CN102720230B - 能减少举升能耗的运动冗余正铲挖掘机构 - Google Patents

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Abstract

一种能减少举升能耗的运动冗余正铲挖掘机构，其包括有机架、动臂、斗杆、铲斗、摇杆、斗杆液压缸、铲斗液压缸、动臂液压缸、辅助液压缸，其中，机架与动臂下端铰接，该动臂的上端与斗杆的一端铰接，该斗杆的另一端与铲斗的一部位连接，它们之间分别由铲斗液压缸、斗杆液压缸、动臂液压缸、辅助液压缸及摇杆相连，且连接方式有四种。本发明具有运动冗余特性、驱动力臂大、较好的灵活性、优化输入力等优点。

Description

能减少举升能耗的运动冗余正铲挖掘机构
技术领域
本发明涉及一种挖掘机，特别是一种用于正铲液压挖掘机的工作机构。
背景技术
大型正铲液压挖掘机是露天煤矿采掘的主要工具，其挖掘工作机构是完成挖掘机各项功能的主要构件，国内对液压正铲挖掘机工作机构的研究较少，中国专利CN200520035287.8涉及一种液压挖掘机正铲作业机构水平推压机构，特点是铲斗液压缸活塞杆与动臂前端铰接，斗杆后部与动臂前端铰接，铲斗与斗杆前端铰接，铲斗与铲斗液压缸缸筒端部铰接，铰点在空中构成了四边形结构的四杆机构。国外的主要生产厂家有特雷克斯(Terex),卡特彼勒 (CATERPILLR)、日立(HITACHI)和利勃海尔(LIEBHERR)等。其中影响力较大的是特雷克斯(Terex)公司生产的含有“强力三角”构件的液压挖掘机。虽然国外的厂家的正铲液压挖掘机技术较为成熟，但他们的产品结构较为单一，驱动力臂小而导致能耗大的问题始终没有得到解决。其主要原因是正铲液压工作机构是一个复杂的连杆机构，创新较为困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能减少举升能耗的运动冗余正铲挖掘机构。
本发明的技术方案如下：本发明为完全对称机构，动臂下端与机架铰接，该动臂的上端与斗杆的一端铰接，该斗杆的另一端与铲斗的一部位铰接；它们之间分别由斗杆液压缸、铲斗液压缸、动臂液压缸，辅助液压缸以及摇杆相连，其具体连接方式如下：
第一种连接方式：一对辅助液压缸的活塞杆端部与机架铰接，该一对辅助液压缸的缸套端部与上述动臂的一部位铰接，一对动臂液压缸的缸套端部与上述动臂的另一部位铰接，该一对动臂液压缸的活塞杆端部与一对摇杆中部铰接，该一对摇杆的一端与机架铰接，该一对摇杆的另一端与一对斗杆液压缸的缸套端部铰接，该一对斗杆液压缸的活塞杆端部与上述斗杆铰接；一对铲斗液压缸的活塞杆端部与上述动臂铰接，该一对铲斗液压缸的缸套端部与上述铲斗的另一部位铰接。
第二种连接方式：一对辅助液压缸的活塞杆端部与机架铰接，该一对辅助液压缸的缸套端部与动臂的一部位铰接，一对动臂液压缸的缸套端部与上述动臂的另一部位铰接，该一对动臂液压缸的活塞杆端部与一对摇杆中部铰接，该一对摇杆的一端与机架铰接，该一对摇杆的另一端与一对铲斗液压缸的活塞杆端部铰接，该一对铲斗液压缸的缸套端部与上述铲斗的另一部位铰接；一对斗杆液压缸的活塞杆端部与动臂的一部位铰接，该一对斗杆液压缸的缸套端部与上述斗杆中部铰接；
第三种连接方式：一对辅助液压缸的活塞杆端部与机架铰接，该一对辅助液压缸的缸套端部与动臂的一部位铰接，一对动臂液压缸的缸套端部与上述动臂的另一部位铰接，该一对动臂液压缸的活塞杆端部与一对摇杆的一部位铰接，该一对摇杆的一端与机架铰接，该一对摇杆的另一端与一对铲斗液压缸的活塞杆端部铰接，该一对铲斗液压缸的缸套端部与上述铲斗的另一部位铰接；一对斗杆液压缸的活塞杆端部与上述斗杆中部铰接，该一对斗杆液压缸的缸套端部与上述摇杆的另一部位铰接。
第四种连接方式：一对辅助液压缸的活塞杆端部与机架铰接，该一对辅助液压缸的缸套端部与一对摇杆铰接，该一对摇杆的一端与机架铰接，该一对摇杆的另一端与一对铲斗液压缸的活塞杆端部铰接，该一对铲斗液压缸的缸套端部与上述铲斗的另一部位铰接，一对动臂液压缸的活塞杆端部与上述摇杆的一部位铰接，该一对动臂液压缸的缸套端部与动臂铰接；一对斗杆液压缸的缸套端部与上述摇杆另一部位铰接，该一对斗杆液压缸的活塞杆端部与上述斗杆铰接。
在保证杆件数目和杆件之间相互连接关系不变的情况下，各杆件的形状和尺寸可根据实际情况变化。本发明中铲斗的自由度为3，工作机构的自由度为4，驱动数目为4，驱动数目大于铲斗自由度，这样的工作机构具有运动冗余特性。动臂液压缸的驱动力臂较大，负载相同时，只需要较小的举升力，从而降低了举升能耗。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）驱动力臂大，较小的驱动力便能驱动负载，从而能降低能耗。
（2）具有运动冗余特性，可以避开机器人内部奇异位形，较好的灵活性、避障能力及动力特性。
（3）能提供较大的举升驱动力臂。
附图说明
图1是本发明实施例1的立体示意简图。
图2是本发明实施例2的立体示意简图。
图3是本发明实施例3的立体示意简图。
图4是本发明实施例4的立体示意简图。
具体实施方式
实施例1
在图1所示的能减少举升能耗的运动冗余正铲挖掘机构的立体示意简图中，机架1的一端通过铰链R1与动臂2的下端连接，该动臂2的上端通过铰链R4与斗杆3的一端连接，该斗杆3的另一端通过铰链R7与铲斗4的一部位连接，该铲斗4的另一部位通过铰链R8分别与一对铲斗液压缸7的缸套端部连接，该一对铲斗液压缸7的活塞杆端部通过铰链R9分别与上述动臂2中部连接，该动臂2两侧通过铰链R2分别与一对辅助液压缸9的缸套端部连接，该一对辅助液压缸9的活塞杆端部分别通过铰链R12与上述机架1中部连接；该机架1的另一端通过铰链R11分别与一对摇杆5的下端连接，该一对摇杆5的上端通过铰链R5分别与一对斗杆液压缸6的缸套端部连接，该一对斗杆液压缸6的活塞杆端部分别通过铰链R6与上述斗杆3两侧的中部连接；上述一对摇杆5的中部通过铰链R10分别与一对动臂液压缸8的活塞杆端部连接，该一对动臂液压缸8的缸套端部通过铰链R3分别与上述动臂2两侧的另一部位连接。
实施例2
在图2所示的能减少举升能耗的运动冗余正铲挖掘机构的立体示意简图中，机架1的一端通过铰链R1与动臂2的下端连接，该动臂2的上端通过铰链R4与斗杆3的一端连接，该斗杆3的另一端通过铰链R7与铲斗4的一部位铰接，该铲斗4的另一部位通过铰链R8与一对铲斗液压缸7的缸套端部连接，该一对铲斗液压缸7的活塞杆端部分别通过铰链R9与一对摇杆5的一端连接，该一对摇杆5的另一端分别通过铰链R11与机架的另一端连接；一对辅助液压缸9的缸套端部通过铰链R2分别与上述动臂2一部位的两侧连接，该一对辅助液压缸9的活塞杆端部通过铰链R12与机架中部连接；一对动臂液压缸8的缸套端部分别通过铰链R3与上述动臂2另一部位的两侧连接，该一对动臂液压缸8的活塞杆端部分别通过铰链R10与上述一对摇杆5的中部连接；一对斗杆液压缸6的活塞杆端部分别通过铰链R5与动臂2连接，该一对斗杆液压缸6的缸套端部分别通过铰链R6与斗杆3中部连接。
实施例3
在图3所示的能减少举升能耗的运动冗余正铲挖掘机构的立体示意简图中，机架1的一端通过铰链R1与动臂2的下端连接，该动臂2的上端通过铰链R4与斗杆3的一端连接，该斗杆3的另一端通过铰链R7与铲斗4的一部位连接，该铲斗4的另一部位通过铰链R8与一对铲斗液压缸7的缸套端部连接，该一对铲斗液压缸7的活塞杆端部分别通过铰链R9与一对摇杆5的一端连接，该一对摇杆5的另一端分别通过铰链R11与机架的另一端连接；一对辅助液压缸9的缸套端部通过铰链R2分别与上述动臂2一部位的两侧连接，该一对辅助液压缸9的活塞杆端部通过铰链R12与机架中部连接；一对动臂液压缸8的缸套端部分别通过铰链R3与上述动臂2另一部位的两侧连接，该一对动臂液压缸8的活塞杆端部分别通过铰链R10与上述一对摇杆5的一部位连接；一对斗杆液压缸6的活塞杆端部分别通过铰链R6与上述斗杆3中部的两侧连接，该一对斗杆液压缸6的缸套端部分别通过铰链R5与上述摇杆5的另一部位连接。
实施例4
在图4所示的能减少举升能耗的运动冗余正铲挖掘机构的立体示意简图中，机架1的一端通过铰链R1与动臂2的下端连接，该动臂2的上端通过铰链R4与斗杆3的一端连接，该斗杆3的另一端通过铰链R7与铲斗4的一部位铰接，该铲斗4的另一部位通过铰链R8与一对铲斗液压缸7的缸套端部连接，该一对铲斗液压缸7的活塞杆端部分别通过铰链R9与一对摇杆5的一端连接，该一对摇杆5的另一端分别通过铰链R11与机架的另一端连接；一对辅助液压缸9的缸套端部通过铰链R2分别与上述摇杆一部位连接，该一对辅助液压缸9的活塞杆端部通过铰链R12与机架中部连接；一对动臂液压缸8的缸套端部分别通过铰链R3与上述动臂一部位的两侧连接，该一对动臂液压缸8的活塞杆端部分别通过铰链R10与上述一对摇杆的中部连接；一对斗杆液压缸6的缸套端部分别通过铰链R5与上述摇杆5的另一部位连接，该一对斗杆液压缸的活塞杆端部分别通过铰链R6与斗杆中部的两侧连接。

Claims (2)

1.一种能减少举升能耗的运动冗余正铲挖掘机构，其包括有机架、动臂、斗杆、铲斗、摇杆、斗杆液压缸、铲斗液压缸、动臂液压缸、辅助液压缸，其中，机架与动臂下端铰接，该动臂的上端与斗杆的一端铰接，该斗杆的另一端与铲斗的一部位连接，其特征在于：一对辅助液压缸的活塞杆端部与机架铰接，该一对辅助液压缸的缸套端部与上述动臂的一部位铰接，一对动臂液压缸的缸套端部与上述动臂的另一部位铰接，该一对动臂液压缸的活塞杆端部与一对摇杆中部铰接，该一对摇杆的一端与机架铰接，该一对摇杆的另一端与一对斗杆液压缸的缸套端部铰接，该一对斗杆液压缸的活塞杆端部与上述斗杆铰接；一对铲斗液压缸的活塞杆端部与上述动臂铰接，该一对铲斗液压缸的缸套端部与上述铲斗的另一部位铰接；
或一对辅助液压缸的活塞杆端部与机架铰接，该一对辅助液压缸的缸套端部与动臂的一部位铰接，一对动臂液压缸的缸套端部与上述动臂的另一部位铰接，该一对动臂液压缸的活塞杆端部与一对摇杆中部铰接，该一对摇杆的一端与机架铰接，该一对摇杆的另一端与一对铲斗液压缸的活塞杆端部铰接，该一对铲斗液压缸的缸套端部与上述铲斗的另一部位铰接；一对斗杆液压缸的活塞杆端部与动臂的一部位铰接，该一对斗杆液压缸的缸套端部与上述斗杆中部铰接；
或一对辅助液压缸的活塞杆端部与机架铰接，该一对辅助液压缸的缸套端部与动臂的一部位铰接，一对动臂液压缸的缸套端部与上述动臂的另一部位铰接，该一对动臂液压缸的活塞杆端部与一对摇杆的一部位铰接，该一对摇杆的一端与机架铰接，该一对摇杆的另一端与一对铲斗液压缸的活塞杆端部铰接，该一对铲斗液压缸的缸套端部与上述铲斗的另一部位铰接；一对斗杆液压缸的活塞杆端部与上述斗杆中部铰接，该一对斗杆液压缸的缸套端部与上述摇杆的另一部位铰接；
或一对辅助液压缸的活塞杆端部与机架铰接，该一对辅助液压缸的缸套端部与一对摇杆铰接，该一对摇杆的一端与机架铰接，该一对摇杆的另一端与一对铲斗液压缸的活塞杆端部铰接，该一对铲斗液压缸的缸套端部与上述铲斗的另一部位铰接，一对动臂液压缸的活塞杆端部与上述摇杆的一部位铰接，该一对动臂液压缸的缸套端部与动臂铰接；一对斗杆液压缸的缸套端部与上述摇杆另一部位铰接，该一对斗杆液压缸的活塞杆端部与上述斗杆铰接。
2.根据权利要求1所述的一种能减少举升能耗的运动冗余正铲挖掘机构，其特征在于：上述各液压缸的缸套和活塞杆的位置互换。
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