CN102108717B - 一种具有变胞功能的装载机构及其实现方法 - Google Patents

Abstract

一种具有变胞功能的装载机构，包括铲斗翻转机构和铲斗抬升机构。所述装载机构在进行装载任务时其自身的拓扑结构根据需要自动改变。所述装载机构在进行铲装阶段、铲斗翻转阶段、卸料阶段和铲斗回转阶段的任务时，其拓扑结构为铲斗翻转机构的结构；所述装载机构在进行铲斗抬升阶段和铲斗下降阶段的任务时，其拓扑结构为铲斗抬升机构的结构。本装载机构可按不同阶段的工作需求改变其拓扑结构。本装载机构只需一台电机就能完成各个阶段的翻转、抬升、装载、卸料等任务。本发明克服了传统液压式装载机构漏油、可靠性难保证的缺陷，并且制造成本低，保养维护方便。

Description

一种具有变胞功能的装载机构及其实现方法

技术领域

本发明涉及机械工程领域，特别是一种具有变胞功能的装载机构。

背景技术

装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。现有的装载机大都依靠液压传动实现装载卸料动作，具有动作灵活、工作平稳、结构简单紧凑等优点。但现在液压式装载机也有启动较差、液压油泄漏、工作无力等现象。随着装载机功能的增加，其液压系统越来越复杂，造成其故障的出现更具有突然性、隐蔽性。

变胞机构是20世纪90年代国际机构学界发现的一类新型机构。该类机构具有多功能阶段变化特征，多拓扑结构变化特征，多自由度变化特征。该类机构能在不同的状态下改变机构有效杆件的数目，从而自动组合出新的拓扑结构来适应不同阶段的功能要求。目前能应用于工程实际的变胞机构还很少，更未见到过应用于装载机构的变胞机构。

发明内容

本发明目的是提供一种具有变胞功能的装载机构，该机构只用一台电机就能完成装载卸料任务，并且能克服液压式装载机漏油、可靠性难保证、制造成本高、难保养的不足。

本发明通过以下技术来达到上述目的：

一种具有变胞功能的装载机构，包括铲斗翻转机构和铲斗抬升机构。

所述铲斗翻转机构中主动杆一端通过第一铰孔与第一连杆连接，另一端通过第二铰孔与电机连接，电机安装在车体上；第一连杆另一端通过第三铰孔与第二连杆和第三连杆连接；第二连杆另一端通过第四铰孔与第四连杆连接；第三连杆另一端通过第五铰孔与滑块和第五连杆连接；滑块在第四连杆上沿第四连杆的变胞杆线滑动；第五连杆另一端通过第六铰孔与第六连杆连接；第六连杆通过第七铰孔与第七连杆连接，第六连杆另一端通过第八铰孔与第八连杆连接；第八连杆另一端通过第九铰孔与铲斗连接；铲斗通过第十四铰孔和第十五铰孔与第七连杆连接；第七连杆另一端通过第十铰孔与第四连杆连接。

所述铲斗抬升机构中主动杆一端通过第一铰孔与第一连杆连接，另一端通过第二铰孔与电机连接，电机安装在车体上；第一连杆另一端通过第三铰孔与第二连杆和第三连杆连接；第二连杆另一端通过第四铰孔与第四连杆连接；第四连杆一端通过第十一铰孔与车体连接，第四连杆另一端通过第十铰孔与第七连杆连接；第七连杆通过第十二铰孔与第九连杆连接，第七连杆通过第十三铰孔与第十连杆连接，第七连杆通过第十四铰孔和第十五铰孔与铲斗连接；第九连杆通过第十六铰孔与车体连接；第十连杆通过第十七铰孔与车体连接。

所述装载机构的变胞功能的实现方法由以下步骤构成：由变胞杆处于几何限位时的转动来实现。在铲装阶段和铲斗翻转阶段第四连杆在自重和挡铁块的限制下位于下限位置，这两阶段铲斗翻转机构工作。铲斗抬升阶段第二连杆和第三连杆与变胞杆接触，变胞杆在挡铁块的限制下不能转动，此时装载机构的拓扑结构发生变化，第二连杆、第三连杆、变胞杆和第四连杆合并为一个组件并在第一连杆的驱动下向上运动，此阶段转变为载斗抬升机构工作。在卸料阶段时变胞杆在第四连杆运动到上极限位置时摆脱挡铁块的限制并在第二连杆、第三连杆的作用下转动，第四连杆停在上极限位置，此时装载机构的拓扑结构发生变化，第二连杆、第三连杆、变胞杆和第四连杆由一个组件变成不同的的构件，此阶段和下阶段变胞杆受到第二连杆和第三连杆的限制不能转回来，该装载机构载斗翻转机构工作。铲斗下降阶段变胞杆转回，第四连杆在重力作用下再次与第二连杆、第三连杆、变胞杆合成一个组件并向下运动至下位置极限，此阶段载斗抬升机构工作。

本发明的突出优点在于：

1、具有自动改变拓扑结构适应不同阶段工作要求的优点。

2、由于本机构采用电机驱动，所以避免了液压式装载机所存在的缺点。

3、现有的液压式装载机构至少需要两个液压缸驱动才能完成装载任务，而本机构用一台电机就能完成铲装阶段、铲斗翻转阶段、铲斗抬升阶段、卸料阶段、铲斗回转阶段、铲斗下降阶段的任务。

4、所述装载机构为外转动副驱动，电机安装在车体上，能有效降低装载机构工作杆件的重量，实现高速运动，提高装载卸料效率。

附图说明

图1为本发明所述具有变胞功能的装载机构的主视图。

图2为本发明所述具有变胞功能的装载机构的俯视图。

图3为本发明所述具有变胞功能的装载机构的剖视图。

图4为本发明所述具有变胞功能的装载机构的铲斗翻转机构。

图5为本发明所述具有变胞功能的装载机构的铲斗抬升机构。

图6为本发明所述具有变胞功能的装载机构的变胞杆10。

图7为本发明所述具有变胞功能的装载机构的第七连杆22。

图8为本发明所述具有变胞功能的装载机构的滑块30。

图9为本发明所述具有变胞功能的装载机构的铲装阶段。

图10为本发明所述具有变胞功能的装载机构的铲斗翻转阶段。

图11为本发明所述具有变胞功能的装载机构的铲斗抬升阶段。

图12为本发明所述具有变胞功能的装载机构的卸料阶段。

图13为本发明所述具有变胞功能的装载机构的铲斗回转阶段。

图14为本发明所述具有变胞功能的装载机构的铲斗下降阶段。

图15为本发明所述具有变胞功能的装载机构的铲斗翻转机构的拓扑图。

图16为本发明所述具有变胞功能的装载机构的铲斗抬升机构的拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作说明。

对照图1、图2、图4、图7和图8，所述铲斗翻转机构由车体1、电机29、主动杆5、第一连杆4、第二连杆9、第三连杆12、第四连杆11、第五连杆16、第六连杆17、第八连杆20、第七连杆22、铲斗23和滑块30组成，电机29驱动主动杆5，主动杆5带动第一连杆4，第一连杆4带动第二连杆9和第三连杆12运动，第二连杆9绕第四铰孔7转动，第三连杆12带动滑块30和第五连杆16运动，滑块30在第四连杆11上沿第四连杆11的变胞杆线滑动，第五连杆16带动第六连杆17运动，第六连杆17绕第七铰孔18转动，第六连杆17带动第八连杆20运动，第八连杆20带动铲斗23运动，铲斗23翻转运动。

对照图1、图2、图5、图6和图7，所述铲斗抬升机构由车体1、电机29、主动杆5、第一连杆4、第二连杆9、第三连杆12、第四连杆11、第七连杆22、第九连杆24、第十连杆28组成。电机29驱动主动杆5，主动杆5带动第一连杆4，第一连杆4带动第二连杆9和第三连杆12运动，第二连杆9和第三连杆12带动变胞杆10运动，变胞杆10带动第四连杆11运动，第四连杆11一端绕第十一铰孔3转动，第四连杆11另一端带动第七连杆22运动，第七连杆22带动第九连杆24和第十连杆28运动，第九连杆24绕第十六铰孔25转动，第十连杆28绕第十七铰孔27转动。

下面再通过实例对本发明的技术方案作进一步的说明。

对照图9，铲装阶段，铲斗23保持原始状态即铲斗23接触地面，此时主动杆5与第一连杆4共线达到极限位置，由车体1驱动前进进行物料的铲取。在这个过程中所有机构都不工作。

对照图10，铲斗翻转阶段，铲斗23在物料将要装满时铲斗翻转机构工作，电机29驱动主动杆5，主动杆5带动第一连杆4，第一连杆4带动第二连杆9和第三连杆12运动，第二连杆9绕第四铰孔7转动，第三连杆12带动滑块30和第五连杆16运动，滑块30在第四连杆11上沿第四连杆11的轴线滑动，第五连杆16带动第六连杆17运动，第六连杆17绕第七铰孔18转动，第六连杆17带动第八连杆20运动，第八连杆20带动铲斗23运动，铲斗23转动至所需位置。

对照图11，铲斗抬升阶段，铲斗23装满物料后保持铲斗23位姿，此时第二连杆9和第三连杆12与第四连杆11重合，第五铰孔13与第十铰孔14重合，此阶段变胞杆10不能转动，电机29驱动主动杆5，主动杆5带动第一连杆4，第一连杆4带动第二连杆9和第三连杆12运动，第二连杆9和第三连杆12带动变胞杆10运动，变胞杆10带动第四连杆11运动，第四连杆11一端绕第十一铰孔3转动，第四连杆11另一端带动第七连杆22运动，第七连杆22带动第九连杆24和第十连杆28运动，第九连杆24绕第十六铰孔25转动，第十连杆28绕第十七铰孔27转动至上限位置。

对照图12，卸料阶段，变胞杆10转动，第二连杆9和第三连杆12与第四连杆11分离，电机29驱动主动杆5，主动杆5带动第一连杆4，第一连杆4带动第二连杆9和第三连杆12运动，第二连杆9绕第四铰孔7转动，第三连杆12带动滑块30和第五连杆16运动，滑块30在第四连杆11上沿第四连杆11的轴线滑动，第五连杆16带动第六连杆17运动，第六连杆17绕第七铰孔18转动，第六连杆17带动第八连杆20运动，第八连杆20带动铲斗23运动，铲斗23转动至所需位置，此时主动杆5与第一连杆4共线达到极限位置。

对照图13，铲斗回转阶段，电机29驱动主动杆5，主动杆5带动第一连杆4，第一连杆4带动第二连杆9和第三连杆12运动，第二连杆9绕第四铰孔7转动，第三连杆12带动滑块30和第五连杆16运动，滑块30在第四连杆11上沿第四连杆11的轴线滑动，第五连杆16带动第六连杆17运动，第六连杆17绕第七铰孔18转动，第六连杆17带动第八连杆20运动，第八连杆20带动铲斗23运动，铲斗23转动至所需位置，此时第二连杆9和第三连杆12与第四连杆11重合，第五铰孔13与第十铰孔14重合。

对照图14，铲斗下降阶段，电机29驱动主动杆5，主动杆5带动第一连杆4，第一连杆4带动第二连杆9和第三连杆12运动，第四连杆11、第七连杆22、第九连杆24和第十连杆28在重力的作用下运动，变胞杆10转动，第四连杆11与第二连杆9和第三连杆12保持重合一起运动，第四连杆11一端绕第十一铰孔3转动，第四连杆11另一端带动第七连杆22运动，第七连杆22带动第九连杆24和第十连杆28运动，第九连杆24绕第十六铰孔25转动，第十连杆28绕第十七铰孔27转动至下限位置。

主动杆5绕第二铰孔6作逆时针整周转动，主动杆5转动一周完成上述六个工作阶段；当铲斗翻转机构工作时第四连杆11、第七连杆22、第九连杆24、第十连杆28和车体1组成一个组件，其拓扑结构如图15所示，拓扑图黑点表示构件，构件间连线若无标记都为R副；当铲斗抬升机构工作时第五铰孔13与第十铰孔14重合，第四连杆11、第二连杆9、第三连杆12、滑块30组成一个组件，第五连杆16、第六连杆17、第七连杆22和铲斗23组成一个组件，第十一铰孔3、第十铰孔14、第十七铰孔27和第十三铰孔31组成平面平行四边形，因此铲斗抬升机构工作时铲斗23与地面角度保持不变，其拓扑结构如图16所示，拓扑图黑点表示构件，构件间连线若无标记都为R副；第四连杆11受到挡铁块26的限制只能在工作区域内工作；变胞杆10套在第四连杆11内部，变胞杆10在第四连杆11运动到上限位置时才可以转动，并且在第三铰孔8位于第四连杆11下方时才可以转回到原来位置，变胞杆10转回到原来位置时第四连杆11才可以向下运动。

Claims (2)

1.一种具有变胞功能的装载机构，包括铲斗翻转机构、铲斗抬升机构，其特征在于：所述装载机构的变胞杆嵌于第四连杆中，在第四连杆处于上极限位置时变胞杆可以转动，第四连杆处于其它位置时变胞杆不能够转动；

所述铲斗翻转机构由车体、电机、主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、铲斗和滑块组成，主动杆一端通过第一铰孔与第一连杆连接，另一端通过第二铰孔与电机连接，电机安装在车体上；第一连杆另一端通过第三铰孔与第二连杆和第三连杆连接；第二连杆另一端通过第四铰孔与第四连杆连接；第三连杆另一端通过第五铰孔与滑块和第五连杆连接；滑块能够在第四连杆上沿第四连杆的轴线滑动；第五连杆另一端通过第六铰孔与第六连杆连接；第六连杆通过第七铰孔与第七连杆连接，第六连杆另一端通过第八铰孔与第八连杆连接；第八连杆另一端通过第九铰孔与铲斗连接；铲斗通过第十四铰孔和第十五铰孔与第七连杆连接；第七连杆另一端通过第十铰孔与第四连杆连接；

所述铲斗抬升机构由车体、电机、主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第七连杆、第九连杆、第十连杆组成，主动杆一端通过第一铰孔与第一连杆连接，另一端通过第二铰孔与电机连接，电机安装在车体上；第一连杆另一端通过第三铰孔与第二连杆和第三连杆连接；第二连杆另一端通过第四铰孔与第四连杆连接；第四连杆一端通过第十一铰孔与车体连接，第四连杆另一端通过第十铰孔与第七连杆连接；第七连杆通过第十二铰孔与第九连杆连接，第七连杆通过第十三铰孔与第十连杆连接，第七连杆通过第十四铰孔和第十五铰孔与铲斗连接；第九连杆通过第十六铰孔与车体连接；第十连杆通过第十七铰孔与车体连接。

2.一种适合于权利要求1所述具有变胞功能的装载机构的实现方法，其特征在于，所述装载机构的实现方法由以下步骤构成：

装载机构的变胞功能由变胞杆处于几何限位时的转动来实现，

当装载机构在铲装阶段和铲斗翻转阶段时，第四连杆在自重和挡铁块的限制下处于下限位置，这两阶段铲斗翻转机构工作；

当装载机构在铲斗抬升阶段时，第二连杆和第三连杆与变胞杆接触，变胞杆在挡铁块的限制下不能转动，此时装载机构的拓扑结构发生变化，第二连杆、第三连杆、变胞杆和第四连杆合并为一个组件并在第一连杆的驱动下向上运动，此阶段转变为铲斗抬升机构工作；

当装载机构在卸料阶段时，变胞杆在第四连杆运动到上极限位置时摆脱挡铁块的限制并在第二连杆、第三连杆的作用下转动，第四连杆停在上极限位置，此时装载机构的拓扑结构发生变化，第二连杆、第三连杆、变胞杆和第四连杆由一个组件变成不同的的构件，此阶段和下阶段变胞杆受到第二连杆和第三连杆的限制不能转回来，该装载机构铲斗翻转机构工作；

当装载机构在铲斗下降阶段时，变胞杆转回，第四连杆在重力作用下再次与第二连杆、第三连杆、变胞杆合成一个组件并向下运动至下位置极限，此阶段铲斗抬升机构工作。

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