具体实施方式

通过参考示例性实施例来描述和图示在本论述中公开的概念。然而，这些概念在其应用中不限制于说明性实施例中的构造细节和部件布置，并且能够以各种其它方式来实践或执行。本文件中的术语被用于描述并且不应被视为限制。如本文中使用的诸如“包括”、“包含”、“具有”之类的词及其变型旨在涵盖这些词之后列出的项目、所述项目的等同物以及额外项目。

所公开的实施例包括具有提升臂和铲斗调平系统的动力机械，所述动力机械为诸如前端装载机和公用车辆。相较于利用额外的部件的常规的铲斗调平系统，所述铲斗调平系统利用允许通过两个四连杆机构来优化和改善铲斗调平性能的几何结构。例如，所公开的实施例允许在不使用在一些系统中所需的额外的连杆机构的情况下机械地实施所述铲斗调平，以辅助三个四连杆机构。在示例性实施例中，第一调平连杆或恒定长度的调平连杆被可枢转地耦接至所述提升臂和摆缸。调平缸或可变长度的调平连杆被可枢转地耦接至框架和所述第一调平连杆。使用所述框架、所述提升臂、所述调平连杆、所述调平缸或可变长度的调平连杆、所述机具承载件、和所述摆缸来形成提供所述铲斗调平的两个四连杆机构。

这些概念可以在如将在下文描述的各种动力机械上实践。在图1中以图表形式图示可以在其上实践实施例的代表性动力机械。为简洁起见，仅图示和论述了一种动力机械作为代表性动力机械。然而，如上文提到的，下文中的实施例可以在包括与具体图示的那些动力机械不同类型的动力机械的多个动力机械中的任一动力机械上实践。为了本论述的目的，动力机械包括框架、至少一个作业元件、和可以向所述作业元件提供动力以完成作业任务的动力源。一种类型的动力机械是自推进式作业车辆。自推进式作业车辆是一类包括框架、作业元件和可以向所述作业元件提供动力的动力源的动力机械。所述作业元件中的至少一个作业元件是用于使所述动力机械在动力下移动的发动系统。

图1是图示动力机械100的基本系统的框图，所述动力机械可以是多种不同类型的动力机械中的任何一种，下文论述的实施例可以被有利地并入到所述动力机械上。图1的框图标识了动力机械100上的各个系统、以及各个部件与系统之间的关系。如上文提到的，在最基本的水平上，出于本论述目的，动力机械包括框架、动力源和作业元件。所述动力机械100具有框架110、动力源120和作业元件130。因为图1中示出的动力机械100是自推进式作业车辆，因此它还具有牵引元件140和操作站150，所述牵引元件140本身是被提供用于使所述动力机械在支撑表面上移动的作业元件，所述操作站150提供用于控制所述动力机械的所述作业元件的操作位置。控制系统160被提供用于与其它系统交互，以至少部分地响应于由操作者提供的控制信号来执行各种作业任务。

某些作业车辆具有可以执行专门任务的作业元件。例如，一些作业车辆具有提升臂，诸如铲斗之类的机具例如通过销接布置而被附接至所述提升臂。所述作业元件(即，所述提升臂)可以被操纵以定位所述机具以便执行所述任务。在一些情况下，所述机具可以相对于所述作业元件定位，诸如通过相对于提升臂使铲斗旋转，以进一步定位所述机具。在这样的作业车辆的正常操作下，所述铲斗旨在被附接并且处于使用中。通过拆卸所述机具/作业元件的组合、以及重新组装另一机具来代替原始铲斗，这样的作业车辆可以能够接收其它机具。然而，其它作业车辆旨在与各种各样的机具一起使用，并且具有诸如图1中示出的机具接口170之类的机具接口。最基本地，机具接口170是所述框架110或作业元件130与机具之间的连接机构，所述连接机构可以简单到是用于将机具直接附接至所述框架110或作业元件130的连接点，或者可以更复杂，如下文所论述的。

在一些动力机械上，机具接口170可以包括机具承载件，所述机具承载件是可移动地附接至作业元件的物理结构。机具承载件具有接合特征和锁定特征，以接收多个机具中的任何一个并将其固定至作业元件。这种机具承载件的一个特性是：一旦机具被附接至所述机具承载件，就所述机具承载件就被固定至所述机具(即，不能相对于所述机具移动)，并且当所述机具承载件相对于所述作业元件移动时，所述机具与所述机具承载件一起移动。如本文中所使用的术语“机具承载件”不仅仅是枢轴连接点，而且是专用于接收并固定至各种不同机具的专用装置。所述机具承载件本身可安装至诸如提升臂或所述框架110之类的作业元件130。所述机具接口170还可以包括一个或更多个动力源，用于向机具上的一个或更多个作业元件提供动力。一些动力机械可以具有带有机具接口的多个作业元件，每个作业元件可以但不必具有用于接收机具的机具承载件。一些其它动力机械可以具有带有多个机具接口的作业元件，使得单个作业元件可以同时接收多个机具。这些机具接口中的每个机具接口可以但不必须具有机具承载件。

一些动力机械可以具有机具或与例如通过销接至具有倾斜致动器的提升臂而被附接至所述动力机械的装置类似的机具，所述倾斜致动器还直接耦接至机具或机具类型的结构。这种可旋转地销接至提升臂的机具的常见示例是铲斗，其中一个或更多个摆缸被附接至(例如通过焊接或用紧固件)直接固定到所述铲斗上的托架。这样的动力机械不具有机具承载件，而是在提升臂与机具之间具有直接连接。

框架110包括可以支撑被附接至其或被定位在其上的各种其它部件的物理结构。所述框架110可以包括任意数量的单独的部件。一些动力机械具有刚性的框架。也就是说，所述框架的任何部分都不能相对于所述框架的另一部分移动。其它动力机械具有可以相对于所述框架的另一部分移动的至少一个部分。例如，挖掘机可以具有相对于下部框架部分旋转的上部框架部分。其它作业车辆具有铰接框架，使得所述框架的一个部分相对于另一部分枢转以实现转向功能。

框架110支撑所述动力源120，所述动力源被配置成向包括一个或更多个牵引元件140的一个或更多个作业元件130提供动力，并且在一些情况下，所述动力源被配置成经由机具接口170来提供由所附接的机具所使用的动力。来自所述动力源120的动力可以被直接提供至所述作业元件130、牵引元件140和机具接口170中的任一个。可替代地，来自所述动力源120的动力可以被提供至控制系统160，所述控制系统又选择性地向能够使用所述动力来执行作业功能的元件提供动力。用于动力机械的动力源典型地包括发动机和被配置成将来自发动机的输出转换成可被作业元件使用的动力形式的动力转换系统，所述发动机诸如为内燃机，所述动力转换系统诸如为机械传动或液压系统。其它类型的动力源可以被并入到动力机械中，所述其它类型的动力源包括电源、或通常已知为混合动力源的动力源组合。

图1示出了被指定为作业元件130的单个作业元件，但是各个动力机械可以具有任意数量的作业元件。作业元件典型地被附接至所述动力机械的所述框架并且在执行作业任务时可相对于所述框架移动。另外，牵引元件140是作业元件的特殊情况，因为牵引元件的作业功能通常是使所述动力机械100在支撑表面上移动。牵引元件140被示出为与所述作业元件130分开，因为许多动力机械具有除了牵引元件之外的额外的作业元件，但是并不总是这种情况。动力机械可以具有任意数量的牵引元件，其中的一些或全部牵引元件可以接收来自所述动力源120的动力以推动所述动力机械100。牵引元件可以例如是履带组件、附接至轴的轮等等。牵引元件可以被安装至所述框架，使得所述牵引元件的移动被限于围绕轴的旋转(使得通过滑移动作来实现转向)，或者可替代地，所述牵引元件被可枢转地安装至所述框架以通过使所述牵引元件相对于所述框架枢转来实现转向。

动力机械100包括操作站150，所述操作站包括操作位置，操作者可以从所述操作位置控制所述动力机械的操作。在一些动力机械中，操作站150由封闭或部分封闭的驾驶室限定。所公开的实施例可以在其上实践的一些动力机械可以具有或不具有上文描述的类型的驾驶室或驾驶舱。例如，步行式装载机可能不具有驾驶室或驾驶舱，而是具有用作操作站的操作位置，可以从所述操作站适当地操作所述动力机械。更广泛地，除了作业车辆之外的动力机械可以具有不必类似于上文提到的操作位置和驾驶舱的操作站。另外，代替与所述动力机械相邻的或位于所述动力机械上的操作站，或除了与所述动力机械相邻的或位于所述动力机械上的操作站之外，一些动力机械(诸如动力机械100等，不管它们是否具有驾驶舱或操作位置)可以能够被远程地操作(即，从位于远处的操作站被操作)。这可以包括这样的应用：其中可以从操作位置来操作与被耦接至所述动力机械的机具相关联的所述动力机械的至少一些操作者控制功能。可替代地，对于一些动力机械，可以设置(即，远离所述动力机械和耦接至所述动力机械的任何机具两者)可以控制所述动力机械上的至少一些所述操作者控制功能的遥控设备。

除了别的之外，图2包括动力机械200的动力系统220的各种部件的示图，所述动力机械200可以是诸如图1中图示的动力机械100。动力系统220包括可以产生和/或储存用于在各种机器功能上使用的动力的一个或更多个动力源222。在动力机械200上，所述动力系统220包括内燃机。其它动力机械可以包括发电机、可充电电池、各种其它动力源、或可以为给定的动力机械部件提供动力的任何动力源组合。所述动力系统220还包括动力转换系统224，所述动力转换系统224被可操作地耦接至所述动力源222。动力转换系统224进而被耦接至一个或更多个致动器226，所述一个或更多个致动器226可以执行所述动力机械上的功能。各种动力机械中的动力转换系统可以包括各种部件，包括机械传动、液压系统等等。动力机械200的所述动力转换系统224包括一对液压驱动泵224A和224B，所述一对液压驱动泵224A和224B可被选择性地控制以向驱动马达226A和226B提供动力信号。进而，所述驱动马达226A和226B中的每个都被可操作地耦接至轴，其中驱动马达226A被耦接至轴228A和228B，并且驱动马达226B被耦接至轴228C和228D。所述轴228A-228D进而分别被耦接至牵引元件219A-219D。所述驱动泵224A和224B可以被机械地、液压地、和/或电气地耦接至操作者输入装置，以接收用于控制所述驱动泵的致动信号。

动力机械200中的驱动泵、马达和轴的布置仅为这些部件的布置的一个示例。如上文论述的，动力机械200可以是公用车辆或可以是诸如滑移转向式装载机、履带式装载机或铰接式装载机之类的前端装载机，并且因此包括位于所述动力机械的每侧上的牵引元件。例如，在滑移转向式装载机中，通过单个液压泵的输出(通过单个驱动马达或使用单独的驱动马达)一起控制所述牵引元件。可以采用液压驱动泵和马达的各种其它配置和组合，这可以是有利的。另外，所公开的实施例可以被用于其它类型的动力机械。

所述动力机械的所述动力转换系统224还包括液压机具泵224C，所述液压机具泵224C还可操作地耦接至所述动力源222。所述液压机具泵224C被可操作地耦接至作业致动器电路238c。作业致动器电路238包括提升缸238和摆缸235以及用于控制它们的致动的控制逻辑(诸如一个或更多个阀)。所述控制逻辑选择性地允许响应于操作者输入而进行所述提升缸和/或摆缸的致动。在一些机械中，所述作业致动器电路还包括控制逻辑，所述控制逻辑用于向所附接的机具选择性地提供增压的液压流体。

出于说明性目的，提供了上文对动力机械100的描述，以提供可以在其上实践下文论述的实施例的说明性环境。虽然所论述的实施例可以在动力机械上实践，所述动力机械诸如通常通过图1的框图中示出的所述动力机械100来描述，但是除非另有注释或叙述，否则下文论述的概念不旨在将它们的应用限于上文具体描述的环境。

现在参考图3-1和图3-2，示出了具有用于提供铲斗或被附接至机具承载件334的其它机具的机械自调平的部件的动力机械300-1和300-2的提升臂组件350-1和350-2的示意图。每个提升臂组件包括两个四连杆机构，所述两个四连杆机构一起为被附接至机具承载件334的所述铲斗或机具提供改善的自调平操作。图3-1中示出的所述提升臂组件包括形成所述四连杆机构的部分的提升臂316-1。图3-2中示出的所述提升臂组件不同于图3-1中示出的所述提升臂组件之处仅在于：所述提升臂316-2是具有在伸缩缸或致动器319的动力下从主要部分316-2可伸缩的可伸缩部分318的可伸缩类型的提升臂。必须指出，图3-1和图3-2中示出的所述提升臂组件被示意性提供以图示某些特征，诸如在每个提升臂组件中用于提供所公开的实施例的机械自调平方面的所述两个四连杆机构。必须理解，除非另有明确说明，否则图3-1和图3-2中图示的特定几何结构不旨在反映特定枢转点部位、部件的定向、部件的比例尺、或其它特征。在图4至图6中还提供了提升臂组件特征的另外的示图。

在每个所述提升臂组件中，所述提升臂316-1或316-2在枢轴附接件或耦接件312处被可枢转地附接至框架310。实心调平连杆328-1被可枢转地附接至提升臂组件350-1中的所述框架310和枢轴附接件或耦接件326。提升臂组件350-2具有呈调平缸形式的可变长度的调平连杆328-2，所述可变长度的调平连杆328-2在枢轴附接件或耦接件326处被可枢转地附接至框架310。在示例性实施例中，已经发现，用定位在提升臂316的枢轴附接件312上方或下方(朝向所述动力机械的驾驶舱)的调平连杆328-1或调平缸328-2的枢轴附接件326，实现了在提升臂位置的范围内的改善的调平性能。在特定的示例性实施例中，已经发现，调平连杆328-1或调平缸328-2的枢轴附接件326可以被有利地定位在所述提升臂的枢轴附接件312的上方和后面，使得在枢轴附接件312和326之间延伸的作用线324相对于水平方向形成至少约105°的角度θ。然而，不是在所有实施例中都需要这种几何关系。

调平连杆322还被设置在每个所述提升臂组件中以辅助所所述机械自调平功能。调平连杆322(是固定长度的连杆)包括三个枢轴附接件。第一调平连杆322在枢轴附接件314处被可枢转地附接至提升臂316。这个枢轴附接件314可以附接至提升臂316-1中的主提升臂部分或附接至提升臂316-2中的可伸缩的提升臂部分318。每个调平连杆322上的第二枢轴附接件是位于调平连杆328-1或调平缸328-2与所述调平连杆322之间的枢轴附接件320。每个调平连杆322上的第三枢轴附接件是位于摆缸340与所述调平连杆322之间的枢轴附接件338。

在图3-1和图3-2中还示出了机具承载件或接口334，所述机具承载件或接口334被配置成允许铲斗或其它机具被安装在所述提升臂316上。机具承载件334在枢轴附接件330处被可枢转地附接至所述提升臂。在图3-1中示出的实施例中，机具承载件334与所述提升臂316-1之间的枢轴附接件330存在于所述主提升臂部分中，而在图3-2中附接至提升臂316-2的枢轴附接件330发生在可伸缩部分318上。机具承载件334还在枢轴附接件处被可枢转地附接至摆缸340。

在图3-2中示出的实施例中，调平缸328-2可以被液压地耦接至所述伸缩缸或致动器319，所述伸缩缸或致动器319控制提升臂316-2的可伸缩部分318的伸出和缩回。液压耦接件被示意性地图示为液压连接321，但可以包括各种阀或其它液压部件。当所述提升臂伸缩致动器伸出/缩回以伸出/缩回可伸缩部分318时，调平缸328-2也伸出/缩回。这有利于保持调平连杆322相对于提升臂316-2的可伸缩部分318的定位。

如上文指出的，图3-1和图3-2中示出的每个所述提升臂组件使用两个四连杆机构代替使用如现有技术中通常的三个四连杆机构来提供自调平。在图3-1中示出的所述提升臂组件中，所述两个四连杆机构被指定为354-1和352-1。在图3-2中示出的所述提升臂组件中，所述两个四连杆机构被指定为354-2和352-2。所述第一四连杆机构354-1或354-2包括框架310、提升臂316-1或316-2(包括可伸缩部分318)、调平连杆322和调平缸(或其它长度可调节的调平连杆)328-2或实心调平连杆328-1。用于所述第一四连杆机构的附接件包括位于所述提升臂与框架310之间的枢轴附接件312、位于所述提升臂与调平连杆322之间的枢轴附接件314、位于调平连杆328-1或调平缸328-2与调平连杆322之间的枢轴附接件320、和位于调平连杆328-1、调平缸328-2与框架310之间的枢轴附接件326。

所述第二四连杆机构包括调平连杆322、摆缸340、提升臂316、和机具承载件334的一部分。用于所述第二四连杆机构的枢轴附接件包括位于提升臂316与调平连杆322之间的枢轴附接件314、位于提升臂316与机具承载件334之间的枢轴附接件330、位于摆缸340与机具承载件334之间的枢轴附接件、以及位于摆缸340与调平连杆322之间的枢轴附接件338。参考图3-1和图3-2论述以及在下文中在图4至图6中论述的所述提升臂组件的显著的特征是，所述摆缸被可枢转地直接耦接在调平连杆422与机具承载件434之间，而不是通过额外的连杆来耦接。在一些实施例中，如上文论述的，特定动力机械可以不具有机具承载件，而是可以具有诸如被直接销接至提升臂和调平连杆的铲斗之类的机具。出于清楚的目的，形成所述第二四连杆机构的一部分的机具承载件或机具中的任一者上的结构被称为机具部分。

现在参考图4，示出了具有与上文参考图3-2论述的用于提供铲斗436或另一机具的机械自调平的部件类似的部件的动力机械400的提升臂组件450的示意图。提升臂组件450包括上文论述的一起提供改善的自调平操作的两个四连杆机构。在图4中，所述提升臂组件450被示出处于完全降低位置和处于升高位置两者，以图示诸如所述调平连杆422相对于所述提升臂416的移动之类的特征。

在提升臂组件450中，提升臂416在枢轴附接件或耦接件412处被可枢转地附接至框架410。同样呈调平缸形式的可变长度的调平连杆428还在枢轴附接件或耦接件426处被可枢转地附接至框架410。如上文论述的，调平缸428的枢轴附接件426被定位在提升臂416的枢轴附接件412上方和后方，例如同样具有在枢轴附接件412和426之间相对于水平方向形成至少约105°的角度θ进行延伸的作用线(参见例如图3-1和图3-2)。

固定长度的调平连杆422还被提供用于辅助所述机械自调平功能。如调平连杆322一样，调平连杆422包括三个枢轴附接件。第一调平连杆422在枢轴附接件414处被可枢转地附接至提升臂416。这在图示的实施例中，这个枢轴附接件414可以附接至可伸缩的提升臂部分418，赋予所述第一四连杆机构两个分开的可变长度的连杆。调平连杆422上的所述第二枢轴附接件是位于调平缸428与所述调平连杆422之间的枢轴附接件420。所述调平连杆422上的所述第三枢轴附接件是位于摆缸440与所述调平连杆422之间的枢轴附接件438。

机具承载件或接口434被配置成允许铲斗436或其它机具被安装在所述提升臂416上。机具承载件434在枢轴附接件430处被可枢转地附接至所述提升臂的所述可伸缩部分。机具承载件434还在枢轴附接件432处被可枢转地附接至摆缸440。

如参考图3-2中示出的提升臂组件350-2来图示的，调平缸428可以被液压地耦接至所述伸缩缸或致动器(图4中未示出)，所述伸缩缸或致动器控制提升臂416的可伸缩部分418的伸出和缩回。因而，当所述提升臂伸缩致动器伸出/缩回以使缩回可伸缩部分418伸出/缩回时，调平缸428也伸出/缩回以在所述第一四连杆机构中产生两个可变长度的连杆。在上文中参考图3-2来论述了所述两个四连杆机构的部件。

如图4所示，当提升臂416处于完全降低位置并且可伸缩的提升臀部分418被缩回到所述主提升臀部分内时，提升臂枢轴412(位于框架410上)与所述调平连杆422(具有所述提升臂)的枢轴414之间的作用线462接近平行于所述调平缸枢轴426(位于框架410上)与所述调平连杆422(具有所述调平缸)的枢轴420之间的作用线460。在示例性实施例中，在所述提升臂的这个完全降低位置中所述作用线在1度内平行。当所述提升臂被升高时这两条作用线460和462之间的角度向上打开5度和10度之间。必须指出，这种几何配置虽然在一些实施例中是有益的，但不需要在所有实施例中。

如图4中可以看出的，当提升臂416被升高，且在所述摆缸440被保持在固定长度时，调平缸428的长度不改变但所述调平缸428绕枢轴426和420枢转，从而使所述调平连杆422绕调平连杆/提升臂枢轴414枢转。这将在整个提升臂运动范围内保持铲斗436相对于地面或水平面的定向。另外，在图4中可以看出，用于所述摆缸440的非机具承载件枢轴438相对于所述提升臂416/418移动。这个特征还帮助提供在提升臂运动范围内的改善的铲斗调平性能。

现在参考图5，更详细地示出了图4中示出的所述提升臂组件的额外的特征。在示例性实施例中，已经发现，所述调平连杆422与所述调平缸428之间的枢轴附接件420被最佳地定位在被定义为在调平连杆枢轴414和438之间延伸的作用线480的后方或后面(例如，朝向所述调平缸枢轴426和框架410)。通过将枢轴420定位在所述调平连杆/提升臂枢轴414与调平连杆/摆缸枢轴438之间的这条作用线的后方，使部件的封装和布置(例如，机具承载件434或在没有机具承载件实施例中的机具、所述摆缸440等的尺寸、形状和物理配置)较不复杂。

现在参考图6-1，示意性示出了图4中示出的所述提升臂组件的一些实施例的另一特征。如图6-1所示，所述提升臂组件或系统可以包括具有足够长的行程以实现足够的回拖角的摆缸440。所述回拖角被定义为形成在铲斗436的底部506与地面或水平方向之间的角度。增加的摆缸长度允许回拖角将近70度。然而，使摆缸具有超长行程可能使得在所述提升臂处于某些位置时当所述缸被充分伸出时所述摆缸或其它部件易受损坏。端口安全阀502被耦接至摆缸440，使得所述缸440内的压力被通向箱504。端口安全装置被示出为位于摆缸440的背侧，但是在摆缸440的杆侧被可枢转地耦接至调平连杆422的其它布置中，所述端口安全装置反而可以被定位在所述摆缸的杆侧。如果所述摆缸、所述铲斗或其它附接件与所述提升臂发生干涉，则提供所述摆缸440上的所述端口安全装置用于限制所述摆缸的行程。这防止所述摆缸、铲斗或其它结构(诸如，所述提升臂)损坏并允许额外的行程，并允许所述提升臂抵抗所述铲斗与倾斜止动件之间的任何接触而被升高，以实现更好的回拖角。作为比较，同样的提升臂组件和系统(但具有延伸的摆缸行程且没有所述端口安全阀502)仅能够实现低于期望量的较小的回拖角(在这个示例中为52度)。

虽然已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本论述的范围的情况下，可以在形式和细节上做出改变。