CN104594405B - 一种通过主动变胞实现大臂姿态保持的可控挖掘机构 - Google Patents

Abstract

一种通过主动变胞实现大臂姿态保持的可控挖掘机构，包括机架、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构和电磁锁紧装置。所述大臂摆动机构包括大臂和摆动机构，斗杆举降机构包括斗杆和举降机构，铲斗翻转机构包括铲斗和翻转机构，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，本发明采用连杆传动机构替代传统液压传动，能够解决液压挖掘机液压系统复杂、易漏油的缺点，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，不仅具有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

一种通过主动变胞实现大臂姿态保持的可控挖掘机构

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别是一种通过主动变胞实现大臂姿态保持的可控挖掘机构。

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一种通过主动变胞实现大臂姿态保持的可控挖掘机构，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。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种通过主动变胞实现大臂姿态保持的可控挖掘机构，包括机架、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构以及电磁锁紧装置。具体结构和连接方式为：

所述大臂摆动机构由大臂、第一连杆、第二连杆和第三连杆组成，所述第一连杆的一端通过第一转动副与机架连接，第一连杆的另一端通过第三转动副与第三连杆的一端连接，第三连杆的另一端通过第五转动副与大臂连接，所述第二连杆的一端通过第二转动副与机架连接，第二连杆的另一端通过第四转动副连接在第三连杆的中部。

所述斗杆举降机构由斗杆、第二连杆、第四连杆、第五连杆和第一主动杆组成，所述第一主动杆的一端通过第八转动副与第三连杆连接，第一主动杆的另一端通过第九转动副与斗杆的一端连接，斗杆的另一端通过第十三转动副与第四连杆的一端连接，第四连杆另一端通过第十转动副与挖斗连接，第四连杆同时通过第十四转动副与第五连杆的一端连接，第五连杆另一端通过第十五转动副与大臂连接。

所述铲斗翻转机构由活塞缸、活塞杆、大臂和铲斗组成，所述活塞缸的一端通过第十一转动副与机架连接，活塞缸的另一端通过移动副与活塞杆一端连接，活塞杆的另一端通过第六转动副与大臂连接，大臂的末端通过第十二转动副与铲斗连接。

所述电磁锁紧装置为两个，分别安装在第六转动副和第九转动副处，按照挖掘机构不同的工况进行适时锁紧，当大臂摆动时，第六转动副处的电磁锁紧装置打开，第六转动副获得自由度，第九转动副处的电磁锁紧装置锁紧，第九转动副失去自由度，此时，大臂在活塞缸作用下摆动。铲斗单独摆动时，对第六转动副和第九转动副都进行锁紧，第六转动副和第九转动副均失去自由度。在整个挖掘作业过程中，两处的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，

所述第一主动杆由伺服电机驱动。

本发明的突出优点在于：

1、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；

2、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，该发明利用两台可控电机即可完成三自由度挖掘作业，不仅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、此挖掘机构主动件驱动方式灵活多变，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，降低工人劳动强度的优点。

附图说明

图1为本发明所述的通过主动变胞实现大臂姿态保持的可控挖掘机构的结构示意图。

图2为本发明所述的通过主动变胞实现大臂姿态保持的可控挖掘机构的大臂摆动机构示意图。

图3为本发明所述的通过主动变胞实现大臂姿态保持的可控挖掘机构的斗杆举降机构示意图。

图4为本发明所述的通过主动变胞实现大臂姿态保持的可控挖掘机构的铲斗翻转机构示意图。

图5为本发明所述的通过主动变胞实现大臂姿态保持的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。

对照图1，本发明所述的通过主动变胞实现大臂姿态保持的可控挖掘机构，包括机架1、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构以及第一电磁锁紧装置7和第二电磁锁紧装置22。具体结构和连接关系为：

对照图1和图2，所述大臂摆动机构由大臂8、第一连杆23、第二连杆18和第三连杆20组成，所述第一连杆23的一端通过第一转动副24与机架1连接，第一连杆23的另一端通过第三转动副21与第三连杆20的一端连接，第三连杆20的另一端通过第五转动副9与大臂8连接，所述第二连杆18的一端通过第二转动副17与机架1连接，第二连杆18的另一端通过第四转动副19连接在第三连杆20的中部。

对照图1和图3，所述斗杆举降机构由斗杆13、第二连杆18、第四连杆25、第五连杆26和第一主动杆15组成，所述第一主动杆15的一端通过第八转动副16与第三连杆20连接，第一主动杆15的另一端通过第九转动副14与斗杆13的一端连接，斗杆13的另一端通过第十三转动副27与第四连杆25的一端连接，第四连杆25另一端通过第十转动副12与挖斗11连接，第四连杆25同时通过第十四转动副28与第五连杆26的一端连接，第五连杆26另一端通过第十五转动副29与大臂8连接。

对照图1和图4，所述铲斗翻转机构由活塞缸3、活塞杆5、大臂8和铲斗11组成，所述活塞缸3的一端通过第十一转动副2与机架1连接，活塞缸3的另一端通过移动副4与活塞杆5一端连接，活塞杆5的另一端通过第六转动副6与大臂8连接，大臂8的末端通过第十二转动副10与铲斗11连接。

所述第一电磁锁紧装置7和第二电磁锁紧装置22分别安装在第六转动副6和第九转动副14处，按照挖掘机构不同的工况进行适时锁紧。当大臂8摆动时，第六转动副6处的电磁锁紧装置打开，第六转动副6获得自由度，第九转动副14处的电磁锁紧装置锁紧，第九转动副14失去自由度，此时，大臂8在活塞缸3作用下摆动。铲斗11单独摆动时，对第六转动副6和第九转动副14都进行锁紧，第六转动副6和第九转动副14均失去自由度。在整个挖掘作业过程中，两处的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。

所述第一主动杆15由伺服电机驱动。

Claims (1)

1.一种通过主动变胞实现大臂姿态保持的可控挖掘机构，包括机架、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构以及电磁锁紧装置，其特征在于，具体结构和连接方式为：

所述大臂摆动机构由大臂（8）、第一连杆（23）、第二连杆（18）和第三连杆（20）组成，所述第一连杆（23）的一端通过第一转动副（24）与机架（1）连接，第一连杆（23）的另一端通过第三转动副（21）与第三连杆（20）的一端连接，第三连杆（20）的另一端通过第五转动副（9）与大臂（8）连接，所述第二连杆（18）的一端通过第二转动副（17）与机架（1）连接，第二连杆（18）的另一端通过第四转动副（19）连接在第三连杆（20）的中部，

所述斗杆举降机构由斗杆（13）、第二连杆（18）、第四连杆（25）、第五连杆（26）和第一主动杆（15）组成，所述第一主动杆（15）的一端通过第八转动副（16）与第三连杆（20）连接，第一主动杆（15）的另一端通过第九转动副（14）与斗杆（13）的一端连接，斗杆（13）的另一端通过第十三转动副（27）与第四连杆（25）的一端连接，第四连杆（25）另一端通过第十转动副（12）与铲斗（11）连接，第四连杆（25）同时通过第十四转动副（28）与第五连杆（26）的一端连接，第五连杆（26）另一端通过第十五转动副（29）与大臂（8）连接，

所述铲斗翻转机构由活塞缸（3）、活塞杆（5）、大臂（8）和铲斗（11）组成，所述活塞缸（3）的一端通过第十一转动副（2）与机架（1）连接，活塞缸（3）的另一端通过移动副（4）与活塞杆（5）一端连接，活塞杆（5）的另一端通过第六转动副（6）与大臂（8）连接，大臂（8）的末端通过第十二转动副（10）与铲斗（11）连接，

所述电磁锁紧装置为两个，分别安装在第六转动副和第九转动副处，按照挖掘机构不同的工况进行适时锁紧，当大臂摆动时，第六转动副处的电磁锁紧装置打开，第六转动副获得自由度，第九转动副处的电磁锁紧装置锁紧，第九转动副失去自由度，此时，大臂在活塞缸作用下摆动，铲斗单独摆动时，对第六转动副和第九转动副都进行锁紧，第六转动副和第九转动副均失去自由度，在整个挖掘作业过程中，两处的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，

所述第一主动杆由伺服电机驱动。