技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于在装载机模式和挖掘机模式下操作施工机械的机械控制系统。本发明还涉及一种用于在装载机模式和挖掘机模式下操作的施工机械。这样的施工机械可以定义为组合装载机-挖掘机机械。
相关背景技术
[0002] 为了在单台机械上提供装载机和挖掘机的功能，施工场地通常使用具有两个单独动臂(boom)的多功能施工机械，即装载机动臂位于安装有装载机铲斗的机械前端上，挖掘机动臂位于安装有挖掘机铲斗的机械后端上。为改变此类施工机械的操作模式，机械操作员需要改变坐姿，以变换视野并使自己分别与装载机动臂的仪表板和挖掘机动臂的仪表板对齐。
具体实施方式
[0030] 随后将结合图1至图10对本发明的实施例进行说明。图1至图3示出了根据本发明实施例的施工机械1，其中，以三种不同的操作模式示出了施工机械1。施工机械1可以包括底盘4、上部结构5和铰接式动臂2。底盘4可以是履带驱动底盘4或轮式驱动底盘(未示出)。上部结构5可以可枢转的方式布置在底盘4上，以相对于底盘4可旋转。施工机械还包括机械控制系统(图1至图3中未示出)，图4至图10对机械控制系统进行了详细说明。上部结构5可以包括机架6，作为上部结构5的基架或基本框架。上部结构5还可以包括带有驾驶员座椅(图1至图3中未示出)的驾驶室9。例如，底盘4、上部结构5和/或铰接式动臂2可以由电机(未示出)操作。此外，还可以设置用于操作液压致动器的液压泵(未示出)和用于相对于底盘4旋转上部结构5的回转驱动器(未示出)。电机可以驱动液压泵。驾驶室9可以布置在机架6上。上部结构5还可以包括凹部7。凹部7可以形成于机架6上方，用于在铰接式动臂2朝向或紧靠机架6折叠时容纳铰接式动臂2的至少一部分，即铰接式动臂2的近端斗杆62。驾驶室9可以布置在凹部7周围。
[0031] 铰接式动臂2可以布置在上部结构5上，其中，铰接式动臂2尤其可以是三斗杆动臂2。在动臂的一端，铰接式动臂2可通过第一关节61以可枢转的方式连接至机架6。第一关节
61可以是枢轴关节。第一关节61可以设置在上部结构5横向方向上的机架6的中心位置处以及上部结构5纵向方向上的上部机构5的垂直旋转轴前方。在未连接至机架6的铰接式动臂2的另一端，可通过可枢转的方式布置工具支架3。铰接式动臂2可以包括近端斗杆62、中间斗杆64和远端斗杆66。近端斗杆62可以通过第一关节61铰接到机架6，中间斗杆64可以通过第二关节63铰接到近端斗杆62，并且/或远端斗杆66可以通过第三关节65铰接到中间斗杆64。
关节61、63、65可以设计为枢轴关节。第一关节61可以分别互连近端斗杆62、上部结构5以及机架6；第二关节63可以互连中间斗杆64和近端斗杆62；第三关节65可以互连远端斗杆66和中间斗杆64。铰接式动臂2还可以包括：第一定位缸82，用于枢转近端斗杆62；第二定位油缸
84，用于枢转中间斗杆64；第三定位缸86，用于枢转远端斗杆66；和/或第四定位缸88，用于枢转工具支架3。
[0032] 可以在施工机械1上设置不同的工具10、20、30，其配置为安装在以可枢转的方式连接至远端斗杆66的工具支架3上。第四关节67可以互连远端斗杆66和工具支架3。未安装在工具支架3上的工具10、20、30可以由施工机械1在工具存储设备上搬运。第一工具10可以是装载机铲斗11，第二工具20可以是挖掘机铲斗21，第三工具30可以是锤子31，其中，至少装载机铲斗11和挖掘机铲斗21可以设置在施工机械1上。锤子31可以是液压锤。或者，可以仅在机械上设置不同工具10、20、30中的两种工具。
[0033] 底盘4可以包括第一工具托架40，且上部结构5还可以包括第二工具托架50，其中，第一工具托架40和/或第二工具托架50可以在施工机械1上提供工具存储。第二工具托架50可以配置为工具更换装置。第一工具托架40可以布置在底盘4的后侧，并且可用于承载第一工具10。第一工具托架40可以是可倾斜的，并且可以在向上位置和向下位置之间移动。向上位置可用于承载第一工具10，向下位置可用于利用第一工具10(例如装载机铲斗11)，来借助施工机械1进行推土机工作。换句话说，在向上位置，第一工具10与地面隔开，而在向下位置，它与地面接触或至少接近地面。第二工具托架50可以布置在上部结构5的前端，其中，第二工具托架50可以定位在上部结构5横向方向上的铰接式动臂2附近。铰接式动臂2可以布置在驾驶室9和第二工具托架50之间。第二工具托架50可以放置在机架6的框架凹部中，并且可以从收起位置枢转到至少一个枢轴位置。为此，第二工具托架50可通过可枢转的方式连接至机架6。两种工具20、30可以承载在第二工具托架50上。工具20、30可以是挖掘机铲斗21和锤子31，两者均可安装到工具支架3上。
[0034] 随后将结合图1至图3对施工机械1的不同操作模式进行详细说明。图1示出了处于装载机模式的施工机械1，装载机模式作为施工机械1的操作模式。在操作模式下，铰接式动臂2可以布置在部分锁定的构造中，其中，第一关节61可以通过互锁铰接式动臂2的近端斗杆62和上部结构5和/或施工机械1的机架6来阻断。在装载机模式下，铰接式动臂2实际上可以是两斗杆动臂。装载机铲斗11可以安装在工具支架3上，挖掘机铲斗21和锤子31可以由施工机械1承载。图2示出了处于挖掘机模式的施工机械1，挖掘机模式为施工机械1的另一操作模式。在操作模式下，铰接式动臂2可以布置在解锁构造中，使得所有动臂关节61、63、65、67均处于解锁状态，且所有斗杆62、64、66均处于可移动状态。在挖掘机模式下，挖掘机铲斗
21可以安装在工具支架3上。可以通过将装载机铲斗11和锤子31存放在工具存储设备(即第一工具托架40或第二工具托架50)中由施工机械1来承载。图3示出了处于推土机模式的施工机械1，推土机模式作为施工机械1的另一可选操作模式。该操作模式可以是挖掘机模式，其中，不可操作铰接式动臂2。安装在第一工具托架40上的装载机铲斗11可以向下倾斜，以提供推土铲功能。
[0035] 图4至图10对具有单开关(single switch)130的机械控制系统100的实施例进行了进一步说明。机械控制系统100用于操作施工机械1，即动臂2(也就是动臂的不同斗杆62、64、66)、上部结构5和底盘4之间的回转驱动器、第一和第二工具10、20以及用于宏观移动整个施工机械的地面驱动器。图7和图8示出了根据本发明实施例的用于操作图1至图3所示施工机械1的机械控制系统100。机械控制系统100包括多个操作元件110、控制设备120和单开关130。多个操作元件110和单开关130可以布置在操作员驾驶室9中的驾驶员座椅101周围。
[0036] 图4示出了根据本发明实施例的用于控制图1至图3所示施工机械的机械控制系统100的单开关130。开关130可以配置为包括旋钮131的旋转开关，例如，旋钮131可以向左旋转到开关130的挖掘机位置134。例如，旋钮131还可以向右旋转到开关130的装载机位置
132。开关130还可以包括位于挖掘机位置134与装载机位置132之间的默认位置138。默认位置138可以是切换至操作模式位置132、134中的一个之前的初始位置。开关130还可以包括位置指示器133、135、139，分别用于指示装载机位置132、挖掘机位置134和默认位置138。带有装载机符号的装载机指示器133可以布置在装载机位置132处。带有挖掘机符号的挖掘机指示器135可以布置在挖掘机位置134处。带有默认符号的默认指示器139可以布置在默认位置138处。可以亮起位置指示器133、135、139。旋钮还可包括箭头指示器131a，用于选择性地指向位置132、134、138中的一个。
[0037] 图5示出了根据本发明另一实施例的机械控制系统100的开关130。除下面描述的差异之外，图5所示的开关130对应于图4所示的开关。与图4所示的开关130相比，图5所示的开关130设置了另一个挖掘机位置136。因此，例如，旋钮131可以向左旋转到开关130的第一挖掘机位置134，并且还可以进一步旋转到开关130的第二挖掘机位置136。因此，开关130还可以包括指示第一挖掘机位置134和第二挖掘机位置136的位置指示器135、137。带有第一挖掘机符号的第一挖掘机指示器135可以布置在第一挖掘机位置134处。带有第二挖掘机符号的第二挖掘机指示器137可以布置在第二挖掘机位置136处。
[0038] 如下文详细描述，将图4或图5所示开关130的旋钮131旋转到装载机位置132会为机械的多个操作元件分配装载机控制布局L，如图7所示。此外，将旋钮131旋转到挖掘机位置134(或136)会为操作元件分配挖掘机控制布局E1(或E2)，布局E1(和E2)如图8所示。
[0039] 此外，机械控制系统100还可以用于控制第二工具托架50。为此，如图6所示，机械控制系统100可以包括两个其它开关150、155。第一其它开关150可以是具有两个开关位置151、153的拨动开关。在第一开关位置151中，可以收起第二工具托架50或将其枢转至机架
6。在第二开关位置153中，可以打开第二工具托架50或将其从机架6向外枢转。第二其它开关155也可以是具有两个开关位置157、159的拨动开关。在第一开关位置157中，工具托架50上的工具可以锁定在第二工具托架50上。在第二开关位置159中，可以在第二工具托架50上解锁工具托架50上的工具。或者，相对于第二其它开关155，在第一开关位置157中，铰接式动臂2的近端斗杆62可以与施工机械1的上部结构5和/或机架6互锁。在第二开关位置159中，可以释放铰接式动臂2的近端斗杆62与施工机械1的上部结构5和/或机架6的互锁。机械控制系统100的控制设备120可以与各个组件和/或开关电连接并用于执行上述功能。
[0040] 机械控制系统100的多个操作元件110可以包括至少两个手杆：第一手杆112和第二手杆114。可选地，多个操作元件110还可以包括附加手杆118。第一手杆112可以布置在驾驶员座椅101的右手侧，其中，可以通过操作员的右手来驱动第一手杆112。第一手杆112可以布置在右手侧的前部，例如，驾驶员座椅101的右扶手前部。第二手杆114可以布置在驾驶员座椅101的左手侧，其中，可以通过操作员的左手来驱动第二手杆114。第二手杆114可以布置在左手侧的前部，例如，驾驶员座椅101的左扶手前部。附加手杆118可以布置在驾驶员座椅101的右手侧，其中，可以通过操作员的右手来驱动另一手杆118。附加手杆118可以布置在右手侧的后部，例如，驾驶员座椅101的右扶手后部。多个操作元件110还可以包括脚踏杆116。此外，多个操作元件110还可以包括地面驱动操作元件170，下文将结合图9和图10地面驱动操作元件进行进一步说明。可选地，多个操作元件110还可以包括辅助脚踏杆117，可以另外或替代地为辅助脚踏杆分配本文的任何一种操作功能。
[0041] 结合图4或图5说明的机械控制系统100的开关130可以布置在驾驶员座椅101的右手侧(如图7中的示例所示)或左手侧。控制设备120也可以布置在驾驶员座椅101的右手侧或左手侧。或者，控制设备120可以与施工机械1上的驾驶员座椅101隔开布置(如图7中的示例所示)和/或与施工机械1隔开布置。
[0042] 控制设备120可以通过有线方式或无线方式与多个操作元件连接。控制设备120可以与第一手杆112、第二手杆114、脚踏杆116和开关130连接。控制设备120还可以与附加手杆118连接。
[0043] 图7示出了多个操作元件110的装载机控制布局L。控制布局L包括具有装载机操作功能的多个操作元件110的分配。如果满足某些前提条件，控制设备120可用于仅允许将机械控制系统100更改为装载机控制布局L。必须满足的第一个前提条件是：第二工具托架50收放在机架6中，如图1所示。第二个前提条件可以是：施工机械1的铰接式动臂2的近端斗杆62与施工机械1的上部结构5和/或机架6互锁，详情如图1所示。如果满足上述前提条件，控制设备120可以释放旋钮131，使其能够旋转至图4或图5所示的装载机位置132。例如，为验证是否满足前提条件，控制设备120可用于验证是否可以分别驱动图6所示的两个其它开关
150、155。两个其它开关150、155还可以与控制设备120连接，并且可以布置在驾驶员座椅
101的左手侧(如图7中的示例所示)或右手侧。如果不满足装载机控制布局L的至少一个前提条件，警报设备160可以发出视觉和/或声音警报。警报设备160包括警告灯和/或扬声器(两者均未在图7中示出)。警报设备160可以与控制设备120连接，并且可以布置在驾驶员座椅101的右手侧(如图7中的示例所示)或左手侧。警报设备160还可以集成在开关130中或与开关130组合。
[0044] 如果满足装载机控制布局L的前提条件并且开关130旋转至其装载机位置132，则可以为多个操作元件110分配下列装载机操作功能：在装载机控制布局L中，可以在第一手杆112的纵向移动方向上为其分配用于移动铰接式动臂2的中间斗杆64的操作功能。第一手杆112的向前移动f1可导致铰接式动臂2的中间斗杆64向下枢转。第一手杆112的向后移动b1可导致中间斗杆64向上枢转。还可以在第一手杆112的横向移动方向上为其分配用于移动安装在铰接式动臂2的工具支架3上的装载机铲斗11的操作功能。第一手杆112的向左移动l1可导致装载机铲斗11向上倾斜。第一手杆112的向右移动r1可导致装载机铲斗11向下倾斜。此外，可以在第二手杆114的纵向移动方向上为其分配用于操作施工机械的操作功能。第二手杆114的向前移动f2可导致施工机械1向前驱动。第二手杆114的向后移动b2可导致施工机械1向后驱动。还可以在第二手杆114的横向移动方向上为其分配用于操纵施工机械1的操作功能。第二手杆114可的向左移动l2导致施工机械1向左转向。第二手杆114的向右移动r2可导致施工机械1向右转向。在装载机控制布局L中，可以不为附加手杆118分配任何操作功能。例如，可以通过控制设备120停用附加手杆118。此外，可以在脚踏杆116的纵向移动方向上为其分配用于移动铰接式动臂2的远端斗杆66的操作功能。脚踏杆116的推动f3可导致铰接式动臂2的远端斗杆66向外枢转。脚踏杆116的释放b3可导致铰接式动臂2的远端斗杆66向内枢转。
[0045] 图8示出了多个操作元件110的两个可选挖掘机控制布局E1、E2。如果机械控制系统100配置有根据图4所示的开关130，可以在挖掘机位置134中选择挖掘机控制布局E1、E2中的一种。如果机械控制系统100配置有根据图5所示的开关130，可以在第一挖掘机位置134中选择挖掘机控制布局E1、E2中的一种，并且可以在第二挖掘机位置136中选择挖掘机控制布局E1、E2中的另一种。挖掘机控制布局E1可以是两个挖掘机控制布局中的一种，即，第一挖掘机控制布局E1。挖掘机控制布局E1包括具有挖掘机操作功能的多个操作元件110的分配，挖掘机操作功能至少与图7中为不同操作元件110分配的装载机功能有所不同。另一挖掘机控制布局E2可以是两个挖掘机控制布局中的另一种，即，第二挖掘机控制布局E2。
控制布局E2包括具有挖掘机操作功能的多个操作元件110的分配，挖掘机操作功能至少与图7中为不同操作元件110分配的装载机功能有所不同。
[0046] 如果满足某些前提条件，控制设备120可用于仅允许将机械控制系统100更改为挖掘机控制布局E1、E2。前提条件可以是：第二工具托架50收放在机架6中，如图2所示。如果满足前提条件，控制设备120可以释放旋钮131，使其能够旋转至图4或图5所示的挖掘机位置134。例如，为验证是否满足前提条件，控制设备120可用于验证是否可以分别驱动图6所示的开关150、155。如果不满足挖掘机控制布局E1的前提条件，图7所描述的警报设备160可以由控制设备120操作。
[0047] 如果满足挖掘机控制布局E1的前提条件并且开关130移至其挖掘机位置134，则可以为多个操作元件110分配下列挖掘机操作功能：在挖掘机控制布局E1中，可以在第一手杆112的纵向移动方向上为其分配用于移动铰接式动臂2的近端斗杆62的操作功能。第一手杆
112的向前移动f1可导致铰接式动臂2的近端斗杆62向外枢转。第一手杆112的向后移动b1可导致近端斗杆62向内枢转。还可以在第一手杆112的横向移动方向上为其分配用于移动安装在铰接式动臂2的工具支架3上的挖掘机铲斗21的操作功能。第一手杆112的向左移动l1可导致挖掘机铲斗21向内倾斜。第一手杆112的向右移动r1可导致挖掘机铲斗21向外倾斜。此外，可以在第二手杆114的纵向移动方向上为其分配用于移动铰接式动臂2的远端斗杆66的操作功能。第二手杆114的向前移动f2可导致铰接式动臂2的远端斗杆66向外枢转。
第二手杆114的向后移动b2可导致铰接式动臂2的远端斗杆66向内枢转。还可以在第二手杆
114的横向移动方向上为其分配用于相对于施工机械1的底盘4旋转上部结构5以及铰接式动臂2的操作功能。第二手杆114的向左移动l2可导致上部结构5向左旋转。第二手杆114的向右移动r2可导致上部结构5向右旋转。此外，可以在附加手杆118的纵向移动方向上为其分配用于移动安装图3所示第一工具托架40上的装载机铲斗11的操作功能。附加手杆118的向前移动f4可导致装载机铲斗11向下倾斜。附加手杆118的向后移动b4可导致装载机铲斗
11向上倾斜。相应地倾斜装载机铲斗11时，施工机械1可以在推土机模式下运行。此外，在第一挖掘机控制布局E1中，可以为脚踏杆116分配用于移动铰接式动臂2的中间斗杆64的操作功能。脚踏杆116的推动f3可导致铰接式动臂2的中间斗杆64向外枢转。脚踏杆116的释放b3可导致铰接式动臂2的中间斗杆64向内枢转。在另一挖掘机控制布局E2中，为相应操作元件
110进行的挖掘机控制功能分配对应于控制布局E1中的分配，不同之处在于：与控制布局E1相比，控制布局E2中互换了为第一和第二手杆112、114的纵向移动分配的挖掘机功能。
[0048] 图9和图10详细示出了图7和图8中的地面驱动操作元件170。多个操作元件110可以包括用于驱动施工机械1的这些地面驱动操作元件170。为地面驱动操作元件170进行的操作功能分配可以与所有前述操作控制布局结合。
[0049] 图9示出了图1至图3所示履带驱动施工机械1的地面驱动操作元件170。脚踏杆116旁边布置了两个附加脚踏杆172、174。可以为左脚踏杆172分配用于操作施工机械1的左履带的操作功能。脚踏杆172的向前移动f5可导致左履带向前驱动。脚踏杆172的向后移动b5可导致左履带向后驱动。可以为右脚踏杆174分配用于操作施工机械1的右履带的操作功能。脚踏杆174的向前移动f6可导致右履带向前驱动。脚踏杆174的向后移动b6可导致右履带向后驱动。脚踏杆172、174还可以配置为组合手杆-脚踏杆。脚踏杆172、174可以包括分别安装在脚踏杆172、174上的手杆173、175，用于通过手沿脚踏杆的纵向移动方向交替移动它们。
[0050] 图10示出了所示轮式驱动施工机械的可选地面驱动操作元件170。包括方向盘177的转向柱176布置在驾驶员座椅101的前方，用于操纵施工机械1。另一脚踏杆178布置在转向柱176旁边，脚踏杆具有用作脚踏闸的操作功能。
