CN103015472A - 一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构 - Google Patents

Abstract

一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构，包括机架、动臂抬升机构、斗杆摆动机构、铲斗翻转机构、铲斗。所述动臂抬升机构主要控制动臂的升降，所述斗杆摆动机构控制斗杆绕动臂摆动，所述铲斗安装在斗杆上，由铲斗翻转机构控制铲斗绕斗杆的翻转，所述动臂抬升机构、斗杆摆动机构均由安装在机架上的伺服电机驱动，所述铲斗翻转机构由安装在斗杆上的伺服电机通过螺杆传动进行驱动，本发明采用了全新连杆机构取代了传统挖掘机中的液压传动，避免了液压系统制造成本高，维护保养复杂等缺点，同时由于铲斗翻转机构采用了螺杆传动，铲斗挖掘力大，传动杆件数量少，避免了传动机构自量过大等缺点。

Description

一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别是一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构。

背景技术

挖掘机是现今工程机械领域最为重要的一种工程机械，主要对土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石进行挖掘装载作业，广泛应用于各类工程施工工作当中，如今的大部分挖掘机都采用了液压传动，液压传动具有传动平稳、质量体积小、承载能力大等优点，但是液压传动也存在着诸如，液压元件制造精度要求高、油液容易受温度的影响、维护保养复杂等缺点。

随着电机技术的日趋成熟和控制技术的提高，利用连杆传动替代液压传动为工程机械的发展提供了新的空间。多自由度可控机构式挖掘机构利用连杆传动替代了传统液压挖掘机的液压传动，降低了挖掘机的制造成本，同时由于连杆传动省去了液压传动的油液管路，维护保养更简单，同时由于采用电机驱动，从而使连杆传动机构控制系统简单，但多自由度可控机构式挖掘机构也存在着各种缺点，有些机械式电动挖掘机连杆机构简单，但工作空间过小，有些虽然保证了工作空间，但存在着连杆传动部分庞大，机构复杂，重量过大，铲斗挖掘力过小等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构，首先利用连杆传动取代液压挖掘机的液压传动，克服液压传动挖掘机维修保养成本高、受温度影响大等缺点，同时，还应保证挖掘机构具有结构简单、传动杆件数目少、连杆传动自重小、铲斗挖掘力大等优点。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构，包括机架、动臂抬升机构、斗杆摆动机构、铲斗翻转机构、铲斗。

所述动臂抬升机构包括动臂、第一主动杆、第一连杆，所述动臂通过第一转动副与机架连接，所述第一主动杆一端通过第二转动副与机架连接，另一端通过第三转动副与第一连杆一端连接，第一连杆另一端通过第四转动副与动臂连接。第一主动杆由安装在机架上的伺服电机驱动，通过对伺服电机的控制来实现动臂的升降。

所述斗杆摆动机构包括斗杆、第二主动杆、第二连杆、第一支撑架、第三连杆，所述第二主动杆一端通过第十六转动副与机架连接，另一端通过第十五转动副与第二连杆一端连接，第二连杆另一端通过第十四转动副与第一支撑架连接，第一支撑架通过第五转动副与动臂连接，第一支撑架通过第十三转动副与第三连杆一端连接，第三连杆另一端通过第十二转动副与斗杆连接，斗杆通过第六转动副与动臂连接。第二主动杆由安装在机架上的伺服电机驱动，通过对伺服电机的控制来实现斗杆的摆动。

所述铲斗通过第八转动副与斗杆连接。

所述铲斗翻转机构包括电机支架、螺杆、顶杆、第二支撑架、拉杆，所述电机支架通过第十一转动副与斗杆连接，螺杆安装在电机支架上，所述顶杆一端通过螺旋副与螺杆连接，顶杆另一端通过第十转动副与拉杆、第二支撑架连接，拉杆通过第九转动副与铲斗连接，第二支撑架通过第七转动副与斗杆连接。所述螺杆由安装在电机支架上的伺服电机驱动，螺杆在伺服电机的带动下旋转，通过螺旋副推动顶杆沿直线方向运动，推动铲斗翻转。

所述一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构在动臂抬升机构、斗杆摆动机构、铲斗翻转机构的相互配合下，功能完成挖掘施工作业。

本发明突出优点在于：

1，本发明采用全新的连杆机构设计，不仅具有液压传动挖掘机的工作空间大和灵活度高等优点，而且克服液压传动挖掘机维修保养成本高、受温度影响大等缺点。

2，该螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构，铲斗翻转机构采用螺杆传动，与其他可控机构相比，铲斗具有较大的挖掘力，同时由于铲斗翻转机构伺服电机安装在电机支架上，简化了连杆传动部分，结构简单，降低了传动部分的重量，改善了各杆及转动副的受力，提高了挖掘机的动力学性能。

3，由于该螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构采用伺服电机驱动，控制系统简单，可以方便实现自动化、数控化，同时由于伺服电机工作时噪声低，降低了施工对周围环境的噪音污染。

附图说明

图1为本发明所述一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构示意图。

图2为本发明所述一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构动臂抬升机构示意图。

图3为本发明所述一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构斗杆举降机构示意图。

图4为本发明所述一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构螺杆传动机构示意图。

图5为本发明所述一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构电机支架示意图。

图6为本发明所述一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构顶杆示意图。

图7为本发明所述一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构铲斗翻转机构示意图。

图8为本发明所述一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构工作示意图。

具体实施方式

以下通过附图对本发明的技术方案作进一步说明。

对照图1，一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构，包括机架1、动臂抬升机构、斗杆摆动机构、铲斗翻转机构、铲斗11。

对照图1、图2，所述动臂抬升机构包括动臂4、第一主动杆26、第一连杆23，所述动臂4通过第一转动副3与机架1连接，所述第一主动杆26一端通过第二转动副2与机架1连接，另一端通过第三转动副2与第一连杆23一端连接，第一连杆23另一端通过第四转动副5与动臂4连接。第一主动杆26由安装在机架1上的伺服电机驱动，通过对伺服电机的控制来实现动臂4的升降。

对照图1、图3，所述斗杆摆动机构包括斗杆8、第二主动杆27、第二连杆24、第一支撑架21、第三连杆19，所述第二主动杆27一端通过第十六转动副29与机架1连接，另一端通过第十五转动副28与第二连杆24一端连接，第二连杆24另一端通过第十四转动副22与第一支撑架21连接，第一支撑架21通过第五转动副6与动臂4连接，第一支撑架21通过第十三转动副20与第三连杆19一端连接，第三连杆19另一端通过第十二转动副18与斗杆8连接，斗杆8通过第六转动副7与动臂4连接。第二主动杆27由安装在机架上的伺服电机驱动，通过对伺服电机的控制来实现斗杆8的摆动。

对照图1，所述铲斗11通过第八转动副10与斗杆8连接。

对照图1、图4、图5、图6、图7，所述铲斗翻转机构包括电机支架16、螺杆15、顶杆14、第二支撑架30、拉杆13，所述电机支架16通过第十一转动副17与斗杆8连接，螺杆15安装在电机支架16上，所述顶杆14一端通过螺旋副32与螺杆15连接，顶杆14另一端通过第十转动副31与拉杆13、第二支撑架30连接，拉杆13通过第九转动副12与铲斗11连接，第二支撑架30通过第七转动副9与斗杆8连接。所述螺杆15由安装在电机支架16上的伺服电机驱动，螺杆15在伺服电机的带动下旋转，通过螺旋副32推动顶杆14沿直线方向运动，推动铲斗11翻转。

对照图1、图8，所述一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构在动臂抬升机构、斗杆摆动机构、铲斗翻转机构的相互配合下，功能完成挖掘施工作业。

Claims (2)

1.一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构，包括机架、动臂抬升机构、斗杆摆动机构、铲斗翻转机构、铲斗，其特征在于：

所述动臂抬升机构包括动臂、第一主动杆、第一连杆，所述动臂通过第一转动副与机架连接，所述第一主动杆一端通过第二转动副与机架连接，另一端通过第三转动副与第一连杆一端连接，第一连杆另一端通过第四转动副与动臂连接，

所述斗杆摆动机构包括斗杆、第二主动杆、第二连杆、第一支撑架、第三连杆，所述第二主动杆一端通过第十六转动副与机架连接，另一端通过第十五转动副与第二连杆一端连接，第二连杆另一端通过第十四转动副与第一支撑架连接，第一支撑架通过第五转动副与动臂连接，第一支撑架通过第十三转动副与第三连杆一端连接，第三连杆另一端通过第十二转动副与斗杆连接，斗杆通过第六转动副与动臂连接，

所述铲斗通过第八转动副与斗杆连接，

所述铲斗翻转机构包括电机支架、螺杆、顶杆、第二支撑架、拉杆，所述电机支架通过第十一转动副与斗杆连接，螺杆安装在电机支架上，所述顶杆一端通过螺旋副与螺杆连接，顶杆另一端通过第十转动副与拉杆、第二支撑架连接，拉杆通过第九转动副与铲斗连接，第二支撑架通过第七转动副与斗杆连接。

2.对照权利要求1，所述一种螺杆传动多自由度可控机构式挖掘机构，其特征在于：第一主动杆、第二主动杆均由安装在机架上的伺服电机驱动，螺杆由安装在电机机架上的伺服电机驱动。

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