专利名称：用于增加挖掘机上的动臂操作速度的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于增加挖掘机上的动臂(boom)操作速度的装置，当动臂在竖直平面上操作(提升)同时上部转动结构在水平平面内旋转(转动)时，该装置能使操作者增加动臂的提升速度并同时降低上部转动结构的旋转速度。
更具体地，本发明涉及一种用于增加挖掘机上的动臂操作速度的装置，当挖掘机执行包括动臂提升和上部转动结构的转动的组合操作时，所述装置能使不熟练的操作者通过相对地降低转动的旋转速度和增加动臂的提升速度来方便地操作工作设备，以提高其工作效率。
背景技术：
如图1中所示，常规的挖掘机包括下部驱动结构1；安装在下部驱动结构1上并通过驱动装置在水平面上旋转的上部转动结构5，该驱动装置具有转动马达2，固定在转动马达2上的行星齿轮3以及与该行星齿轮3啮合的内齿轮4；安装在上部转动结构5上的操作室6和发动机7；安装在上部转动结构5上的工作设备14，该工作设备具有由动臂缸8驱动的动臂9，由臂部缸10驱动的臂11和由铲斗缸12驱动的铲斗13；以及安装在上部转动结构5的后侧上的配重15，该配重具有的重量(未示出)能使整个设备在工作中保持平衡。
参考图2，驱动挖掘机的动力生成单元包括发动机16，由发动机16驱动来向致动器A供应液压流体的液压泵17；工作设备14中的部件8、10和12，以及安装在液压泵17和致动器A之间的流动路径上的控制阀18，用来控制供应到致动器A的液压流体。
参考标记“19”表示散热器，“20”表示冷却回流的液压流体的油冷却器，“21”表示液压槽。
如图3所示，用来驱动动臂和转动马达的常规液压回路包括连接到发动机16的第一和第二液压泵16a和16b；连接到第一液压泵16a的第一致动器8(例如动臂缸)；和连接到第二液压泵16b的第二致动器2(例如转动马达)。
用于驱动动臂和转动马达的常规液压回路包括安装在第一液压泵16a和第一致动器8之间的流动路径25和26上的第一控制阀22，转换该阀来控制第一致动器8的开启、停止和回转；安装在第二液压泵16b和第二致动器2之间的流动路径29和30上的第二控制阀23，转换该阀来控制第二致动器2的开启、停止和回转；以及安装在第二液压泵16b和第一致动器8之间的流动路径27和28上的第三控制阀24(在该情形下，流动路径27和28与连接于第一控制阀的流动路径25和26相连通)，转换该阀来将第二液压泵16b的一部分液压流体与第一致动器8相连。
现在参考图3来说明提升所述动臂的操作。
如果操作者将控制信号输入到第一控制阀22的右侧口，第一控制阀22的内部阀芯在图中的左侧的方向转换(即转换到位置a)。从第一液压泵16a排出的液压流体通过第一控制阀22和流动路径25被供应到第一致动器8的较大的腔中，从而提升动臂9。此时，从第一致动器8排出的液压流体通过流动路径26和第一控制阀22返回到液压槽中。
相反，如果第一控制阀22在图中的右侧的方向转换(即转换到位置b)，从第一液压泵16a排出的液压流体通过第一控制阀22和流动路径26被供应到第一致动器8的较小的腔中，从而降低动臂9。此时，从第一致动器8排出的液压流体通过流动路径25和第一控制阀22返回到液压槽中。
现在参考图3说明上部转动结构的转动操作。
如果操作者将控制信号输入到第二控制阀23的左侧口，第二控制阀23的内部阀芯在图中的右侧的方向转换(即转换到位置e)。从第二液压泵16b排出的液压流体通过第二控制阀23和流动路径30被供应到第二致动器2，从而旋转转动马达2。
这样，固定在转动马达2上的行星齿轮3与固定在上部转动结构5上的内齿轮4相啮合，从而旋转上部转动结构5。此时，从第二致动器2排出的液压流体通过流动路径29和第二控制阀23返回到液压槽中。
现在参考图3说明增加动臂的提升速度的原理。
当操作者操作控制杆以提升动臂时，操作者将控制信号输入到第三控制阀24的左侧口中，且因此第三控制阀24的内部阀芯转换到图中的左侧方向(即转换到位置c)。从第二液压泵16b排出的液压流体通过第三控制阀24和流动路径27和25被供应到第一致动器8。即，从第二液压泵16b排出的部分或全部液压流体连通到第一致动器8，从而增加动臂9的提升速度。
从第一致动器8排出的液压流体通过流动路径26和第一控制阀22返回到液压槽中，并且同时，液压流体通过流动路径28和第三控制阀24返回到液压槽。此时，第一控制阀22被打开且随后第三控制阀24被打开。
现在参考图3说明提升动臂同时旋转上部转动结构的操作。
在挖掘并装载到自动倾卸卡车的操作中，通过动臂下降、伸入臂部、铲斗运动的组合操作，铲斗13被压入土地中，然后通过上移动臂的操作来把铲斗提升起来。然后，转动上部转动结构来将土装载到自动倾卸卡车上。重复进行上述过程。这样，为了减少周期时间，操作者同时进行提升动臂9和转动上部转动结构5的操作。
这样，由于铲斗13中装有土而负有载荷，动臂9的提升速度变慢，同时由于增加了压力，上部转动结构5的旋转速度相对变快。因此，当操作者在动臂9的提升过程中等待时，操作者不得不通过调节用于转动速度控制的操作杆的行程来降低上部转动结构5的旋转速度。因此，在同时操作提升动臂和旋转上部转动结构来执行该组合操作的情况下，操作者需要具备经验和技巧。
发明内容
因此，本发明可解决上述的现有技术中存在的问题，同时还能保持现有技术中的优点。
本发明的一个目的是提供一种用于增加挖掘机上的动臂操作速度的装置，当操作者进行动臂提升和上部转动结构转动的组合操作时，通过自动地相对降低上部转动结构的旋转速度和增加动臂的提升速度，能够使操作者方便地操作工作设备。
为了实现该目的，提供了一种根据本发明的用于增加挖掘机上的动臂操作速度的装置，该装置包括第一和第二液压泵；连接到第一液压泵的第一致动器；连接到第二液压泵并且互相串联连接的一对第二致动器；安装在第一液压泵和第一致动器之间的流动路径上的第一控制阀，该第一控制阀用于控制所述第一致动器的开启、停止和回转；安装在第二液压泵和第二致动器之间的流动路径上的第二控制阀，该第二控制阀用于控制所述第二致动器的开启、停止和回转；安装在第二液压泵和第一致动器之间的流动路径上的第三控制阀，该第三控制阀用于将所述第二液压泵的一部分液压流体连到所述第一致动器；以及安装在所述第二致动器和第二控制阀之间的流动路径上的隔断阀，只有在所述第一和第二致动器被同时驱动的组合操作下第二致动器根据动臂提升的控制信号而被驱动转换时，液压流体从第二液压泵供应到所述第二致动器中的选定的一个，从而向第一致动器补充要供应到第二致动器的液压流体。
在本发明的一个实施例中，转换隔断阀的控制信号可以是以下的方式a)转换第三控制阀来驱动第一致动器的指示信号压力；b)转换第三控制阀来驱动第一致动器的电信号；c)操作者对隔断阀的例如用手或脚的身体操作；d)转换第一控制阀来驱动第一致动器的指示信号压力；和e)转换第一控制阀来驱动第一致动器的电信号。
第一致动器可以是动臂缸，第二致动器可以是转动马达。
在本发明的另一方面，提供了一种用于增加挖掘机上的动臂操作速度的装置，该装置包括第一和第二液压泵；连接到所述第一液压泵的第一致动器；连接到所述第二液压泵的第二可变位移致动器；安装在所述第一液压泵和第一致动器之间的流动路径上的第一控制阀，该第一控制阀用于控制所述第一致动器的开启、停止和回转；安装在所述第二液压泵和第二致动器之间的流动路径上的第二控制阀，该第二控制阀用于控制所述第二致动器的开启、停止和回转；安装在所述第二液压泵和第一致动器之间的流动路径上的第三控制阀，该第三控制阀用于将所述第二液压泵的一部分液压流体连到所述第一致动器；以及安装在所述第二致动器上的可变位移装置，该装置根据在所述第一和第二致动器被同时驱动的组合操作下的动臂提升的控制信号而被驱动，从而向所述第一致动器补充一部分从所述第二液压泵流向所述第二致动器的液压流体。
在本发明的另一个实施例中，驱动可变位移装置的控制信号可以是以下的方式a)转换第三控制阀来驱动第一致动器的指示信号压力；b)转换第三控制阀来驱动第一致动器的电信号；c)转换第一控制阀来驱动第一致动器的指示信号压力；和d)转换第一控制阀来驱动第一致动器的电信号。
第一致动器可以是动臂缸，第二致动器可以是可变位移转动马达。
本发明的以上及其它目的、特征和优点，从以下结合附图的具体描述中将显而易见，其中图1为常规挖掘机的侧视图；图2为驱动挖掘机的动力生成单元的示意图；图3为挖掘机上操作动臂和转动马达的常规液压回路的示意图；图4为说明现有技术中连接上部转动结构和转动马达的机构的透视图；图5为根据本发明实施例的用于提高挖掘机上动臂操作速度的装置的液压回路示意图；图6为说明根据本发明实施例的连接上部转动结构和转动马达的机构的透视图；图7为描述同时进行动臂被提升和上部转动结构旋转时的转动角度和铲斗高度之间关系的曲线图；
图8为根据本发明另一实施例的用于提高挖掘机上的动臂操作速度的装置的液压回路示意图；和图9为说明根据本发明另一实施例的连接上部转动结构和转动马达的机构的透视图。
具体实施例方式
以下，参考附图对本发明的优选实施例进行说明。说明书中限定的内容，例如具体的构造或元件，只是用来辅助本领域技术人员理解发明的特定情况，因此本发明不限于该内容。
如图5所示，根据本发明实施例的用于提高挖掘机上的动臂操作速度的装置包括连接于发动机16的第一和第二液压泵16a和16b；连接于第一液压泵16a的第一致动器8(例如动臂缸)；连接于第二液压泵16b并且彼此串联连接的一对第二致动器2a和2b(例如转动马达)；安装在第一液压泵16a和第一致动器8之间的流动路径25和26上的第一控制阀22，当输入来自外部的控制信号时，转换该阀来控制第一致动器8的开启、停止和回转；安装在第二液压泵16b和第二致动器2a和2之间的流动路径29和30上的第二控制阀23，当输入来自外部的控制信号时，转换该阀来控制第二致动器2的开启、停止和回转；安装在第二液压泵16b和第一致动器8之间的流动路径27和28上的第三控制阀24(这种情况下，流动路径27和28与连接于第一控制阀22的流动路径25和26相连通)，当输入来自外部的控制信号时，转换该阀来将第二液压泵16b的一部分液压流体结合到第一致动器8；安装在第二致动器2a和第二控制阀23之间的流动路径41和42上的隔断阀40(在这种情况下，流动路径41和42与连接于第二致动器2的流动路径29和30连通)，用来只有当根据在组合操作中从外部输入的控制信号Pa来驱动第二致动器2和2a的转换时，将液压流体从第二液压泵16b供应到选自第二致动器2a、2的致动器2a，从而向第一致动器8补充将要被供应到第二致动器2a的液压流体，其中在所述的组合操作中，第一和第二致动器8和2被同时驱动。
可使用转换第三控制阀24来驱动第一致动器8的指示信号压力或电信号，作为转换隔断阀40的控制信号Pa。
可通过操作者的手或脚的操作来转换隔断阀40。
可使用转换第一控制阀22来驱动第一致动器8的指示信号压力或电信号，作为转换隔断阀40的控制信号Pa。
基本与图3中相同的元件由相同的参考标记来表示，省略了它们的结构和操作的具体说明。
现在参考附图来说明根据本发明实施例的用于提高挖掘机上的动臂操作速度的装置。
如图5中所示，如果操作者转换第一控制阀22，则第一致动器8(即动臂缸)通过从第一液压泵16a排出的液压流体来驱动。从第二液压泵16b排出的一部分液压流体通过转换第三控制阀24连到第一致动器8，从而增加第一致动器8的操作速度。该操作基本上与图3中的操作相同，因此不在这里进行描述。
现在参考图5和图6说明根据本发明实施例的驱动上部转动结构的操作。
如果由操作者将控制信号输入到第二控制阀23的左侧口，则第二控制阀23的内部阀芯在图中的右侧方向上移动(即移动到位置e)。从第二液压泵16b排出的液压流体通过第二控制阀23和流动路径30供应到第二致动器2。同时，从第二液压泵16b排出的一部分液压流体通过第二控制阀23、流动路径29和42以及隔断阀40(即移动到位置a)供应到第二致动器2a。
这样，通过从一对转动马达2和2a输出的驱动力，行星齿轮3与内齿轮4啮合，从而使上部转动结构5旋转。
现在参考图5说明根据本发明实施例的提升动臂同时上部转动结构旋转的操作。
如果控制信号Pa(例如指示信号压力或电信号)由操作者输入到隔断阀40的右侧口，则隔断阀40的内部阀芯在图中的左侧方向上移动(即移动到位置b)。此时，阀弹簧40a被压缩。
由于隔断阀40的输入侧流动路径41和42关闭，从第二液压泵16b排出的液压流体通过流动路径29和30仅供应到第二致动器2。即，仅通过驱动力使上部转动结构5旋转，该驱动力来自连续连接或串联连接的一对第二致动器2和2a中的第二致动器2。
在这种情况下，致动器2a通过隔断阀内连通的回路而处于空闲状态。由于驱动上部转动结构5的转矩减小(在第二致动器2和2a具有相同容量的情况下减小了一半)，转动结构的加速度降低，且因此限制了速度的增大。结果，第二致动器2的旋转速度降低，且因此所需流量降低。供应到第一致动器8的液压流体的流量增加一定的量，该量对应于所述降低的流量，且第一致动器8的驱动速度增加。
如图7所示，当挖掘机将土装到自动倾卸卡车上时，上部转动结构5大致在水平面上以90度的角度旋转。作为路测的结果，当常规的上部转动结构5在挖掘之后在水平面上以90度的角度旋转时，铲斗13从自动倾卸卡车的框架提升的高度为3米(如曲线a所示)。
当上部转动结构5在挖掘之后在水平面上以90度的角度旋转时，铲斗13从自动倾卸卡车的框架提升的高度为5米(如曲线b所示)。因此，在操作动臂提升同时驱动上部转动结构的转动的情况下，动臂9的提升速度变快，且上部转动机构5的旋转速度变得相对较慢，从而操作者不需要在工作过程中人为地降低上部转动结构5的旋转速度。
另一方面，如图8和9所示，根据本发明另一实施例的用于增加挖掘机上的动臂操作速度的装置包括连接到发动机16的第一和第二液压泵16a和16b；连接到第一液压泵16a的第一致动器8(即动臂缸)；连接到第二液压泵16b的第二可变位移致动器2b(即转动马达)；安装在第一液压泵16a和第一致动器8之间的流动路径25和26上的第一控制阀22，当控制信号从外部输入时，转换该阀来控制第一致动器8的开启、停止和回转；安装在第二液压泵16b和第二致动器2和2a之间的流动路径29和30上的第二控制阀23，当控制信号从外部输入时，转换该阀来控制第二致动器2的开启、停止和回转；安装在第二液压泵16b和第一致动器8之间的流动路径27和28上的第三控制阀24(在这种情况下，流动路径27和28与连接到第一控制阀22的流动路径25和26连通)，当控制信号从外部输入时，转换该阀来将第二液压泵16b的液压流体的一部分连接到第一致动器8；以及安装在第二致动器2b中的可变位移装置2c(即活塞)，该可变位移装置根据第一和第二致动器8和2b同时被驱动的组合操作下的动臂提升的控制信号Pa而被驱动(通过控制第二致动器2b斜盘(swash flate)的倾斜角度来调节排出流量)，从而向第一致动器8补充部分的液压流体，该液压流体为从第二液压泵16b流向第二致动器8。
第二可变位移致动器2b可通过驱动可变位移装置2c在最大位移排出模式下操作，在该模式下输出最大转矩，或者在最小位移排出模式下操作，在该模式下输出约50％的转矩。
在这种情况下，转换第三控制阀24以驱动第一致动器8的指示信号压力或电信号可用作驱动可变位移装置2c的控制信号Pa。
而且，转换第一控制阀22以驱动第一致动器8的指示信号压力或电信号可用作驱动可变位移装置2c的控制信号Pa。
由于根据本发明另一实施例的装置的构造基本上与图3所示的装置的构造相同，除了第二可变位移致动器2b和可变位移装置2c不同，因此用相同的参考标记来表示相同的组成元件，并省略了它们的结构和操作的具体描述。
现在参考
根据本发明另一实施例的用于增加挖掘机上的动臂操作速度的装置。
如图8和9所示，第一致动器8由通过转换第一控制阀22而从第一液压泵16a排出的液压流体来驱动，且因此动臂通过正在被驱动的第一致动器8来上下移动。第二可变位移致动器2b由通过第二控制阀23的转换操作而从第二液压泵16b供应的液压流体来驱动，且因此上部转动结构5旋转。此时，通过向第一致动器8补充通过转换第三控制阀24而从第二液压泵16b供应的一部分液压流体，能够提高动臂的提升速度。
另一方面，在挖掘和向自动倾卸卡车装载时，为了减少循环时间，在旋转上部转动结构的同时提升动臂。在这种情况下，由于铲斗上受到的载荷，动臂提升速度变慢，且上部转动结构的旋转速度相对变高。因此，需要操作者人为地降低上部转动结构的旋转速度。
即，通过第一控制阀22的操作使液压流体从第一液压流体供应到第一致动器8，使动臂提升。同时，通过第二控制阀23的操作，液压流体从第二液压泵16b供应到第二致动器2b。
因此，互相啮合的行星齿轮3和内齿轮4通过从第二致动器2b输出的驱动力而旋转，从而使上部转动结构5旋转。
在这种情况下，如果为了提高动臂提升速度，控制信号Pa(即，转换第一控制阀22或第三控制阀24的指示信号压力或电信号)输入到安装在第二致动器2b上的可变位移装置2c中，则第二致动器2b转换到最小位移排出模式。
因此，第二致动器2b的转矩变得较小，从而降低了上部转动结构的旋转速度，并且这样造成来自第二液压泵16b的液压流体的流量降低，其中该流量用于上部转动结构的旋转。供应到第一致动器8的液压流体的流量增加一定的量，该增加量对应于所述降低的流量，且因此动臂提升速度变得更高。
即，在挖掘和向自动倾卸卡车装载时，动臂提升速度随着上部转动结构的旋转速度的相对降低而增加。作为路测结果，已经确定当上部转动结构在挖掘和向自动倾卸卡车装载时旋转90度的角度时，铲斗的高度从3米(由图7中曲线“a”表示)增加到5米(由图7中曲线“b”表示)。
因此，操作者不需要在挖掘和装载过程中人为地降低上部转动结构5的旋转速度。
如上所述，根据本发明实施例的用于增加挖掘机上的动臂操作速度的装置具有以下优点。
当操作者进行包括动臂提升和上部转动结构的转动驱动的组合操作时，通过相对地降低上部转动结构的旋转速度和增加动臂的提升速度，能够缩短工作循环时间，从而提高工作效率。
而且，在同时进行动臂提升和上臂转动结构旋转的情况下，即使是不熟练的操作者也能容易地进行该操作。
尽管作为示例的目的说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员能够在不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神下，作出各种修改、附加或替代。
权利要求
1.一种用于增加挖掘机上的动臂操作速度的装置，包括第一和第二液压泵；连接到所述第一液压泵的第一致动器；连接到所述第二液压泵并且互相串联连接的一对第二致动器；安装在所述第一液压泵和第一致动器之间的流动路径上的第一控制阀，该第一控制阀用于控制所述第一致动器的开启、停止和回转；安装在所述第二液压泵和第二致动器之间的流动路径上的第二控制阀，该第二控制阀用于控制所述第二致动器的开启、停止和回转；安装在所述第二液压泵和第一致动器之间的流动路径上的第三控制阀，该第三控制阀用于将所述第二液压泵的一部分液压流体结合到所述第一致动器；以及安装在所述第二致动器和第二控制阀之间的流动路径上的隔断阀，只有在所述第一和第二致动器被同时驱动的组合操作下所述第二致动器根据动臂提升的控制信号而被驱动转换时，将液压流体从所述第二液压泵供应到所述第二致动器中的选定的一个，从而向所述第一致动器补充要供应到所述第二致动器的液压流体。
2.一种用于增加挖掘机上的动臂操作速度的装置，包括第一和第二液压泵；连接到所述第一液压泵的第一致动器；连接到所述第二液压泵的第二可变位移致动器；安装在所述第一液压泵和第一致动器之间的流动路径上的第一控制阀，该第一控制阀用于控制所述第一致动器的开启、停止和回转；安装在所述第二液压泵和第二致动器之间的流动路径上的第二控制阀，该第二控制阀用于控制所述第二致动器的开启、停止和回转；安装在所述第二液压泵和第一致动器之间的流动路径上的第三控制阀，该第三控制阀用于将所述第二液压泵的一部分液压流体结合到所述第一致动器；以及安装在所述第二致动器上的可变位移装置，该装置在所述第一和第二致动器被同时驱动的组合操作下根据动臂提升的控制信号而被驱动，从而向所述第一致动器补充一部分从所述第二液压泵流向所述第二致动器的液压流体。
3.如权利要求1所述的装置，其中转换所述第三控制阀来驱动所述第一致动器的指示信号压力用作转换所述隔断阀的控制信号。
4.如权利要求1所述的装置，其中转换所述第三控制阀来驱动所述第一致动器的电信号用作转换所述隔断阀的控制信号。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述隔断阀通过操作者的身体操作来转换。
6.如权利要求1所述的装置，其中转换所述第一控制阀来驱动所述第一致动器的指示信号压力用作转换所述隔断阀的控制信号。
7.如权利要求1所述的装置，其中转换所述第一控制阀来驱动所述第一致动器的电信号用作转换所述隔断阀的控制信号。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述第一致动器为动臂缸，所述第二致动器为转动马达。
9.如权利要求2所述的装置，其中转换所述第三控制阀来驱动所述第一致动器的指示信号压力用作驱动所述可变位移装置的控制信号。
10.如权利要求2所述的装置，其中转换所述第三控制阀来驱动所述第一致动器的电信号用作驱动所述可变位移装置的控制信号。
11.如权利要求2所述的装置，其中转换所述第一控制阀来驱动所述第一致动器的指示信号压力用作驱动所述可变位移装置的控制信号。
12.如权利要求2所述的装置，其中转换所述第一控制阀来驱动所述第一致动器的电信号用作驱动所述可变位移装置的控制信号。
13.如权利要求2所述的装置，其中所述第一致动器为动臂缸，所述第二致动器为转动马达。
全文摘要
本发明公开了一种用于增加挖掘机上的动臂操作速度的装置，当挖掘机进行动臂提升和转动驱动的组合操作时，该装置能使不熟练的操作者通过相对地降低旋转速度和增加提升速度来方便地操作工作设备，从而提高其工作效率。该装置包括第一和第二液压泵，第一致动器，一对第二致动器，第一到第三控制阀，安装在选定的第二致动器和第二控制阀之间的流动路径上的隔断阀，只有在第一和第二致动器被同时驱动的组合操作下第二致动器根据动臂提升的控制信号而被驱动转换时，液压流体从第二液压泵供应到选定的致动器，从而向第一致动器补充要供应到第二致动器的液压流体。
文档编号E02F9/22GK101078225SQ20061016862
公开日2007年11月28日 申请日期2006年12月19日 优先权日2006年5月23日
发明者池田利道 申请人:沃尔沃建造设备控股(瑞典)有限公司