CN110777862A - 一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置,属于机械结构技术领域，包括动臂、动臂油缸、控制器、自锁式减速电机和铲斗；动臂油缸的一端与装载机连接，另一端与动臂连接，动臂一端与装载机连接，另一端的端部位置分别设置有自锁式减速电机和铲斗，铲斗后部设置有旋转轴，旋转轴与铲斗是相对固定的，自锁式减速电机的输出轴通过传动装置与铲斗的旋转轴连接，控制器分别与铲斗旋转角度测量传感器、动臂油缸长度监测传感器、自锁式减速电机以及用于控制动臂油缸的液压控制阀连接。本发明极大的简化了装载机工作装置机构设计，可以方便的实现铲斗在任意高度上都能获得足够的收斗角和较大的卸料角。

Description

一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置
技术领域
本发明属于机械结构技术领域，尤其涉及一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置。
背景技术
如图1所示，现有的装载机是通过伸、缩动臂油缸SQ来实现将整个工作装置向上举升和下落，通过伸、缩转斗油缸GF来实现铲斗的收斗和卸料。装载机工作装置中最为核心的部分为其中的转斗机构，即图1中的G-F-E-D-C-B，而且工作装置机构对其中的转斗机构的要求也较为苛刻，主要表现为在装载机工作装置的整个工作空间内，转斗机构的∠GFE、∠EDC、∠DCB不能太大，也不能太小。如果太小或太大，则机构的传动角变小，这可能导致转斗油缸无法推动转斗机构运动，该角度太大还会导致机构出现靠近甚至经过死点的危险，这也可能会导致机构无法动弹。另外一项要求是铲斗在任意高度上都必须有足够的收斗角和较大的卸料角。根据图1装载机工作装置机构的特点，可以看出“在装载机工作装置的整个工作空间内，转斗机构的∠GFE、∠EDC、∠DCB不能太大，也不能太小”与“铲斗在任意高度上都必须有足够的收斗角和较大的卸料角”这两项要求显然是矛盾的。由图1的机构可知，要获得足够的收斗角，就必须让∠GFE和∠EDC变得足够小、让∠DCB足够的大才可以实现。同理，要获得较大的卸料角，就必须让∠GFE和∠EDC变得尽量的大、让∠DCB足够的小才可以实现。对转斗机构还有第三项要求，就是装载机在通过伸长动臂油缸举升机构的整个过程中，应尽可能的让铲斗做平移运动，即铲斗相对地面的翻转角保持恒定，这样做的目的是为了防止铲斗因前后摆动而洒料。可以看出对于这样一套纯机械式的机构要理想的满足这项要求是较困难的。所以实际只能是尽可能的做到尽量的减少铲斗在这一过程中的摆动量。
对于现有的装载机的工作装置机构由于机构的点位和杆件较多，而且对机构的性能要求也较多，并且有些要求是相互矛盾的，但从使用方面来讲这些要求又是合理的。目前通过反复调整机构数据进行试算以获得较为理想机构的设计方法的设计效率较低，设计人员往往花上几天甚至几周的试算都可能得不到一套合适的机构。所以实际上往往是在设计时对机构的上述要求做一定程度的取舍，才有较大可能找到合适的机构。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有工作装置机构存在的上述不足，本发明提供了一种无需经过反复调整机构数据进行试算便可以方便的实现铲斗在任意高度上都能够获得足够的收斗角和较大的卸料角的电机控制铲斗转斗的装载机工作装置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置，包括动臂、动臂油缸、控制器、自锁式减速电机和铲斗；动臂油缸的一端与装载机连接，另一端与动臂连接，动臂一端与装载机连接，另一端的端部位置分别设置有自锁式减速电机和铲斗，铲斗后部设置有旋转轴，旋转轴与铲斗是相对固定的，自锁式减速电机的输出轴通过传动装置与铲斗的旋转轴连接，在动臂与铲斗铰接处设置有铲斗旋转角度测量传感器，动臂油缸上设置有动臂油缸长度监测传感器，控制器分别与铲斗旋转角度测量传感器、动臂油缸长度监测传感器、自锁式减速电机以及用于控制动臂油缸的液压控制阀连接。
进一步的，所述铲斗与旋转轴一体式设置。
进一步的，所述控制器包括PLC控制器、单片机。
进一步的，所述旋转轴通过轴承铰接在动臂的端头处。
进一步的，所述自锁式减速电机通过螺栓固定于动臂的端头处。
进一步的，所述自锁减式减速电机连接有电源。
进一步的，所述动臂油缸支撑连接于动臂上。
进一步的，所述传动装置包括齿轮、链条和联轴器。
本发明的有益效果在于：
1、本发明中，装载机铲斗的旋转动作由具有自锁减速功能的电机的输出轴带动，方案取消了传统装载机转斗机构中的转斗油缸、摇臂、拉杆三个部件，这不仅极大的简化了设计，提高设计效率。同时还给铲斗的转斗动作腾出了足够大的空间，可以方便的实现铲斗在任意高度上都可以获得足够的收斗角和较大的卸料角。
2、另外，取消了传统装载机转斗机构中的转斗油缸、摇臂、拉杆三个部件，这也极大的拓宽了装载机操作员观察铲斗铲装物料的视野和操作装载机行走时的视野，从而提高了装载机操作的安全性和装载机铲装物料的效率。
3、本发明可以实现装载机在将铲斗向上举升的过程中保持铲斗做平移运动的状态，从而减少甚至避免了铲斗在举升过程中铲斗内物料的洒落。
附图说明
图1是现有技术结构示意图；
图2是本发明结构示意图；
图3是本发明中动臂与自锁式电机、铲斗连接结构示意图。
图中：1-装载机，2-控制器，3-动臂，4-物料，5-铲斗，6-动臂油缸，7-动臂油缸长度监测传感器，8-铲斗旋转角度测量传感器，9-传动装置，10-旋转轴，11-自锁式减速电机，12-动臂油缸液压控制阀。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图2、3所示，一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置，包括动臂3、动臂油缸6、控制器2、自锁式减速电机11和铲斗5；动臂油缸6的一端与装载机1连接，另一端与动臂3连接，动臂3一端与装载机1连接，另一端的端部位置分别设置有自锁式减速电机11和铲斗5，铲斗5后部设置有旋转轴10，旋转轴10与铲斗5是相对固定的，自锁式减速电机11的输出轴通过传动装置9与铲斗的旋转轴10连接，在动臂3与铲斗5铰接处设置有铲斗旋转角度测量传感器8，动臂油缸6上设置有动臂油缸长度监测传感器7，控制器2分别与铲斗旋转角度测量传感器8、动臂油缸长度监测传感器7、自锁式减速电机11以及用于控制动臂油缸6的液压控制阀12连接。
所述铲斗5与旋转轴10一体式设置。
所述控制器2包括PLC控制器、单片机。
所述旋转轴10通过轴承铰接在动臂3的端头处。
所述自锁式减速电机11通过螺栓固定于动臂3的端头处。
所述自锁减式减速电机连接有电源。
所述动臂油缸6支撑连接于动臂3上。
所述传动装置9包括齿轮、链条和联轴器。
上述方案中，自锁式减速电机11的壳体通过螺栓固定在动臂3端部。自锁式减速电机11的输出轴通过传动装置9与铲斗5的旋转轴10连接在一起。铲斗5的旋转轴10与铲斗5是一体的并且该旋转轴10通过轴承铰接在动臂3的端部，所以铲斗5可以在自锁式减速电机11输出轴的带动下绕着动臂3端头旋转。在排除铲斗5与动臂3之间的旋转重叠区外，铲斗5可以在其余按任意角度内旋转。因此，在排除铲斗5与动臂3之间的旋转重叠区前提下，可以让铲斗5在任意高度上都可以获得任意的收斗角和任意的卸料角。这里使用自锁式减速电机11的目的是只允许自锁式减速电机11带动铲斗5旋转，不允许铲斗5反向推动电机旋转。这样，当自锁式减速电机断电时，铲斗5会由于自锁作用而保持在原位不动。另外，自锁式减速电机的转速一般远高于铲斗5实际需要的旋转速度，因此需要对自锁式减速电机11转速进行减速后再带动铲斗5旋转，这样一方面既获得了合适的转斗速度，另一方面由于降速增扭作用所以又同时提高了电机的转斗力矩。
为了实现装载机1在通过伸长动臂油缸6举升铲斗5的整个过程中，让铲斗5做平移运动，本发明在动臂3与铲斗5铰接处设置有铲斗旋转角度测量传感器8，该传感器的测量输出值是铲斗5相对动臂3的旋转角度值。动臂油缸6的长度由安装在动臂油缸6上的动臂油缸长度测量传感器测量得到，动臂3的高度由动臂油缸6的长度唯一确定。在动臂3高度确定后，要保持铲斗5相对地面的旋转角恒定，则铲斗5与动臂3的相对旋转角度是唯一的。因此根据这些原理，本装置还配置了一个控制器2。控制器2可以是PLC、单片机等具有检测和控制功能的监控设备。在装载机1通过伸长动臂油缸6举升铲斗5的整个过程中，控制器2通过动臂油缸长度测量传感器7实时检测动臂油缸6的长度，只要发现动臂油缸6的长度发生变化，控制器2就快速换算出要保持铲斗5相对地面翻转角恒定而需要的铲斗5相对动臂3的旋转角α。下一步控制器2结合安装在动臂3与铲斗5铰接处的铲斗旋转角度测量传感器8测量得到的实时角度测量值快速的发出指令控制电机旋转以使铲斗5旋转到上述换算出的铲斗5相对动臂3的旋转角α，从而达到保持铲斗5相对地面翻转角恒定的目的，即实现铲斗平移运动。由于控制器2的运行速度是微秒级的，而装载机1工作装置机构的运动速度是秒级的，所以控制器2执行检测动臂油缸6长度—计算铲斗5相对动臂3的必须旋转角—发出指令控制电机带动铲斗5旋转到指定的相对动臂3的旋转角的时间基本可以忽略不计。从而实现不论铲斗5处于何种高度都保持铲斗5相对地面翻转角恒定的目的。
控制器2控制电机旋转以使铲斗5达到指定的相对动臂3的旋转角的实现过程是这样的：控制器2在控制铲斗5绕动臂3端头旋转的同时，会实时检测安装在动臂与铲斗铰接处的铲斗旋转角度测量传感器8的测量值。如果控制器2检测到旋转角度测量传感器8的测量值与目标值差值的绝对值小于或等于预定的精度值，控制器2就发出指令停止铲斗5旋转。如果角度测量传感器8的测量值大于或小于目标值且该值与目标值差值的绝对值大于预定的精度值，控制器2就会继续控制铲斗5往目标值的方向旋转，直到控制器2检测到角度测量传感器8的值与目标值差值的绝对值小于或等于预定的精度值。然后控制器2发出指令停止铲斗5的旋转。所以控制器2控制铲斗5旋转是一个闭环控制的过程。

Claims (8)

1.一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置，其特征在于：包括动臂(3)、动臂油缸(6)、控制器(2)、自锁式减速电机(11)和铲斗(5)；动臂油缸(6)的一端与装载机(1)连接，另一端与动臂(3)连接，动臂(3)一端与装载机(1)连接，另一端的端部位置分别设置有自锁式减速电机(11)和铲斗(5)，铲斗(5)后部设置有旋转轴(10)，旋转轴(10)与铲斗(5)是相对固定的，自锁式减速电机(11)的输出轴通过传动装置(9)与铲斗的旋转轴(10)连接，在动臂(3)与铲斗(5)铰接处设置有铲斗旋转角度测量传感器(8)，动臂油缸(6)上设置有动臂油缸长度监测传感器(7)，控制器(2)分别与铲斗旋转角度测量传感器(8)、动臂油缸长度监测传感器(7)、自锁式减速电机(11)以及用于控制动臂油缸(6)的液压控制阀(12)连接。
2.根据权利要求1所述的一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置，其特征在于：所述铲斗(5)与旋转轴(10)一体式设置。
3.根据权利要求1所述的一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置，其特征在于：所述控制器(2)包括PLC控制器、单片机。
4.根据权利要求1所述的一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置，其特征在于：所述旋转轴(10)通过轴承铰接在动臂(3)的端头处。
5.根据权利要求4所述的一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置，其特征在于：所述自锁式减速电机(11)通过螺栓固定于动臂(3)的端头处。
6.根据权利要求1所述的一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置，其特征在于：所述自锁减式减速电机连接有电源。
7.根据权利要求1所述的一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置，其特征在于：所述动臂油缸(6)支撑连接于动臂(3)上。
8.根据权利要求1所述的一种电机控制铲斗转斗的装载机工作装置，其特征在于：所述传动装置(9)包括齿轮、链条和联轴器。
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