CN101688381A - 用于连接执行机构和机器臂的快速联接器组件 - Google Patents

用于连接执行机构和机器臂的快速联接器组件 Download PDF

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Abstract

一种用于将例如铲斗的执行机构(2)与例如挖掘机的机器连接和脱离的快速联接器(10)。在一个实例中，快速联接器包括框架(12)，框架具有被构造成接收定位在执行机构上的销(5、5’)的凹口(30、32)。快速联接器包括能够在锁定位置和解锁位置之间运动的第一和第二固定栓(42、44)，以便将执行机构的销可移除地锁定在凹口内。摇杆组件(48)和连接器连杆(50)设置用于在锁定位置和解锁位置之间运动第二栓(44)。

Description

用于连接执行机构和机器臂的快速联接器组件
技术领域
本发明总体涉及联接器，并且更特别地涉及一种用于将例如铲斗的执行机构与例如挖掘机的机器连接和脱离的快速联接器。
背景技术
快速联接器通常是公知的，并且可在许多系统和装置中找到。通常，快速联接器被固定到机器臂上以便将该臂与执行机构连接和脱离。例如，快速联接器可被附接到挖掘机的臂上，以便将该臂与例如铲斗、重锤、松土机以及抓斗的执行机构连接和脱离。这种快速联接器的有利之处在于，快速联接器使得机器操作者可以快速地从一个执行机构更换为另一个执行机构。因此快速联接器的使用使得所述机器更加有效和灵活。
过去已经采用了多种不同类型的快速联接器。一种示例性快速联接器在2002年3月15日提交并在2005年6月7日授权给KennethM.Steig，Jr.等人的题为“Hydraulic Coupler”的美国专利6902346中披露。例如Steig披露的快速联接器通常包括主体、主体内的用于接收执行机构的机器销的凹口、用于打开和闭合凹口的第一和第二锁定栓以及连接到第一和第二锁定栓上以便使锁定栓在打开和闭合位置之间运动的活塞和缸装置。在这种类型的快速联接器中，执行机构的机器销可座置在凹口内，并可通过锁定栓保持在其中。然而，这种快速联接器的缺陷在于，液压失效会造成活塞缩回到缸内，由此将锁定栓从闭合位置运动到打开位置。这会造成机器销从凹口离开，并且使得执行机构从快速联接器意外脱离。为了防止这种脱离，这些公知的快速联接器可包括围绕活塞定位以便在出现液压失效时防止活塞缩回到缸内的压缩弹簧。这些快速联接器还提供用于将第一和第二锁定栓固定到联接器主体上的手动安装的锁定销，由此在液压失效时防止锁定栓运动到打开位置。然而压缩弹簧并不是所希望的，这是由于压缩弹簧容易被作用在活塞上的力克服，并且锁定销也不是所希望的，这是由于需要人力来安装它们。
发明内容
本发明披露一种用于将执行机构与机器臂连接和脱离的快速联接器组件。该快速联接器组件包括具有用于接收一对位于执行机构上的机器销的凹口或缺口的框架、用于将销固定在凹口或缺口内的固定栓、用于锁定和解锁锁定栓的致动器以及用于即使在致动器失效的情况下也确保栓保持锁定的过中心锁定系统。包括过中心锁定系统的本发明快速联接器不需要包括围绕活塞的、用作在致动器失效情况下将栓固定在锁定位置的备用安全装置的压缩弹簧。另外，本发明的装置不需要穿过框架内的对准开口手动安装锁定销以防止栓解锁。
在一个方面，该快速联接器组件具有框架，该框架带有前部、后部、缺口和开口爪形式的凹口。缺口靠近框架的前部定位，并且凹口靠近后部定位。缺口被构造成接收执行机构的第一销，并且凹口被构造成接收执行机构的第二销。该联接器还包括：靠近框架的前部枢转连接并在锁定位置和解锁位置之间运动以便在缺口内锁定执行机构的第一销的第一固定栓；以及靠近框架的后部枢转连接并在锁定位置和解锁位置之间运动以便在凹口内锁定执行机构的第二销的第二固定栓。具有止挡表面的摇杆组件通过摇杆枢销枢转安装到框架。
另外，连接器连杆通过第一枢销枢转连接到摇杆组件，并且连接器连杆通过第二枢销枢转连接到第二固定栓。框架还包括具有止挡表面并靠近框架的后部放置的突起构件。
附图说明
图1是用于将执行机构连接到机器臂的快速联接器的局部侧视图，所示快速联接器正在将铲斗类型的执行机构连接到典型挖掘机的臂上；
图2是图1的快速联接器的前部透视图；
图3是部分被剖去的侧视图，显示出图1的快速联接器位于解锁位置；以及
图4是部分被剖去的侧视图，显示出图1的快速联接器位于锁定位置。
具体实施方式
本发明涉及用于改进的快速联接器的系统和方法。在被描述的系统中，致动器用来使固定栓在锁定位置和解锁位置之间运动，以便将例如铲斗或抓斗的执行机构可拆卸地连接到例如挖掘机或反铲挖土机的机器的臂上。然而致动器会趋于失效，例如液压失效会出现在液压致动器中，并且这种失效会造成执行机构从该臂上意外脱离。所述快速联接器提供过中心系统，以确保在出现致动器失效的情况下至少一个栓保持锁定在锁定位置。从下面描述中将明白另外和可替代的方面。
参考图1和2，快速联接器10设置用于将例如铲斗的执行机构2可拆卸地连接到例如挖掘机或反铲挖土机的机器(未示出)的支承臂或杆4的远端上。应该理解到，除了铲斗之外，执行机构可以是抓斗、重锤、多功能处理器、耙子、松土机、锯或机械剪切机等。执行机构2设置有一对直立的支架3，其中一个支架在图1中表示。支架3隔开预定距离，并且一对机器销5、5’在支架3之间延伸。
快速联接器10包括具有通过横板15互连的一对隔开、平行侧板14的框架12。每个板14包括上板16和下板18。然而，将理解到，可以使用单件式的板来代替示例性的上板16和下板18。框架12还包括前部20、后部22以及顶部24和底部26。
框架12的顶部24被构造成连接到挖掘机(未示出)的杆4上。在示例性实施方式中，板14包括形成在框架12的顶部24内的两组对准的销开口28。具有固定槽31的凸缘29靠近每个销开口28设置。将理解到，快速联接器10可通过安装在板14的销开口28之一内的销6’枢转地连接到挖掘机(未示出)的支承臂4。同样，联接器10可通过销6枢转地连接到动力连杆8。固定销(未示出)可插入穿过凸缘29的固定槽31和形成在销6、6’内的相应槽(未示出)，以便将销6、6’固定在开口28内。因此连杆8可操作地连接到臂4以便围绕销6’枢转联接器10。
快速联接器10的底部26被构造成可拆卸地连接到执行机构2。在示例性实施方式中，每个板14包括凹口或缺口30和表示成开口爪形式的凹口32。缺口30靠近框架12的前部20和底部26布置，而凹口32靠近框架12的后部22和底部26布置。缺口30被构造成接收执行机构2的第一机器销5，并且凹口32被构造成接收第二机器销5’。
图3和4是具有侧板14的快速联接器10的侧视图，侧板14被剖去以便表示过中心锁定系统40，过中心锁定系统包括第一和第二固定栓42、44，以便将销5、5’分别固定在缺口30和凹口32内。图3表示锁定系统40在解锁位置，而图4表示锁定系统40在锁定位置。应该理解到，在系统40位于栓锁或锁定位置时在第二固定栓44和销5’之间存在间隙。
锁定系统40包括用于使第一和第二固定栓42、44在锁定位置和解锁位置之间运动的多个互连的部件。例如，锁定系统40包括致动器46、一对摇杆组件48以及一对连接器连杆50。
现在将描述示例性过中心锁定系统40的多种部件之间的互连和机械关系。与本发明相一致，第一固定栓42和致动器46通过枢销56互连。更特别是，枢销56穿过形成在第一栓42和活塞52内的相应孔口。摇杆组件48在从缸54的对应侧延伸并经过形成在摇杆组件48内的相应孔口的枢销58上枢转安装到缸54的相对侧上。连接器连杆50将摇杆组件48枢转地连接到第二栓44，并且第一和第二枢销60、62各自将连接器连杆50连接到摇杆组件48和第二固定栓44上。第一枢销60穿过形成在摇杆组件48和连接器连杆50内的相应孔口，而第二枢销62穿过形成在第二固定栓44和连接器连杆50内的相应孔口。
在示例性实施方式中，致动器46是具有活塞52和缸54的液压活塞和缸装置。活塞52枢转连接到第一固定栓42，以便使第一栓42在锁定位置和解锁位置之间运动。缸54枢转连接到摇杆组件48，以便在第一位置和第二位置之间使摇杆组件48运动。摇杆组件48的运动将致动器46的往复线性运动转换成连接器连杆50的转动运动。连接器连杆50的这种转动运动使第二固定栓44在锁定位置和解锁位置之间运动。将理解到，致动器46可以是任何类型的致动器，例如马达驱动的螺旋千斤顶。
参考图3和4，将更加详细地描述过中心锁定系统40。在示例性实施方式中，锁定系统40在三个位置处附接到快速联接器10的框架12。第一，枢销68穿过形成在第一固定栓42和板14内的相应孔口，以便将第一固定栓42枢转连接到框架12的前部20。第二，摇杆销70经过形成在每个摇杆组件48和每个板14内的相应孔口，以便将摇杆组件48枢转连接到框架12。第三，枢销72穿过形成在第二固定栓44和板14内的相应孔口，以便将第二固定栓44枢转连接到框架12的后部22。
框架12包括用于支承和有助于过中心锁定系统40的操作的多种特征。例如，框架12包括靠近框架12的后部22定位并从一个侧板14伸出或延伸到另一侧板14以便(尤其是)互连和支承板14的横撑76。框架12还包括从上板16延伸的突出部或指形件78以及定位在横板15上的突起80。
为了支持锁定系统40的操作，横撑76包括止挡84、86。将理解到，止挡84、86可通过与横撑76分开且不同的突起或突出部来提供。如图4所示，止挡86为摇杆组件48的相应表面90提供在摇杆组件48位于第一位置并且锁定系统40锁定时的接触表面。类似地，如图3所示，止挡84提供在摇杆组件48位于第二位置并且锁定系统40解锁时用于摇杆组件48的相应表面88的接触表面。
另外，爪82形成在横撑76内。爪82被成形为与板14的凹口32的形状相对应。相应地，爪82接收执行机构2的销5’，以便支承与销5’相关联的一部分载荷。
指形件78和突起80靠近框架12的前部20布置，并且参与系统40的操作以便解锁和锁定固定栓42、44。例如，为了解锁固定栓42、44，活塞52缩回到缸54内，将固定栓42运动成与指形件78接触。活塞52的继续缩回将栓42推靠在指形件78上，并朝着被锁定的第一栓42向前拉动缸54。这造成摇杆组件48围绕销70枢转，并且使得连接器连杆50运动，由此使第二栓44向上运动离开凹口32。类似地，为了锁定固定栓42、44，活塞52延伸，由此将第一栓42运动成与突起80接触。在这种接触之后，活塞52的延伸继续，并且这种运动将第一栓42推靠在突起80上，并且将缸54推动离开第一栓42。运动缸54造成摇杆组件48围绕销70枢转，并且使得连接器连杆50运动，由此将第二固定栓44朝着凹口32向下运动。
现在将描述在致动器46失效的情况下防止系统40解锁的连接系统40的过中心特征的操作。这种描述参考了中心线100，如图3和4所示，中心线100在第二枢销62和摇杆枢销70之间延伸。
在从锁定位置运动到解锁位置时，过中心系统40在使得第二固定栓44顺时针转动离开销5’之前朝着销5’(或空的凹口32)逆时针转动第二固定栓44。这是由于，在缩回致动器46导致在顺时针方向上转动摇杆组件48而第一销60在中心线100以下时，连接器连杆50推动第二固定栓44，使其在逆时针方向上向下朝着销5’转动。摇杆组件48的继续转动将第一销60运动到中心线100以上，造成连接器连杆50拉动第二固定栓44，使第二固定栓44在顺时针方向上向上转动离开销5’。
同样，在过中心系统40从解锁位置运动到锁定位置时，第二固定栓44在逆时针方向上朝着销5’转动，接着在最后的运动中在顺时针方向上转动离开销5’。这是由于，在延伸致动器46导致在逆时针方向上转动摇杆组件48而第一销60在中心线100以上时，连接器连杆50推动第二固定栓44，使其在逆时针方向上转动。在第一销60横过中心线100以下时，连接器连杆50拉动第二固定栓44，使其在顺时针方向上转动离开销5’，由此在销5’和栓44之间形成间隙。这种顺时针转动继续直到摇杆组件48接触横撑76。
在系统40位于锁定位置时，第二固定栓44将不在顺时针方向上转动，直到第一销60在中心线100以上。相应地，如果在系统40被锁定时(即当第一销60在中心线100以下时)打开力102作用在第二固定栓44上，即使致动器46不正常操作，栓44也将不打开。相反，打开力102将栓44固定在锁定位置。更具体地，打开力102形成在顺时针方向上围绕销72的力矩104、作用在连接器连杆50上的偏置力106以及在逆时针方向上围绕摇杆销70的力矩108。由于第一枢销60定位在中心线100和横撑76之间，偏置力106和力矩108组合地形成贴靠横撑76固定摇杆组件48的反作用力110、112。相应地，销5’施加在第二栓44上的例如打开力102的任何力将贴靠横撑76固定摇杆组件48，由此将第二固定栓44锁定在锁定位置。
应该理解到，由于重复使用的磨损或来自于重载荷的扭曲会以防止摇杆组件48适当贴靠横撑或突出部76座置的方式改变联接器10。在这种情况下，第二固定栓44和摇杆组件48具有用于将系统40固定在锁定位置的相应表面116、118。例如，在系统40位于图4所示的锁定位置时，作用在固定栓44上的打开力102形成在顺时针方向上围绕销72的力矩104，该力矩104会推动表面116、118抵靠接触，由此形成将第二固定栓44固定在锁定位置的反作用力120、122。还应该理解到，即使在摇杆组件48贴靠横撑76适当座置时，表面116、118也可在系统40位于锁定位置时抵靠接触。即使致动器46失效，这也可提供将第二固定栓44保持在锁定位置的另外支承。
工业实用性
从以上描述中将容易理解这里描述的快速联接器10的工业实用性。本发明适用于例如挖掘机的机器，这些机器可用于多种功能。例如，单个挖掘机可用于挖掘污物、岩石和其它材料，并且在挖掘操作中，会需要不同的执行机构，例如不同尺寸的铲斗、冲击断裂器或抓斗。快速联接器10可用来方便、快速地从一个执行机构更换到另一执行机构，因此减小了该机器不能用于其所需目的的时间。
在操作中，快速联接器10首先被附接到例如挖掘机的机器的臂4。为了实现这种附接，臂4在执行机构的支架3之间受到操控，并且销6、6’插入穿过形成在臂4和连杆8的端部内的销开口内。销6、6’一同插入穿过形成在快速联接器10的板14内的销开口28。为了将销6、6’锁定在销开口28内，锁定销(未示出)插入穿过凸缘29的固定槽31，并穿过形成在销6、6’内的槽(未示出)。因此，快速联接器10被牢固附接到臂4的端部。
为了将执行机构2附接到快速联接器10，臂被操控以便将快速联接器10定位在执行机构2以上。快速联接器10被定向，使得凹口32和爪82朝着执行机构2向下指向。快速联接器10被降低到执行机构2上，使得执行机构2的销5’座置在快速联接器10的凹口32和爪82内。臂4的动力连杆8接着被启动，以便围绕销5’枢转快速联接器10，使得缺口30朝着执行机构2的另一个销5运动。另一个销5接着座置在缺口30内。
为了将销5、5’固定在缺口30、凹口32和爪82内，致动器46被启动以便延伸其活塞52，造成摇杆组件48向下朝着横撑76的表面86转动。运动摇杆组件48将致动器46的往复线性运动转换成连接器连杆50的转动运动，并且连接器连杆50的转动运动向下和向前朝着凹口32和爪82运动第二固定栓44，直到连接器连杆50运动超过中心线100，摇杆组件48的表面90接触横撑76的表面86并且销5’固定在凹口32和爪82内。
延伸的活塞52还造成第一固定栓42向下和向前朝着缺口30枢转，直到将销5固定在缺口30内。如果快速联接器10不围绕销5’充分枢转并且另一销5不能适当座置在缺口30内，那么第一固定栓42将运动超过缺口30，直到其表面98接触突起80。相应地，在第一固定栓42不能与销5接触时，它将接触突起80。一旦第一固定栓42接触销5或突起80，延伸的活塞52造成缸54朝着框架12的后部22运动，以便锁定系统40，或者如果系统40已经被锁定，延伸的活塞52将系统40锁定在锁定位置。一旦系统40被锁定，执行机构2被牢固地连接到快速联接器10和挖掘机的臂4。
为了将执行机构2从快速联接器10脱离，致动器46被启动，以便缩回其活塞52。这种缩回将第一锁定栓42向上运动离开缺口30，直到第一栓42的表面96接触指形件78。一旦表面96接触指形件78，缩回的活塞52将包括连接到其上的摇杆组件48的缸54向上运动离开横撑76的接触表面86。向上运动的摇杆组件48将连杆50运动离开过中心位置，造成第二固定栓44向上运动离开凹口32和爪82。
一旦固定栓42、44从缺口30、凹口32和爪82充分缩回，那么臂4的连杆8被启动以便围绕销5’枢转快速联接器10，使得缺口30运动离开销5。接着，臂4被启动，以便将快速联接器10升高离开执行机构2。
本发明的采用过中心锁定系统40的快速联接器10不需要包括在致动器46失效时用作将固定栓42、44固定在锁定位置的围绕活塞52的压缩弹簧。另外，本发明的装置不需要穿过框架内的对准开口手动安装锁定销以防止栓42、44解锁。
将理解到，以上描述提供了所披露的系统和技术的实例。然而，可以考虑到，本发明的其它实施方式可在细节上不同于以上实例。对于本发明或其实例的所有参考被定为参考在这个意义上所描述的特定实例，而不打算对于本发明的总体范围造成任何限制。所有对于某些特征的区别和贬低的描述只是用来表示这些特征并不是优选的，除非另外说明，并不打算将这些特征完全排除在本发明的范围之外。
这里除非另外说明，这里对于数值范围的描述只作为对于每个落入该范围内的分开数值进行单独参考的简便方法，并且每个分开的数值被结合到说明书中，如同它们在这里被单独引用一样。这里除非另外说明或者本文中明显矛盾，这里描述的所有方法可以任何适当的顺序实施。
相应地，本发明包含了所附权利要求提出并由适用法律所许可的主题的所有变型和等同形式。此外，除非这里另外说明或者本文中明显矛盾，本发明包含了所有可能变型中的所述因素的任何组合。

Claims (10)

1.一种用于将具有第一销(5)和第二销(5’)的执行机构(2)连接到机器臂(4)的快速联接器组件(10)，所述快速联接器组件包括：
框架(12)，具有前部(20)和后部(22)以及第一凹口(30)和第二凹口(32)，所述第一凹口(30)靠近所述前部(20)定位，并且所述第二凹口(32)靠近所述后部(22)定位，所述第一凹口被构造成接收所述执行机构(2)的所述第一销(5)，所述第二凹口(32)被构造成接收所述执行机构(2)的所述第二销(5’)；
第一固定栓(42)，靠近所述框架的所述前部(20)定位，并且能够在锁定位置和解锁位置之间运动，以便将所述第一销(5)可移除地锁定在所述第一凹口(30)中；
第二固定栓(44)，靠近所述框架(12)的所述后部(22)定位，并且能够在锁定位置和解锁位置之间运动，以便将所述第二销(5’)可移除地锁定在所述第二凹口(32)中；
摇杆组件(48)，通过摇杆枢销(70)枢转地连接到所述框架(12)，并能够在第一位置和第二位置之间运动；以及
连接器连杆(50)，通过第一枢销(60)枢转地连接到所述摇杆组件(48)，所述连接器连杆通过第二枢销(62)枢转地连接到所述第二固定栓(44)。
2.如权利要求1所述的快速联接器组件，还包括：
突出部(76)，靠近所述框架(12)的所述后部(22)安装。
3.如权利要求2所述的快速联接器组件，其中，所述连接器连杆(50)在所述第一枢销(60)定位在中心线(100)和所述突出部(76)之间时位于过中心位置，所述中心线通过在所述第二枢销(62)和所述摇杆枢销(70)之间延伸的平面限定。
4.如权利要求1、2和3中任一项所述的快速联接器组件，其中，所述第二固定栓(44)在所述连接器连杆(50)位于所述过中心位置时位于锁定位置。
5.如权利要求2、3和4中任一项所述的快速联接器组件，其中，所述第二固定栓(44)在所述第一枢销(60)定位在所述第二枢销(62)和所述突出部(76)之间时位于所述锁定位置。
6.如权利要求2、3、4和5中任一项所述的快速联接器组件，其中，所述第二固定栓(44)在所述摇杆组件(48)接触所述突出部(76)时位于所述锁定位置。
7.如权利要求1、2、3、4、5和6中任一项所述的快速联接器组件，其中，所述第二固定栓(44)在接触所述摇杆组件(48)时位于所述锁定位置。
8.如权利要求2、3、4、5、6和7中任一项所述的快速联接器组件，其中，所述突出部(76)包括与所述第二凹口(32)结合以便接收所述第二销(5’)的爪(82)。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7和8中任一项所述的快速联接器组件，包括：
致动器(46)，连接到所述第一固定栓(42)和所述摇杆组件(48)，所述致动器被构造成使所述第一栓在所述锁定位置和所述解锁位置之间运动，所述致动器被构造成使所述摇杆组件在第一和第二位置之间运动。
10.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8和9中任一项所述的快速联接器组件，包括：
指形件(78)，靠近所述框架(12)的所述前部(20)定位，以便将所述第一固定栓(42)停止在所述解锁位置；以及
突起(80)，靠近所述框架的前部(20)定位，以便将所述第一固定栓(42)停止在所述锁定位置。
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