CN104153405A - 一种混合驱动可控并联挖掘机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合驱动可控挖掘并联机构，包括挖掘手臂，正铲式铲斗和机架。所述挖掘手臂为三自由度混合驱动可控机构，通过复合铰、连杆和正铲式铲斗连接而成。挖掘手臂安装在机架上，由一台大功率常速电机和两台较小功率的伺服电机混合驱动，能够实现较大挖掘力的同时具有一定的输出柔性。本发明不仅解决了传统单自由度机械式挖掘机构实现动作简单，液压式挖掘机构易出现漏油的问题，也解决了现有二自由度混合驱动挖掘机构需要两个常速电机输入的问题，节省一个常速电机，具有一定的节能效果，且制造成本低，挖掘效率高。

Description

一种混合驱动可控并联挖掘机构

技术领域

本发明涉及一种工程机械，特别是一种三自由度混合驱动可控挖掘机构

背景技术

挖掘机作为一种重要的工程机械，广泛应用于工业、交通、能源、农田改造、水利、民用建筑、矿山采掘以及现代化军事工程等机械化施工方面。目前，挖掘机主要分类有液压式和机械式两种类型。液压式挖掘机具有结构简单、重量轻、可实现很多复杂动作等优点，被广泛采用。但是液压挖掘机是以液压油为传递动力介质，其起动性差，容易因内部元件磨损后产生泄漏，而且涉及的元件较多。同时出现过热，工作无力等现象。因为液压系统的局限性，液压式挖掘机多为中、小型挖掘机，许多大型挖掘机还不得不采用电力驱动的机械式挖掘机。机械式挖掘机已经有近百年的历史，是利用机械传动的单自由度机械式挖掘机自身结构庞大复杂且不能完成灵活多变的挖掘动作。而已有的混合驱动可控挖掘机构为二自由度机构的叠加，输入多于输出，增加能耗，且机械系统较为复杂。这是工程机械领域一个十分棘手的问题，也是长期未能突破的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合驱动可控并联挖掘机构，为三自由度并联机构，不仅能克服以往单自由度机械式挖掘机构动作简单，挖掘速度等难控制等缺点，还克服了已有二自由度叠加混合驱动可控挖掘机构对输入驱动要求多的问题。同时也克服了液压式挖掘机构液压元件要求高、易产生漏油、可靠度难保证等不足。且采用大功率常规电机和较小功率伺服电机混合驱动，在满足较大挖掘力要求的同时兼顾柔性化输出，挖掘效率高、制造成本低、机械系统更为简洁。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种混合驱动可控并联挖掘机构，包括挖掘手臂，正铲式铲斗和机架，其结构和连接方式为：

所述挖掘机械臂为一组三自由度混合驱可控并联机构，通过三个驱动输入实现铲斗的三自由度输出。由第一主杆、第三主动杆、第三主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆以及机架连接组成。第一主动杆一端通过第一铰孔接在机架上，另一端通过第二铰孔与第一连杆铰接，第二主动杆一端铰接在第三铰孔上，另一端通过第四铰孔与第二连接杆铰接，第三主动杆一端铰接第五铰孔上，另一端通过第六铰孔与第三连杆铰接。所述的第二连杆为弯杆，中间弯折部分有第七铰孔，另一端通过第八铰孔与铲斗相接，第三连杆通过第九铰孔与铲斗相接。所述的第一主动杆由第一常规电机驱动，所述的第二主动杆和第三主动杆分别有第一和第二伺服电机驱动。

所述机架上后部安装有常速电机，前部安装有第一伺服电机和第二伺服电机。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，完成挖掘、回转、卸料和整机定位与行走等工作。

本发明的突出优点在于：

1、挖掘机构的支链为三自由度混合驱动机构，可通过计算机控制实现挖掘机构在工作空间内的复杂多变挖掘轨迹的输出，既克服了液压挖掘机和单自由度机械挖掘机的缺点，也克服了二自由度混合驱动机构叠加机械系统对常速电机需要数量多的不足。

2、采用大功率常规电机驱动和较小功率伺服电机驱动的策略，与全伺服电机驱动的机构相比具有更大的挖掘力和更高的可靠性。

本发明的混合驱动可控并联挖掘机构，既能解决传统单自由度机械式挖掘机不能实现复杂动作的问题，又能解决液压式挖掘机构对零部件要求高、寿命不长、易漏油等问题，同时与二自由度混合驱动挖掘机构相比减少了一个常规电机。整机结构简单紧凑，零部件加工装配要求低。

附图说明

图1为本发明所述混合驱动可控并联挖掘机构的正视图；

图2为本发明所述混合驱动可控并联挖掘机构挖掘手臂结构示意图；

图3为本发明所述混合驱动可控并联挖掘机构的俯视图；

图4为本发明所述混合驱动可控并联挖掘机构安装在回转平台的履带式行走机构上的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明的技术方案作进一步说明。

对照图1、3，一种混合驱动可控并联挖掘机构，包括挖掘手臂、正铲式铲斗和机架。

对照图1、2和3，所述的混合驱动可控并联挖掘机构的挖掘手臂为一组平面三自由度混合驱动可控机构，由第一主动杆1、第二主动杆4、第三主动杆5、第一连杆2、第二连杆2、第三连杆6以及铲斗和机架组成三自由度八杆机构。第一主动杆1一端通过铰孔8连接在机架20上，另一端通过第二铰孔9与第一连杆2铰接，第二主动杆4一端铰接在机架20上第三铰孔12上，另一端通过四铰孔与第二连杆3铰接。所述第二连杆3为弯杆，中间弯折部分有第五铰孔10，通过第五铰孔10与第一连杆2铰接，第二连杆3末端通过第六铰孔16与正铲式铲斗7铰接。所述第三主动杆5一端通过铰孔13与机架铰接，另一端通过铰孔14与第四连杆6铰接。第四连杆6末端通过铰接孔15与正铲式铲斗7铰接。所述第一主动杆1由常规电机17驱动，第二主动杆4由伺服电机18驱动，第三主动杆5由伺服电机19驱动。

对照图3、4，所述机上架后部安装有常规电机17，前部安装有第一伺服电机18、第二伺服电机19两台伺服电机。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，完成挖掘、回转、卸料和整机的定位行走等工作。

对照图1、3、4，挖掘机构工作时，由于挖掘手臂为一平面三自由度混合驱动可控机构，通过编程控制常规电机17、第一伺服电机18、第二伺服电机19，可使挖掘机手臂实现平面三自由度的输出，从而使铲斗7实现给定的挖掘轨迹。

Claims (1)

1.一种混合驱动可控并联挖掘机构，包括挖掘手臂，正式铲斗和机架，其特征在于，其结构和连接方式为：

所述挖掘机械臂为一组三自由度混合驱可控并联机构，通过三个驱动输入实现铲斗的三自由度输出；由第一主杆、第三主动杆、第三主动杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆以及机架连接组成；第一主动杆一端通过第一铰孔接在机架上，另一端通过第二铰孔与第一连杆铰接，第二主动杆一端铰接在第三铰孔上，另一端通过第四铰孔与第二连接杆铰接，第三主动杆一端铰接第五铰孔上，另一端通过第六铰孔与第三连杆铰接；所述的第二连杆为弯杆，中间弯折部分有第七铰孔，另一端通过第八铰孔与铲斗相接，第三连杆通过第九铰孔与铲斗相接；所述的第一主动杆由第一常规电机驱动，所述的第二主动杆和第三主动杆分别有第一和第二伺服电机驱动。