具有双臂装置的单动臂机器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种具有双臂装置的单动臂机器。该机器包括底盘，可枢转地与底盘连接的框架，相对于底盘摆动框架的摆动马达；基座端与所述框架枢轴连接的动臂，相对于框架的水平轴线枢转地举起或者放下所述动臂的液压油缸，与动臂的端部连接的第一臂装置，和与所述动臂的端部连接的第二臂装置。本实用新型公开的机器可以提供多样的工具应用，同时保证通过一个动臂来实现高功率的举升操作。
【专利说明】具有双臂装置的单动臂机器
【技术领域】
[0001]本实用新型总体上涉及一种机械，更具体地，涉及一种具有双臂装置的单动臂机器。
【背景技术】
[0002]挖掘机是众所周知的施工机械，其具有移动的底盘和上部可枢转地连接到底盘的摆动体。机械联动装置连接到上部摆动体和可由液压缸运动以提高、降低和卷曲作业工具。机械联动装置通常包括与上部摆动体的第一端枢转连接的动臂、与动臂第二端枢转连接的杆或臂和与杆的前端连接的作业工具。一对动臂缸升高和降低动臂，同时，单个杆缸相对于动臂与杆枢接。另外的工具缸用于相对于杆卷曲工具。根据挖掘机的应用，许多不同的工具可以与杆的末端连接和由工具气缸带动。除其他外，这些工具包括铲斗、抓斗、剪、锤、钻、振动压实机、螺旋钻、锯和粉碎机。
[0003]在一些应用中，可能需要使用两个或更多个不同的工具来完成特定的任务。例如，在拆除应用中，同时使用锤子和铲斗或抓斗和剪切可能是有帮助的。在这些应用中，不是两台机器必须放在一起完成任务(每个都具有不同的工具)，就是特定机器的工具必须定期更换使用其他工具。这两种解决方案昂贵、低效和/或耗时。
[0004]另一种解决方案是Ishii的2011年6月23日美国专利公开的2011/0150615(下称“’615公开”)披露的。特别地，’615专利公开了具有两个动臂、两个臂和两个作业工具的挖掘机。动臂、臂和作业的每个联动装置可枢转地与挖掘机的上部结构连接，并可由单独的操作员控制装置进行控制。两个联动装置中的每个，其重量和功率大约是传统的单联动装置的重量和功率的一半。
[0005]虽然’ 615公开的双联动装置可以提高效率，它还可能有问题。特别地，’ 615公开的机器可能在需要单联动装置要求全功率以执行单提升操作的应用中不再有用。此外，两个完全独立的联动装置控制对于操作员变熟练是复杂和困难的。
实用新型内容
[0006]本实用新型公开的机器系统旨在克服上面提出和/或现有技术的其它问题中的一个或多个问题。
[0007]本实用新型公开了一种具有双臂装置的单动臂机器。该机器包括底盘，可枢转地与底盘连接的框架，相对于底盘摆动框架的摆动马达；基座端与所述框架枢轴连接的动臂，相对于框架的水平轴线枢转地举起或者放下所述动臂的液压油缸，与动臂的端部连接的第一臂装置，和与所述动臂的端部连接的第二臂装置。
[0008]第一和第二臂布置中的每个包括:动臂连杆；
[0009]第一液压缸，其连接动臂连杆至动臂并用于在动臂的端部在水平轴线方向上枢转动臂连杆。
[0010]所述第一和第二臂装置分别进一步包括；枢轴连杆；以及第二液压缸，其连接枢轴连杆至动臂连杆并用于在垂直轴线方向上枢转枢轴连杆。
[0011]所述第一和第二臂装置分别进一步包括；
[0012]工具连杆；
[0013]第三液压缸，其连接工具连杆至枢轴连杆；
[0014]作业工具；和第四液压缸，其连接作业工具至工具连杆。
[0015]第一臂装置的第三和第四液压缸位于第二臂装置的第三和第四液压缸对面。
[0016]第一臂装置的作业工具位于第二臂布置的作业工具的对面。
[0017]本实用新型公开的机器可以提供多样的工具应用，同时保证通过一个动臂来实现高功率的举升操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是示例性公开的机器的示意图；和图2是可与图1的机器中使用的示例性公开的控制系统。
【具体实施方式】
[0019]图1示出了示例性的机器10，其具有多个系统和部件，它们合作进行挖掘、拆卸、装载、移动和/或其它的处理材料(例如，废金属、土质材料、填埋材料、巷道杂物等)。在所描绘的例子中，机器10是液压挖掘机。尽管如此，可以设想，机器10可以选择性体现为其它类型的挖掘或材料处理机器，例如，反铲、前铲、拉铲、起重机或其它类似的机器。除了别的之外，机器10可以包括执行系统12，其被配置为在不同位置之间移动多个作业工具14和/或致动作业工具14。机器10还可以包括操作台16，用于手动控制执行系统12。
[0020]执行系统12可包括多种不同的流体致动器，它们与各种联动元件交互独立和/或协同移动作业工具14。特别是，执行系统12可包括单个普通动臂18，其具有一对相连的液压缸20和两个不同的臂布置22、24，该臂布置22、24可操作地与动臂18连接。臂布置22、24可以是基本上彼此相同或安装需要具有不同的构造。在所公开的实施例中，每个臂布置22，包括具有相连的液压缸28动臂连杆26、具有相连的液压缸32(对于臂布置24未在图1所示)枢轴连杆30，和具有相关联的液压缸36的工具连杆34。
[0021]动臂18可枢转地连接于机器10的框架38的基座端，而框架38可枢转地连接到底盘40上。液压缸20也可以协同以相对于框架38提高和降低动臂18，而摆动马达42可用于绕垂直轴线44相对于底架40摆动框架38。每一动臂连杆26的第一端可枢转地连接到动臂18的前端，并有选择地由液压缸28绕水平轴46枢转。每个枢轴连杆30可以连接到每个动臂连杆26的第二端，并有选择地由液压缸32绕垂直轴48枢转。每个工具连杆34可以连接于每个枢轴连杆30的相对端，并有选择地由液压缸36绕水平轴50枢转。作业工具14可以连接到工具连杆34的另一端，并通过附加的液压缸54有选择地绕水平轴52枢转。可以设想，在较大或较小数目的流体致动器和/或联动装置可以包括在执行系统12内，和/或如果需要，不以上述的其它方式进行连接。
[0022]许多不同的作业工具14可以连接到一台机器10，并通过操作台16控制。作业工具14可以包括用于执行特定任务的任何设备，例如，铲斗、叉布置、刀片、铲子、破碎机、剪切、抓钩、磁铁、锤或任何其它任何在本领域中已知的任务执行装置。在图1的实施例中，两个类似的作业工具14连接到执行系统12(例如，一个作业工具14连接至每一个臂布置22、24)，但每个以不同的方式连接。具体来说，与臂布置22相连的作业工具14为铲斗，作为典型挖掘机铲斗运行，其中，相关的挖掘运动是在向下的方向。与此相反，虽然与臂布置24相连的作业工具14也是铲斗，但是相关的挖掘动作在前铲应用中是向上的方向。换句话说，相对于作业工具14与臂布置24的连接，作业工具14可以在相反的方向与臂布置22连接。但应注意的是，根据需要，两个完全不同的作业工具14可以在任何给定时间与臂布置22、24连接。此外，虽然在图1的实施例中连接以相对于机器10提升、摆动、转动、倾斜和卷曲，作业工具14可以替代地或附加地以本领域已知的其它方式旋转、滑动、伸展、打开/关闭和/或移动。
[0023]在图1的示例中，因为一个作业工具14配置为作为挖掘机铲斗，其他作业工具14配置为作为前铲斗，液压缸36、54与相应的联动部件的连接在臂布置22、24之间可以不同。特别地，臂布置22的液压缸36、54位于枢轴和工具连杆30、34的一侧，与机器10位于的地面相对。这是因为臂布置22的挖掘方向可以主要是向下朝向地面，并通过位于在枢轴连杆30与工具连杆34的相对侧，液压缸36、54可以受到保护，避免与挖掘物料和/或地面碰撞。出于同样的原因，臂布置24的液压缸36、54位于枢轴和连接工具30、34的一侧，与机器10挖掘的垂直面相对。可以设想，如果需要，在臂布置22、24内的液压缸36、54的布置可以是相同的。
[0024]操作台16可以配置为接收来自机器操作员的输入指示期望的作业工具的运动。具体地，操作台16可包括与每个臂布置22、24相关联的至少一个接口装置56。每个接口装置56可执行，例如，靠近操作员座位上的多轴设备(未示出)。在所公开的实施例中，接口装置56可以是大致半球状，其具有配置为适应操作员手掌的外弯曲表面，然而，任何其它期望的形状(例如，形状类似的作业工具14的形状)可以选择地使用。接口装置56可为比例控制器，构造为通过产生作业工具位置信号定位和/或定向作业工具14，作业工具信号指示所需作业工具的速度和/或特定方向的力。位置信号可用于同时致动液压缸20、28、32、36,54和/或摆动马达42中的任何一个或多个。
[0025]在公开的实施例中，接口装置56的操作可直接与作业工具14的运动相关，而不一定与单个的液压致动器的运动相关。例如，关于基轴58向前和向后倾斜特定的接口装置56可以生成第一信号以指示期望提高和下降作业工具14，而不管其它联动部件的运动。同样，关于腕轴60向前和向后枢转同一接口装置56可产生第二信号以指示期望卷曲进出作业工具14。关于基轴62向左和向右倾斜接口装置56可产生第三信号以指示期望摆动作业工具14，而关于腕轴64摆动接口装置56可产生第四信号以指示期望向左和向右枢转作业工具14。关于垂直轴66拧接口装置56可产生第五信号，以指示期望向内移动作业工具14，远离框架38朝向我们向外。
[0026]应当注意的是，如果需要，接口装置56可采取不同的形式，如果需要，和/或接口装置56可以以不同的方式移动来产生第一至第五信号的任意一个或多个。还可以设想，第一至第五信号的任意一个或多个可替换地通过不同的接口装置56的移动而产生，例如，通过脚踏板的运动或通过操纵按钮或开关，可能会或可能不会与接口装置56相关联。
[0027]对作业工具通过接口装置56接收的运动，手动产生任何一个请求可通过致动不同的液压致动器组合影响作业工具14，并且第一到第五信号不一定直接与任何一个特定液压致动器的使用相关。例如，为了移动作业工具14远离机器10，可以退回液压缸20，可以伸出液压缸28，和/或可以伸出液压缸36。类似地，为了升高作业工具14，可以伸出液压缸20，可以伸出液压缸28，和/或可以伸出液压缸36。为了向内卷曲作业工具14，可以伸出液压缸20,可以伸出液压缸28,可以伸出液压缸36,和/或可以伸出液压缸54。为了摆动作业工具14，可以伸出或缩回液压缸32，和/或可以致动摆动马达42。因此，液压缸20-54和摆动马达42的任何组合可选择性地致动，以响应来自接口装置56的信号来实现特定操作员所需的作业工具14的运动，并且可能有一个以上的方式来致动液压气缸20-54和摆动马达42来实现所需的作业工具的运动。
[0028]如图2所示，机器10可以包括具有多个部件的控制系统68，协作以移动作业工具14 (参照图1)响应来自接口装置56的信号。特别是，控制系统68可包括控制器70与接口装置56相连，并各种控制阀负责调节液压缸20-54和摆动马达42的运动。除其他外，控制阀可以包括动臂控制阀72、双动臂连接控制阀74、双枢轴连接控制阀76、双工具连接控制阀78、双工具控制阀80和一个摆动控制阀82。控制器70可以配置为选择性地使控制阀72-82基于由接口装置56所产生的信号以影响它们相应的致动器的运动。
[0029]控制阀72-82中的每个可响应由控制器70发出的命令调节相关的流体致动器的运动。具体来说，动臂控制阀72可具有可移动的元件来控制与动臂18相关联的液压缸20的运动；动臂联动控制阀74具有可移动的元件来控制与动臂连杆26相关联的液压缸28的运动；枢轴连接控制阀76具有可移动的元件以控制与枢轴连杆30相关联的液压缸32的运动；工具连接控制阀78具有可移动的元件以控制液压缸36的运动；和工具控制阀80具有可移动的元件，以控制液压缸54的运动。同样，摆动控制阀82具有可移动的元件来控制摆动马达42的运动。控制阀72-82中的每一个的控制单元可以选择性地产生移动，从而允许加压流体流向和从它们各自的致动器排出。这种流进和流出致动器的流体可以会导致致动器以所需的速度并与在所需方向以所需的力移动。
[0030]因为控制阀72-82的元件可以是类似的并以相关联的方式运行，所以动臂控制阀72的运行将在本公开中讨论。在一个例子中，动臂控制阀72可以包括第一腔室供应元件(未示出)、第一腔室排出元件(未示出)、第二腔室供应元件(未示出)和第二腔室排出元件(未示出)。第一和第二腔室供应元件可与流体源(例如，泵一未示出)平行连接，同时第一和第二腔室排出元件可以与排水管(例如，水槽一未示出)平行连接。为伸出液压缸20，第一腔室供应元件可以运动以允许来自源的加压流体以填充至液压缸20第一腔室，同时第二腔室排出元件可以运动以由液压缸第二腔室20排出流体。为在相反的方向移动液压缸20，第二腔室供应元件可以运动以向液压缸20第二腔室填充加压流体，同时第一腔室排出元件可以运动以由液压缸20的第一腔室排出流体。可以设想，供应和排出功能两者可替代地由与第一腔室相关联的单个元件和与第二腔室相关联的单个元件，或通过控制所有填充和排出功能的单个元件来执行。
[0031]供应和排放元件可以响应来自控制器70的指令电磁移动。特别地，液压缸20、28、32、36、55和摆动马达42可以对应于流体流入和流出的第一和第二腔室的流速运动，并且以沿各自的致动器对应的压力差的力运动。为通过接口装置的位置信号指示达到操作员期望的作业工具14的速度和/或力，根据假定的或测得的压力的命令可以发送供给和排出元件的螺线管(未示出)的组合，供应和排放元件导致他们打开相应的必要的流量和/或压力的量。命令可以是流量指令或由控制器70产生的阀元件位置的指令的形式。
[0032]控制器70可以具体化为单个微处理器或多个微处理器，其包括用于控制控制系统68运行的装置。许多商业上可用的微处理器可以配置为执行控制器70的功能。应当理解，控制器70可容易地在能够控制多台机械运行的一般的机器微处理器实施。控制器70可以包括存储器、辅助存储装置、处理器和任何其它运行应用程序的组件。各种其它电路可以与控制器70相关联，如电源电路、信号调节电路、螺线管驱动器电路和其它类型的电路。
[0033]使接口装置的位置信号(即作业工具14期望的运动)所需的致动器力和/或速度与相关的一个或多个映射可以存储在控制器70的存储器中。同样地，使所需的致动器力和/或速度与对应的用于控制阀72-82的阀元件位置的相同或其他的映射也可以存储在控制器70的存储器中。这些映射中的每个可以包括表格、图形和/或方程形式的数据的采集。
[0034]控制器70可以配置为通过接口装置56接收来自机器10的操作员的输入，并响应输入和上述所选择的关系映射命令控制阀72-82的运行。例如，控制器70可以接收指示在期望的方向上作业工具14所需的力和/或的速度的接口装置位置信号，并从存储在控制器70的存储器中的映射参考第一关系映射，以确定哪些致动器(即，液压缸20、28、32、36、54和/或摆动马达42的哪一个或哪些)的组合应被一起致动以产生单个联动运动，它们联合以产生所需要的运动。在某些情况下，可能存在一个以上的用来实现所需的作业工具运动的致动器组合。在这些情况下，控制器70可评估不同的可能的组合，并选择一个组合，其最好按照一个或多个预定目标(例如，效率目标、致动器优先目标、目标时间，等等)实现期望的运动。然后，控制器70可以为与所选择的致动器组合相关的特定控制阀72-82内供应和排出元件的每一个，参照第二关系映射来确定流量值和/或相关联的位置。然后，流量或位置可命令适当的供给和排出元件以使填充和/或排出不同压力室，以产生在期望的方向上期望的作业工具的力和/或速度的流量。
[0035]在一些应用中，第一和第二臂布置22、24的同时使用过程中，如果没有另外说明，作业工具14和/或其它相关联的致动器或联结可能彼此碰撞。因此，在这些应用中，控制器70可以配置为在第一和/或第二臂布置22、24的一些部分或全部的运动上施加虚拟极限，以避免这些碰撞。在其它实施例中，第一臂布置22在物理上不可能与第二臂布置24碰撞。例如，一个或多个机械挡块(未示出)可以用于限制第一和/或第二臂布置22、24的运动。
[0036]工业应用
[0037]公开的控制系统可以适用于任何携带刀具的挖掘机。动臂此外，公开的控制系统可提供一个简单的方法来控制不同的连杆和相关的液压致动器，并实现所期望的作业工具的运动。
[0038]对本领域技术人员，很明显可以对所公开的控制系统进行各种修改和变型。意图是说明书和实施例仅视为示例性的，保护范围由权利要求及其等同物确定。
【权利要求】
1.一种具有双臂装置的单动臂机器，其特征在于，包括: 底盘； 框架，其可枢转地与底盘连接； 摆动马达，用于相对于底盘来摆动框架； 动臂，其基座端与所述框架枢轴连接； 液压油缸，相对于框架的水平轴线枢转地举起或者放下所述动臂； 第一臂装置，其与动臂的端部连接；和第二臂装置，其与所述动臂的端部连接。
2.根据权利要求1所述的具有双臂装置的单动臂机器，其特征在于，第一和第二臂布置中的每个包括: 动臂连杆； 第一液压缸，其连接动臂连杆至动臂并用于在动臂的端部在水平轴线方向上枢转动臂连杆。
3.根据权利要求2所述的具有双臂装置的单动臂机器，其特征在于，所述第一和第二臂装置分别进一步包括； 枢轴连杆；以及第二液压缸，其连接枢轴连杆至动臂连杆并用于在垂直轴线方向上枢转枢轴连杆。
4.根据权利要求2所述的具有双臂装置的单动臂机器，其特征在于，所述第一和第二臂装置分别进一步包括； 工具连杆； 第三液压缸，其连接工具连杆至枢轴连杆； 作业工具；和第四液压缸，其连接作业工具至工具连杆。
5.根据权利要求4所述的具有双臂装置的单动臂机器，其特征在于，第一臂装置的第三和第四液压缸位于第二臂装置的第三和第四液压缸对面。
6.根据权利要求4所述的具有双臂装置的单动臂机器，其特征在于，第一臂装置的作业工具位于第二臂布置的作业工具的对面。
【文档编号】E02F3/28GK203768956SQ201420151716
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2013年4月10日
【发明者】T·M·奥唐奈 申请人:卡特彼勒公司