CN102080391B - 一种机械式电动挖掘机构 - Google Patents

Abstract

一种机械式电动挖掘机构，包括动臂抬升机构、斗杆摆动机构、铲斗反转机构和机架。所述动臂抬升机构包括动臂与抬升机构，动臂一端与机架铰接，另一端与斗杆铰接，抬升机构一端与动臂铰接，另一端与机架铰接。所述斗杆摆动机构包括斗杆与摆动机构，斗杆铰接在动臂上，一端铰接摆动机构，另一端与铲斗铰接；摆动机构铰接于斗杆与机架之间，并与动臂铰接。所述铲斗反转机构铰接于铲斗和机架之间，并与斗杆摆动机构铰接。本发明能有效解决液压式挖掘机结构复杂、漏油及工作场合受制约等因素，因三个伺服电动机全部安装在机架上，降低手臂重量，改善各杆受力，且能灵活完成各种复杂动作。不仅满足一般场合，还可用于高原缺氧、地下矿井等特殊场所。

Description

一种机械式电动挖掘机构

技术领域

本发明涉及一种工程机械，特别是一种机械式电动挖掘机构。 

背景技术

挖掘机是一种用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的重要工程机械，广泛应用于工业、交通、能源、农田改造、矿山挖掘以及现代军事工程中，是工程建设领域最主要的工程机械之一。 

至今，挖掘机主要有机械式和液压式两种类型。机械式挖掘机是利用机械传动件实现挖掘动作，具有坚固耐用等优点，但是传统的单自由度机械式挖掘机不能完成复杂的动作，即使仅用于采矿，也常常遇到困难，如：在挖掘较高台面时斗齿不能产生更大的切削力；向装载车中卸载高度偏小等等。液压式挖掘机采用液压传动，液压油作为传递动力的介质，其起动性较差，容易因为内部元件磨损后产生泄漏，而且泄漏的液压油会污染环境。同时液压油受温度影响较大，总效率较低，有时有噪音和振动。有时会出现过热，工作无力等现象。同时液压元件加工精度要求高，装配要求严格，制造较为困难，使用中维修保养要求技术较高，难度较大。随着挖掘机功能的增加，其液压系统越来越复杂，出现故障更具有突然性、隐蔽性。因为液压系统的缺陷和局限性，液压式挖掘机多为中小型挖掘机。至今许多大型挖掘机不得不采用电力驱动的机械式挖掘机。 

当前工程机械领域具有这样的共识：机械式挖掘机所能完成的动作简单、难以变化，许多动作不能实现；液压式挖掘机可以灵活执行各种工程动作，但又存在液压系统零部件要求高，寿命不成、漏油等缺陷。这是一个十分棘手的问题，也是长期未能取得突破的难题。 

发明内容

本发明的目的是提供一种机械式电动挖掘机构，不仅能克服传统机械式挖掘机动作简单，挖掘速度难控制等不足，而且克服了液压式挖掘机液压系统元件精度要求高、结构复杂、易漏油等缺点。本发明具有液压式挖掘机的灵活性，而且具有更广泛的适用场合，更环保。

本发明通过以下技术方案达到上述目的： 

一种机械式电动挖掘机构，包括动臂抬升机构，斗杆摆动机构，铲斗反转机构和机架，所述动臂抬升机构由第一主动杆、第一连杆、动臂和机架组成。第一主动杆一端通过第一铰孔与机架铰接，另一端通过第二铰孔与第一连杆铰接。第一连杆另一端通过第三铰孔与动臂铰接。动臂一端通过第四铰孔与机架铰接，另一端通过第五铰孔与斗杆铰接。 

所述斗杆摆动机构由第二主动杆，第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、斗杆组成。第二主动杆一端通过第六铰孔与机架铰接，另一端通过第七铰孔与第二连杆铰接，第二连杆另一端通过第八铰孔与第三连杆、第六连杆铰接，第三连杆另一端通过第四铰孔与机架铰接，第六连杆另一端通过第九铰孔与第四连杆、第五连杆铰接，第四连杆另一端通过第三铰孔与动臂铰接，第五连杆另一端通过第十铰孔与斗杆铰接。斗杆另一端通过第十一铰孔与铲斗铰接。 

所述铲斗反转机构由第三主动杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆、第十连杆、第十一连杆、第十二连杆、第十三连杆、第十四连杆、第十五连杆、铲斗组成。第三主动杆通过第十二铰孔与机架铰接，另一端通过第十三铰孔与第十四连杆铰接，第十四连杆另一端通过第十四铰孔与第十三连杆和第十五连杆铰接。第十五连杆另一端通过第八铰孔与第六连杆铰接。第十三连杆另一端通过第十五铰孔与第十一连杆、第十二连杆铰接，第十二连杆另一端通过第九铰孔与第五连杆铰接。第十一连杆另一端通过第十六铰孔与第十连杆和第九连杆铰接。第十连杆另一端通过第十铰孔与斗杆铰接。第九连杆另一端通过第十七铰孔与第七连杆和第八连杆铰接。第七连杆另一端通过第十八铰孔与斗杆铰接，第八连杆另一端通过第十九铰孔与铲斗铰接。 

第二主动杆、第一主动杆、第三主动杆分别由第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机控制，通过编程在输出端实现作业所需求的轨迹和速度。 

所述机构机架上安装有三台台伺服电机。机架本身可安装在传统挖掘机带回转平台的轮胎式或履带式行走机构上，实现挖掘作业和整机的定位与行走。 

挖掘机构工作时，根据挖掘机作业要求，通过控制单元，控制动臂抬升机构伺服电动机使动臂根据工作要求在工作空间内起落，同时控制斗杆摆动机构伺服电动机使斗杆绕动臂末端铰孔摆动，配合挖掘作业，并通过控制铲斗反转机构电动机，控制铲斗翻转，配合完成挖掘作业。 

本发明突出优点在于： 

1、不仅具有液压式挖掘机的灵活性，完全实现各种复杂挖掘动作，而且克服了液压式挖掘机液压系统元件精度要求高，结构复杂，漏油等缺点。由于采用伺服电动机驱动，反应更迅速，不仅节能环保，低噪音，而且降低了维修保养成本。 

3、不仅满足传统液压式挖掘机的一般工作场合，还适用于高原缺氧与地下矿井和其它一些易燃易爆等特殊场所。 

3、本发明所有电机都安装在机架上，有效降低手臂重量，改善受力状况。 

附图说明

图1为本发明所述机械式电动挖掘机构的结构示意图。 

图2为本发明所述机械式电动挖掘机构的动臂抬升机构示意图。 

图3为本发明所述机械式电动挖掘机构的斗杆摆动机构示意图。 

图4为本发明所述机械式电动挖掘机构的铲斗翻转机构示意图。 

图5为本发明所述机械式电动挖掘机构的俯视图。 

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。 

本发明所述机械式电动挖掘机构，包括动臂抬升机构，斗杆摆动机构，铲斗反转机构和机架。 

对照图1、图2，所述动臂抬升机构为一平面单自由度可控机构，包括第一主动杆10、第一连杆12、动臂15和机架7组成。第一主动杆10一端通过第一铰孔9与机架铰接，另一端通过第二铰孔11与第一连杆12铰接。第一连杆12另一端通过第三铰孔13与动臂15铰接。动臂15一端通过第四铰孔8与机架7铰接，另一端通过第五铰孔25与斗杆16铰接。第一主动杆10由第一伺服电机42控制，可通过编程实现动臂15前端在工作空间的提升和下降。 

对照图1和图3，所述斗杆摆动机构由第二主动杆5，第二连杆1、第三连杆4、第四连杆14、第五连杆30、第六连杆35、斗杆16组成。第二主动杆5一端通过第六铰孔6与机架 7铰接，另一端通过第七铰孔2与第二连杆1铰接，第二连杆1另一端通过第八铰孔3与第三连杆4、第六连杆35铰接，第三连杆4另一端通过第四铰孔8与机架7铰接，第六连杆35另一端通过第九铰孔33与第四连杆14和第五连杆30铰接，第四连杆14另一端通过第三铰孔13与动臂15铰接，第五连杆30另一端通过第十铰孔28与斗杆16铰接。斗杆16另一端通过第十一铰孔20与铲斗19铰接。第二主动杆5由第二伺服电机43控制，可通过编程实现斗杆16前端绕动臂上第五铰孔25在工作空间摆动。 

对照图1和图4，所述铲斗反转机构由第三主动杆40、第七连杆18、第八连杆22、第九连杆24、第十连杆26、第十一连杆29、第十二连杆31、第十三连杆34、第十四连杆37、第十五连杆38、铲斗19组成。第三主动杆40通过第十二铰孔41与机架7铰接，另一端通过第十三铰孔39与第十四连杆37铰接，第十四连杆37另一端通过第十四铰孔36与第十三连杆34和第十五连杆38铰接。第十五连杆38另一端通过第八铰孔3与第六连杆35铰接。第十三连杆34另一端通过第十五铰孔32与第十一连杆29和第十二连杆31铰接，第十二连杆31另一端通过第九铰孔33与第五连杆30铰接。第十一连杆29另一端通过第十六铰孔27与第十连杆26和第九连杆24铰接。第十连杆26另一端通过第十铰孔28与斗杆16铰接。第九连杆24另一端通过第十七铰孔23与第七连杆18和第八连杆22铰接。第七连杆18另一端通过第十八铰孔17与斗杆16铰接，第八连杆22另一端通过第十九铰孔21与铲斗19铰接。第三主动杆40由第三伺服电机44控制，通过编程实现铲斗19绕斗杆16上的第十一铰孔20在工作空间翻转。 

挖掘机构工作时，根据挖掘机作业要求，通过控制单元，控制动臂抬升机构第一伺服电动机42使动臂15根据工作要求在工作空间内起落，同时控制斗杆摆动机构第二伺服电动机43使斗杆16绕动臂上第五铰孔25摆动，配合挖掘作业，并通过控制铲斗反转机构第三伺服电机44，控制铲斗19翻转，配合完成挖掘作业。 

Claims (1)

1.一种机械式电驱动挖掘机构，包括动臂抬升机构，斗杆摆动机构，铲斗反转机构和机架，其特征在于：

所述动臂抬升机构由第一主动杆、第一连杆、动臂和机架组成，第一主动杆一端通过第一铰孔与机架铰接，另一端通过第二铰孔与第一连杆铰接，第一连杆另一端通过第三铰孔与动臂铰接，动臂一端通过第四铰孔与机架铰接，另一端通过第五铰孔与斗杆铰接，

所述斗杆摆动机构由第二主动杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆和斗杆组成，第二主动杆一端通过第六铰孔与机架铰接，另一端通过第七铰孔与第二连杆铰接，第二连杆另一端通过第八铰孔与第三连杆和第六连杆铰接，第三连杆另一端通过第四铰孔与机架铰接，第六连杆另一端通过第九铰孔与第四连杆、第五连杆铰接，第四连杆另一端通过第三铰孔与动臂铰接，第五连杆另一端通过第十铰孔与斗杆铰接，斗杆另一端通过第十一铰孔与铲斗铰接，

所述铲斗反转机构由第三主动杆，第七连杆、第八连杆、第九连杆、第十连杆、第十一连杆、第十二连杆、第十三连杆、第十四连杆、第十五连杆和铲斗组成，第三主动杆通过第十二铰孔与机架铰接，另一端通过第十三铰孔与第十四连杆铰接，第十四连杆另一端通过第十四铰孔与第十三连杆和第十五连杆铰接，第十五连杆另一端通过第八铰孔与第六连杆铰接，第十三连杆另一端通过第十五铰孔与第十一连杆和第十二连杆铰接，第十二连杆另一端通过第九铰孔与第五连杆铰接，第十一连杆另一端通过第十六铰孔与第十连杆和第九连杆铰接，第十连杆另一端通过第十铰孔与斗杆铰接，第九连杆另一端通过第十七铰孔与第七连杆和第八连杆铰接，第七连杆另一端通过第十八铰孔与斗杆铰接，第八连杆另一端通过第十九铰孔与铲斗铰接。

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