CN104452840B - 含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构，包括机架、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构和两个电磁锁紧装置。所述大臂摆动机构包括大臂和摆动机构，所述斗杆举降机构包括斗杆和举降机构，所述铲斗翻转机构包括铲斗和翻转机构，所述电磁锁紧装置安装在转动副上，通过对转动副的电磁锁紧实现主动变胞功能，本发明采用新型连杆传动机构替代传统液压传动，能够解决了液压挖掘机液压系统复杂、易漏油等缺点，由于在转动副上采用电磁锁紧装置，能根据不同的作业工况主动变胞，不仅具液压挖掘机的灵活性，而且利用两主动杆即可实现三自由度挖掘作业，降低了挖掘机构造价，适用于制造各类挖掘机及其他工程机械。

Description

含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别是含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构。

背景技术

挖掘机是一种常见的工程机械，主要用于各种土方施工中。其中液压挖掘机是应用最广泛的一类挖掘机，但是液压系统制造成本高，易出现漏油等问题，这些都是液压式挖掘机长期存在的棘手问题。而传统单自由度机械式挖掘机，俗称“电铲”，只能实现简单且不能变化的轨迹输出，因此不能像液压式挖掘机那样在广泛的领域获得应用。

随着电机技术的发展和控制技术的提高，可控机构为工程机械提供了广阔的发展空间，由控制电机驱动的多自由度可控机构不仅具有工作空间大、动作灵活、可完成复杂和可变的运动轨迹输出，同时还具有制造成本低，维护保养简单等优点，可控机构式挖掘机由于用多自由度连杆机构取代了液压传动，避免了液压系统加工精度要求高，维护保养成本高，容易产生漏油等问题。但是，现有可控机构式挖掘机主要依靠多自由度的连杆机构工作，以往对多自由度连杆机构进行控制，往往需要用与连杆机构自由度同等数量的控制电机进行驱动控制，不仅大大增加了制造成本，而且增加了机架传动系统的复杂性，这些缺点对多自由度可控机构在工程机械领域的应用有一定制约。

发明内容

本发明的目的在于提供含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构，首先应具有传统液压挖掘机工作空间大、挖掘力大、受力好等优点，克服传统液压挖掘机维修保养成本高、作业噪音大、液压元件成本高、反应不够灵敏等缺点，同时，还应降低主动杆的使用数量，以降低可控电机数量，降低挖掘机构制造成本。变胞机构的引入，可以实现在不同条件下、不同工序下完成不同的工作内容，根据需要执行不同的动作，在解决上述传统机构遇到的问题的同时，又能降低控制成本。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构，包括机架、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构、第一电磁锁紧装置和第二电磁锁紧装置；

所述大臂摆动机构包括第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆一端与机架通过第一转动副连接，第一连杆的另一端与第三连杆一端通过第三转动副连接，第三连杆的另一端与第二连杆通过第四转动副连接；第二连杆一端与机架通过第二转动副连接，第二连杆另一端与大臂通过第五转动副连接；

所述斗杆举降机构包括斗杆、第五连杆、第六连杆和第一主动杆，所述第一主动杆与机架通过第八转动副连接，第一主动杆的另一端与第五连杆一端通过第九转动副连接，第五连杆的另一端与斗杆一端通过第十转动副连接，斗杆的另一端与铲斗通过第十四转动副连接，第六连杆的一端与斗杆通过第十五转动副连接，第六连杆的另一端与大臂通过第十六转动副连接；

所述铲斗翻转机构包括第二主动杆、第四连杆、大臂和铲斗，所述第二主动杆与机架通过第十一转动副连接，所述第二主动杆的另一端与第四连杆一端通过第十二转动副连接，第四连杆另一端与大臂一端通过第六转动副连接，大臂的另一端与铲斗通过第十三转动副连接；

第一电磁锁紧装置和第二电磁锁紧装置分别安装在第六转动副和第四转动副处，能够按照挖掘机构不同的工况进行适时锁紧；

所述第一主动杆和第二主动杆分别由伺服电机驱动。

所述含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构在各挖掘工况作业中，大臂摆动时，第六转动副处的第一电磁锁紧装置打开，第六转动副获得自由度，第四转动副处的第二电磁锁紧装置锁紧，第四转动副失去自由度，此时，大臂在第二主动杆作用下摆动。铲斗单独摆动时，对第六转动副和第四转动副都进行锁紧，第六转动副和第四转动副均失去自由度。在整个挖掘作业过程中，第一电磁锁紧装置和第二电磁锁紧装置根据不同的作业工况，适当的锁紧、打开，共同完成挖掘作业。

本发明的突出优点在于：

1、本发明利用连杆传动替代液压传动，解决了传统挖掘机保养成本高，液压元件成本高，作业噪音大等缺点；变胞机构的引入可以满足不同工作要求，降低控制成本；

2、本发明采用在连杆机构上加装电磁锁紧装置实现挖掘机构主动变胞功能，使该挖掘机构根据不同工况锁定某些转动副，适时降低了挖掘机构的自由度，从而减少了可控电机的使用数量。相比其他多自由度可控挖掘机构，本发明利用两台可控电机即可完成三自由度挖掘作业，不仅大大降低了可控挖掘机构的造价，而且降低了机架传动系统的复杂性，更加适用于制造各类挖掘机及其他工程机械；

3、本新型挖掘机构主动杆驱动方式灵活多变，可选用伺服电机驱动，混合驱动等驱动形式，不仅环保，而且易于实现远程控制，能够降低工人劳动强度。

附图说明

图1为本发明所述含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构示意图。

图2为本发明所述含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构的大臂摆动机构示意图。

图3为本发明所述含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构的斗杆举降机构示意图。

图4为本发明所述含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构的铲斗翻转机构示意图。

图5为本发明所述含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构的立体图。

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。

如图1-图5所示，含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构，包括机架1、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构、第一电磁锁紧装置7和第二电磁锁紧装置29；

所述大臂摆动机构包括第一连杆27、第二连杆23和第三连杆24，所述第一连杆27一端与机架1通过第一转动副28连接，第一连杆27的另一端与第三连杆24一端通过第三转动副26连接，第三连杆24的另一端与第二连杆23通过第四转动副25连接；第二连杆23一端与机架1通过第二转动副22连接，第二连杆23另一端与大臂8通过第五转动副9连接；

所述斗杆举降机构包括斗杆14、第五连杆18、第六连杆16和第一主动杆20，所述第一主动杆20与机架1通过第八转动副21连接，第一主动杆20的另一端与第五连杆18一端通过第九转动副19连接，第五连杆18的另一端与斗杆14一端通过第十转动副15连接，斗杆14的另一端与铲斗12通过第十四转动副13连接，第六连杆16的一端与斗杆14通过第十五转动副17连接，第六连杆16的另一端与大臂8通过第十六转动副10连接；

所述铲斗翻转机构包括第二主动杆3、第四连杆5、大臂8和铲斗12，所述第二主动杆3与机架1通过第十一转动副2连接，所述第二主动杆3的另一端与第四连杆5一端通过第十二转动副4连接，第四连杆5另一端与大臂8一端通过第六转动副6连接，大臂8的另一端与铲斗12通过第十三转动副11连接；

第一电磁锁紧装置7和第二电磁锁紧装置29分别安装在第六转动副6和第四转动副25处，能够按照挖掘机构不同的工况进行适时锁紧；

所述第一主动杆20和第二主动杆3分别由伺服电机驱动。

本发明所述含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构在各挖掘工况作业中，大臂8摆动时，第六转动副处6的第一电磁锁紧装置7打开，第六转动副6获得自由度，第四转动副25处的第二电磁锁紧装置29锁紧，第四转动副25失去自由度，此时，大臂8在第二主动杆3作用下摆动。铲斗12单独摆动时，对第六转动副6和第四转动副25都进行锁紧，第六转动副6和第四转动副25均失去自由度。在整个挖掘作业过程中，第一电磁锁紧装置7和第二电磁锁紧装置29根据不同的作业工况，适当的锁紧、打开，共同完成挖掘作业。

Claims (1)

1.含平行四边形铲斗保持机构的多自由度变胞可控挖掘机构，其特征在于，包括机架、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构、第一电磁锁紧装置和第二电磁锁紧装置；

所述大臂摆动机构包括第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆一端与机架通过第一转动副连接，第一连杆的另一端与第三连杆一端通过第三转动副连接，第三连杆的另一端与第二连杆通过第四转动副连接；第二连杆一端与机架通过第二转动副连接，第二连杆另一端与大臂通过第五转动副连接；

所述斗杆举降机构包括斗杆、第五连杆、第六连杆和第一主动杆，所述第一主动杆与机架通过第八转动副连接，第一主动杆的另一端与第五连杆一端通过第九转动副连接，第五连杆的另一端与斗杆一端通过第十转动副连接，斗杆的另一端与铲斗通过第十四转动副连接，第六连杆的一端与斗杆通过第十五转动副连接，第六连杆的另一端与大臂通过第十六转动副连接；

所述铲斗翻转机构包括第二主动杆、第四连杆、大臂和铲斗，所述第二主动杆与机架通过第十一转动副连接，所述第二主动杆的另一端与第四连杆一端通过第十二转动副连接，第四连杆另一端与大臂一端通过第六转动副连接，大臂的另一端与铲斗通过第十三转动副连接；

第一电磁锁紧装置安装在第六转动副处，第二电磁锁紧装置安装在第四转动副处，第一电磁锁紧装置和第二电磁锁紧装置能够按照挖掘机构不同的工况进行适时锁紧；

所述第一主动杆和第二主动杆分别由伺服电机驱动。