割晒机转向系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于差速转向自推进农业割晒机的转向系统，通过调节可旋转枢转臂的枢转位置以控制一对串联安装的液压驱动泵的输出且提供用于割晒机的原动力，来控制割晒机速度和方向。能够旋转且能够轴向运动的控制输入轴管理枢轴臂的相对定位。液压转向马达可操作地连接到输入轴。通过附接到安装在驾驶室中的割晒机方向盘的转向控制阀来管理液压转向马达的旋转。
【专利说明】割晒机转向系统
[0001] 相关专利申请的交叉引用
[0002] 本申请涉及2013年5月30日提交的名称为"Control Group Mounting Relative to Controlled Hardware (相对于受控硬件的控制组安装）"的美国专利申请以及2013年 5 月 30 日提交的名称为"Windrower Autoguidance Hydraulic Steering Interface (割晒 机自动引导液压式转向接口）"的美国专利申请。以上的申请以引用的方式并入本文。
【技术领域】
[0003] 本发明整体涉及液压动力差速转向农业机器，更具体地，本发明涉及用于这种机 器的改进的转向系统。
【背景技术】
[0004] 流体静力学驱动系统通常构造有驱动泵，该驱动泵直接附接到发动机，而没有离 合器或其它机构在发动机运转时停止泵的输出流。驱动泵排量（输出）以及由此差速转向 机器中的速度通过斜盘角度的变化而得到控制，通过泵外部的外部枢轴臂的运动来调节该 斜盘角度。在大多数泵中，在大约16-18度的较窄的范围内，枢轴臂以及由此斜盘发生从 "中间"到"全速"的旋转。对于这样的小范围运动，重要的是控制枢轴臂角度位置的组件能 够进行精确的角度控制。差速转向农业机器上的流体静力学基础驱动泵的斜盘角度的精确 控制是最为重要的，尤其是在以较高行驶速度操作机器（例如在田地之间进行道路运输所 必要的）的情况下。
[0005] 常规的机械机构在方向盘控制的旋转轴与驱动泵上的枢轴臂（pintel arm)之间 使用螺纹接口。转向比（通常为从完全右侧锁定到完全左侧锁定的方向盘圈数）由该控制 接口上的螺距形成，并且被选择成用以以符合人体工程学的转向比来平衡转向精度。因为 螺距是不容易调节的，所以转向比在低速可操纵性（例如在收割操作期间）与高速稳定性 (例如在道路运输期间）之间进行折衷。
【发明内容】
[0006] 极为有利的是提供一种转向控制组件，用于管理定位在流体静力学差速转向农业 机器上的枢轴臂，以改进转向灵敏度和精度。改进的安装系统具有的额外优点在于，易于结 合到当前型号的流体静力学驱动差速转向机器所使用的已有的斜盘控制设计中。
[0007] 在本发明的第一个实施例中，包括流体静力学驱动差速转向机器，其具有串联安 装到发动机的左侧和右侧驱动泵，每个驱动泵具有能够通过枢轴臂枢转而运动的角度可调 的斜盘以及用于使枢轴臂同时运动的控制连接装置。枢轴臂能够在具有中间位置的从最大 向前速度到最大向后速度的范围内运动，以便能够进行向前和向后行驶以及机器的转向。 控制连接装置被构造成用以通过控制连接装置的线性运动而使枢轴臂一致运动，并且使枢 轴臂通过控制连接装置的旋转运动而沿相反方向运动。对控制连接装置的第一输入来自于 液压转向马达，用以使控制连接装置旋转，而通过调节左右轮的差速来使机器转向。与方向 盘连接的转向控制阀管理用于使液压转向马达旋转的输入。转向控制阀被选择成用以产生 转向增益（例如转向马达的转向比高于方向盘的转向比），从而允许增加在控制连接装置 和枢轴臂之间的接口中的精度。对控制连接装置的第二输入来自于线性致动器，该致动器 的运动由机器操作者能够触及的向前-中间-向后（FNR)杆来管理，以均匀地调节轮的速 度。线性致动器在一个端部处连接到控制连接装置，在相对端部处连接到与驱动泵连接的 托架，使得线性致动器和泵共用共同的固定点，也就是回弹性地安装的发动机和液压泵，以 进一步改进转向精度和灵敏度。
[0008] 本发明的这些和其它目的是通过用于差速转向自推进农业割晒机的转向系统来 实现的，通过调节可旋转枢转臂的枢转位置以控制一对串联安装的液压驱动泵的输出且提 供用于割晒机的原动力，来控制割晒机速度和方向。能够旋转且能够轴向运动的控制输入 轴管理枢轴臂的相对定位。液压转向马达可操作地连接到输入轴。通过附接到安装在驾驶 室中的割晒机方向盘的转向控制阀来管理液压转向马达的旋转。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 尤其当参考附图时，在考虑本发明的以下详细公开的情况下，本发明的优点将会 变得明显，其中：
[0010] 图1为已知的差速转向农业割晒机的侧正视图，本发明能够用于这种类型的割晒 机；
[0011] 图2为图1的割晒机的流体静力学控制系统的部分左侧视图，示出了驱动泵控制 机构和安装装置；
[0012] 图3为图1的割晒机的液压转向控制回路的第一实施例的示意图；以及
[0013] 图4为图1的割晒机的液压转向控制回路的第一实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0014] 本发明中采用的紧固、连接、过程以及其它装置和部件中的许多在本发明的技术 领域中是众所周知且广泛使用的，它们的确切特性或类型对于本领域技术人员理解和使用 本发明而言不是必要的，因此它们将不会特别详细地描述。另外，本文中对术语"左"或"右" 的任何参考仅仅只是为了方便的目的，并且是通过站立在机器的后方面向机器的正常行驶 方向而确定的。此外，对于本发明的任何特定应用而言，本文所示和所述的各种部件可以在 本发明能够想到的情况下变化或改变，并且任何元件的特定应用的实施可以是本领域技术 人员众所周知且广泛使用的，因此，每个元件同样不会特别详细地描述。
[0015] 图1示出了农业机器5,本发明能够用于这种类型的农业机器。所示的机器5是众 所周知的自推进农业割晒机，其利用驱动轮的差速来使机器在地面上进行转向。该机器包 括主框架10,该主框架具有从前到后的纵向水平轴线，在其前部部分处由一对驱动轮13支 撑，并且在靠近后端部处由一对转向脚轮11支撑。主框架10支撑驾驶室17,以提供环境控 制的位置，可以从该位置舒适地操作机器，并且主框架支撑在前方设置的收割台19。收割台 19可以具有多种设计，但是通常包括切割机构（镰刀杆或旋转切割器），包括进给机构，并 且在某些模型中包括调节辊。
[0016] 机器的动力由发动机12提供，该发动机通过隔离器122回弹性地连接到主框架 10,以减少由发动机12传递到主框架10中的振动。现代差速转向农业机器的大致操作模 式是具有串联的流体静力学泵14、16,每个流体静力学泵用于两个驱动轮13中的一个，每 个泵具有悬置枢轴臂，从而枢轴臂相对于中间位置的向前和向后运动使相关的流体静力学 泵中的斜盘枢转，以允许调节流量和流动方向，从而使得相关的驱动马达23和轮旋转。流 体静力学驱动泵14、16串联地直接安装到发动机12。通过来自方向盘18(转向控制）以及 向前-中间-向后（FNR)速度选择器22的操作者输入来实现从驾驶室17控制驱动泵，该 速度选择器在驱动泵14、16附近可操作地连接到驱动控制机构30。授予Osborne等人的美 国专利No. 7, 207, 581提供了差速转向农业机器的详细说明，该专利全文以引用方式并入 本文中。
[0017] 现在参考图2,其示出了示例性流体静力学控制系统，包括处于驾驶室17内的常 规的方向盘18。当然，驾驶室包括额外的部件（未示出），例如座椅、用于操作机器的电气 和机械控制装置、空调单元等等。方向盘18附接到可旋转的转向轴182,该转向轴连接到转 向控制阀185,该转向控制阀将加压的液压流体流引导到转向驱动马达187。来自转向驱动 马达的输出轴189继而通过万向接头188和滑动联接件184连接到驱动控制机构30。万向 连接器在本领域中是众所周知的，是用以在两个轴之间传递旋转运动的机构，这两个轴不 必沿轴向对准。当转向驱动马达187连接到主框架10而驱动控制机构30连接到回弹性地 安装的发动机12时，可能出现微小的轴向不对准。
[0018] 驱动控制机构30包括控制输入轴311，该控制输入轴经由内螺纹构件 (block) 144、164与枢轴臂142、162接合，以便将控制输入轴可操作地连接到相应的左流体 静力学驱动泵和右流体静力学驱动泵14、16。枢轴臂构件144、164与控制输入轴上的驱动 螺纹314、316接合。驱动螺纹314、316相对于彼此是反向的（一个具有右手螺纹，另一个具 有左手螺纹），从而输入轴311的旋转引起构件144U64沿相反方向运动，根据输入轴311 的旋转方向而朝向彼此运动或者远离彼此运动。这种相反运动继而使得枢轴臂142U62沿 相反方向旋转（当从侧面看时，一个枢轴臂沿顺时针方向旋转，另一个枢轴臂沿逆时针方 向旋转），并且以相反的方式改变驱动泵的排量（例如，增加一个驱动泵中的输出流量而减 小另一个驱动泵中的输出流量），以允许机器通过方向盘18的运动而进行转向。如果机器 处于运动状态，那么这将使得一个驱动泵增加流量而另一个驱动泵减小流量，以使机器转 向；然而，如果系统已经处于机械中间位置，那么转动方向盘18增加了两个泵中的流量，但 是是沿相反的方向增加，使得机器绕其自身转向，一个驱动轮13向前运动，一个驱动轮反 向运动。
[0019] 控制输入轴311还能够沿轴向运动，以控制驱动泵14、16。转向驱动马达的输出 轴189包括滑动联接件，该滑动联接件包括套筒184和键槽端部312,以用于连接到控制输 入轴311。键槽接口允许控制输入轴311相对于输出轴189进行纵向运动。当控制输入轴 沿轴向运动时，枢轴臂构件144、164向前或向后运动，使得枢轴臂142、162沿相同方向旋转 (顺时针或逆时针）。在驾驶室17内具有FNR杆22,该FNR杆能够连续地和选择性地运动， 以允许沿向前或向后方向改变机器的速度。FNR杆22的输出部221控制液压阀24,该液压 阀引起FNR致动器330延伸或缩回。
[0020] 致动器330在第一端部332处连接到接头318上的心轴319,该接头318安装在 控制输入轴311上。接头318在保持在输入轴上的固定轴向位置的同时允许输入轴311旋 转。致动器330的相对的第二端部331通过连接到托架320而相对于驱动泵14、16固定。 当致动器330通过FNR杆22的用户可选输入而延伸或缩回时，控制输入轴311向前或向后 运动。设有稳定连接以引导接头318的运动，从而避免输入轴311相对于其纵向轴线偏转， 并且进一步改进控制输入轴311的运动。中间偏压元件350连接在控制输入轴311和托架 320之间，以便当转向控制装置被对准以用于向前直行时将控制输入轴311偏压到中间位 置中，该中间位置是这样一种位置，在该位置中，驱动泵输出流量基本上为零。
[0021] 现在结合图2参考图3和4,通过转向驱动马达189实现转向输入轴30的旋转。 转向驱动马达187连接到主框架10,并且被定位成靠近转向输入轴30。来自转向驱动马达 的输出轴189通过万向接头188和滑动联接件184连接到驱动控制机构30。该连接允许 转向驱动马达187和驱动控制机构30之间具有微小的轴向不对准，而不会导致马达或机构 中的约束或过量磨损。通过转向控制阀185计量的加压流体供应使得转向驱动马达187旋 转，该旋转的方向取决于方向盘18的旋转。这样的流体控制阀在本领域中是众所周知的。 在本文所示的示例性实施例中，转向控制阀是双排量转向控制单元，由Eaton公司提供的 型号为10系列的双排量装置。加压液压流体通过泵15经由加压供应装置152提供给转向 控制阀185。如在此所用的，泵15描述了向控制装置（例如瞬时转向控制阀）提供特定加 压流体流且允许该装置起作用所需的液压泵、减压阀、连接管线、孔口和贮存器（罐151)的 组合。
[0022] 根据方向盘18的转动输入，转向控制阀185经由液压管线186将加压流体引导到 转向驱动马达187。例如，向右侧转动方向盘会沿着使车辆向后转向所需的方向来引导使转 向驱动马达旋转所需的加压流体。方向盘18的稳定定位（例如没有必要的方向改变）导 致没有流体流被引导到转向驱动马达，从而控制输入轴不进行运动；该机器将沿着相同的 轨迹继续相同的相对驱动泵排量。来自转向控制阀185的减压流通过返回管线154返回到 流体贮存器（罐）151。来自转向驱动马达的输出轴189通过万向接头188和滑动联接件 184连接到驱动控制机构30。
[0023] 转向控制阀185的每单位方向盘圈数输入的流体传递速率的选择允许方向盘圈 数与控制输入轴转数的比值发生变化，以实现机器的期望的转向特性。试验表明，驱动螺纹 314、316和枢轴臂构件144、164使用较小的螺距将实现较大的转向精度。然而，当螺距减小 时，实现转向所需的方向盘圈数增加。使机器的路线反向（例如一连串U形转向的末端） 需要方向盘进行若干完整的转数的转向系统对于操作者而言是令人讨厌的。本发明允许方 向盘输入与转向驱动马达之间的比增大，由此允许使用比通常适合于笔直机械接口的更加 细小的螺距，并且提供更加符合人体工程学的适当的方向盘圈数来跨越方向盘的锁定到锁 定的范围。
[0024] 选择具有可变排量的可变转向控制阀能够选择性地改变有效转向比率增益。以 "A"示出的输入信号使阀移动，以改变每转数排出的流体，例如使每单位方向盘输入的流体 流量加倍。在一个实施例中，当机器获得预定的行驶速度时，输入信号"A"被激活，从而对于 车辆操作速度范围优化转向比率增益，这是对于笔直机械转向接口而言不可能的特征。存 在多种已知的系统来监测机器的行驶速度并且在预定速度下启动信号。任何这样的系统可 以与本发明结合使用，以自动地改变预定速度下的转向比。
[0025] 应当理解，在本发明的原理和范围内，在阅读本公开的情况下，本领域技术人员将 会并且能够对已经描述和示出以解释本发明的特征的细节、材料、步骤和部件布置进行改 变。以上的描述示出了本发明的优选实施例；然而，根据该描述，在不脱离本发明的范围的 情况下，各种概念可以用于其它的实施例。因此，以下权利要求用来以所示的特定形式宽泛 地保护本发明。
【权利要求】
1. 一种用于差速转向农业机器的方向控制机构，其包括： 右驱动马达和左驱动马达； 右液压驱动泵和左液压驱动泵，所述右液压驱动泵和左液压驱动泵串联地连接到发动 机并由所述发动机驱动，每个驱动泵具有排量控制机构，所述排量控制机构包括能够在第 一位置和第二位置之间旋转的枢轴臂，所述枢轴臂的旋转改变来自相应的驱动泵的液压流 体流量，以控制相应的驱动马达的速度和方向； 控制输入轴，所述控制输入轴连接到左枢轴臂和右枢轴臂，所述控制输入轴能够绕其 纵向轴线旋转并且能够沿着其纵向轴线平移，所述控制输入轴的旋转引起所述枢轴臂沿相 反方向的同时旋转，所述控制输入轴的平移引起所述枢轴臂沿相同方向的同时旋转； 转向驱动马达，所述转向驱动马达连接到所述控制输入轴，用以使所述控制输入轴旋 转，由此管理所述右液压驱动泵和左液压驱动泵的相对排量；以及 方向盘，所述方向盘连接成用以使液压转向阀旋转到中心位置的右侧和左侧，所述液 压转向阀将体积变化的加压液压流体引导到所述转向驱动马达，该变化取决于方向盘从所 述中心位置旋转的程度和方向，由此引起所述控制输入轴的与所述方向盘的旋转的程度成 比例的旋转。
2. 根据权利要求1所述的机构，其中方向盘旋转与转向驱动马达旋转的比能够选择性 地改变。
3. 根据权利要求2所述的机构，其中所述液压转向阀还包括具有第一位置和第二位置 的选择器，当处于所述第一位置中时，所述液压转向阀的旋转引起所述转向驱动马达以第 一速率旋转，当处于所述第二位置中时，所述液压转向阀的旋转引起所述转向驱动马达以 第二速率旋转。
4. 根据权利要求3所述的机构，其中在接收到输入信号的情况下，所述选择器的位置 改变。
5. 根据权利要求4所述的机构，其中所述输入信号代表机器的行驶速度。
6. -种用于差速转向农业机器的转向机构，其包括： 串联地连接的右液压驱动泵和左液压驱动泵，每个驱动泵具有排量控制机构，所述排 量控制机构包括能够在第一位置和第二位置之间旋转的枢轴臂，在从最大向前驱动速度到 最大向后驱动速度的范围内，所述枢轴臂的旋转改变来自相应的驱动泵的液压流体流量； 控制输入轴，所述控制输入轴连接到左枢轴臂和右枢轴臂，所述控制输入轴能够绕其 纵向轴线旋转并且能够沿着其纵向轴线平移，所述控制输入轴的旋转引起所述枢轴臂沿相 反方向的同时旋转，所述控制输入轴的平移引起所述枢轴臂沿相同方向的同时旋转； 转向驱动马达，所述转向驱动马达连接到所述控制输入轴，用以与所述控制输入轴一 起旋转，由此管理所述右液压驱动泵和左液压驱动泵的相对排量；以及 液压转向阀，所述液压转向阀能够通过方向盘旋转到中心位置的右侧和左侧，所述液 压转向阀将体积变化的加压液压流体引导到所述转向驱动马达，该变化取决于从所述中心 位置旋转的程度和方向，所述转向控制阀的旋转引起所述转向驱动马达和所连接的控制输 入轴的与所述方向盘的旋转的程度成比例的旋转。
7. 根据权利要求6所述的机构，其中液压转向阀旋转与转向驱动马达旋转的比能够选 择性地改变。
8. 根据权利要求7所述的机构，其中所述液压转向阀还包括具有第一位置和第二位置 的选择器，当处于所述第一位置中时，所述液压转向阀的旋转使所述转向驱动马达以第一 速率旋转，当处于所述第二位置中时，所述液压转向阀的旋转使所述转向驱动马达以第二 速率旋转。
9. 根据权利要求8所述的机构，其中在接收到输入信号的情况下，所述选择器的位置 改变。
10. 根据权利要求9所述的机构，其中所述输入信号代表机器的行驶速度。
11. 根据权利要求6所述的机构，其还包括致动器，所述致动器具有能够在大致相对的 第一端部和第二端部之间选择性地变化的长度，所述第一端部连接到所述控制输入轴以与 所述控制输入轴一起运动，所述第二端部锚固到所述液压驱动泵，所述致动器的长度的变 化使得所述控制输入轴独立于由所述转向驱动马达引起的所述控制输入轴的旋转而沿着 所述控制输入轴的纵向轴线沿任一方向运动。
【文档编号】A01B69/06GK104206062SQ201410217776
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2013年5月30日
【发明者】T·B·皮尔斯, P·J·埃尔哈特, J·费伊, M·D·莱顿 申请人:凯斯纽荷兰(上海)机械研发有限公司