CN109555177B - 一种液压自动快速切换对接平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液压自动快速切换对接平台，属于工程机械技术领域。该平台包括主动对接模块、被动对接模块和液压对接模块。主动对接模块安装于救援装备工作臂末端，被动对接模块固定于作业属具上。液压对接模块作为具有统一接口的液压连接部件可以实现主、被动对接模块之间油路的接通。通过更换带有被动对接模块的不同作业属具，实现一种工作臂的多功能作业。操作人员通过调整工作臂和对接平台内置液压缸在驾驶室内完成作业属具的换接过程，无需手工装卸，避免进入无防护环境。本装置极大提高了应急救援装备的多功能性、高效性和安全性，为应急救援装备在复杂作业环境中的应用奠定了基础。

Description

一种液压自动快速切换对接平台

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别是指一种液压自动快速切换对接平台。

背景技术

我国自然灾害频发，灾害事故发生后，应急救援装备的最大作用就是在最短的时间内，完成各项复杂的救援任务，降低受灾群众的财产损失。应急救援设备必须有多功能、高效化、防止二次人员伤害的特点和功能，才能适应复杂环境下的作业要求，挽救人民生命财产安全。

但是，目前我国尚未形成完整的、专业的应急救援装备体系。灾害发生时多依靠工程机械或由加装有工程机械作业臂的救援设备完成救援任务，受本身工作属性的限制，救援装备工作臂往往功能单一，作业工具互换性差，装拆速度慢(所需时间>30min)不符合救援现场要求，造成救援效率低下。并且考虑到救援现场情况复杂，道路交通条件差，救援空间狭小，人员物资往来频繁，不允许多种救援车辆同时进入现场作业，否则，不仅无法发挥全部功能，更可能造成作业臂相互干涉，现场混乱降低救援效率，需要在一种设备或一种作业臂上集成多种作业功能，同时实现抓取搬运、扩张破拆、拖曳牵拉、推土破障、高空作业、起吊切割等功能。但是救援现场往往会有各种危险因素存在，操作人员不允许离开驾驶室进行装卸，必须满足作业工具自动切换、快速切换的要求，为救援人员提供安全保障和争取更多宝贵时间。

本发明中的被动对接模块安装于多种作业属具上。更换作业工具时，工作臂带动主动对接模块，与被动对接模块进行对接并锁紧，如果属具带有液压动力油源输入接口，则在机械锁紧的同时，液压接口同步接通，完成作业工具的更换，达到一臂多能的目的。此过程仅需要操作人员在驾驶室中通过控制本发明装置和工作臂即可完成操作，不需人工进行机械液压结构的装卸，避免操作人员暴露于危险环境中。

发明内容

本发明提供一种液压自动快速切换对接平台，以解决现有应急救援装备更换作业属具时，作业属具与主机工作臂难以实现自动对接，造成更换作业属具时需人工参与，耗时长、安全性差、易泄漏等问题。

该对接平台包括主动对接模块、被动对接模块和液压对接模块，主动对接模块安装在应急救援装备工作臂末端，被动对接模块固定在作业属具上；液压对接模块具有统一油路接口，液压对接模块实现主动对接模块和被动对接模块之间液压管路的接通和断开。

其中，主动对接模块包括耳座板、卡爪、定位销轴、导向块和连接板，耳座板与连接板、卡爪、导向块焊接成箱型结构，耳座板上的轴套通过定位销轴与工作臂连接，卡爪位于箱型结构的后侧，定位销轴共两个分别焊接在耳座板两侧。卡爪为U字型，用于卡紧被动对接模块的连接销轴，U字型卡口内径大于连接销轴，且卡爪与连接销轴之间有6mm的径向间隙。

被动对接模块包括锁紧卡槽、定位卡槽、连接销轴、属具安装板和侧板，锁紧卡槽位于被动对接模块前方，锁紧卡槽上下面具有锥形斜面，倾斜角度为14°，用于主动对接模块和被动对接模块之间矫正定位；定位卡槽设置在侧板上，属具安装板与被动对接模块的两个侧板焊接形成箱型结构，承受机械载荷，并保护内部液压阀块；连接销轴连接两个侧板，属具安装板底端具有与作业属具进行连接的焊接平台或连接法兰。

液压对接模块包括锁紧块、连杆、锁紧弹簧、液压阴接头阀块、液压阳接头阀块、锁紧油缸、柔性安装架和中间安装板，连杆、锁紧块、锁紧弹簧、锁紧油缸、中间安装板和液压阴接头阀块安装在主动对接模块内，液压阳接头阀块和柔性安装架安装在被动对接模块内；锁紧块、连杆、锁紧弹簧、锁紧油缸、中间安装板和液压阴接头阀块形成串联结构；连杆穿过导向块上的圆柱形导向孔，连杆一端通过法兰与中间安装板连接，连杆另一端与锁紧块连接；液压阴接头阀块安装于中间安装板上，锁紧弹簧套在连杆上，锁紧弹簧一端与导向块接触，锁紧弹簧另一端与中间安装板接触；锁紧油缸为单活塞杆双作用液压缸，锁紧油缸的控制单元位于驾驶室操作台，锁紧油缸推动锁紧块进入锁紧卡槽实现机械锁紧，锁紧油缸另一侧推动液压阴接头阀块和液压阳接头阀块对接，完成同步机械液压对接。

锁紧块上下两面对称且具有相同14°倾角，用于矫正机械对接误差。

锁紧弹簧具有预压缩量，确保起到拉紧锁紧块的作用；柔性安装架用四个压缩弹簧作为支撑元件。

液压阴接头阀块和液压阳接头阀块是同一规格的液压对接元件，具有5路油路通道，包括低压大流量接口一、低压大流量结构二、高压小流量接口一、高压小流量接口二和回油接口。

被动对接模块上有三种配合关系，包括配合关系一、配合关系二和配合关系三，其中，配合关系一是卡爪与连接销轴的配合，配合关系二是定位销轴与定位卡槽的配合，配合关系三是锁紧块与锁紧卡槽的配合。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明提供了一种在工作臂自动快速切换作业属具实现多功能作业的解决方案，为应急救援装备的多功能化奠定了基础。通过本发明中三个模块的配合作用，可在工作臂上自动换装不同功能的作业属具，可以实现抓取搬运、扩张破拆、拖曳切割等多种功能，同时为特殊环境下的作业方式提供了拓展平台，可实现不同功能不同属具的搭配组合；本发明由于采用自动化的对接模式，只需要一名操作员且在不离开驾驶室的情况下，完成不同作业属具的更换，这个过程包括机械结构的释放与连接、液压动力油路的断开与接通，在应急救援过程中极大的提高了工作效率，同时避免了暴露于危险作业环境中，确保了救援人员自身安全；本发明首次提出了机械液压同步对接的方案，结构简单、原理清晰，并且内部构件多为铸造件和焊接件，成本低，结实耐造适应于应急救援作业和工程机械作业。

附图说明

图1为本发明的液压自动快速切换对接平台功能示意图；

图2为本发明的液压自动快速切换对接平台结构示意图；

图3为本发明液压自动快速切换对接平台的主动对接模块结构图；

图4为本发明液压自动快速切换对接平台的被动对接模块结构图；

图5为本发明液压自动快速切换对接平台的液压对接模块结构图；

图6为本发明液压自动快速切换对接平台的液压对接柔性安装架结构图。

其中：1-工作臂；2-液压自动快速切换对接平台；3-作业属具；4-主动对接模块；5-被动对接模块；6-液压对接模块；7-耳座板；8-卡爪；9-定位销轴；10-导向块；11-连接板；12-锁紧卡槽；13-定位卡槽；14-连接销轴；15-属具安装板；16-侧板；17-锁紧块；18-连杆；19-锁紧弹簧；20-液压阴接头阀块；21-锁紧油缸；22-中间安装板；23-液压阳接头阀块；24-柔性安装架；25-压缩弹簧；a-配合关系一；b-配合关系二；c-配合关系三；A1-低压大流量接口一；B1-低压大流量接口二；A2-高压小流量接口一；B2-高压小流量接口二；T-回油接口。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种液压自动快速切换对接平台。

如图1所示，工作臂1通过液压自动快速切换对接平台2连接作业属具3，如图2所示，该对接平台包括主动对接模块4、被动对接模块5和液压对接模块6，三个模块在实现机械结构连接的同时，可以同步完成液压油路的对接。主动对接模块4安装在应急救援装备工作臂1末端，被动对接模块5固定在作业属具3上；液压对接模块6具有统一油路接口，液压对接模块6实现主动对接模块4和被动对接模块5之间液压管路的接通和断开。

如图3所示，主动对接模块4包括耳座板7、卡爪8、定位销轴9、导向块10和连接板11，耳座板7与连接板11、卡爪8、导向块10焊接成箱型结构，耳座板7上的轴套通过定位销轴9与工作臂1连接，卡爪8位于箱型结构的后侧，定位销轴9共两个分别焊接在耳座板7两侧。耳座板是主动对接模块的支撑部件，两个耳座销套的尺寸与工作臂销套尺寸具有统一的规格，可通过销轴安装于工作臂末端。卡爪8为U字型，用于卡紧被动对接模块5的连接销轴14，U字型卡口内径大于连接销轴14，且卡爪8与连接销轴14之间有6mm的径向间隙。卡爪8卡紧连接销轴14后，主动对接模块4在工作臂1的带动下相对被动对接模块5转动，使定位销轴9嵌入被动对接模块5的定位卡槽13中，完成机械连接的初步定位。定位销轴9和定位卡槽13之间有4mm的径向间隙。同时其具有限位作用承受被动对接模块5竖直向上的载荷。导向块10是一矩形厚板，中间开有导向孔，用于安装液压对接模块6的连杆，使其只有轴线方向上的直线自由度，便于实现精准的液压对接。连接板11用于固定和焊接两耳座板7、导向块10和卡爪8，使其形成一个箱型结构，保护内部液压阀块，提高结构强度。

如图4所示，被动对接模块5包括锁紧卡槽12、定位卡槽13、连接销轴14、属具安装板15和侧板16，锁紧卡槽12位于被动对接模块5前方，锁紧卡槽12上下面具有锥形斜面，倾斜角度为14°，用于主动对接模块4和被动对接模块5间矫正定位，同时承受主动对接模块竖直向上的载荷；定位卡槽13设置在侧板16上，属具安装板15与被动对接模块5的两个侧板16焊接形成箱型结构，承受机械载荷，并保护内部液压阀块；连接销轴14连接两个侧板16，属具安装板15底端具有与作业属具3进行连接的焊接平台或连接法兰。在实际应用中，连接销轴14固定安装于被动对接模块5尾部，是主要的连接受力部件。定位卡槽13与定位销轴9配合，具有定位和限位的作用。

如图5所示，液压对接模块6包括锁紧块17、连杆18、锁紧弹簧19、液压阴接头阀块20、液压阳接头阀块23、锁紧油缸21、柔性安装架24和中间安装板22，连杆18、锁紧块17、锁紧弹簧19、锁紧油缸21、中间安装板22和液压阴接头阀块20安装在主动对接模块4内，液压阳接头阀块23和柔性安装架24安装在被动对接模块5内；锁紧块17、连杆18、锁紧弹簧19、锁紧油缸21、中间安装板22和液压阴接头阀块20形成串联结构；连杆18穿过导向块10上的圆柱形导向孔，连杆18一端通过法兰与中间安装板22连接，连杆18另一端与锁紧块17连接；液压阴接头阀块20安装于中间安装板22上，锁紧弹簧19套在连杆18上，锁紧弹簧19一端与导向块10接触，锁紧弹簧19另一端与中间安装板22接触；锁紧油缸21为单活塞杆双作用液压缸，锁紧油缸21的控制单元位于驾驶室操作台，锁紧油缸21推动锁紧块17进入锁紧卡槽12实现机械锁紧，锁紧油缸21另一侧推动液压阴接头阀块20和液压阳接头阀块23对接，完成同步机械液压对接。

锁紧块17上下两面对称且具有相同14°倾角，用于矫正机械对接误差。

锁紧弹簧19具有预压缩量，确保起到拉紧锁紧块17的作用；所述柔性安装架24用四个压缩弹簧25作为支撑元件。

液压阴接头阀块20和液压阳接头阀块23是同一规格的液压对接元件，具有5路油路通道，包括低压大流量接口一A1、低压大流量结构二B1、高压小流量接口一A2、高压小流量接口二B2和回油接口T。

被动对接模块5上有三种配合关系，包括配合关系一a、配合关系二b和配合关系三c，其中，配合关系一a是卡爪8与连接销轴14的配合，配合关系二b是定位销轴9与定位卡槽13的配合，配合关系三c是锁紧块17与锁紧卡槽12的配合。

在本发明对接平台中，锁紧油缸21固定在主动对接模块4的导向板10上，活塞杆通过法兰与中间安装板22、液压阴接头阀块20连接，活塞杆的伸缩推动液压阀块的直线运动。在此基础上，中间安装板22安装有两个圆柱形连杆18，连杆18另一端安装锁紧块17。连杆18穿过具有导向作用的导向块10，使得连杆18、锁紧块17和液压阴接头阀块20始终沿导向孔的轴线方向运动，确保对接的准确性。锁紧弹簧19穿在连杆18上，一端固定于导向块10，另一端固定于中间安装板22上，锁紧弹簧19带有一定预压缩量安装，可以控制液压阀块的运动，使得在锁紧油缸21不起作用时，液压阀块20处于伸出的极限位置。

如图4、图5所示，被动对接模块5中液压阳接头阀块23安装在柔性安装架24上，具有6个自由度的小幅转动和移动。柔性安装架24通过圆弧形底架焊接在连接销轴14上。

本发明液压自动快速切换对接平台的工作过程为“销轴卡紧→初步定位→矫正定位→同步连接”四个过程。

首先，调整工作臂1使得主动对接模块4的U型卡爪8卡口卡入被动对接模块5的连接销轴14，然后转动工作臂1带动被动对接模块5绕连接销轴14逆时针旋转，其上的定位销轴9逐渐进入被动对接模块5的定位卡槽13中，完成初步定位操作。

然后，控制锁紧油缸21无杆腔进油，活塞杆伸出，带动中间安装板22伸出，此时在左端，连杆18带动锁紧块17逐步进入被动对接模块5的锁紧卡槽12中，在锁紧卡槽12和锁紧块17上下斜面的作用下，锁紧块17完成矫正定位。在右端，带动液压阴接头阀块20运动，完成与液压阳接头阀块23的对接，同时压缩柔性安装架24的4个支撑弹簧10mm，确保两阀块对接的压紧力大于400N，保证密封性与可靠性。

锁紧弹簧19具有保险作用：当液压系统发生故障锁紧油缸21失效时，对接平台承受复杂的载荷，为防止锁紧块17与锁紧卡槽12脱离造成安全隐患，锁紧弹簧19处于压缩状态，弹簧回复力通过连杆18作用在锁紧块17上，防止其脱开，可有效防止安全事故。

释放作业属具的过程与上述过程相反，即①控制锁紧油缸21有杆腔进油，活塞杆缩回，带动液压阴接头阀块20脱离，液压管路断开。与此同时，连杆18左移带动锁紧块17左移，锁紧块17从锁紧卡槽12中脱开，主、被动对接模块脱开。②调整工作臂1，使得主动对接模块绕连接销轴顺时针方向转动，定位销轴9和定位卡槽13脱开。③控制工作臂1动作带动主动对接模块4，使卡爪8脱开连接销轴。完成释放作业属具3的操作。

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，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 (6)

1.一种液压自动快速切换对接平台，其特征在于：包括主动对接模块(4)、被动对接模块(5)和液压对接模块(6)，主动对接模块(4)安装在应急救援装备工作臂(1)末端，被动对接模块(5)固定在作业属具(3)上；液压对接模块(6)具有统一油路接口，液压对接模块(6)实现主动对接模块(4)和被动对接模块(5)之间液压管路的接通和断开；

所述主动对接模块(4)包括耳座板(7)、卡爪(8)、定位销轴(9)、导向块(10)和连接板(11)，耳座板(7)与连接板(11)、卡爪(8)、导向块(10)焊接成箱型结构，耳座板(7)上的轴套通过定位销轴(9)与工作臂(1)连接，卡爪(8)位于箱型结构的后侧，定位销轴(9)共两个分别焊接在耳座板(7)两侧；

所述被动对接模块(5)包括锁紧卡槽(12)、定位卡槽(13)、连接销轴(14)、属具安装板(15)和侧板(16)，锁紧卡槽(12)位于被动对接模块(5)前方，锁紧卡槽(12)上下面具有锥形斜面，倾斜角度为14°，用于主动对接模块(4)和被动对接模块(5)之间矫正定位；定位卡槽(13)设置在侧板(16)上，属具安装板(15)与被动对接模块(5)的两个侧板(16)焊接形成箱型结构，承受机械载荷，并保护内部液压阀块；连接销轴(14)连接两个侧板(16)，属具安装板(15)底端具有与作业属具(3)进行连接的焊接平台或连接法兰；

所述液压对接模块(6)包括锁紧块(17)、连杆(18)、锁紧弹簧(19)、液压阴接头阀块(20)、液压阳接头阀块(23)、锁紧油缸(21)、柔性安装架(24)和中间安装板(22)，连杆(18)、锁紧块(17)、锁紧弹簧(19)、锁紧油缸(21)、中间安装板(22)和液压阴接头阀块(20)安装在主动对接模块(4)内，液压阳接头阀块(23)和柔性安装架(24)安装在被动对接模块(5)内；锁紧块(17)、连杆(18)、锁紧弹簧(19)、锁紧油缸(21)、中间安装板(22)和液压阴接头阀块(20)形成串联结构；连杆(18)穿过导向块(10)上的圆柱形导向孔，连杆(18)一端通过法兰与中间安装板(22)连接，连杆(18)另一端与锁紧块(17)连接；液压阴接头阀块(20)安装于中间安装板(22)上，锁紧弹簧(19)套在连杆(18)上，锁紧弹簧(19)一端与导向块(10)接触，锁紧弹簧(19)另一端与中间安装板(22)接触；锁紧油缸(21)为单活塞杆双作用液压缸，锁紧油缸(21)的控制单元位于驾驶室操作台，锁紧油缸(21)推动锁紧块(17)进入锁紧卡槽(12)实现机械锁紧，锁紧油缸(21)另一侧推动液压阴接头阀块(20)和液压阳接头阀块(23)对接，完成同步机械液压对接。

2.根据权利要求1所述的液压自动快速切换对接平台，其特征在于：所述锁紧块(17)上下两面对称且具有相同14°倾角，用于矫正机械对接误差。

3.根据权利要求1所述的液压自动快速切换对接平台，其特征在于：所述锁紧弹簧(19)具有预压缩量，确保起到拉紧锁紧块(17)的作用；所述柔性安装架(24)用四个压缩弹簧(25)作为支撑元件。

4.根据权利要求1所述的液压自动快速切换对接平台，其特征在于：所述卡爪(8)为U字型，用于卡紧被动对接模块(5)的连接销轴(14)，U字型卡口内径大于连接销轴(14)，且卡爪(8)与连接销轴(14)之间有6mm的径向间隙。

5.根据权利要求1所述的液压自动快速切换对接平台，其特征在于：所述液压阴接头阀块(20)和液压阳接头阀块(23)是同一规格的液压对接元件，具有5路油路通道，包括低压大流量接口一(A1)、低压大流量结构二(B1)、高压小流量接口一(A2)、高压小流量接口二(B2)和回油接口(T)。

6.根据权利要求1所述的液压自动快速切换对接平台，其特征在于：所述被动对接模块(5)上有三种配合关系，包括配合关系一(a)、配合关系二(b)和配合关系三(c)，其中，配合关系一(a)是卡爪(8)与连接销轴(14)的配合，配合关系二(b)是定位销轴(9)与定位卡槽(13)的配合，配合关系三(c)是锁紧块(17)与锁紧卡槽(12)的配合。