CN106836359A - 一种步履式挖掘机及其步行运动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种步履式挖掘机及其步行运动系统，包括回转底座、左后腿、右后腿、左前腿、右前腿和步行液压系统；回转底座的四角分别设置左后腿、右后腿、左前腿和右前腿，左后腿、右后腿均设置有后腿升降油缸、后腿转向油缸和后腿摆动油缸，从而实现后腿的独立或同步升降、转向、外展和内收；左前腿和右前腿均设置有前腿升降油缸和前腿摆动油缸，从而实现前腿的独立或同步升降、转向、外展和内收。本发明通过步行液压系统步行阀组和转换阀组控制对应油缸伸缩，实现各步行腿上下、左右独立运动或复合运动，保证步履式挖掘机能在西部高原山地、林地、湿地及自然灾害等特殊环境条件下进行工程施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种步履式挖掘机的步行运动系统，属于工程机械技术领域。
背景技术
我国幅员辽阔，地域复杂，山岳层林，丘陵绵亘，特别是高原地带，土质坚硬，用人工开凿，效率极低。除此之外，我国地震、泥石流、滑坡、洪水等重大灾害频发，灾害事故现场混乱、普通机械设备无法通过或进入灾害事故现场，应急救援装备匮乏。基于此，步履式挖掘机应运而生，它是一种高原、平原地区完全通用的全地形、多用途步行式挖掘机，能去其它机械装备不能去之处，特别适合于在西部高原山地、林地、湿地及自然灾害等特殊环境条件下进行工程施工，也可用于市政工程、水利工程施工中一般设备不能适用的场合。
为满足在山地、沼泽等复杂地形环境下的行走和作业需求，必须提供一种步行运动系统，使步履式挖掘机的每条步行腿具有四个自由度，可作上下、左右的独立运动或复合运动，并配合工作装置完成各种步行动作。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种步履式挖掘机及其步行运动系统。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种步行运动系统，其特征在于：包括回转底座、左后腿、右后腿、左前腿、右前腿、后腿升降油缸、后腿转向油缸、后腿摆动油缸、前腿升降油缸、前腿摆动油缸和步行液压系统；
回转底座的四角分别设置左后腿、右后腿、左前腿和右前腿，左后腿、右后腿均设置有后腿升降油缸、后腿转向油缸和后腿摆动油缸，从而实现后腿的独立或同步升降、转向、外展和内收；
左前腿和右前腿均设置有前腿升降油缸和前腿摆动油缸，从而实现前腿的独立或同步升降、转向、外展和内收。
作为优选方案，所述的步行运动系统，其特征在于：左后腿包括左后轮毂、左后腿关节、左后腿铰接；右后腿包括右后腿铰接、右后腿关节、右后轮毂；
后腿升降油缸的一端与回转底座相连接，另一端与左后腿铰接/右后腿铰接连接，后腿升降油缸伸缩驱动左后腿铰接/右后腿铰接上下动作，实现左后腿/右后腿升降；
后腿转向油缸的一端分别与左后腿铰接/右后腿铰接相连接，另一端与左后轮毂/右后轮毂相连接，后腿转向油缸驱动左后轮毂/右后轮毂动作，实现左后腿/右后腿转向；
后腿摆动油缸的一端分别与左后腿铰接/右后腿铰接相连接，另一端与左后腿关节/右后腿关节相连接，后腿摆动油缸伸缩驱动左后腿关节/右后腿关节动作，实现左后腿/右后腿外展和内收。
作为优选方案，所述的步行运动系统，其特征在于：左前腿包括左前腿铰接、左前腿关节；右前腿包括右前腿关节、右前腿铰接；
前腿升降油缸的一端分别与左前腿铰接/右前腿铰接相连接，另一端与左前腿关节/右前腿关节相连接，前腿升降油缸伸缩驱动左前腿关节/右前腿关节动作，实现左前腿/右前腿升降；
前腿摆动油缸的一端与回转底座相连接，另一端与左前腿铰接/右前腿铰接相连接，前腿摆动油缸伸缩驱动左前腿铰接/右前腿铰接动作，实现左前腿/右前腿外展和内收。
作为优选方案，所述的步行运动系统，其特征在于：还包括左前支腿、右前支腿和支腿升降油缸；左前腿、右前腿的前端分别连接有左前支腿、右前支腿，支腿升降油缸的一端与左支腿/右支腿相连接，另一端分别与左前腿关节/右前腿关节相连接，支腿升降油缸伸缩实现左支腿/右支腿升降。
进一步的，所述的步行运动系统，其特征在于：还包括前爪，左前支腿、右前支腿的前端分别设置有前爪。
所述的步行运动系统，其特征在于：所述步行液压系统包括动力装置、电磁减压阀、电磁先导式减压阀、油缸功能转换电磁阀、步行阀组、转换阀组、中央回转接头；动力装置出来的液压油一路经电磁减压阀减压后供给油缸功能转换电磁阀，继而控制转换阀组；另一路经电磁先导式减压阀减压后供给步行阀组，步行阀组工作油口与中央回转接头相应油口相连，经中央回转接头传递至各油缸的进油口，所有回油口的液压油回油箱。
作为优选方案，所述的步行运动系统，其特征在于：其中，动力装置、电磁减压阀、电磁先导式减压阀和油缸功能转换电磁阀设置在步履式挖掘机上车，步行阀组、转换阀组和油缸设置在步履式挖掘机下车，中央回转接头负责将上车的液压油传递到下车，同时保证步履式挖掘机上、下车能360°回转。
本发明还提供一种步履式挖掘机，其特征在于：包括上述的步行运动系统。
有益效果：本发明提供的步履式挖掘机及其步行运动系统，步行运动系统的各个活动关节均由油缸控制，前腿及其支腿既可升降，也可左右摆动；后腿除升降、摆动之外，还可以实现轮式转向。步行腿的所有动作，既可以单独控制，也可以任意复合控制，调整姿态非常方便，可以满足复杂地形环境下作业、行驶、步行、转向或移位的需求。此外，步行运动系统还可以用于自行上下运载车进行场地转移。本发明通过步行阀组和转换阀组控制对应油缸伸缩，实现各步行腿上下、左右独立运动或复合运动，保证步履式挖掘机能在西部高原山地、林地、湿地及自然灾害等特殊环境条件下进行工程施工，也可用于市政工程、水利工程施工中一般设备不能适用的场合。
附图说明
图1为本发明步履式挖掘机的结构示意图；
图2为本发明的液压原理图；
图3为本发明左后腿升降结构示意图；
图4为本发明左后腿摆动结构示意图；
图5为本发明左前腿升降结构示意图；
图6为本发明左前腿摆动结构示意图；
图7为本发明左前支腿升降结构示意图；
图8为本发明后腿同步转向结构示意图；
图9为本发明前腿同步转向结构示意图；
图中：1、中央回转接头； 2、步行阀组； 3、转换阀组； 4、回转底座； 5、后腿升降油缸；6、右后腿；61、右后腿铰接；62、右后腿关节；63、右后轮毂 ；7、后腿转向油缸； 8、后腿摆动油缸； 9、左后腿； 91、左后轮毂 92、左后腿关节；93、左后腿铰接；10、前腿摆动油缸 ；11、左前腿；111、左前腿铰接； 112、左前腿关节；12、前腿升降油缸；13、支腿升降油缸；14、左前支腿； 15、右前腿； 151、右前腿关节；152、右前腿铰接 ；16、前爪； 17、右前支腿； 18、发动机； 19、工作泵； 20、电磁先导阀 ；21、电磁先导式减压阀； 22、油缸功能转换电磁阀； 23、油箱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
以下先说明本发明所提供的步行运动系统，图3至图9分别为左后腿、左前腿和左前支腿各动作示意图，右后腿、右前腿和右前支腿各动作与之相同，本文不再赘述。
如图1所示，为一种步履式挖掘机的步行运动系统，包括回转底座4、后腿升降油缸5、右后腿6、后腿转向油缸7、后腿摆动油缸8、左后腿9、前腿摆动油缸10、左前腿11、前腿升降油缸12、支腿升降油缸13、左前支腿14、右前腿15、前爪16和右前支腿17和步行液压系统；回转底座4的四角分别设置右后腿、左后腿、左前腿和右前腿；左前腿11、右前腿15的前端分别连接左前支腿14、右前支腿，17，左前支腿14、右前支腿17的前端分别设置有前爪16。
其中，左后腿9包括左后轮毂91、左后腿关节92、左后腿铰接93；右后腿6包括右后腿铰接61、右后腿关节62、右后轮毂63；左前腿11包括左前腿铰接111、左前腿关节112；右前腿15包括右前腿关节151、右前腿铰接152。
如图1和图3所示，后腿升降油缸5的一端与回转底座4相连接，另一端分别与左后腿铰接93/右后腿铰接61连接，后腿升降油缸5伸缩驱动左后腿铰接93/右后腿铰接61上下动作，实现左后腿9/右后腿6升降。
如图1和图4所示，后腿摆动油缸8的一端分别与左后腿铰接93/右后腿铰接61相连接，另一端分别与左后腿关节92/右后腿关节62相连接，后腿摆动油缸8伸缩驱动左后腿关节92/右后腿关节62动作，实现左后腿9/右后腿6外展和内收。
如图1和图5所示，前腿升降油缸12的一端分别与左前腿铰接111/右前腿铰接152相连接，另一端分别与左前腿关节112/右前腿关节151相连接，前腿升降油缸12伸缩驱动左前腿关节112/右前腿关节151动作，实现左前腿11/右前腿15升降。
如图1/图6所示，前腿摆动油缸10的一端与回转底座4相连接，另一端分别与左前腿铰接111/右前腿铰接152相连接，前腿摆动油缸10伸缩驱动左前腿铰接111/右前腿铰接152动作，实现左前腿11/右前腿15外展和内收。结合图9，左前腿11和右前腿15同步动作，即可实现前腿同步转向。
如图1和图7所示，支腿升降油缸13的一端与左支腿14/右支腿17相连接，另一端分别与左前腿关节112/右前腿关节151相连接，支腿升降油缸13伸缩实现左支腿14/右支腿17升降。
如图1和图8所示，后腿转向油缸7的一端分别与左后腿铰接93/右后腿铰接61相连接，另一端分别与左后轮毂91/右后轮毂63相连接，后腿转向油缸7驱动左后轮毂91/右后轮毂63动作，实现左后腿9/右后腿6转向。其中后轮转向和后腿摆动均属于行驶转向中的左右同步运动，事先必须将左后腿9和右后腿6内收到极限位置，并使之高低一致，调整两个后轮的转向角为0°，再将左后腿9和右后腿6外展到适当位置，即可实现图8所示的后腿同步转向。
以下说明本发明所提供的步行运动系统的液压系统。
步行液压系统是步行运动系统的控制主体，担负着步履式挖掘机的步行任务。因此要求步行液压系统稳定运行，元件、油路布局合理，便于维修测试。
本实施例中，动力装置为发动机18和工作泵19，如图2所示，本发明所提供的步行液压系统包括发动机18、工作泵19、电磁减压阀20、电磁先导式减压阀21、油缸功能转换电磁阀22、步行阀组2、转换阀组3、中央回转接头1和十二根油缸。发动机18与工作泵19相连，工作泵19出来的液压油一路经电磁减压阀20减压后供给油缸功能转换电磁阀22，继而控制转换阀组3；另一路经电磁先导式减压阀21减压后供给步行阀组2，步行阀组2工作油口与中央回转接头1相应油口相连，经中央回转接头1传递至各油缸的进油口，所有回油口的液压油回油箱23。其中，发动机18、工作泵19、电磁减压阀20、电磁先导式减压阀21和油缸功能转换电磁阀22设置在步履式挖掘机上车，步行阀组2、转换阀组3和十二根油缸设置在步履式挖掘机下车，中央回转接头1负责将上车的液压油传递到下车，同时保证上、下车能够360°回转。
步行阀组2由十个有一定逻辑关系的电磁换向阀组成，具体为由八个三位四通电磁换向阀和两个二位四通电磁换向阀。当三位四通电磁换向阀上的电磁阀a、b得电时序不同时，油缸的进回油方向不同，控制油缸伸缩，继而实现各腿的步行动作。
前腿升降和支腿升降的转换、后腿摆动和后腿转向的转换通过油缸功能转换电磁阀22和转换阀组3实现。
具体地，请参考图2，详细说明步履式挖掘机各步行动作的具体实施方式。发动机18带动工作泵19，将压力油泵至电磁先导式减压阀21，电磁先导式减压阀21得电后，将减压后的低压油输入步行阀组2的进油口。
当步行阀组2的DT12电磁阀得电时，液压油经中央回转接头1的07油口进入左后腿升降油缸52的有杆腔，实现左后腿降；对应地，当DT13得电时，液压油经中央回转接头1的08油口进入左后腿升降油缸52的无杆腔，实现左后腿升。
当步行阀组2的DT20电磁阀得电时，液压油经中央回转接头1的22油口进入右后腿升降油缸51的无杆腔，实现右后腿升；对应地，当DT21得电时，液压油经中央回转接头1的27油口进入左后腿升降油缸51的有杆腔，实现右后腿降。
当步行阀组2的DT14和DT7同时得电时，液压油经中央回转接头1的09油口进入左前腿摆动油缸102的无杆腔，实现左前腿内收；对应地，当DT15和DT7得电时，液压油经中央回转接头1的11油口进入左前腿摆动油缸102的有杆腔，实现左前腿外展。
当步行阀组2的DT16和DT7同时得电时，液压油经中央回转接头1的21油口进入右前腿摆动油缸101的有杆腔，实现右前腿外展；对应地，当DT17和DT7得电时，液压油经中央回转接头1的26油口进入右前腿摆动油缸101的无杆腔，实现右前腿内收。
当步行阀组2的DT18得电时，液压油经中央回转接头1的12油口进入左前腿升降油缸122的无杆腔，实现左前腿降；对应地，当DT19得电时，液压油经中央回转接头1的5油口进入左前腿升降油缸122的有杆腔，实现左前腿升。
当步行阀组2的DT26得电时，液压油经中央回转接头1的24油口进入右前腿升降油缸121的有杆腔，实现右前腿升；对应地，当DT27得电时，液压油经中央回转接头1的23油口进入右前腿升降油缸121的无杆腔，实现右前腿降。
当油缸功能转换电磁阀22、步行阀组2的DT18和转换阀组3的转换阀32同时得电时，液压油经中央回转接头1的12油口和转换阀组3的转换阀32进入左支腿升降油缸132的无杆腔，实现左前支腿降；对应地，当油缸功能转换电磁阀22、步行阀组2的DT19和转换阀组3的转换阀31同时得电时，液压油经中央回转接头1的5油口和转换阀组3的31进入左支腿升降油缸132的有杆腔，实现左前支腿升。
当油缸功能转换电磁阀22、步行阀组2的DT26和转换阀组3的转换阀34同时得电时，液压油经中央回转接头1的24油口和转换阀组3的转换阀34进入右支腿升降油缸131的有杆腔，实现右前支腿升；对应地，当油缸功能转换电磁阀22、步行阀组2的DT27和转换阀组3的转换阀33同时得电时，液压油经中央回转接头1的23油口和转换阀组3的转换阀33进入右支腿升降油缸132的无杆腔，实现右前支腿降。
当步行阀组2的DT6和DT24同时得电时，液压油经中央回转接头1的13油口进入左后腿摆动油缸82的有杆腔，实现左后腿内收；对应地，当DT6和DT25得电时，液压油经中央回转接头1的10油口进入左后腿摆动油缸82的无杆腔，实现左后腿外展。
当步行阀组2的DT6和DT23、同时得电时，液压油经中央回转接头1的18油口进入右后腿摆动油缸81的无杆腔，实现右后腿外展；对应地，当DT6和DT22得电时，液压油经中央回转接头1的25油口进入右后腿摆动油缸81的有杆腔，实现右后腿内收。
当油缸功能转换电磁阀22、步行阀组2的DT22、DT25和DT6、转换阀组3的转换阀35、37同时得电时，液压油经中央回转接头1的25和10油口经转换阀组3的转换阀35 37分别进入右后腿转向油缸71的无杆腔和左后腿转向油缸72的有杆腔，实现后腿同步左转。
当油缸功能转换电磁阀22、步行阀组2的DT23、DT24和DT6、转换阀组3的转换阀36、38同时得电时，液压油经中央回转接头1的18和13油口经转换阀组3的转换阀36、38分别进入右后腿转向油缸71的有杆腔和左后腿转向油缸72的无杆腔，实现后腿同步右转。
当步行阀组2的DT15、DT16和DT7同时得电时，液压油经中央回转接头1的11和26油口分别进入左前腿转向油缸102的有杆腔和右前腿转向油缸101的无杆腔，实现前腿同步左转。
当步行阀组2的DT14、DT17和DT7同时得电时，液压油经中央回转接头1的09和21油口分别进入左前腿转向油缸102的无杆腔和右前腿转向油缸101的有杆腔，实现前腿同步右转。
除了上述步行运动系统，本发明还提供一种包括上述步行运动系统的步履式挖掘机，该步履式挖掘机其它各部分结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种步行运动系统，其特征在于：包括回转底座、左后腿、右后腿、左前腿、右前腿、后腿升降油缸、后腿转向油缸、后腿摆动油缸、前腿升降油缸、前腿摆动油缸和步行液压系统；
回转底座的四角分别设置左后腿、右后腿、左前腿和右前腿，左后腿、右后腿均设置有后腿升降油缸、后腿转向油缸和后腿摆动油缸，从而实现后腿的独立或同步升降、转向、外展和内收；
左前腿和右前腿均设置有前腿升降油缸和前腿摆动油缸，从而实现前腿的独立或同步升降、转向、外展和内收。
2.根据权利要求1所述的步行运动系统，其特征在于：左后腿包括左后轮毂、左后腿关节、左后腿铰接；右后腿包括右后腿铰接、右后腿关节、右后轮毂；
后腿升降油缸的一端与回转底座相连接，另一端与左后腿铰接/右后腿铰接连接，后腿升降油缸伸缩驱动左后腿铰接/右后腿铰接上下动作，实现左后腿/右后腿升降；
后腿转向油缸的一端分别与左后腿铰接/右后腿铰接相连接，另一端与左后轮毂/右后轮毂相连接，后腿转向油缸驱动左后轮毂/右后轮毂动作，实现左后腿/右后腿转向；
后腿摆动油缸的一端分别与左后腿铰接/右后腿铰接相连接，另一端与左后腿关节/右后腿关节相连接，后腿摆动油缸伸缩驱动左后腿关节/右后腿关节动作，实现左后腿/右后腿外展和内收。
3.根据权利要求1所述的步行运动系统，其特征在于：左前腿包括左前腿铰接、左前腿关节；右前腿包括右前腿关节、右前腿铰接；
前腿升降油缸的一端分别与左前腿铰接/右前腿铰接相连接，另一端与左前腿关节/右前腿关节相连接，前腿升降油缸伸缩驱动左前腿关节/右前腿关节动作，实现左前腿/右前腿升降；
前腿摆动油缸的一端与回转底座相连接，另一端与左前腿铰接/右前腿铰接相连接，前腿摆动油缸伸缩驱动左前腿铰接/右前腿铰接动作，实现左前腿/右前腿外展和内收。
4.根据权利要求3所述的步行运动系统，其特征在于：还包括左前支腿、右前支腿和支腿升降油缸；左前腿、右前腿的前端分别连接有左前支腿、右前支腿，支腿升降油缸的一端与左支腿/右支腿相连接，另一端分别与左前腿关节/右前腿关节相连接，支腿升降油缸伸缩实现左支腿/右支腿升降。
5.根据权利要求4所述的步行运动系统，其特征在于：还包括前爪，左前支腿、右前支腿的前端分别设置有前爪。
6.根据权利要求1所述的步行运动系统，其特征在于：所述步行液压系统包括动力装置、电磁减压阀、电磁先导式减压阀、油缸功能转换电磁阀、步行阀组、转换阀组、中央回转接头；动力装置出来的液压油一路经电磁减压阀减压后供给油缸功能转换电磁阀，继而控制转换阀组；另一路经电磁先导式减压阀减压后供给步行阀组，步行阀组工作油口与中央回转接头相应油口相连，经中央回转接头传递至各油缸的进油口，所有回油口的液压油回油箱。
7.根据权利要求6所述的步行运动系统，其特征在于：其中，动力装置、电磁减压阀、电磁先导式减压阀和油缸功能转换电磁阀设置在步履式挖掘机上车，步行阀组、转换阀组和油缸设置在步履式挖掘机下车，中央回转接头负责将上车的液压油传递到下车，同时保证步履式挖掘机上、下车能360°回转。
8.一种步履式挖掘机，其特征在于：包括权利要求1-7任一项所述的步行运动系统。
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| CN201710186802.XA CN106836359A (zh) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | 一种步履式挖掘机及其步行运动系统 |
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| CN107792218A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-03-13 | 三峡大学 | 可跨越障碍的工程车辆行走装置 |
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2017
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