本发明涉及一种用于车辆刹车及操作变速箱的控制机构，尤其涉及一种在刹车的同时确保变速箱驱动件处于空档位置的控制机构。 C.W.Riediger等人于1985年9月17日在专利号为4，541，497的美国专利中公开了一种控制机构，这种控制机构用于控制和操作履带式车辆的变速箱，颇受工业界的欢迎。在这种机构中，有一手柄支臂从一绕一固定轴线旋转的直立件向外延伸，驾驶车辆时该手柄支臂沿离开一通常在中央空档位置的方向摆动。如欲改变至少一种车辆速度范围及车辆的纵向移动方向，手柄支臂上有一手柄部分可以绕其自身轴线旋转。这样，驾驶员可用朝向下的左手掌方便地把握住手柄部位，当车辆需朝前方前进时，可向前摆动手柄支臂将它驶向左方。同时，只要将柄部位绕其自身轴线拧转一较有限的角度，车辆就可从一前进速度换档变为一倒退速度。
以前，和上述的操纵手柄支臂和其柄部一起使用的是一机械上分开的速度选择器手柄。为了改变车辆变速箱的速度范围，就要求驾驶员放开手柄支臂并握住并置的速度选择器手柄。当速度换档完华，再放开速度选择器手柄，左手又要返回到手柄支臂上。这样不但令人疲劳和烦恼，而且会耽误驾驶员对其它事物的注意。通常，驾驶员的右手频繁地用于操纵一机具操纵杆，当驾驶员的左手在分开的控制件之间移动时，会稍为耽误右手的使用。
此外，以前当一分开的停车制动杆已移至一“刹住（BRAKE-ON）”位置时，分开的速度选择器手柄就自动退回到一空档位置。因此，当接着放开停车制动杆时，车辆处于空档位置而并非在运转齿轮上。尽管停车制动杆不是很方便地可以摸到，以及在停车制动杆与速度选择器手柄之间要使用一较复杂的机械连接装置，但这是人们所需要的特点。
因此，人们所希望地是一操作车辆用的简化而可靠的控制机构，它包括一转向用的可摆动的手柄支臂，一用于可控地改变车辆的一个纵向移动方向和车辆速度范围的、位于手柄支臂上的变速箱驱动件，和一同时与可摆动的手柄支臂和变速箱驱动件相容的制动装置。具体说，该制动装置应包括一制动器驱动件，它的结构和排列应考虑到一只手在一“松闸（BRAKE-OFF）”位置与一“刹住（BRAKE-ON）”位置之间移动时的经济性原理。同时，制动装置应与变速箱驱动件相互作用，当制动驱动件移至“刹住（BRAKE-ON）”位置时，确保车辆传动装置处于空档位置。
本发明就是为了解决上述之一或几个问题而提出的。
在本发明的一个构思中，一控制机构是用来刹车和操作一车辆的变速箱，该机构有一装在车辆上的构件，该构件绕一直立轴线作有限的转动。控制机构还包括一第一驱动器装置，用于控制变速箱和车辆的运动，它包括一装在上述构件上的变速箱驱动件，该驱动件可在多个操作位置与一“空档（NEUTRAL）”位置之间移动;控制机构还包括一制动器和置空档装置，用于同时限制车辆的运动并将变速箱驱动件推到“空档（NEUTRAL）”位置，它包括一装在上述构件上的制动器驱动件;该驱动件可在一“松闸（BRAKE-OFF）”位置与一“刹住（BRAKE-ON）”位置之间移动。
在本发明的另一构思中，一用于操作和制动车辆的控制机构包括一可绕一直立第一轴线摆动的机壳组件;一装在机壳组件上并可绕一直立的第二轴线在几个变速箱运转位置与一“空档（NEUTRAL）”位置之间转动的变速箱驱动件;一装在机壳组件上并可在一“松闸（BRAKE-OFF）”位置与一“刹住（BRAKE-ON）”位置之间移动的制动器驱动件，以及一连接装置，该装置用来将制动器驱动件和变速箱驱动件机械互连起来，并当制动器驱动件移至“刹住（BRAKE-ON）”位置时可将其旋转地推至“空档（NEUTRAL）”位置。
更具体地说，从一绕着一直立轴线可转动的机壳组件上伸出一手柄支臂，当该手柄支臂离开空档沿任一方向摆动时，车辆就转向。在该手柄支臂上彼此相邻地装有一方向驱动件和一速度驱动件，它们可绕一第二轴线作有限的转动，这样，驾驶员用向下的手掌可方便地握住任一个驱动件，以改变车辆的方向或速度范围而同时可使车辆转向。在可摆动的机壳组件的上方部位固定一停车制动器驱动杆，当此驱动杆移至一“刹住（BRAKE-ON）”方式时，一旦方向驱动件被无意留在“前进（FORWARD）”位置或“倒退（REVERSE）”位置时，一置空档件就会自动将该方向驱动件从其所处的“前进（FORWARD）”位置或“倒退（REVERSE）”位置推至位于中心的“空档（NEUTRAL）”位置。这一特点可防止已合上停车制动器的车辆的移动。一旦接着松开停车制动器驱动件移至“松闸（BRAKE-OFF）”位置时，也可确保变速箱不会处于有效地传动状态。此外，控制机构采用了简易而有效的推拉控制件，用来分别操作四个液压控制阀。
在参阅附图和下面的说明后，本发明的其它构思和优点将会更清晰了。
图1是本发明的控制机构的图解后视图，其中的机壳壁部分已打开，某些构件用横剖面表示，以便较好地表示出该机构的结构细节;
图2是图1所示的控制机构的不完整的图解顶视图，包括有一履带式车辆的操作台和许多位于机座附近的控制件;
图3是沿图1中的“Ⅲ-Ⅲ”线剖开的不完整的图解横剖视图;
图4是沿图1中的“Ⅳ-Ⅳ”线剖开的放大的不完整图解横剖视图;
图5是图1所示的机壳支臂结构的不完整的图解横剖视图，而且是从该结构的左侧的视图;
图6是图4所示的置空档件的图解视图，其中上部用实线表示的是“松闸（BRAKE-OFF）”状态;而下部用虚线表示的是“刹住（BRAKE-ON）”状态，和
图7是表示车辆动力系统的方块平面视图，其中有四只液压控制阀，它们是由图1所示的控制机构所操纵的。
现参阅图2。图中按照本发明设计的变速箱、转向和停车制动控制机构10是和总的用编号14表示的履带式车辆的操作台12一起示出的。该操作台包括一具有左、右臂支座18和20的拖拉机座16，一机具操纵杆22，和一辅助操纵杆24。例如，操作杆22是一种球端杆式的操纵杆，它用于调节装于车辆上的推土机铲刀的高度和倾斜角。辅助操纵杆24一般是用来操作一装于拖拉机上的松土机或铰车。尽管这些部分未详细画在附图中，但它们的安装位置和操作对本技术领域中的人来说是熟知的。操纵杆22和24是用驾驶员的右手操纵的，而控制机构10则是用左手操纵的。
如图7所示，车辆14还包括一与一动力换档变速器13可驱动地相连的发动机或动力设备11，该变速器具有多种前进速度和多种倒退速度。纵向的变速器驱动车辆的横向传动机构15，该横向传动机构15有左、右输出件17和19。这些输出件驱动左、右主动轮或链轮21和23转动，左、右停车制动器25和27与它们操作连接，以阻止主动轮的转动。
如图1所示，控制机构10包括：a）一转向选择器装置26，用于依靠一位于较低处的输出杆臂28绕一固定直立的轴线30转动从而使车辆14转向;（b）一第一驱动器装置32，用于依靠一通常垂直移动的第一推拉控制杆或钢丝索34来控制车辆的纵向移动方向;c）一第二驱动器装置36，用于依靠一通常垂直移动的第二推拉控制杆或钢丝索38来控制车辆的速度范围;和d）一制动器和变速箱置空档装置40，用于依靠一通常垂直移动的第三推拉控制杆或杆组件42来限制车辆的运动，同时依靠一置空档件44的摆动运动将第一驱动器装置32推到空档位置。
转向选择器装置26包括一转向选择器阀芯29，该阀芯可以在一第一液压控制阀31中沿轴向移动从而与逆时针转弯或顺时针转弯的位置相对应。参阅图7可知，第一液压控制阀31控制着在一发动机驱动操纵泵45与一有选择地驱动横向传动机构15的可逆操纵电机47之间的液压流体的流动。例如，车辆绕其中心垂直轴线的逆时针转动，就可引起其前进中的向左转弯。
第一驱动器装置32包括一方向选择器阀芯33，该阀芯可以在一第二液压控制阀35中沿轴向移动到位于中间“空档（NEUTRAL）”两侧的一“前进（FORWARD）”位置或一“倒退（REVERSE）”位置上，如图1和7所示，另外，第二驱动器装置36包括一速度选择器阀芯37，该阀芯在一第三液压控制阀39中沿轴向移动，以获得一相应于许多速度范围中某一预定的速度的位置，如第一诺怠埃‵IRST GEAR）”和第二排档（SECONDGEAR）”和第三排档（THIRD GEAR）”位置。
制动器和置空档装置40包括一停车制动选择器阀芯41，该阀芯能在一第四液压控制阀43中沿轴向在一“松闸（BRAKE-OFF）”位置与一“刹住（BRAKE-ON）”位置之间移动。
更具体地说，转向选择器装置26包括一管状手柄支臂46，在它内部有一中心伸出的轴48，该轴最好是相对于水平面成一小角度向上伸出，如图1中用字母D标明的那样。如图2所示，中心轴48通常朝着固定的直立轴线30的方向延伸而略有偏移，当车辆沿着毕直的纵向前进时，轴线48最好是在一通过轴线30的横向垂直平面前一预选角度B的位置上。
管状手柄支臂46包括一末端法兰50和一与中心轴线48同心排列的外部圆柱体表面52，手柄支臂牢固地固定在一位于其两端中间处的支撑底座件54上。另外，利用许多只螺纹紧固件或螺栓58（图中画出了一只）将底座件可卸地固定到一可摆动的机壳组件56上。如图1和5所示，机壳组件56有一上方的成形罩60，一中间的管状部分62，一连接器部分64，和一沿直立轴线30排列的下方管状部分66，这些部分是用多只长螺纹紧固件或长螺栓68连结在一起的。一固定不动的机架70有一上面板72和下面板74。上方和下方轴承支撑结构76和78是用来安装机壳组件56以使其可绕直立轴线30摆动。上方轴承支撑结构76包括一夹在上方成形罩60与中间管状件62之间的滚珠轴承组件80，通常用一环形固定件或挡圈82将其固定不动，而环形固定件或挡圈83则靠多个螺纹紧固件或螺栓84可卸地连接到上面板72上。下方轴承支撑结构78，尽管它是可取的，但它不是必需的，在本例中，该结构包括另一装在一固定环装置88中的滚珠轴承组件86。固定环装置88靠螺纹紧固件或螺栓和螺母组合90可卸地固定到下面板74上，该固定环装置用于将机壳组合的下方管状部分66稳定在中心位置。
中间管状件62的下方部分上有一位于直立轴线30上的中心孔92，以及一对直径稍大些的阶梯孔94和96，这两个孔沿着一对对角相对的直立轴线98和100，分别与中心轴线30径向偏离相等的距离。连接器部分64有一相应的中心孔102，和一对同样沿轴线98和100的孔104和106。
现在让我们看第一驱动器装置32。它包括一管状方向驱动件或第一手柄部分108，该手柄部分是直接可旋转地支撑在手柄支臂46上的。最好，对手柄支臂的外部圆柱体表面52进行硬化处理和/或涂一层较小摩擦系数的材料，以便有效地支撑住方向驱动件108。在方向驱动件108与手柄支臂46之间并在接近末端法兰50处装有一外密封圈109。方向驱动件有一阶梯状内法兰100，在其上有一内密封圈112，该密封圈紧贴住手柄支臂46的底座件54的外表面。
此外，第一驱动器装置32有一向里延伸的圆柱体突出部122，如图1和3所示。该突出部牢固地固定在方向驱动件108的内部法兰110上，且位于离手柄支臂46的中心轴线48为一预选的半径处，又与中心轴线48平行。在突出部122上固定安装有一圆柱形环123，然而，如需要时该环可在突出部上自由转动。突出部穿过一完全穿透底座件54的弧形或肾状槽124，在突出部的里面端部处有一可卸固定的球组件126。第一推拉钢丝索组件34的上端部有一可延伸的插口头（承窝头）128，球组件126就位于此插口（承窝）中。这样的球窝节可很快相连和脱开，是广泛被采用的。插口头（承窝头）与一装在一管状钢索包皮132和一保护套134中的悬挂钢索130相连。该钢索的末端与方向选择器阀芯33相连。
有利的是，第一滚珠轴承组件136可用作导向支承，而且当机壳组件56绕着中心直立轴线30有限地摆动时，可允许推拉钢索组件34在机壳组件56内绕其偏置的轴线100作相对的角位移。滚珠轴承组件的外表面座落于管状件62的阶梯孔96中，而内表面则配合于外部保护套134上，这样，就可引导保护套和钢索包皮132对中心。保护套上至少一部分是有螺纹的，这样，可通过在保护套上调节拧在该螺纹上的上、下螺母138和140的位置，与滚珠轴承组件的内圈成相互套紧关系。轴承的外圈装在机壳组件的连接器部分64内。
第二驱动器装置36包括一可卸固定在一长圆柱轴144的末端的旋钮状速度驱动件或第二手柄部分142。一对滚针轴承或滑动轴承146（图中画出靠外面的一只）可转动地支承位于管状手柄支臂46内的轴144相对的两端。最近的轴端上装有一旋臂147，在该旋臂上可卸地固定着一球组件148。该球组件位于一与第二推拉钢索组件38的上端相连的可延伸的插口头（承窝头）150中。一悬挂钢索152与插口头相连，并可以类似于上面描述过的推拉钢索组件34的方式在一管状包皮154和一外表带螺纹的外部保护套156中滑动。第二滚珠轴承组件158可用作导向支承，而且当机壳组件56有限转动时，可允许推拉钢索组件38在机壳组件56内绕其偏置的轴线98作相对的角运动。由于第一和第二滚珠轴承组件136和158是相同的，所以对后者就不必再行描述了。
现在看图1和图4，看看制动器和变速箱置空档装置40的结构。该装置包括一停车制动器驱动件或杆160，它可在一如图中用实线画出的后面的“松闸（BRAKE-OFF）”位置与一如图中用虚线画出的前面的“刹住（BRAKE-ON）”位置之间移动。大体上为U形的杆的上端有一球状捏手162，和在其下端有一圆柱体装配部分164，该装配部分164依靠一支承结构167可绕一基本上平行于轴线48的轴线166作有限的旋转，其中支承结构167包括一对座落在上方成形罩60中的滚针轴承或滑动轴承168。一管状套170依靠一花键连接172和装配部分164相连并一起转动，管状套170的一端连有一与它整体固定的置空档件44，而另一端伸出一对与管状套成整体的杆臂或连接耳块176。这对耳块靠一枢销180与一上方弹簧座178相连。而下方弹簧座182是靠一总的用标号184表示的球窝接头或插座接合和成形罩60的内部连接，而在两个弹簧座之间装有一螺旋压簧186。当杆160处于“松闸（BRAKE-OFF）”位置时，枢销180是位于一通过球窝节和轴线166的平面188的上方一侧，而当杆处于“刹住（BRAKE-ON）”位置时，枢销180是位于该平面的下方一侧，这就提供了一偏心自锁弹簧的作用。
杆臂190是固定在停车制动器驱动杆160的装配部分164的两端部之间的位置上。制动器推拉杆组件42的上方部分192靠一枢轴连接194与杆臂190相连。下方部分196悬挂着通过连接器孔102，并大体上沿着轴线30走向，由于上方部分相对于下方部分稍有倾斜，所以用另一个球窝节198将两部分连接起来。如需要时，可用一只或几只弹性或塑料导向环200对下方部分196在连接器孔或下方管状部分66中导向，以使其与轴线30同中心。下方部分196的末端与停车制动选择器阀芯41相连，如需要的话，可沿中心轴线30作同心安排。
参阅图4和图6。制动器和置空档装置40的置空档件44是一大体上为“C”形的凸轮板174，该凸轮板的形状设计得包括一弧形缺口202和一对位于缺口的两侧的有一定轮廓曲线的进入凸轮滑道204和206，缺口与方向驱动件108的凸出部122上的圆柱体环123配合，这在下面要讲到。
假设发动机11已启动运转，驾驶员用向下的左手掌可方便地转动方向驱动件108。沿轴线48向里看去的顺时针转动方向驱动件108使突出部122从“空档（NEUTRAL）”位置转到“前进（FORWARD）”方式（如图3所示），或逆时针转到“倒退（REVERSE）”方式，是比较容易的。这两种情况下的用字母“C”表示的角位移均约35°。当突出部处在“前进（FORWARD）”方式时，图1所示的球窝节126、128就提高，从而使与方向选择器阀芯33相连的钢索30升起，并从第二液压控制阀装置35向外拉。当突出部下降到“倒退（REVERSE）”方式时，钢索30就被推动，缩回方向选择器阀芯。钢索的下端经过一弯曲段延伸至方向选择器阀芯，该阀芯能处于几乎任何一角度方位。
速度驱动件142一般处于第一档“（FIRST GEAR）”位置，它可以用沿着从图1中的轴线48向里看去为顺时针的均匀的增量从第一档“（FIRST GEAR）”位置转到第二档SECOND GEAR）”位和第三档（THIRD GEAR）”位上。依靠速度驱动件的这种转动，图4所示的旋臂147移动到一逆时针方向的位置上。这样就提高了钢索152，使速度选择器阀芯37从第三液压控制装置39向外拉。
在履带式车辆14毕直沿纵向前进中，管状手柄支臂46和机壳组合56是处于如图2中用字母“N”表示的“空档（NEUTRAL）”位置。“空档（NEUTRAL）”位置处于一通过直立轴线30的横向垂直平面前约15°的角度B的位置。当需要在车辆前进中向左转弯时，可将手柄支臂向前推或绕直立轴线30逆时针转动。有利的是，车辆绕其中心垂直轴线转动或改变车辆的转向方位，与手柄支臂绕轴线30摆动的方向是同一个方向。这样就产生了滚珠轴承组件80上的机壳组件56和如图1底部附近所示的输出杆手柄28的相应的角位移。输出杆手柄28的逆时针移动将转向选择器阀芯29从第一液压控制装置31中向外拉。然后，使转向电机47沿着所需方向并以所需转速运转起来。这样，图7中的横向传动机构15的右输出件19就加速，而左输出件17减速几乎相同量。尽管图衔幢硎境觯盗窘幼啪腿破渲行拇怪敝嵯哐啬媸闭敕较蜃钩盗鞠蜃笞洹５比唬直П鄣乃呈闭胛灰平嘤Φ亟蜓≡衿鞣?9向里推，使车辆在直行时产生顺时针转动向右转弯。当车辆纵向前进的方向改变为倒退时，手柄支臂46的向前的位移仍将使车辆绕其中心垂直轴线逆时针转动。用字母“CCW”和“CW”分别表示的车辆的满逆时针转向位和满顺时针转向位，处于离空档位置为约25°的A角处。如图1所示，转向臂轴线48向上倾斜一约15°的D角，这样舒适些，这是因为比起水平的转向臂轴线情况来，这样会使前臂和腕关节部分更放松些。
控制机构的其中一个特点是，推拉钢索组件34和38都是利用位于离中心直立轴线30为一固定的半径处的滚珠轴承组件136和158进行导向定中的。这样，在转向中当机壳组件56沿任一方向转离“空档（NEUTRAL）”位置时，钢索组件34和38就各自绕其自身轴线100和98转动。允许它们相对于机壳组件自由转动，从而自动减轻了在它们上的扭转应力，因为钢索组件34和38的下端分别被可靠地连接到由机架支撑的方向和速度选择器阀芯33和37上。如这两个钢索组件不能自由转动，它们就要扭绞起来，从而增加了不希望有的回弹扭矩，妨碍转向选择器装置26绕直立轴线30的摆动。
现在来看如图1和4所示的制动和置空档装置40的结构。利用驾驶员的左手可以将停车制动器驱动杆160从用实线表示的“松闸（BRAKE-OFF）”位置向前推到用虚线表示的“刹住（BRAKE-ON）”位置。接着，装配部分164、套管170和杆柄190绕轴线166逆时针转动，如图4所示。在这期间，枢销180沿一弧线绕轴线166从一位于平面188的上侧的位置移至平面的下侧的另一位置。在枢销通过该平面之前压簧186逐渐被压缩。此后，压簧伸长并将杆可靠地推向“刹住（BRAKE-ON）”位置上且具有偏心自锁紧扣作用。枢轴连接194和第三推拉杆组件42被向下推，停车制动选择器阀芯41被推入第四液压控制阀装置43中，以同时啮合图7所示的车辆的左、右停车制动器25和27。
当停车制动器驱动杆160移至向前的“刹住（BRAKE-ON）”位置时，按一定轮廓加工的凸轮板174也沿逆时针方向运动，如图4和图6所示。在驾驶员已将方向驱动件108置于“前进（FORWARD）”位置时（其中圆柱形突出部122和环123沿弧线进到一提高的位置），凸轮板174将与环123接触并将它向下推。具体地说，如图6所示，内部进入滑道204将与被提高的环123相接触（如用标号123′表示虚线部分所示），并将环压到图上用实线表示的位置上。类似地，如驾驶员此前将方向驱动件108置于“倒退（REVERSE）”位置，则环123处于一用标号123″表示的虚线所示的较低的位置上。接着，凸轮板174的逆时针转动则使外部进入滑道206与环123接触，并将环123朝着用实线表示的空档位置向上推。弧形缺口能使在为第三推拉杆组件42提供有所需量的行程之前令凸轮板避免与管状手柄支臂46接触。
从上述可以理解：驾驶员的左手能方便地置于方向驱动件108之上，以及如沿轴线48向里看时使腕关节有限地沿顺时针方向转动，便可获得“倒退（REVERSE）”、“空档（NEUTRAL）”或“前进（FORWARD）”方式中的一种，或者将左手置于并列的速度驱动件142的上方并转动腕关节，便可获得“第一速度（FIRST SPEED）”、“第二速度（SECOND SPEED）”或“第三速度（THIRD SPEED）”方式中的一种。在任一种情况下，驾驶员的左臂可同时伸出或收回，以将手柄支臂46和机壳组件56绕直立轴线30转动，从而使车辆按所需方向转向。此外，驾驶员能方便地将其左手从任一个驱动件上移到位于机壳组件56的顶部左侧的停车制动器驱动杆160上。与现有停车制动器驱动杆位于左侧座位支架的下部正面处，使用起来不方便的情况相比，这是很显著的不同之处。当驾驶员完成任务后，可将停车制动器驱动杆160向前推到“刹住（BRAKE-ON）”方式上，这样，即使驾驶员无意中将车辆留置于“前进（FORWARD）”或“倒退（REVERSE）”方式时，停车制动器驱动杆的移动也将会使方向驱动件108和与其关联的方向选择器阀芯33自动进入到“空档NEUTRAL）”方式上。这样就减少了把停车制动器用作常用闸的次数，延长了它的使用寿命，而且，一旦停车制动器驱动杆立即返回到了“松闸（BRAKE-OFF）”方式，也将能防止车辆以驱动方式作无意的运动。关于这一点，还应指出：车辆14具有常用的左、右制动器（未画出），它们以众所周知的方式与横向驱动机构15的左、右输出件17和19保持操作关系。
在研究说明书、附图及所附的专利权项后，将会使本发明的其它构思、目的和优点更为清晰和明了。