下方和在内翼和刚性翼之间向上伸出。在折叠操作期间，外翼从田地使用位置转动总共约450度到折叠运输位置。刚性翼从田地使用位置转动270度到折叠运输位置。中间翼从田地使用位置转动180度到折叠运输位置，而内翼从田地使用位置转动90度到折叠运输位置。
[0030]要折叠工具，锁定铰链100被解锁，允许刚性翼围绕刚性翼轴线76相对于中间翼转动。工具框架22在田地使用位置中操作为七段框架，并且在折叠运输位置操作为九段框架。这使得工具被折叠到用于运输的、与如果其保持七段框架相比较小的配置。如前所述，中间翼不具有连接到其上的轮组件。翼轮组件只安装到在折叠运输位置中垂直定向的翼。因为没有轮组件从中间翼向上伸出，这有助于最大限度地减少工具在折叠运输位置中的整体高度。在内翼上的翼轮组件42横向伸出并且根据工具和轮组件的大小可能会增加运输器30的览度，而不是闻度。
[0031]工具框架，通过在田地使用位置具有七段和在折叠运输位置具有九段使得框架可以被构造成:在田地使用位置中宽度大于27米，但是被折叠到宽度小于8米和高度小于6米的运输位置。所示工具在使用位置中具有96英尺宽度，并且在运输位置具有23英尺宽度和18英尺高度。这略小于在美国专利号7，497，269中所公开的75英尺宽的框架的运输尺寸。与’ 269专利的机器相比，在运输尺寸`没有任何增加的情况下，这获得了这样一种机器，其在田地应用中每道次覆盖的面积显着地更大。
[0032]在图10中显示了工具20的液压系统的部分。由于工具上的翼的数量，在折叠运输位置和田地使用位置之间转动中间翼部50时，有益于工具的稳定性，并且减少在内翼轮组件42上的负载，以从内翼转移重量40到主部30。在上文框架的折叠相关的内容中提到了重量转移。重量转移通过示于图10的液压回路完成。液压管路200和202连接到拖拉机液压系统以供送油到内翼缸140和到中间翼缸150。阀204和206控制油到内翼缸140和从内翼缸140的流动。阀214和216控制油到中间翼缸150和从中间翼缸150的流动。为了从折叠运输位置展开框架22到田地使用位置，内翼缸首先通过打开阀204、206伸出。油通过管线200被供给到缸140，并且通过管线202从缸返回。这一过程使内翼围绕内翼轴线46从图9中的垂直的运输位置旋转到图8的大致水平的使用位置。阀204和206然后关闭。阀214和216然后打开以伸出中间翼缸150。这样做的同时，油压压力通过调节阀218传递到内翼缸140的杆端，而先导操作止回阀220被打开，以允许油从内翼缸的帽端流动。这使内翼缸140的杆缩回到狭槽144的端部。缸140中的压力在内翼上产生提升力，但是压力通过阀218调节，以使其不足以提升内翼。这样，重量从内翼转移到主部。在主部上增加的重量在中间翼的展开过程中保持工具稳定，并且减少由内翼轮组件42承载的负载。
[0033]图1OA示出用于实现重量转移的代替的液压系统。这里，系统通过使用电磁控制阀222和224被电动液压控制，电磁控制阀222和224控制油流回到内翼缸控制器140，用
于重量转移。
[0034]重量转移到主部30在折叠操作过程中也是有利的。这是通过打开全部阀204、206、214、216和通过管线202供油和通过管线200回油实现的。缸杆全部缩回，直到它们到达狭槽的端部。内翼缸140中的压力在内翼上推动和转移重量到主部。实际提升内翼所需要的压力大于提升中间翼所需要的压力，使得中间翼缸150将继续缩回，同时内翼缸保持固定。一旦中间翼完全转动，液压压力将增加，直到足以缩回内翼缸140的杆，并且因而提升内翼。尽管优选的是在内翼上施加提升力以用于重量转移而不实际地提升内翼，但是，也可以在折叠中间翼之前略微提升内翼。
[0035]之所以需要将重量在折叠过程中转移到主部，是因为在折叠中间翼时，大的重量被移动。重量转移不限于九段框架，而是还可以用于其他框架结构。九段框架，由于其尺寸，在折叠中间翼时，需要提升大的重量。重量转移是有利的。但是，如果框架足够沉重，在少于九段的框架上也仍可使用重量转移。
[0036]当伸出液压缸的杆时，被引入缸的盖端的油比从缸的杆端放出(given up)的油更多。油体积的差异是杆本身 的物理容积。在使用具有许多大的缸的工具20以折叠框架的情况下，为伸出全部缸从而展开工具所需的进入缸的盖端的比从杆端流出的额外的油量，可能超过能够从拖拉机液压系统油箱获得的油的量。
[0037]为了避免从拖拉机油箱获得太多的油，工具液压系统包括一个或多个贮存器250(图11)。当杆缩回时，贮存器存储来自拖拉机的油的一部分。这导致来自拖拉机的油的量更相等于从缸的端盖返回到拖拉机的油量，从而减少拖拉机油箱中的油位的变化。然后，当杆伸出并且比从杆端流出更多的油流入缸的盖端时，贮存器将油返回到拖拉机。来自贮存器的油与来自缸的杆端的油的结合，更紧密地匹配流入缸的盖端的油。这再一次减少油箱油面的变化幅度。其结果是，在拖拉机油箱中油面高度的变化在可接受的限度内。
[0038]所附的示意图显示了工具液压系统。拖拉机的选择控制阀(SCV) 252和254控制油流入和流出工具。为了缩回缸(如这里所显示的缸256)的杆，油从拖拉机SCV252流入。油流通过机械分流器258分开。在本实施例中，分流器258包括通过轴264绑在一起的两个齿轮马达260、262。两个马达的排量被固定并且由此确定油分流的比例。例如，马达可以确定尺寸以分流油流85 / 15。可以使用任何所希望的比例。在这个例子中，15%的油流到贮存器250，而85%的油通过单向阀266流到缸256的杆端。在管线268中的压力打开在连接到缸256的帽端的管线272中的先导操作阀270。这允许油流通过到拖拉机油箱的SCV254返回到拖拉机。由于来自拖拉机的油的一部分被分流到贮存器，需要更多的油以使缸缩回，从而，在如果没有贮存器的情况下，来自拖拉机的油更相等于之后返回到拖拉机的油。
[0039]为了伸出杆，油通过SCV254流入。在管线272中的压力打开先导操作阀274，允许缸的杆侧的油通过分流器流回到拖拉机。在管线272中的先导压力打开止回阀276，从而允许在贮存器中的油也通过分流器流回到拖拉机。这产生到拖拉机和来自拖拉机的更相等的油流，使得在油箱油面中的净变化在可接受的范围内。液压系统组成部分的其他布置可以被用于实现相同功能。
[0040]一种替代性的液压系统布置是在工具上增加在相反方向上操作的平衡缸，使得在主动缸256的杆缩回时，平衡缸上的杆伸出。参见图12。在那里，当主动缸256的杆缩回时，平衡缸257的杆伸出。在这种方式下，平衡缸动作为贮存器，而不需要分流器。当一个缸抽入比其排出更多的油时，另一个缸排出比其抽入更多的油。在这样的系统中，如果存在平衡缸用于每个主动缸，在拖拉机油箱液面中就没有变化。平衡缸必须每一端都锚定在到结构上，以确保它们随主动缸移动并且在没有适当油压的情况下不伸出或缩回。图12A显示使用平衡缸作为油箱的代替的示意图。在这里，，平衡缸278通向大气，其中，压力由压力调节阀280控制。可以使用所示双电机以外的其他类型的分流器。需要上述系统去减少与拖拉机交换油的量，因为工具20意图被连接到诸如拖拉机的单独的牵引机。这确保工具与广泛的拖拉机的最大相容性。如果该框架是自推进式车辆的一部分，车辆液压系统将使油箱的尺寸被设定为具有足够容量以伸出全部液压缸。
[0041]轮组件通过枢转臂连接到它们各自的框架部分，其中，所述枢转臂被可转动地安装到主部或翼，以使框架能够相对于地面提升和降低。枢转臂300通过限定了轴线304的枢轴接头302安装到主部。主轮组件32被连接到枢转臂。如果枢转臂300如在图13中所示被顺时针转动，则框架的主部30被向上提升。没有被显示的连杆将前轮组件32上的枢转臂300连接到在后轮组件上的枢转臂303，以使框架的前部和后部一起升高和降低。这种连杆一般是已知的。
[0042]框架在田地中每个道次结束时被提升，以使工具转向。一旦转向，框架降低以重新接合地面中的工具。在运输到田 地或者从田地运输时，框架也被提升以支撑工具离开地面。当在被折叠运输位置升高时，工具的所有的重量由在框架主部30上的主轮组件32承载。要承载较大负载，主轮组件32比翼轮组件更大。同样地，移动枢转臂300所需要的液压缸将大于枢转承载翼轮组件的臂的缸。然而，使用越大的缸，就需要更多的油流入和流出缸，以伸出和缩回缸杆。即使在田地使用位置中在框架主部轮组件上的重量较低时，在主轮组件上使用大缸，将必然在每道次结束处转向时需要较长的提升和降低时间。较长的提升和降低循环时间减少机器生产率。为了避免增加的循环时间，主要轮组件32设置有两个液压缸用于提升。一个液压缸306的尺寸被设定，以便在处于田地使用位置时提升主部，并且只有主部的重量需要通过缸306支撑。设置第二辅助缸308以增加承载能力，以当框架处于折叠运输位置时支撑主轮组件上的负载。
[0043]缸308通过摆动臂310连接到枢转臂300，摆动臂310通过接头312可枢转地安装到枢转臂300。摆动臂310允许枢转臂300仅在需要时通过液压缸306的操作移动。然而，当希望使用两个液压缸306和308以提升框架时，摆动臂310靠着固定到枢转臂300的管314支撑，以转动枢轴臂和提升框架。
[0044]在图16中显示，用于操作缸306和308的液压示意图。主阀320打开以伸出主框架缸306的杆和翼缸，以提升框架。第二阀322控制辅助缸308的操作。在两个阀都打开的情况下，两个缸被致动。在只有阀320打开的情况下，只有阀306被致动。当框架在降低位置的情况下启动折叠顺序时，阀322被打开。框架折叠的启动在上文中与折叠顺序有关描述中被提到。然后，在框架被提升时，致动缸306和308两者被致动以提升框架。这在提升框架时将摆动臂310旋转为接触管314。
[0045]“辅助提升缸”另一种布置示于图17。这个布置只在两个前轮组件的每一个处需要单个液压缸354，以提升框架30的主部。油通过连接到拖拉机的选择控制阀(SCV)的管线350,352供给和返回。为了伸出提升缸354的杆，阀356被打开，允许油从缸的杆端流动，和油流入帽端以伸出杆。在提升框架用于折叠时，这被使用。然而，在田地中，在提升和降低框架用于转向时，打开再循环阀358和关闭阀356。这允许油在提升时从缸354的杆端流动到达帽端。从拖拉机通过管线350需要的唯一的油是用于杆的体积的油。因此，因为只需要少量的油，提升框架所需的时间减少。当降低框架时，阀356保持关闭和阀358被打开。油通过阀358从帽端流动到杆端。多余的油，(杆的体积)通过管线350被返回到拖拉机。
[0046]虽然用于减少的提升和降低循环时间的这种替代回路显示为只具有提升缸354，两个较小的缸可以平行地布置在回路中以代替一个大的缸。根据特定的缸尺寸，两个较小的缸可能会比大的缸更便宜。图16的缸306、308和相关的安装结构构成液压致动器组件。同样地，图17的缸354构成液压致动器组件。
[0047]如上所述的液压系统在第一和第二模式中操作液压致动器组件。在第一模式中，液压致动器组件以第一速度移动枢杆。在第二模式中，液压致动器组件以第二速度移动枢转臂。通过使用如图16所示的液压系统的实施例，第一种模式是只有阀320打开并且缸306以更快的速度操作。在第二模式中，打开阀320和322两者，并且两个缸306、308以第二、较慢速度操作。通过使用如图17所示的液压系统的实施例，具有更快速度的第一模式是阀358打开并且阀356关闭。第二、较慢速度模式是阀358关闭和阀356打开。 [0048]根据描述的实施例，在不背离所附权利要求限定的范围的情况下可以进行各种修改，这将变得很明显。
【权利要求】
1.一种折叠工具框架的方法，所述框架被支撑在沿行驶方向在地面上运动的车轮上，框架还包括:
主部，其相对于行进方向具有左侧和右侧； 左和右第一翼，其内端被可枢转地连接到所述主部的左侧和右侧，其中，每个第一翼围绕各自的第一翼轴线枢转并且具有外端， 左和右第二翼，其被可枢转地连接到所述第一翼的外端，其中，每个第二翼围绕各自的第二翼轴线枢转，和 液压系统，其包括使所述第一翼围绕所述第一翼轴线转动的第一翼缸和使所述第二翼围绕所述第二翼轴线转动的第二翼缸， 所述方法包括以下步骤: 致动第一翼缸，以施加提升力到第一翼，以从第一翼转移重量到主部； 在保持所述第一翼上的提升力的同时，致动第二翼缸，以围绕第二翼轴线枢转第二翼，从而将框架从田地使用位置折叠到折叠运输位置；和 在第二翼已经被枢转到各自的折叠运输位置以后，进一步致动第一翼缸以枢转第一翼到第一翼的折叠运输位置。
2.根据权利要求1的所述的方法，其中在第二翼的折叠过程中施加到第一翼的提升力不足以提升第一翼离开地面。
3.根据权利要求1的所述的方法，进一步包括通过以下步骤将所述框架从折叠运输位置展开到田地使用位置: 致动第一翼缸以使第一翼围绕第一翼轴线从折叠位置枢转到田地使用位置； 然后致动第一翼缸以施加提升力到第一翼，以从第一翼转移重量到主部；和 同时致动第二翼缸，以使第二翼从折叠运输位置枢转到田地使用位置。
4.一种折叠工具，包括: 框架，其被支撑在沿行驶方向在地面上运动的车轮上，所述框架还包括: 相对于行进方向具有左侧和右侧的主部， 左和右第一翼部，其内端被可枢转地连接到所述主部的左侧和右侧，每个第一翼围绕各自的第一翼轴线枢转并且具有外端，和 左和右第二翼，其被可枢转地连接到所述第一翼的外端，每个第二翼围绕各自的第二翼轴线枢转，并且 所述工具还包括液压系统，该液压系统包括使第一翼围绕第一翼轴线转动的第一翼缸和使第二翼围绕第二翼轴线转动的第二翼缸，所述液压系统适于在施加提升力到第一翼以转移重量到主部的同时致动第二翼缸以使第二翼围绕第二翼轴线枢转。
【文档编号】F15B11/16GK103650685SQ201310379052
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2012年8月28日
【发明者】兰德尔·A·玛罗, 亚伦·L·巴费尔斯 申请人:迪尔公司