挖掘机拇指机架联接系统技术领域
本发明总体涉及具有拇指(thumb)组件的机器，并针对具有机
架(toolbar)联接系统的拇指组件。
背景技术
采矿和建造机器(诸如挖掘机、液压采矿铲和反铲装载机)通
常采用包括一个或多个关节运动臂和枢转地附接到关节运动臂的铲
斗的执行系统。通常，执行系统还包括拇指。通常拇指被设计成匹
配特定铲斗。拇指可包括特定类型的工具，其可以一体形成到拇指。
操作者会需要储存和保持用于每个铲斗的多个拇指，以适应操作者
所需的多种工具。其他拇指可包括可以是费时且难以移除和更换的
可移除工具。
Kovar等人的美国专利申请No.2014/0007467公开一种用于机
器的执行器的反作用拇指，其包括分别具有通过中间弯曲部分连接
的第一和第二平面部分以使平面部分相对于彼此以钝角取向的第一
和第二结构支承板。第一板的第一端部边缘可在第二板的第一端部
边缘的近侧连接到第二板的内表面，并且第二板的第二端部边缘可
以在第一板的第二端部边缘的近侧连接到第一板的内表面。拇指的
侧板可连接到第一板的外表面，并且拇指的齿可连接到第二板的外
表面。
本发明针对克服本发明人发现的一个或多个问题。
发明内容
公开一种用于建造或采矿机器的执行系统的拇指组件。在多种
实施方式中，拇指组件包括拇指框架、框架紧固部分和柱。拇指框
架包括机架鞍座、杆销接口、连杆机构接口、框架紧固部分和柱。
机架鞍座定位在拇指框架的一端处并具有凹入形状。杆销接口将拇
指框架结合到机器的提升臂。杆销接口位于机架鞍座的远侧并位于
拇指框架的相对端处。连杆机构接口定位在机架鞍座和杆销接口之
间。框架紧固部分结合到拇指框架。柱在机架鞍座附近固定到拇指
框架。
在多种实施方式中，拇指框架还包括机架。机架包括机架构件、
工具和机架板。机架构件至少部分定位在机架鞍座内并在机架鞍座
处接触拇指框架。工具在远离拇指框架的方向上从机架构件延伸。
机架板从机架构件延伸并包括柱鞍座和机架紧固部分。柱鞍座具有
至少部分围绕柱延伸的凹入形状。柱至少部分就座在柱鞍座内。机
架紧固部分结合到机架板并在机架构件远侧定位。机架紧固部分联
接到框架紧固部分。
附图说明
图1是包括具有拇指组件的执行系统的机器的实施方式的图解
侧立视图。
图2是具有铲斗和图1的拇指组件的提升臂的透视图。
图3是图2的拇指组件的透视图。
图4是图3的拇指组件的分解视图。
图5是部分组装的图3的拇指组件的透视图。
图6是部分组装的图3的拇指组件的透视图。
图7是部分组装的图3的拇指组件的透视图。
具体实施方式
这里公开的系统和方法包括具有拇指框架和机架的拇指组件。
在多种实施方式中，拇指框架包括机架鞍座和位于机架鞍座附近的
柱。机架包括至少部分定位在鞍座内的机架构件和从机架构件延伸
的机架板。机架板包括具有凹入形状的柱鞍座，该凹入形状至少部
分围绕柱延伸使得柱就座在柱鞍座内。机架板的位于机架构件远侧
的端部紧固到拇指框架。机架鞍座、柱鞍座、机架构件和柱的构型
可通过将机架板的端部从拇指框架解开并略微转动机架以使柱从柱
鞍座脱离来允许机架快速和方便地从拇指框架移除，这允许机架构
件从机架鞍座移除。具有可移除机架的拇指组件还可允许操作者保
持具有不同工具的机架的库存，同时减小操作者库存的总体尺寸。
图1是包括具有拇指组件200的执行系统100的机器50的实施
方式的图解侧立视图。术语“机器”可指的是执行与诸如采矿或建
造的产业或本领域已知的任何他产业相关的一些类型的操作的任何
机器，诸如挖掘机、液压采矿铲、反铲装载机等。在所示实施方式
中，机器50是挖掘机。
机器50可包括机器主体52、驱动系统60和执行系统100。机
器主体52可包括容纳机器操作者的驾驶室54和诸如发动机的动力
源56。驱动系统60可以是底架履带系统、轮式驱动系统或使机器
50推进的任何其他类型的驱动系统60。
在所示实施方式中，执行系统100包括吊杆110、提升臂120、
铲斗130和拇指组件200。也可使用执行系统100的其他构型。例如，
诸如耙子的其他地面接合工具可以代替铲斗130使用。吊杆110大
致枢转地附接到机器主体52。吊杆110相对于机器主体52的位置可
以通过吊杆液压系统114控制。吊杆液压系统114可以通过动力源
56驱动。
图2是具有铲斗130和图1的拇指组件的提升臂120的透视图。
参考图1和2，提升臂120在吊杆110和机器主体52之间的附接部
的远侧大致枢转地附接到吊杆110。提升臂120相对于吊杆110的位
置可以通过臂液压系统112控制。臂液压系统112也可通过动力源
56驱动。
铲斗130在提升臂120和吊杆110之间的附接部的远侧大致枢
转地附接到提升臂120。铲斗130相对于提升臂120的位置可以通过
铲斗液压系统122控制。铲斗液压系统122也可通过动力源56驱动。
铲斗液压系统122可在提升臂120和吊杆110之间的连接部的近侧
连接到提升臂120。铲斗液压系统120也可连接到铲斗130。在一些
实施方式中，铲斗液压系统122直接连接到铲斗130。在其他实施方
式中，铲斗液压系统133经由连杆机构系统连接到铲斗130。在所示
的实施方式中，连杆机构系统包括臂连杆机构构件124和铲斗连杆
机构构件126。臂连杆机构构件124可在铲斗130近侧将铲斗液压系
统122连接到提升臂120。铲斗连杆机构构件126可将铲斗液压系统
122连接到铲斗130。臂连杆机构构件124和铲斗连杆机构构件126
可在相同位置处枢转地连接到铲斗液压系统122。
铲斗130可包括包覆板133、边缘板139、第一铲斗侧壁134、
第二铲斗侧壁136和齿组件140。包覆板133可以是铲斗130的弯曲
部分。边缘板139邻近包覆板133，并可以诸如焊接的冶金结合到包
覆板133。第一铲斗侧壁134连接到包覆板133和边缘板139的一侧，
而第二铲斗侧壁136连接到包覆板133和边缘板139的另一侧。每
个齿组件140可连接到边缘板139。
铲斗130也可包括转矩管138和铰链板137。转矩管138可在边
缘板139的远侧在第一铲斗侧壁134和第二铲斗侧壁136之间延伸。
铰链板137可连接到转矩管138。铰链板137可被构造成将铲斗130
连接到提升臂120和铲斗连杆机构构件126。铲斗130相对于提升臂
120的位置可以通过铲斗液压系统122控制。
拇指组件200在提升臂120和吊杆110之间的附接部的远侧也
大致枢转地附接到提升臂120。在所示实施方式中，拇指组件200
在与铲斗130相同的位置处附接到提升臂。拇指组件200相对于铲
斗130和提升臂120的位置可以通过拇指液压系统128控制。拇指
液压系统128可在一端处诸如通过支架129连接到提升臂120，并连
接到拇指组件200。在所示实施方式中，拇指液压系统128直接连接
到拇指组件200。在其他实施方式中，拇指液压系统128经由类似于
铲斗连杆机构构件的连杆机构构件连接到拇指组件200。连杆机构构
件可增加拇指组件200相对于铲斗130的转动范围。拇指液压系统
128也可通过动力源56驱动。
图3是图2的拇指组件200的透视图。图4是图3的拇指组件
200的分解视图。参考图3和4，拇指组件200包括拇指框架210、
柱230和机架240。拇指框架210包括机架鞍座224、杆销接口220、
连杆机构接口222和一个或多个框架紧固部分226。
机架鞍座224定位在拇指框架210的端部近侧，并且可位于拇
指框架210的端部处。机架鞍座224被构造成接收机架240。机架鞍
座224可具有凹入形状。机架鞍座224可包括一个或多个鞍座表面
225。鞍座表面225可以是诸如柱体(cylinder)的一部分的弯曲表
面、双曲抛物面等，以接收机架240，并使得机架240可以在组装期
间在定位在机架鞍座224内的同时转动。鞍座表面225可凹入具有
凹入形状的拇指框架210，以形成机架鞍座224。
杆销接口220可相对于机架鞍座224定位在拇指框架210的相
对端的近侧并可定位在机架鞍座224的远侧。杆销接口220可用于
将拇指框架210联接到提升臂120。杆销接口220可以是拇指框架
210内的被构造成接收柱形销的一个或多个孔。
连杆机构接口222可定位在杆销接口220和机架鞍座224之间。
在所示实施方式中，连杆机构接口222比机架鞍座224更靠近杆销
接口220定位。连杆机构接口222可用来将拇指框架210固定到拇
指液压系统218，拇指液压系统128可用来相对于铲斗130运动拇指
组件200。连杆机构接口222可以是拇指框架210内的被构造成接收
柱形销的一个或多个孔。
每个框架紧固部分226被构造成将机架240的机架紧固部分256
(下面描述)联接(诸如通过螺栓)到拇指框架210。框架紧固部分
226可以冶金结合(诸如焊接)到拇指框架210。替代地，它可以形
成拇指框架210的部分。在所示的实施方式中，框架紧固部分226
是螺纹块，并被构造成接收螺栓的螺纹端部。
在多种实施方式(诸如所示的实施方式)中，拇指框架210包
括第一拇指侧壁212、第二拇指侧壁213和支承板211。第一拇指侧
壁212和第二拇指侧壁213可分别是形成拇指框架210的侧部的板。
第一拇指侧壁212和第二拇指侧壁213可分别包括枢转端221和鞍
座端223。每个枢转端221可包括作为杆销接口220的部分延伸经过
其中的孔口。对于每个侧壁，鞍座端223位于枢转端221的远侧。
每个鞍座端223可包括鞍座表面225并可形成机架鞍座224的一部
分。第一拇指侧壁212和第二拇指侧壁213还可包括定位在枢转端
221和鞍座端223之间的孔口，形成连杆机构接口222的一部分。第
一拇指侧壁212和第二拇指侧壁213可以是对称的。框架紧固部分
226可以在杆销接口220和连杆机构接口222之间冶金地结合到第一
拇指侧壁212，并且框架紧固部分226可在杆销接口220和连杆机构
接口222之间冶金地结合到第二拇指侧壁213。
支承板211在第一拇指侧壁212和第二拇指侧壁213之间延伸，
并横跨拇指框架210的宽度。支承板211可在结构上将第一拇指侧
壁212和第二拇指侧壁213结合在一起。
在所示实施方式中，拇指框架210还包括第一轭板216、第二轭
板217、第一轭支承板214、第二轭支承板215和鞍座板219。第一
轭板216和第二轭板217可以对称地定位在第一拇指侧壁212和第
二拇指侧壁213之间。第一轭板216可以在第一拇指侧壁212的近
侧，并且第二轭板217可以在第二拇指侧壁213的近侧。第一轭板
216和第二轭板217可分别包括形成连杆机构接口222的一部分的孔
口。拇指液压系统128的连接端可以在销将拇指液压系统128联接
到拇指板240的地方邻近连杆机构接口222定位在第一轭板216和
第二轭板217之间。
第一轭支承板214可在第一拇指侧壁212和第一轭板216之间
延伸，并可以围绕形成连杆机构接口222的一部分的孔口弯曲。第
一轭支承板214可在连杆机构接口222附近在结构上将第一拇指侧
壁212结合到第一轭板216，并可为连杆机构接口222提供结构支承。
第一轭支承板214也可在连杆机构接口222和机架鞍座224之间连
接到支承板211的一部分。第二轭支承板215可在第二拇指侧壁213
和第二轭板217之间延伸，并可围绕形成连杆机构接口222的另一
部分的孔口弯曲。第二轭支承板215可在连杆机构接口222附近在
结构上将第二拇指侧壁213结合到第二轭板217，并可为连杆机构接
口222提供结构支承。第二轭支承板215也可在连杆机构接口222
和机架鞍座224之间连接到支承板211的一部分。第一轭支承板214
和第二轭支承板215也可以是对称的。
鞍座板219可邻近机架鞍座224在第一拇指侧壁212和第二拇
指侧壁213的鞍座端223之间延伸。鞍座板219可为机架鞍座224
提供结构支承。鞍座板219也可在鞍座端223附近沿着支承板211
的端部连接到支承板211。
柱230在机架鞍座224和连杆机构接口222之间固定到拇指框
架210。柱230可比连杆机构接口222更靠近机架鞍座224定位，诸
如在机架鞍座224近侧。在所示实施方式中，柱230是在第一拇指
侧壁211和第二拇指侧壁213之间延伸的柱体。柱230也可延伸经
过第一拇指侧壁212和第二拇指侧壁213并从中伸出。柱230可被
构造成在使用机架240时从机架240接收一些载荷。
机架240包括机架构件242、工具244和一个或多个机架板250。
机架构件242被构造成组装到机架鞍座224内，并被构造成至少部
分转动到机架鞍座224内的组装位置内。机架构件242在鞍座表面
225处接触拇指框架210。
机架构件242可具有细长形状，并且可具有比拇指框架210的
宽度大的长度，拇指框架210的宽度是从第一拇指侧壁212的外表
面到第二拇指侧壁213的外表面的距离。机架构件242可以是实心
杆或中空管，诸如柱形管。在一些实施方式中，机架构件242是具
有带帽端部的中空管。在所示实施方式中，机架构件242是具有不
带帽端部的中空管。在一些实施方式中，至少机架构件242在组装
期间接触鞍座表面225的部分是圆形的。在所示实施方式中，机架
构件242具有圆形横截面。在其他实施方式中，机架构件242具有
多边形(诸如方形、矩形或六边形)横截面。
工具244结合到机架构件242。工具244可通过诸如焊接的冶金
结合、通过诸如螺栓的紧固件或通过其他方法结合到机架构件242。
工具244从机架构件242延伸。工具244可以是地面接合执行器。
地面接合执行器可尤其包括齿、尖头或指形部。每个执行器可包括
被构造成接合地面或待通过铲斗130运动或收集的其他材料工具末
端245。工具244可以布置成与铲斗130的齿组件140交错。
机架板250可通过诸如焊接的冶金结合结合到机架构件242。机
架板250可大致在与工具244相反的方向上延伸。机架板250包括
板构件连接器251、叶臂252、柱鞍座255和机架紧固部分256。板
构件连接器251可具有匹配机架构件242的形状的凹部。机架板250
可在板构件连接器251处冶金地结合到机架构件242。
叶臂252从板构件连接器251延伸。叶臂252包括叶臂第一端
253和叶臂第二端254。叶臂第一端253可以邻近板构件连接器251，
并且叶臂第二端254可在板构件连接器251的远侧。叶臂252可渐
缩，使得叶臂252在叶臂第二端254处的高度比叶臂第一端253处
的高度小。在一些实施方式中，叶臂252以恒定速率渐缩。在其他
实施方式中，叶臂252以可变速率渐缩。
柱鞍座255可邻近机架构件242定位，诸如在叶臂第一端253
处或附近。柱鞍座255被构造成接收柱230，并在拇指组件200操作
期间将工具244处施加到机架240的载荷的至少一部分传递到柱
230。柱鞍座255可具有凹入形状，并在机架240与拇指框架210组
装时可以至少部分围绕柱230延伸。柱鞍座255可包括从叶臂252
延伸以形成接收柱230的柱鞍座255的形状的鞍座延伸部258。鞍座
延伸部258可以在板构件连接器251的近侧。在所示实施方式中，
柱鞍座255是接收柱230的弯曲凹部。
机架紧固部分256被构造成将机架240紧固到拇指框架210。机
架紧固部分256定位在机架构件242的远侧，并可以在叶臂第二端
254处通过诸如焊接的冶金结合结合到叶臂252。在所示的实施方式
中，机架紧固部分256是被构造成接收螺栓的间隙块。
工业实用性
诸如挖掘机、液压采矿铲和反铲装载机的机器通常用于建造和
采矿产业以便在采矿和建造过程期间挖出、挖掘和装载诸如岩石、
土壤、覆盖层、矿石的材料。这些机器的每个可具有用于执行系统
的多种构型，包括任何数量的拇指。操作者可使用用于多种操作的
执行系统，并会在拇指上需要一种以上的工具。铲斗可改变尺寸，
并且用于一个铲斗的拇指会与用于另一铲斗的拇指不相容。保持具
有相容拇指的铲斗库存以及更换正在使用的拇指所需的时间对于操
作者来说是昂贵的。
这里公开的拇指组件200可减小操作者储存的库存量，并可减
小更换工具244所需时间，减小操作者的操作成本。储存具有所需
工具的一组机架240会比储存具有所需工具的相同数量的拇指占据
少得多的空间。如下描述，拇指组件200只需要更换机架240，而不
是更换整个拇指。
图5、6和7是组装的多个阶段的图3的拇指组件200的透视图。
图5、6和7说明用来将机架240组装到拇指框架210的方法。如图
5所示，机架240的机架构件242定位在框架鞍座224内，使得机架
构件242接触一个或多个鞍座表面225(参考图4中鞍座表面225
的位置)。机架240定位成使得柱鞍座255与柱230间隔开，并使
机架紧固部分256与框架紧固部分226间隔开。如图5、6和7所示，
机架240转动，使得柱230就座在柱鞍座255内(如图7所示)，
并使得机架紧固部分256邻近框架紧固部分226。转动可围绕机架构
件242的轴线进行。
参考图7，在将相邻机架紧固部分256和框架紧固部分226栓接
在一起之前，在柱230就座在柱鞍座255时会具有间隙205。在机架
紧固部分256和框架紧固部分226紧固在一起时，间隙205闭合。
在间隙205闭合时，柱230可用作机架板250的支点，会造成叶臂
252用作施加载荷到机架构件242的弹簧，将机架240紧密地保持在
机架鞍座224内。
机架紧固部分256可包括延伸经过机架紧固部分256的间隙孔
口257，并且框架紧固部分226可包括延伸到框架紧固部分226内的
螺纹孔229，其被构造成接收诸如螺栓的紧固件201的螺纹端部。叶
臂252的渐缩可有助于叶臂252中的一些柔性。柔性可允许机架紧
固部分256紧固到框架紧固部分226，即使间隙孔口257和螺纹孔
229有些不对准，这可增加组装的便利性、减小组装时间和成本。不
对准误差也可允许机架板250在制造过程期间火焰切割，这可减小
制造成本。
以上详细描述在本质上只是示例性的，并不旨在限制本发明或
本申请和本发明的使用。所描述的实施方式不局限于与特定类型的
机器结合使用。因此，虽然出于说明便利性，本发明描述和描绘了
特定执行系统，将理解到根据本发明的拇指框架组件可以多种其他
构型应用，并可用于其他类型的执行系统中。另外，不意图被之前
的背景技术或具体实施方式中给出的任何理论限制。还理解到说明
可包括夸大的尺寸以更好说明所示的参考物品，并不认为进行限制，
除非如此明确说明。