具有介于臂部件之间的机械锁定装置的铰接操作臂

摘要

铰接操作臂（100），该铰接操作臂上安装或者能安装一个或多个工具，该铰接操作臂包括彼此枢转地连接的大致三个铰接件（101、102、103），这大致三个铰接件包括第一铰接件、第二铰接件和第三铰接件，该第三铰接件旨在连接至一个或多个工具，该第二铰接件在第一端部处枢转地连接至第一铰接件并且在第二端部处枢转地连接至第三铰接件，其中，这大致三个铰接件能彼此邻近地转动，以形成缩短的臂，这使得在转动过程中，在第二铰接件与第一铰接件之间出现第三铰接件的机械锁定。

说明书

本发明涉及一种铰接操作臂，在该铰接操作臂上安装或者可以安装一 个或多个工具（implement），该铰接操作臂包括：多个铰接件，彼此枢转 地连接；多个控制件，用于控制多个铰接件的运动；以及一组管道，为多 个控制件提供动力，并且如果需要为一个或多个工具提供动力。

这样的铰接操作臂通常是已知的，并且用在多种建筑机械（诸如挖掘 机、具有操作臂的拖拉机）中，但是也用在用于其它应用（诸如用在船上 等）的铰接操作臂中。

US2002/0062587A1描述了将具有两个铰接件的铰接操作臂的对称 地体现的旋转连接件用于挖掘机。

在以本申请人的名义的欧洲专利EP1 472 416和NL1035694中详细 描述了操作臂的另一个可能实施方式，将它们的文本通过引证结合于此。

为了本发明的目的，本发明必须改进这样的操作臂，特别是关于操作 臂的不同铰接件中/上的管道。

为此，本发明的特征在于，存在于铰接操作臂中的至少三个铰接件中 的前一铰接件和后一铰接件通过大致中空的轴连接，多个管道中的至少一 个穿过该中空轴延伸。使至少一个管道穿过中空连接轴延伸的优点是管道 较不可见、较不易损坏，在一些情况中，还可以更短，并且可以穿过铰接 操作臂更有效地布置和引导。

在该描述中将不同的铰接件称为“第一”、“第二”、“第三”、“最后 的”、“前一”、“后一”铰接件。第一铰接件是指适于连接至例如挖掘机的 机器的底盘的铰接件，而最后的铰接件是指适于安装一个或多个工具的铰 接件。彼此枢转地且连续地连接的一个或多个铰接件可以出现在第一铰接 件和最后的铰接件之间。术语“前一”和“后一”在此始终是指从第一铰 接件至最后的铰接件进行编号的两个连续的铰接件。

在本发明的优选实施方式中，第一铰接件适于接合至底盘，并且最后 的铰接件适于接合至工具，并且后一铰接件是不同于最后的铰接件的一个 铰接件。换言之，中空轴布置在两个连续的铰接件之间，其中，这两个连 续铰的接件不包括最后的铰接件和倒数第二铰接件。

通常的情况是，连续的铰接件之间的围绕旋转点的角位移是相当大 的。在第一铰接件和第二铰接件之间，特别是这样的情况，当操作臂包括 大致三个铰接件时，更是这样的情况，因为角位移较大（在角度α﹥100° 的数量级达到例如α=140°、150°、160°、170°、180°），这导致难以使用 标准管道和软管。

在本发明的优选实施方式中，前一铰接件和后一铰接件与第一铰接件 和第二铰接件对应。

在本发明的实施方式中，至少一个管道包括旋转连接机构。通过利用 旋转连接件（swivel joint）或旋转连接机构，可以使与第一铰接件和第二 铰接件相关的管道免于导致不能将相应管道折叠得足够紧凑、以及导致可 用于这种应用的管道的有限弹性的不期望的影响。在现有技术中，前一铰 接件和后一铰接件（例如第一铰接件和第二铰接件）之间的管道体现为使 得它们应能够适应铰接件之间的整个角位移，尽管角位移通常限于小于 100°的角度α。在可以通过将铰接件折叠在一起（特别是通过使它们朝着 彼此以及逆着彼此转动）而使操作臂缩短的情况下，这个角度范围更大， 并且可能是成问题的。根据这个特征的具体实施方式，旋转连接机构允许 待适应的位移减小、在引入管道和引出管道之间更好地调节或者更好地分 布。

旋转连接机构原则上可以布置在不同位置处。

根据本发明的优选实施方式，用于至少一个管道的旋转连接机构容纳 在中空轴中。这具有这样的优点，即，旋转连接机构在有限程度上可视， 并且与铰接操作臂紧凑且别致地形成整体。

在优选实施方式中，前一铰接件和后一铰接件（例如第一铰接件和第 二铰接件）沿着中空轴相互邻近地布置。前一铰接件和后一铰接件可以围 绕这个中空轴枢转。在这种构造（在一些实施方式中，其与欧洲专利No.1 472416的实施方式对应）中，必须由管道适应的有限弹性和大可能位移 的问题甚至更加突出。根据本发明的优选实施方式，旋转连接机构布置成 部分地在前一铰接件的侧面上转动，并且部分地在后一铰接件的侧面上转 动。

在优选实施方式中，旋转连接机构布置在前一铰接件（例如第一铰接 件）的位置处。在优选实施方式中，旋转连接机构适于邻近前一铰接件（例 如第一铰接件）自由转动。

在优选实施方式中，旋转连接机构布置在后一铰接件（例如第二铰接 件）的位置处。在优选实施方式中，旋转连接机构适于邻近后一铰接件（例 如第二铰接件）自由转动。

在本发明的优选实施方式中，旋转连接机构布置或悬挂成使得在臂的 使用过程中几乎没有物理力施加在旋转连接机构上。

在本发明的另一优选实施方式中，存在一个或多个保护部件，以保护 一个或多个旋转连接件以及它们的一个或多个相关管道。

用于旋转连接机构或通道以及它们的相关管道的这些保护部件可以 在前一铰接件和后一铰接件之间安装在一个或多个铰接件和/或中空轴上。

在优选实施方式中，一个或多个保护部件在它/它们的底面上设置有用 于引导至少一个管道的沟道。

在优选实施方式中描述了一种铰接操作臂，其中，中空轴在其相应外 端处包括适于接合至管道的接合件（coupling），并且其中，中空轴还适于 在内部使存在于中空轴的相对外端上的预定的接合件对彼此连接。

在本发明的优选实施方式中描述了一种铰接操作臂，其包括大致三个 铰接件，这些铰接件可以邻近彼此转动，从而能够形成与本申请人的欧洲 申请EP1472416中描述的操作臂类似的缩短的臂，这还根据本发明的上 述方面而布置和改变。利用上述方面改进的操作臂但也是在EP1472416 中描述的原始操作臂还可以通过改变铰接臂而进一步改进，使得在大致三 个铰接件邻近彼此转动的转动过程中，在第二铰接件与第一铰接件之间出 现第三铰接件的机械锁定。

这样的机械锁定提供第三铰接件相对于第一铰接件和第二铰接件的 固定。

在本发明的优选实施方式中，一个或多个工具安装或可以安装在第三 铰接件上，并且操作臂的第三铰接件具有大于第二铰接件的长度，使得当 第三铰接件、第二铰接件和第一铰接件抵靠彼此而折叠时，如在EP1472 416中描述的，可以实现单个操作臂，并且可以在第三铰接件的自由端部 处自由使用附接的工具。

如本领域技术人员将认识到的，机械锁定可以以不同方式体现。

在本发明的优选实施方式中，第三铰接件和第二铰接件每个分别包括 接合装置，这些接合装置布置成，当第三铰接件和第二铰接件抵靠彼此或 彼此邻近地转动时，通过第三铰接件的接合装置和第二铰接件的接合装置 之间的接合，出现第三铰接件相对于第二铰接件的机械锁定。在优选实施 方式中，第一铰接件还包括接合装置，该接合装置布置成，出于这个目的， 在第二铰接件和第三铰接件一起（参见前一步骤）朝着第一铰接件进一步 转动之后，接合至第三铰接件的接合装置。

在优选实施方式中，第一铰接件的接合装置包括凹槽，该凹槽优选地 为渐缩的。第二铰接件的接合装置也可以优选地包括渐缩的凹槽。第三铰 接件的接合装置还可以包括一个或多个销结构。第一铰接件和第二铰接件 的接合装置的渐缩的凹槽优选地适于接收一个或多个销结构。

铰接操作臂还包括用于调节第三铰接件、第二铰接件和第一铰接件的 机械锁定的调节装置。在已出现某种形式的磨损或破坏之后，这样的调节 在调节和保证操作臂的运行中可以是重要的。

在优选实施方式中，操作臂布置和/或改变成使得自动调节第三铰接件 相对于第二铰接件和/或第一铰接件的锁定。通过利用弹性材料或单元（例 如由橡胶制成）、或者通过将例如钢簧结合在第二铰接件和/或第一铰接件 的接合装置中，这是可能的。第一铰接件和第二铰接件的接合装置（例如 凹槽）可以整体地或部分地以弹性材料（诸如橡胶或塑料）体现。第一铰 接件和第二铰接件的接合装置还可以利用例如一个或多个例如钢簧而弹 簧安装（spring-mount）。

在本发明的优选实施方式中，控制件是液压的、基于气体的（例如气 动的）或者电控制件，并且管道分别是液压的、基于气体的（例如气动的） 或者电管道。这些不同种类的控制件和对应管道的组合也是可能的。

图1A-图1D示出了本发明的一个实施方式的不同视图。图1A示出了 3-D视图，而图1B示出了仰视图，图1C示出了俯视图，并且图1D示出 了相同装置的侧视图。

图2A和图2B示出了相对于根据本发明的方面的第一铰接件和第二 铰接件的机械锁定机构的方面。

图3示出了本发明的实施方式，其中，旋转连接机构布置在大致中空 的轴中，该中空轴作为第一铰接件和第二铰接件之间的枢转轴。图3还示 出了用于这些旋转连接机构的保护部件的原理。

图4、图5和图6从不同观察点进一步示出了根据本发明的实施方式 的旋转连接机构和机械锁定系统。

图7是可以在两个铰接件之间使用的旋转连接件的一个实施方式的立 体图。

图8示出了图7所示的实施方式的横截面。

图1A-图1D示出了根据本发明的铰接操作臂的可能实施方式。这样 的铰接操作臂典型地旨在用在建筑机械中，诸如挖掘机、带有铰接操作臂 的拖拉机等。在所示实施方式中，铰接操作臂包括三个铰接件：第一铰接 件101、第二铰接件102和第三铰接件103。第一铰接件101的外端设置 有用于附接至例如挖掘机的底盘的装置104。在所示实施方式中，第三铰 接件103设置有快速变换系统105，工具可以安装在该快速变换系统上。 本领域技术人员将认识到的是，为了安装工具，可能具有多种其它接合系 统。

铰接件101、102、103彼此枢转地连接：第二铰接件102通过与枢转 轴125的枢转连接而枢转地连接至第一铰接件101；第三铰接件103通过 与枢转轴126的枢转连接而枢转地连接至第二铰接件102。在所示实施方 式中，铰接操作臂可以连接至底盘，其中，这个连接使得铰接操作臂可以 围绕卧轴（lying shaft）127枢转。当然，根据底盘以及操作臂意欲的应用， 具有更大或更小自由度的连接也是可能的。

对铰接件101、102、103的运动的控制基于在此为圆筒107、108、109 的形式的控制件而进行。圆筒107控制第二铰接件相对于第一铰接件的运 动；圆筒108控制第三铰接件相对于第二铰接件的运动；并且圆筒109控 制平行四边形联动装置（linkage）129的运动，并且因此控制接合至快速 变换系统105的工具的运动。本领域技术人员将再次认识到的是，多种变 型是可能的，并且控制件并非必须设置在邻近的铰接件之间，而是还可以 设置在非邻近的铰接件之间。本领域技术人员还将认识到的是，根据一个 变型，铰接操作臂可以体现为具有多于三个铰接件。

控制件典型地是液压圆筒，尽管根据一个变型，控制件还可以是机械 的、电磁的或者机械、电磁和液压控制件的组合。这样的控制件必须通过 管道供以能量，通常是压力下的流体。对于所示实施方式，控制件是液压 圆筒，并且管道是液压软管。

所示操作臂是可折叠型的：在此，第三铰接件103可以围绕轴126朝 着第二铰接件102转动，直到它们处于彼此邻近和/或彼此抵靠。然后，第 三铰接件和第二铰接件可以一起进一步围绕由第一铰接件101与第二铰接 件102之间的铰接限定的轴125转动角度α，从而于是以缩短的臂构造处 于邻近第一铰接件101。应当注意的是，通过上述转动运动，快速变换系 统105再次位于操作臂的自由外端处。图1A-图1D还示出了通过第二铰 接件102上的接合部件1C和1D以及第一铰接件上的接合装置1A和1B （图中未示出）的第三铰接件相对于第一铰接件和第二铰接件的机械锁定 的方面，当将操作臂折叠在一起时，这些接合装置可以接收或者可以接合 至第三铰接件的接合装置2。图1A-图1B还示出了本发明的方面，其中， 旋转连接机构（3、4）布置在中空轴中，该中空轴将第一铰接件101枢转 地连接至第二铰接件102。

图2A和图2B详细示出了用于第三铰接件103相对于第一铰接件和 第二铰接件的机械锁定机构。第三铰接件103包括接合装置2，该接合装 置可以例如包括一个或多个销2A和2B。当第三铰接件103围绕轴126朝 着以及逆着第二铰接件102转动时，这些销2A和2B优选地接收在渐缩 的凹槽1C和1D中，这些凹槽沿着第二铰接件102布置在合适的位置处。 当第三铰接件和第二铰接件进一步在其折叠位置中围绕轴125朝着以及逆 着铰接件101转动时，销2A和2B还由布置在第一铰接件上的合适位置 处的凹槽1A和1B接收。这样，销2A和2B由凹槽1A和1B、1C和1D 机械锁定。这样的锁定不需要经由液压装置和/或电子器件启动，由此，它 可以具有更简单且更廉价的形式并且此外更安全，因为锁定装置不需要压 力或电。

凹槽1A、1B、1C和1D可以部分地由弹性材料（诸如橡胶或塑料） 体现。凹槽1A、1B和/或1C、1D还可以通过一个或多个例如钢簧而弹簧 安装。

锁定机构进一步在图3中阐述，其中，凹槽1A和1C将销2A机械地 锁定在操作臂的折起（folded-together）位置中。这同样出现（图中未示出） 在销2B中，该销由操作臂的另一侧上的凹槽1B和1D机械地锁定。图3 还示出了在第一铰接件与第二铰接件之间的连接，其包括大致中空的轴， 并且其中还布置有旋转连接件（3、4）。本领域技术人员将理解的是，存 在并且可以应用旋转连接件和旋转连接机构的不同变型。下面概述了几种 实施方式。图3示出了在一个外端处包括用于管道4A的不同接合装置的 旋转连接件，这些接合装置在旋转连接件（3、4）的相对外端3处靠近中 空轴的相对外端以预定的方式连接至管道3A的类似接合装置。因此，管 道在旋转连接件处可以包括沟道（channel）。换言之，一方面，第一管道 部件可以接合至接合装置4A，而另一方面，另一个管道部件可以以这样 的方式接合至接合装置3A，即，使得旋转连接件以预定的方式提供包括 这两个管道部件的管道的连续性。这种结构的优点在于，通常应当能够适 应操作臂的整个转动的管道现在必须能够仅在有限的程度上或者以更平 衡的方式这样做。情况就是这样，因为不同铰接件的转动的部分补偿可以 由旋转连接件提供。图3还示出了能够保护旋转连接件和相关管道的保护 盖4′的方面。

图4再次从不同观察点示出了机械锁定和布置在大致中空的轴中的旋 转连接件的方面。对于图5，同样如此。并且应当注意的是，引导装置6 可以设置成沿着操作臂的一个或多个铰接件引导管道。图6示出了第一铰 接件和其它部件的立体图。旋转连接件3的突出部件在此也进一步由保护 盖3′保护，该突出部件包括用于管道的接合装置3A。

在图7和图8详细示出了旋转连接件的一个实施方式。旋转连接件200 包括第一元件201（例如用于连接至第一铰接件）、以及第二元件202（例 如用于连接至第二铰接件）。

如可以在图8的横截面中最佳看出的，旋转连接件200包括轴209的 柔性悬挂件212和212′、以及旋转连接件的相关外套筒205。应当注意的 是，这个轴209不吸收任何力。中空支撑轴208经由柔性悬挂件212和212′ 支撑具有外套筒205和轴209的旋转连接件。第一元件201连接至这个支 撑轴208。第二元件202经由轴承207和207′相对于支撑轴208可转动地 安装。软管接合件204设置在轴209的外端处。穿过第一元件201的软管 接合件203进一步穿过支撑轴108延伸，并且在此软管接合件203附接至 外套筒205，使得流体能够经由外套筒205流动到轴209中的流体沟道210 中。在轴209的外端处，在此，流体到达软管接合件204。多个流体管道 典型地通过可在不同流体沟道中转动的以及图8中的软管接合件供给。在 此，在两个方向上朝着每个沟道的侧面的流动是可能的。

当然，本发明不限于上述示例性实施方式，并且本领域普通技术人员 将认识到的是，可以设想落在本发明的范围内的多种其它变型，该范围仅 由以下权利要求限定。