CN110241873A - 一种履带式挖掘机及其方法 - Google Patents

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赵鹏
雷鹏飞
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田军委
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Abstract

本发明公开了一种履带式挖掘机，包括底盘单元，所述底盘单元的上侧固定安装有第一铰接座；还包括向前弯曲的主臂，所述主臂包括一体化连接的前主臂和尾主臂，所述尾主臂的根部通过第一铰接件与所述第一铰接座铰接；还包括摆臂，所述摆臂的中部位置通过第二铰接件与所述前主臂的末端铰接连接；所述摆臂的下端安装有可以摆动的铲斗；本发明的结构简单，采用卷扬机牵引的方式控制摆臂，卷扬机的形式能实现理论上最大的摆动幅度。

Description

一种履带式挖掘机及其方法
技术领域
本发明属于挖掘机领域。
背景技术
现有的挖机的执行端的所有关节部位均采用液压装置驱动，造成挖机的结构笨重，很难实现采用蓄电池全电驱动；而且现有的挖机很难实现较陡坡的跃障过程，进而降低了挖机的环境适应性。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种执行机构摆动幅度大的一种履带式挖掘机及其方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种履带式挖掘机，包括底盘单元，所述底盘单元的上侧固定安装有第一铰接座；还包括向前弯曲的主臂，所述主臂包括一体化连接的前主臂和尾主臂，所述尾主臂的根部通过第一铰接件与所述第一铰接座铰接；还包括摆臂，所述摆臂的中部位置通过第二铰接件与所述前主臂的末端铰接连接；所述摆臂的下端安装有可以摆动的铲斗。
进一步的，所述第一铰接座的两侧还分别对称固定设置有两第二铰接座；还包括两电动伸缩气缸，所述电动伸缩气缸的根部通过第三铰接件与所述第二铰接座铰接连接；所述前主臂的两侧靠后位置对称设置有两横向延伸的横轴，所述电动伸缩气缸的伸缩杆末端通过第四铰接件与所述横轴铰接连接；
所述铲斗的尾端固定设置有连接座，所述连接座的上下侧分别设置有第五铰接件和第六铰接件；所述摆臂的下部位置固定安装有铲斗舵机，还包括摇臂和连杆；所述铲斗舵机的舵机轴上固定连接所述摇臂的一端；所述连杆的一端通过第七铰接件铰接连接所述摇臂的末端；所述连杆的另一端铰接在所述第五铰接件上；所述摆臂的下端末端铰接在所述第六铰接件上。
进一步的，所述前主臂的尾部上侧固定安装有第一钢丝绳卷扬机，所述尾主臂的上端前侧固定安装有第二钢丝绳卷扬机；所述第一钢丝绳卷扬机所引出的第一钢丝绳末端固定连接所述摆臂的上端位置；所述第二钢丝绳卷扬机所引出的第二钢丝绳末端固定连接所述摆臂的下端位置。
进一步的，机构的执行方法：
铲斗的上下摆动位移过程：同步控制两电动伸缩气缸的伸缩，进而使前主臂的末端呈上下摆动，进而前主臂末端的上下摆动同步带动摆臂和铲斗的上下摆动；
铲斗的前后摆动位移过程：控制第二钢丝绳卷扬机以预定速度收线，与此同时，控制第一钢丝绳卷扬机以相应的速度放线，进而使摆臂的下端受到后拉的力，进而使摆臂沿第二铰接件逆时针旋转，进而使摆臂下端做向后的摆动进而实现了铲斗的向后摆动；控制第二钢丝绳卷扬机以预定速度放线，与此同时，控制第一钢丝绳卷扬机以相应的速度收线，进而使摆臂的上端端受到后拉的力，进而使摆臂沿第二铰接件顺时针旋转，进而使摆臂下端做向前摆动进而实现了铲斗的向前摆动；
铲斗的自身转动过程：控制铲斗舵机的舵机轴旋转，进而使摇臂同步旋转，进而摇臂的转动通过连杆带动铲斗沿第六铰接件旋转。
进一步的，所述底盘单元的两侧对称设置有两水平的行走履带，所述行走履带内侧的前端同步啮合连接有履带从动轮，所述行走履带内侧的后端同步啮合连接有履带主动轮；所述底盘单元内还包括行走履带驱动电机和第一变速器；所述行走履带驱动电机的输出端通过第一联轴器与所述第一变速器的输入端传动连接；所述第一变速器的输出端与所述履带主动轮通过第二联轴器与所述履带主动轮传动连接；所述履带从动轮的外侧同轴心设置有爬坡履带主动轮，所述爬坡履带主动轮与所述履带从动轮同步连接，所述爬坡履带主动轮随所述履带从动轮同步旋转；还包括爬坡从动轮支架倾角调整轴，所述爬坡从动轮支架倾角调整轴通过两轴承分别与所述爬坡履带主动轮和履带从动轮同轴心旋转连接；所述底盘单元内还包括爬坡从动轮支架驱动舵机和第二变速器，所述爬坡从动轮支架驱动舵机的输出端与所述第二变速器的输入端通过第三联轴器传动连接；所述第二变速器的输出端通过第四联轴器与所述爬坡从动轮支架倾角调整轴同轴心传动连接，爬坡从动轮支架倾角调整轴随所述第四联轴器同步旋转；还包括与所述爬坡从动轮支架；所述爬坡从动轮支架的长度方向与所述爬坡从动轮支架倾角调整轴垂直，且爬坡从动轮支架的一端与所述爬坡从动轮支架倾角调整轴远离第四联轴器的一端固定连接，所述爬坡从动轮支架倾角调整轴的旋转能带动所述爬坡从动轮支架改变与地面的倾斜角度；所述爬坡从动轮支架的另一端通过轴承转动连接有爬坡履带从动轮；还包括爬坡履带，所述爬坡履带的两端内侧分别同步啮合连接爬坡履带从动轮和爬坡履带主动轮。
有益效果：本发明的结构简单，采用卷扬机牵引的方式控制摆臂，卷扬机的形式能实现理论上最大的摆动幅度；同时采用可调节倾角的爬坡履带实现稳定的跃障效果，而且在平地上行驶时，爬坡履带处于悬空状态，进而没有负载，有效降低能量损耗。
附图说明
附图1为该设备的整体结构示意图；
附图2为该设备的铲斗执行机构的正视图；
附图3为附图2的立体示意图；
附图4为底盘单元内部的传动示意图；
附图5为该装置的爬坡示意图；
附图6为爬坡履带示意图；
附图7行走履带结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至7所示的一种履带式挖掘机，包括底盘单元15，所述底盘单元15的上侧固定安装有第一铰接座30；还包括向前弯曲的主臂，所述主臂包括一体化连接的前主臂13和尾主臂21，所述尾主臂21的根部通过第一铰接件18与所述第一铰接座30铰接；还包括摆臂11，所述摆臂11的中部位置通过第二铰接件12与所述前主臂13的末端铰接连接；所述摆臂11的下端安装有可以摆动的铲斗2。
所述第一铰接座30的两侧还分别对称固定设置有两第二铰接座31；还包括两电动伸缩气缸17，所述电动伸缩气缸17的根部通过第三铰接件29与所述第二铰接座31铰接连接；所述前主臂13的两侧靠后位置对称设置有两横向延伸的横轴28，所述电动伸缩气缸17的伸缩杆16末端通过第四铰接件14与所述横轴28铰接连接；
所述铲斗2的尾端固定设置有连接座3，所述连接座3的上下侧分别设置有第五铰接件6和第六铰接件4；所述摆臂11的下部位置固定安装有铲斗舵机10，还包括摇臂9和连杆7；所述铲斗舵机10的舵机轴5上固定连接所述摇臂9的一端；所述连杆7的一端通过第七铰接件8铰接连接所述摇臂9的末端；所述连杆7的另一端铰接在所述第五铰接件6上；所述摆臂11的下端末端铰接在所述第六铰接件4上。
所述前主臂13的尾部上侧固定安装有第一钢丝绳卷扬机20，所述尾主臂21的上端前侧固定安装有第二钢丝绳卷扬机91；所述第一钢丝绳卷扬机20所引出的第一钢丝绳19末端固定连接所述摆臂11的上端位置；所述第二钢丝绳卷扬机91所引出的第二钢丝绳1末端固定连接所述摆臂11的下端位置。
机构的执行方法和过程如下：
铲斗2的上下摆动位移过程：同步控制两电动伸缩气缸17的伸缩，进而使前主臂13的末端呈上下摆动，进而前主臂13末端的上下摆动同步带动摆臂11和铲斗2的上下摆动；
铲斗2的前后摆动位移过程：控制第二钢丝绳卷扬机91以预定速度收线，与此同时，控制第一钢丝绳卷扬机20以相应的速度放线，进而使摆臂11的下端受到后拉的力，进而使摆臂11沿第二铰接件12逆时针旋转，进而使摆臂11下端做向后的摆动进而实现了铲斗2的向后摆动；控制第二钢丝绳卷扬机91以预定速度放线，与此同时，控制第一钢丝绳卷扬机20以相应的速度收线，进而使摆臂11的上端端受到后拉的力，进而使摆臂11沿第二铰接件12顺时针旋转，进而使摆臂11下端做向前摆动进而实现了铲斗2的向前摆动；
铲斗2的自身转动过程：控制铲斗舵机10的舵机轴5旋转，进而使摇臂9同步旋转，进而摇臂9的转动通过连杆7带动铲斗2沿第六铰接件4旋转。
本实施例的底盘单元15的两侧对称设置有两水平的行走履带33，所述行走履带33内侧的前端同步啮合连接有履带从动轮56，所述行走履带33内侧的后端同步啮合连接有履带主动轮42；所述底盘单元15内还包括行走履带驱动电机41和第一变速器36；所述行走履带驱动电机41的输出端通过第一联轴器37与所述第一变速器36的输入端传动连接；所述第一变速器36的输出端与所述履带主动轮42通过第二联轴器35与所述履带主动轮42传动连接；所述履带从动轮56的外侧同轴心设置有爬坡履带主动轮55，所述爬坡履带主动轮55与所述履带从动轮56同步连接，所述爬坡履带主动轮55随所述履带从动轮56同步旋转；还包括爬坡从动轮支架倾角调整轴54，所述爬坡从动轮支架倾角调整轴54通过两轴承分别与所述爬坡履带主动轮55和履带从动轮56同轴心旋转连接；所述底盘单元15内还包括爬坡从动轮支架驱动舵机40和第二变速器38，所述爬坡从动轮支架驱动舵机40的输出端与所述第二变速器38的输入端通过第三联轴器39传动连接；所述第二变速器38的输出端通过第四联轴器34与所述爬坡从动轮支架倾角调整轴54同轴心传动连接，爬坡从动轮支架倾角调整轴54随所述第四联轴器34同步旋转；还包括与所述爬坡从动轮支架53；所述爬坡从动轮支架53的长度方向与所述爬坡从动轮支架倾角调整轴54垂直，且爬坡从动轮支架53的一端与所述爬坡从动轮支架倾角调整轴54远离第四联轴器34的一端固定连接，所述爬坡从动轮支架倾角调整轴54的旋转能带动所述爬坡从动轮支架53改变与地面的倾斜角度；所述爬坡从动轮支架53的另一端通过轴承转动连接有爬坡履带从动轮51；还包括爬坡履带52，所述爬坡履带52的两端内侧分别同步啮合连接爬坡履带从动轮51和爬坡履带主动轮55。
挖机的跃障机构的跃障方法和越障过程：
底盘单元15在平地行走时，爬坡从动轮支架53与地面成一定上扬的夹角，进而使爬坡履带52与地面处于脱离分离的状态，此时只有行走履带33与地面接触；此时控制行走履带驱动电机41，进而使履带主动轮42带动行走履带33，进而实现底盘单元15的平地行走，与此同时行走履带33同步带动履带从动轮56旋转，此时履带从动轮56带动爬坡履带主动轮55同步旋转，进而爬坡履带主动轮55带动爬坡履带52运行，由于在平地行走爬坡履带52与地面没有接触，进而此时爬坡履带52处于无负载的空转状态；
当前面遇到陡坡式障碍物57时，先控制行走履带33向前缓慢行走至靠近陡坡式障碍物57，与此同时通过爬坡从动轮支架驱动舵机40，进而控制爬坡从动轮支架倾角调整轴54旋转，爬坡从动轮支架倾角调整轴54旋转带动爬坡从动轮支架53的倾斜角度发生变化，直至爬坡从动轮支架53的倾斜角度与陡坡式障碍物57的陡坡面倾斜角度一致，进而使爬坡履带52的下侧履带面倾斜角度与陡坡式障碍物57的陡坡面倾斜角度一致；随着底盘单元15继续靠近陡坡式障碍物57，直至爬坡履带52的下侧履带面开始贴合接触到陡坡式障碍物57的陡坡面，此时通过控制爬坡从动轮支架驱动舵机40，使爬坡从动轮支架倾角调整轴54逆时针旋转，进而带动爬坡从动轮支架53沿爬坡从动轮支架倾角调整轴54逆时针旋转，进而使爬坡履带52的下侧履带面紧密贴合陡坡式障碍物57的陡坡面，然后在此基础上进行控制行走履带33向前缓慢行走，此时行走履带33会同步带动履带从动轮56旋转，履带从动轮56带动爬坡履带主动轮55同步旋转，进而爬坡履带主动轮55带动爬坡履带52运行，进而实现了爬坡履带52的爬坡动作；待爬坡履带52向上爬坡至陡坡式障碍物57的上端时，行走履带33的前端也到达陡坡式障碍物57的上端，后续过程只需正常驱动履带33向前运行即可完成爬坡过程。
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 (5)

1.一种履带式挖掘机，其特征在于：包括底盘单元(15)，所述底盘单元(15)的上侧固定安装有第一铰接座(30)；还包括向前弯曲的主臂，所述主臂包括一体化连接的前主臂(13)和尾主臂(21)，所述尾主臂(21)的根部通过第一铰接件(18)与所述第一铰接座(30)铰接；还包括摆臂(11)，所述摆臂(11)的中部位置通过第二铰接件(12)与所述前主臂(13)的末端铰接连接；所述摆臂(11)的下端安装有可以摆动的铲斗(2)。
2.根据权利要求1所述的一种履带式挖掘机，其特征在于：所述第一铰接座(30)的两侧还分别对称固定设置有两第二铰接座(31)；还包括两电动伸缩气缸(17)，所述电动伸缩气缸(17)的根部通过第三铰接件(29)与所述第二铰接座(31)铰接连接；所述前主臂(13)的两侧靠后位置对称设置有两横向延伸的横轴(28)，所述电动伸缩气缸(17)的伸缩杆(16)末端通过第四铰接件(14)与所述横轴(28)铰接连接；
所述铲斗(2)的尾端固定设置有连接座(3)，所述连接座(3)的上下侧分别设置有第五铰接件(6)和第六铰接件(4)；所述摆臂(11)的下部位置固定安装有铲斗舵机(10)，还包括摇臂(9)和连杆(7)；所述铲斗舵机(10)的舵机轴(5)上固定连接所述摇臂(9)的一端；所述连杆(7)的一端通过第七铰接件(8)铰接连接所述摇臂(9)的末端；所述连杆(7)的另一端铰接在所述第五铰接件(6)上；所述摆臂(11)的下端末端铰接在所述第六铰接件(4)上。
3.根据权利要求2所述的一种履带式挖掘机，其特征在于：所述前主臂(13)的尾部上侧固定安装有第一钢丝绳卷扬机(20)，所述尾主臂(21)的上端前侧固定安装有第二钢丝绳卷扬机(91)；所述第一钢丝绳卷扬机(20)所引出的第一钢丝绳(19)末端固定连接所述摆臂(11)的上端位置；所述第二钢丝绳卷扬机(91)所引出的第二钢丝绳(1)末端固定连接所述摆臂(11)的下端位置。
4.权利要求3所述机构的执行方法，其特征在于：
铲斗(2)的上下摆动位移过程：同步控制两电动伸缩气缸(17)的伸缩，进而使前主臂(13)的末端呈上下摆动，进而前主臂(13)末端的上下摆动同步带动摆臂(11)和铲斗(2)的上下摆动；
铲斗(2)的前后摆动位移过程：控制第二钢丝绳卷扬机(91)以预定速度收线，与此同时，控制第一钢丝绳卷扬机(20)以相应的速度放线，进而使摆臂(11)的下端受到后拉的力，进而使摆臂(11)沿第二铰接件(12)逆时针旋转，进而使摆臂(11)下端做向后的摆动进而实现了铲斗(2)的向后摆动；控制第二钢丝绳卷扬机(91)以预定速度放线，与此同时，控制第一钢丝绳卷扬机(20)以相应的速度收线，进而使摆臂(11)的上端端受到后拉的力，进而使摆臂(11)沿第二铰接件(12)顺时针旋转，进而使摆臂(11)下端做向前摆动进而实现了铲斗(2)的向前摆动；
铲斗(2)的自身转动过程：控制铲斗舵机(10)的舵机轴(5)旋转，进而使摇臂(9)同步旋转，进而摇臂(9)的转动通过连杆(7)带动铲斗(2)沿第六铰接件(4)旋转。
5.根据权利要求3所述的一种履带式挖掘机，其特征在于：所述底盘单元(15)的两侧对称设置有两水平的行走履带(33)，所述行走履带(33)内侧的前端同步啮合连接有履带从动轮(56)，所述行走履带(33)内侧的后端同步啮合连接有履带主动轮(42)；所述底盘单元(15)内还包括行走履带驱动电机(41)和第一变速器(36)；所述行走履带驱动电机(41)的输出端通过第一联轴器(37)与所述第一变速器(36)的输入端传动连接；所述第一变速器(36)的输出端与所述履带主动轮(42)通过第二联轴器(35)与所述履带主动轮(42)传动连接；所述履带从动轮(56)的外侧同轴心设置有爬坡履带主动轮(55)，所述爬坡履带主动轮(55)与所述履带从动轮(56)同步连接，所述爬坡履带主动轮(55)随所述履带从动轮(56)同步旋转；还包括爬坡从动轮支架倾角调整轴(54)，所述爬坡从动轮支架倾角调整轴(54)通过两轴承分别与所述爬坡履带主动轮(55)和履带从动轮(56)同轴心旋转连接；所述底盘单元(15)内还包括爬坡从动轮支架驱动舵机(40)和第二变速器(38)，所述爬坡从动轮支架驱动舵机(40)的输出端与所述第二变速器(38)的输入端通过第三联轴器(39)传动连接；所述第二变速器(38)的输出端通过第四联轴器(34)与所述爬坡从动轮支架倾角调整轴(54)同轴心传动连接，爬坡从动轮支架倾角调整轴(54)随所述第四联轴器(34)同步旋转；还包括与所述爬坡从动轮支架(53)；所述爬坡从动轮支架(53)的长度方向与所述爬坡从动轮支架倾角调整轴(54)垂直，且爬坡从动轮支架(53)的一端与所述爬坡从动轮支架倾角调整轴(54)远离第四联轴器(34)的一端固定连接，所述爬坡从动轮支架倾角调整轴(54)的旋转能带动所述爬坡从动轮支架(53)改变与地面的倾斜角度；所述爬坡从动轮支架(53)的另一端通过轴承转动连接有爬坡履带从动轮(51)；还包括爬坡履带(52)，所述爬坡履带(52)的两端内侧分别同步啮合连接爬坡履带从动轮(51)和爬坡履带主动轮(55)。
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