CN110814684A - 六自由度摆架式车轮装配机及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种六自由度摆架式车轮装配机，其包括驱动轮系统、车体系统、左摆架系统、右摆架系统、电控系统和液压站，车体系统中的U形车体与驱动轮系统中的连接板相连，车体系统中的第一铰链、第二铰链分别与左摆架系统中的第一悬伸粱、右摆架系统中的第二悬伸粱相连，电控系统、液压站均安装在U形车体，车轮装配机包括沿车轮轴线方向移动、沿与轴线垂直方向移动、原地转弯、绕车轮自身的旋转、车轮前后的俯仰摆动六个自由度。该发明能实现重型矿用自卸车车轮装配的机械化，减少了人力成本，降低了工人的劳动强度；提高了重型矿用自卸车车轮装配效率，保证了安装质量的一致性和生产节拍。

Description

六自由度摆架式车轮装配机及其装配方法

技术领域

本发明属于机械技术领域，具体涉及一种六自由度摆架式车轮装配机及其装配方法。

背景技术

重型矿用自卸车装配线上安装车轮难度很大，原因是：1)车轮重量大，单个车轮重量6.25t；2)尺寸大，直径3650mm，厚度1254mm；3)生产节拍要求严格：单个车轮安装时间在15min以内；4)车轮轮胎外轮廓为球面，定位困难。

以往重型矿用自卸车车轮在线安装多采用天车加辅具安装，其缺点是：1) 人力成本高，通常需6个安装工人；2)控制安装节拍困难；3)工人劳动强度大；4)安装质量的一致性差。

发明内容

本发明提供了一种六自由度摆架式车轮装配机及其装配方法。该发明能实现重型矿用自卸车车轮装配的机械化，减少了人力成本，降低了工人的劳动强度；提高了车轮装配效率，保证了安装质量的一致性和生产节拍。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种六自由度摆架式车轮装配机，其包括驱动轮系统、车体系统、左摆架系统、右摆架系统、电控系统和液压站，所述驱动轮系统包括蜗杆箱体、转盘轴承、连接板、蜗轮、蜗杆、蜗轮轴、U形支撑架、第一伺服电机、第一减速器、第二伺服电机、第二减速器、行走轮和传动轴，所述连接板的下方固连有所述蜗杆箱体，所述蜗杆箱体设有圆柱孔，圆柱孔内安装有滚动轴承，以支撑所述蜗杆，所述蜗杆通过所述第二减速器与所述第二伺服电机相连，所述第二减速器的壳体固连在所述蜗杆箱体的外箱壁上；所述连接板的下方固连有所述转盘轴承，所述蜗轮轴的第一端安装于所述转盘轴承内，所述蜗轮轴的第二端与所述U形支撑架相连，所述蜗轮安装于所述蜗轮轴上，并通过所述蜗杆箱体侧面的矩形孔与所述蜗杆啮合，通过所述第一伺服电机的驱动以及所述蜗杆、所述蜗轮、所述蜗轮轴的传动，所述U形支撑架能进行转向运动；所述U 形支撑架侧面设有圆柱通孔，圆柱通孔内安装有滚动轴承，用以支撑所述传动轴，所述传动轴上安装有所述行走轮，所述传动轴的端部通过所述第一减速器与所述第一伺服电机相连，所述第一减速器的壳体与所述U形支撑架相连，所述第一伺服电机能通过所述传动轴驱动所述行走轮进行转动；所述车体系统中的U形车体与所述驱动轮系统中的连接板相连，所述车体系统还包括第一托架、第一轴承座、第一液压缸、第一铰链、第三铰链、第二托架、第二液压缸、第二铰链、第二轴承座和第四铰链，所述U形车体的内侧对称安装有所述第一托架与所述第二托架，所述第一托架、所述第二托架分别通过所述第三铰链、所述第四铰链与所述第一液压缸、所述第二液压缸的底部相连，所述第一液压缸的活塞杆、所述第二液压缸的活塞杆分别与所述第一铰链、所述第二铰链相连，所述第一铰链、所述第二铰链分别与所述左摆架系统中的第一悬伸粱、所述右摆架系统中的第二悬伸粱相连；

所述U形车体的下方对称固连有所述第一轴承座和所述第二轴承座，所述第一轴承座和所述第二轴承座内安装有滚动轴承，分别支撑所述左摆架系统的第一摆动轴和所述右摆架系统的第二摆动轴；在所述第一液压缸驱动下，所述左摆架系统中的第一口字型摆架能绕所述第一摆动轴的轴线摆动，在所述第二液压缸驱动下，所述右摆架系统中的第二口字型摆架能绕所述第二摆动轴的轴线摆动；所述左摆架系统还包括第一卷扬机、第一摆臂、第一压辊、第五铰链、第三液压缸、第六铰链、第三托架、第一钢丝绳、第一托辊、第一H形摆动架、第一销轴、第一托辊电机、托辊第一减速器、第二销轴、第一压辊支撑轴、第一耳板、第二耳板和第三销轴，所述第一口字型摆架的下端横梁与所述第一摆动轴固连，所述第一口字型摆架的上端横梁与所述第一卷扬机固连，所述第一口字型摆架的立柱与所述第一悬伸粱固连，所述第一悬伸粱上固连有所述第三托架，所述第三托架上固连有所述第一耳板和所述第二耳板，所述第一摆臂的第一端与所述第一耳板、所述第二耳板上的第三销轴组成转动副，所述第一摆臂的第二端固连有所述第一压辊支撑轴，所述第一压辊支撑轴通过滚动轴承与所述第一压辊相连并构成转动副，所述第三液压缸分别通过所述第五铰链、所述第六铰链与所述第一摆臂、所述第三托架相连，在所述第三液压缸驱动下，所述第一摆臂能绕所述第三销轴的轴线转动；所述第一口字型摆架通过所述第一销轴、所述第二销轴与所述第一H形摆动架的一端相连，所述第一H形摆动架的第二端通过滚动轴承支撑所述第一托辊，所述第一托辊通过所述托辊第一减速器与所述第一托辊电机相连，所述第一托辊与所述第一卷扬机间通过所述第一钢丝绳相连；所述右摆架系统还包括第二卷扬机、第二摆臂、第二压辊、第七铰链、第四液压缸、第八铰链、第四托架、第二钢丝绳、第二托辊、第二H形摆动架、第四销轴、第二托辊电机、托辊第二减速器、第五销轴、421-第二压辊支撑轴、第三耳板、第四耳板和第六销轴，所述第二口字型摆架的下端横梁与所述第二摆动轴固连，所述第二口字型摆架的上端横梁与所述第二卷扬机固连，所述第二口字型摆架的立柱与所述第二悬伸粱固连，所述第二悬伸粱上固连有所述第四托架，所述第四托架上固连有所述第三耳板和所述第四耳板，所述第二摆臂的第一端与所述第三耳板、所述第四耳板上的第六销轴组成转动副，所述第二摆臂的第二端固连有所述第二压辊支撑轴，所述第二压辊支撑轴通过滚动轴承与所述第二压辊相连并构成转动副，所述第四液压缸分别通过所述第七铰链、所述第八铰链与所述第二摆臂、所述第四托架相连，在所述第四液压缸驱动下，所述第二摆臂能绕所述第六销轴的轴线转动；所述第二口字型摆架通过所述第四销轴、所述第五销轴与所述第二H形摆动架的一端相连，所述第二H形摆动架的第二端通过滚动轴承支撑所述第二托辊，所述第二托辊通过所述托辊第二减速器与所述第二托辊电机相连，所述第二托辊与所述第二卷扬机间通过所述第二钢丝绳相连。

优选地，所述第一托辊的两端为圆柱体，中间为V字形圆锥体，所述第一压辊为套筒，其内表面为圆柱孔，外表面为V字形圆锥面，所述第二托辊与所述第一托辊的结构相同、所述第二压辊与所述第一压辊的结构相同；所述第一压辊、所述第一托辊、所述第二压辊和所述第二托辊的轴线均平行，所述第一压辊、所述第二压辊、所述第一托辊、所述第二托辊的各V字形交点位于同一平面内。

优选地，所述第一减速器、所述第二减速器的传动比相等，所述托辊第一减速器、所述托辊第二减速器的传动比相等，所述托辊第一减速器、所述托辊第二减速器的壳体分别与所述第一H形摆动架、所述第二H形摆动架固连。

优选地，所述车体系统的电控系统、所述液压站均安装在所述U形车体的上表面，所述第三液压缸、所述第四液压缸、所述第一液压缸、所述第二液压缸与所述液压站之间通过液压管路连接，所述第一液压缸活塞杆的轴线方向与所述第二液压缸活塞杆的轴线方向相同；所述第一卷扬机、所述第二卷扬机、所述第一托辊电机、所述第二托辊电机、所述第一伺服电机、所述第二伺服电机与所述电控系统之间采用电连接。

优选地，所述车轮装配机使重型矿用自卸车车轮具有六个自由度：沿x 向的移动、沿y向的移动、沿z向的升降、绕z轴的转动、绕x轴的转动和绕 y轴的俯仰转动。

本发明的另一方面，提供一种前述六自由度摆架式车轮装配机的装配方法，其包括以下步骤：S1、同时启动所述第三液压缸、所述第四液压缸，使所述第一摆臂和所述第二摆臂一同向两侧张开，利用天车将重型矿用自卸车车轮吊运至六自由度摆架式车轮装配机的所述第一托辊、所述第二托辊上；S2、通过天车和人工辅助相结合的方式使重型矿用自卸车车轮轴线处于水平状态，同时启动所述第三液压缸、所述第四液压缸，使所述第一摆臂和所述第二摆臂一同向内收缩，所述第一压辊和所述第二压辊压住重型矿用自卸车车轮；S3、同向同速启动所述第一卷扬机和所述第二卷扬机，使重型矿用自卸车车轮升降至设定位置，同向同速启动所述第一托辊电机和所述第二托辊电机，使重型矿用自卸车车轮绕其轴线旋转至设定值，同时启动所述第一液压缸和所述第二液压缸，使重型矿用自卸车车轮的俯仰角达到设定值；S4、驱动所述第一伺服电机与所述第二伺服电机，使六自由度摆架式车轮装配机进行水平移动及转向，并到达安装位置处，在所述安装位置处完成对接装配。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)该发明能实现重型矿用自卸车车轮装配的机械化，减少了人力成本，降低了工人的劳动强度；

(2)提高了重型矿用自卸车车轮装配效率，保证了安装质量的一致性和生产节拍。

附图说明

图1是本发明六自由度摆架式车轮装配机的主视图；

图2是本发明图1的俯视图；

图3是本发明图1的B-B剖视图；

图4是本发明六自由度摆架式车轮装配机驱动轮系统主视图；

图5是本发明图4的A-A剖视图；

图6是本发明六自由度摆架式车轮装配机车体系统主视图；

图7是本发明图6的俯视图；

图8是本发明图6的D-D剖视图；

图9是本发明图7的C-C剖视图；

图10是本发明六自由度摆架式车轮装配机左摆架系统主视图；

图11是本发明图10的右视图；

图12是本发明图10的E-E剖视图；

图13是本发明图10的F-F剖视图；

图14是本发明六自由度摆架式车轮装配机右摆架系统主视图；

图15是本发明图14的左视图；

图16是本发明图14的H-H剖视图；以及

图17是本发明图14的G-G剖视图。

附图标记：

100-驱动轮系统、200-车体系统、300-左摆架系统、400-右摆架系统、500- 电控系统、600-液压站；

101-蜗杆箱体、102-转盘轴承、103-连接板、104-蜗轮、105-蜗轮轴、106-U 形支撑架、107-第一伺服电机、108-第一减速器、109、111-滚动轴承、110-行走轮、112-传动轴、113-蜗杆、114、117-滚动轴承、115-第二伺服电机、116- 第二减速器；

201-第一轴承座、202-U形车体、203-第一液压缸、204-第一铰链、205- 第二铰链、206-第二液压缸、207-第二轴承座、208-第二托架、209-第三铰链、 210-第四铰链、211-第一托架、212、213、214、215-滚动轴承；

301-第一摆动轴、302-第一口字型摆架、303-第一卷扬机、304-第一摆臂、 305-第一压辊、306-第五铰链、307-第三液压缸、308-第六铰链、309-第三托架、310-第一钢丝绳、311-第一托辊、312-第一H形摆动架、313-第一销轴、 314-第一托辊电机、315-托辊第一减速器、316、317-滚动轴承、318-第二销轴、 319、320-滚动轴承、321-第一压辊支撑轴、323-第一耳板、324-第二耳板、325- 第三销轴、326-第一悬伸粱；

401-第二摆动轴、402-第二口字型摆架、403-第二卷扬机、404-第二摆臂、 405-第二压辊、406-第七铰链、407-第四液压缸、408-第八铰链、409-第四托架、410-第二钢丝绳、411-第二托辊、412-第二H形摆动架、413-第四销轴、 414-第二托辊电机、415-托辊第二减速器、416、417-滚动轴承、418-第五销轴、 419、420-滚动轴承、421-第二压辊支撑轴、423-第三耳板、424-第四耳板、425- 第六销轴、426-第二悬伸粱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。为便于读者理解，依据图1 中的方位，对装置进行描述。

实施例

在附图1～图17所示的一种六自由度摆架式车轮装配机示意图中，六自由度摆架式车轮装配机包括驱动轮系统100、车体系统200、左摆架系统300、右摆架系统400、电控系统500和液压站600六个系统，如图1～图3所示，以车轮中心作为坐标原点o，装配机前后移动方向为x向，装配机左右移动方向为y向，竖直方向为z向。

如图4和图5所示，在驱动轮系统100中，U形支撑架106由一个横梁和两个立板构成，蜗轮轴105是一个阶梯轴，其大直径轴段一端面固连在U形支撑架106横梁上表面中心点处，在U形支撑架106的两个立板上各开有一个同轴等直径圆柱通孔，孔内分别安装滚动轴承109、111，传动轴112插入滚动轴承109、111的内环内孔，传动轴112的一端面与第一减速器108的输出轴固连，第一减速器108的壳体固连在U形支撑架106的一个立板侧面上，第一伺服电机107的输出轴与第一减速器108的输入轴固连，第一伺服电机 107的壳体与第一减速器108的壳体固连。蜗轮轴105大直径轴段中部插入蜗轮104的内孔并与其固连，蜗轮104与蜗杆113啮合。蜗轮轴105的小直径轴段插入转盘轴承102的内环内孔并与之固连，转盘轴承102的外环端面固连在连接板103的端面上。蜗杆箱体101是一个长方形箱体，在其长度方向的两个箱板上个开有一个同轴等直径圆柱通孔，孔内分别安装滚动轴承114、117。蜗杆113由三段圆柱组成，其两端为等直径圆柱段，中间为蜗杆，蜗杆113的两端为等直径圆柱段分别插入滚动轴承114、117的内环内孔，一端面与第二减速器116的输出轴固连，第二减速器116的壳体固连在蜗杆箱体101的外箱壁上，第二伺服电机115的输出轴与第二减速器116的输入轴固连，第二伺服电机115的壳体与第二减速器116的壳体固连，蜗杆箱体101固连在连接板 103的端面上。蜗杆箱体101一个侧箱板上开有一个矩形孔，蜗轮104穿过该矩形孔进入蜗杆箱体101并与蜗杆113啮合。

如图6～图9所示，U形车体202为U字形结构，即由一个底梁和两个边梁构成，在U形车体202两个边梁下表面中部分别固连第一轴承座201和第二轴承座207，在第一轴承座201的圆柱孔内安装滚动轴承214、215，在第二轴承座207的圆柱孔内安装滚动轴承212、213，在U形车体202两个边梁下表面靠近底梁处分别固连第一托架211和第二托架208，第一托架211和第二托架208均向内悬伸出U形车体202两个边梁之外，在第一托架211的悬伸处的上表面连接第四铰链210，第四铰链210与第一液压缸203的缸体转动连接，第一铰链204转动连接在第一液压缸203的活塞缸头部；在第二托架208 的悬伸处的上表面连接第三铰链209，第三铰链209与第二液压缸206的缸体转动连接，第二铰链205转动连接在第二液压缸206的活塞缸头部。

如图10～图13所示，在左摆架系统300中，第一口字型摆架302是一个口字型构件，即由两个横梁和两个立柱构成，在其中的一个横梁的两端面上分别固连第一销轴313和第二销轴318，第一销轴313和第二销轴318的轴线位于同一直线上，在第一口字型摆架302的另一个横梁的一个端面上固连第一悬伸粱326。第一H形摆动架312由两个横梁和一个立柱构成，在第一H形摆动架312的两个横梁的头部附近分别各有两个同轴圆柱孔，其中第一H形摆动架312两横梁同一侧的两个圆柱孔分别套入第一销轴313和第二销轴318 并与之形成间隙配合；第一H形摆动架312两横梁另一侧的两个圆柱孔内分别安装滚动轴承316、317；第一口字型摆架302固连第一销轴313和第二销轴318的横梁一侧面中点固连第一摆动轴301，在第一口字型摆架302固连第一悬伸粱326的横粱上表面固连第一卷扬机303；第一托辊311由四段同轴回转体构成：两头为两段小直径圆柱体，中间为两段圆锥体，该两段圆锥体外轮廓构成V字形，第一托辊311两头的两段小直径圆柱体分别插入滚动轴承316、 317的内环内孔中，其中一个小直径圆柱体端部与托辊第一减速器315的输出轴固连，托辊第一减速器315的壳体与第一H形摆动架312固连，第一托辊电机314的输出轴与托辊第一减速器315的输入轴固连，第一托辊电机314 的壳体与托辊第一减速器315的壳体固连。第一钢丝绳310一端固定并缠绕在第一卷扬机303的卷筒上，另一端与第一H形摆动架312的立柱固定。第一悬伸粱326上表面端部附近分别固连第一耳板323和第二耳板324，第一耳板 323和第二耳板324上各有一个等直径同轴圆柱孔，在第一摆臂304一端部有一个圆柱孔，第一摆臂304位于第一耳板323和第二耳板324之间且与之形成间隙配合，第三销轴325同时插入第一耳板323、第一摆臂304和第二耳板324 的圆柱孔内，第一摆臂304的圆柱孔与第三销轴325形成间隙配合。在第一悬伸粱326一侧表面端部附近固连第三托架309，第六铰链308固连在第三托架 309上，第三液压缸307的缸体端面与第六铰链308转动连接，第五铰链306 转动连接在第三液压缸307的活塞杆端部，第五铰链306固连在第一摆臂304 一侧壁上。第一压辊支撑轴321是一个阶梯轴，其大直径端面固连在第一摆臂 304另一端部侧面上，第一压辊305是一个套筒，其内表面为圆柱孔，外表面由两段外圆锥面构成，其轴向剖面呈V字形，在第一压辊305的圆柱孔中安装滚动轴承319、320，第一压辊支撑轴321的小直径轴段插入滚动轴承319、320的内环内孔。

如图14～图17所示，在左摆架系统400中，第二口字型摆架402是一个口字型构件，即由两个横梁和两个立柱构成，在其中的一个横梁的两端面上分别固连第四销轴413和第五销轴418，第四销轴413和第五销轴418的轴线位于同一直线上，在第二口字型摆架402的另一个横梁的一个端面上固连第二悬伸粱426。第二H形摆动架412由两个横梁和一个立柱构成，在第二H形摆动架412的两个横梁的头部附近分别各有两个同轴圆柱孔，其中第二H形摆动架412两横梁同一侧的两个圆柱孔分别套入第四销轴413和第五销轴418 并与之形成间隙配合；第二H形摆动架412两横梁另一侧的两个圆柱孔内分别安装滚动轴承416、417；第二口字型摆架402固连第四销轴413和第五销轴418的横梁一侧面中点固连第二摆动轴401，在第二口字型摆架402固连第二悬伸粱426的横粱上表面固连第二卷扬机403；第二托辊411由四段同轴回转体构成：两头为两段小直径圆柱体，中间为两段圆锥体，该两段圆锥体外轮廓构成V字形，第二托辊411两头的两段小直径圆柱体分别插入滚动轴承416、 417的内环内孔中，其中一个小直径圆柱体端部与托辊第二减速器415的输出轴固连，托辊第二减速器415的壳体与第二H形摆动架412固连，第二托辊电机414的输出轴与托辊第二减速器415的输入轴固连，第二托辊电机414 的壳体与托辊第二减速器415的壳体固连。第二钢丝绳410一端固定并缠绕在第二卷扬机403的卷筒上，另一端与第二H形摆动架412的立柱固定。第二悬伸粱426上表面端部附近分别固连第三耳板423和第四耳板424，第三耳板 423和第四耳板424上各有一个等直径同轴圆柱孔，在第二摆臂404一端部有一个圆柱孔，第二摆臂404位于第三耳板423和第四耳板424之间且与之形成间隙配合，第六销轴425同时插入第三耳板423、第二摆臂404和第四耳板424 的圆柱孔内，第二摆臂404的圆柱孔与第六销轴425形成间隙配合。在第二悬伸粱426一侧表面端部附近固连第四托架409，第八铰链408固连在第四托架 409上，第四液压缸407的缸体端面与第八铰链408转动连接，第五铰链306 转动连接在第三液压缸307的活塞杆端部，第七铰链406固连在第二摆臂404 一侧壁上。第二压辊支撑轴421是一个阶梯轴，其大直径端面固连在第二摆臂 404另一端部侧面上，第二压辊405是一个套筒，其内表面为圆柱孔，外表面由两段外圆锥面构成，其轴向剖面呈V字形，在第二压辊405的圆柱孔中安装滚动轴承419、420，第二压辊支撑轴421的小直径轴段插入滚动轴承419、 420的内环内孔。

各系统间的连接关系为，车体系统200的U形车体202的下表面的4个角点处分别安装4个驱动轮系统100，即每个驱动轮系统100的连接板103均与U形车体202的下表面固连；左摆架系统300的第一摆动轴301插入车体系统200的滚动轴承214、215的内环内孔中，右摆架系统400的第二摆动轴 401插入车体系统200的滚动轴承212、213的内环内孔中；车体系统200的第一铰链204与左摆架系统300的第一悬伸粱326相连，车体系统200的第二铰链205与右摆架系统400的第二悬伸粱426相连；电控系统500、液压站600 安装在U形车体202的上表面。

第一液压缸203活塞杆的运动将带动第一口字型摆架302及与之相连的所有构件一同绕第一摆动轴301的轴线摆动；第二液压缸206活塞杆的运动将带动第二口字型摆架402及与之相连的所有构件一同绕第二摆动轴401的轴线摆动。

第一压辊305、第二压辊405、第一托辊311、第二托辊411的各V字形交点位于同一平面内。

当第三液压缸307活塞杆向外伸出时，将推动第一摆臂304、第一压辊支撑轴321、第一压辊305等构件一同转动，从而使第一压辊305脱离重型矿用自卸车车轮；当第三液压缸307活塞杆向内缩回时，将拉动第一摆臂304、第一压辊支撑轴321、第一压辊305等构件一同转动，从而使第一压辊305压紧重型矿用自卸车车轮。当第四液压缸407活塞杆向外伸出时，将推动第二摆臂 404、第二压辊支撑轴421、第二压辊405等构件一同转动，从而使第二压辊 405脱离重型矿用自卸车车轮；当第四液压缸407活塞杆向内缩回时，将拉动第二摆臂404、第二压辊支撑轴421、第二压辊405等构件一同转动，从而使第二压辊405压紧重型矿用自卸车车轮。

第三液压缸307、第四液压缸407的工作压力保持不变，即施加给第一压辊305、第二压辊405的重型矿用自卸车车轮压紧力接近定值，当第一托辊311、第二托辊411带动重型矿用自卸车车轮上下运动时，第三液压缸307、第四液压缸407将作随动运动，该过程中第三液压缸307、第四液压缸407中的压力保持不变。

第一减速器315、第二减速器415的传动比相等；

第三液压缸307、第四液压缸407、第一液压缸203、第二液压缸206与液压站600之间由液压管路连接；

第一卷扬机303、第二卷扬机403、第一托辊电机314、第二托辊电机414、第一伺服电机107、第二伺服电机115与电控系统500之间采用电连接；

本发明六自由度摆架式车轮装配机具有六个自由度，从而能对重型矿用自卸车车轮进行六个自由度调整，六个自由度分别包括：

1)在水平面内沿重型矿用自卸车车轮轴线移动，即x方向移动：

启动4个第二伺服电机115，通过4个第二减速器116、4个蜗杆113、4 个蜗轮104、4个蜗轮轴105、4个U形支撑架106带动4个传动轴112连同4 个行走轮110旋转到4个行走轮110轴线均与车轮轴线垂直，同时启动4个第一伺服电机107，通过4个第一减速器108、4个传动轴112带动4个行走轮 110同时同速旋转，六自由度摆架式车轮装配机整体沿x方向移动，从而带动重型矿用自卸车车轮进行x方向的位置调整。

2)在水平面内沿与车轮轴线垂直方向，即y方向移动：

启动4个第二伺服电机115，通过4个第二减速器116、4个蜗杆113、4 个蜗轮104、4个蜗轮轴105、4个U形支撑架106带动4个传动轴112连同4 个行走轮110旋转到4个行走轮110轴线均与车轮轴线平行，同时启动4个第一伺服电机107，通过4个第一减速器108、4个传动轴112带动4个行走轮 110同时同速旋转，六自由度摆架式车轮装配机整体沿y方向移动，从而带动重型矿用自卸车车轮进行y方向的位置调整。

3)以最小半径转弯，即绕z轴转动：

当左侧两个行走轮驱使六自由度摆架式车轮装配机整体前移，而右侧两个行走轮驱使六自由度摆架式车轮装配机整体后移，则六自由度摆架式车轮装配机整体将以最小半径原地旋转；当左侧两个行走轮驱使六自由度摆架式车轮装配机整体后移，而右侧两个行走轮驱使六自由度摆架式车轮装配机整体前移，则六自由度摆架式车轮装配机整体将以最小半径原地反向旋转，从而带动重型矿用自卸车车轮进行绕z轴的角度调整。

4)重型矿用自卸车车轮旋转，即绕x方向旋转：

第一托辊电机314通过减速器托辊第一减速器315带动第一托辊311旋转；第二托辊电机414通过减速器托辊第二减速器415带动第二托辊411旋转；当同速同向启动第一托辊电机314和第二托辊电机414时，第一托辊311、第二托辊411将同时驱动重型矿用自卸车车轮旋转，重型矿用自卸车车轮驱动第一压辊305、压辊第二压辊405旋转，即第一压辊305、第二压辊405的旋转是被动的，从而带动重型矿用自卸车车轮进行自转，以进行绕x轴的角度调整。

5)重型矿用自卸车车轮升降，即沿z方向移动：

第一卷扬机303通过第一钢丝绳310拉动第一H形摆动架312连同第一托辊311、托辊第一减速器315、第一托辊电机314一同绕第一销轴313和第二销轴318的轴线转动；第二卷扬机403通过第二钢丝绳410拉动第二H形摆动架412连同第二托辊411、托辊第二减速器415、第二托辊电机414一同绕第四销轴413和第五销轴418的轴线转动；当第一H形摆动架312逆时针转动，第二H形摆动架412顺时针转动时重型矿用自卸车车轮上升；当第一H 形摆动架312顺时针转动，第二H形摆动架412逆时针转动时重型矿用自卸车车轮下降。此过程中，第一摆臂304、第一压辊305、第二摆臂404、第二压辊405等构件将随着重型矿用自卸车车轮的升降而摆动，但第一压辊305、第二压辊405施加给重型矿用自卸车车轮的压紧力接近定值，从而实现重型矿用自卸车车轮进行z向的升降。

6)重型矿用自卸车车轮俯仰摆动，即绕y轴旋转：

重型矿用自卸车的传动桥在安装车轮前一般均有一个2度左右俯仰角，以保证车轮承重时车轮轴线平行于地面。第一液压缸203活塞杆的运动将带动第一口字型摆架302及与之相连的所有构件一同绕第一摆动轴301的轴线摆动；第二液压缸206活塞杆的运动将带动第二口字型摆架402及与之相连的所有构件一同绕第二摆动轴401的轴线摆动。当第一液压缸203和第二液压缸206 的活塞杆同时同速伸出或缩回时，第一口字型摆架302和第二口字型摆架402 及与之相连的所有构件及重型矿用自卸车车轮一同绕第一摆动轴301和第二摆动轴401的轴线同向同速摆动，从而带动重型矿用自卸车车轮进行绕y轴的角度调整，以保持与其它设备连接面的平行度。

本发明的工作过程如下：

参见附图1～图17，首先同时启动第三液压缸307、第四液压缸407使两个液压缸的活塞杆伸出，则第一摆臂304和第二摆臂404连同与之相连的其它构件一同向两侧张开，用天车将重型矿用自卸车车轮吊运到六自由度摆架式车轮装配机的第一托辊311、第二托辊411上，用天车加人工辅助方式使重型矿用自卸车车轮轴线处于水平状态，此时，重型矿用自卸车车轮轴线方向与坐标系x方向重合，同时启动第三液压缸307、第四液压缸407使两个液压缸的活塞杆向内收缩，则第一摆臂304和第二摆臂404连同与之相连的其它构件一同向内侧摆动，第一压辊311和第二压辊411将几乎同时压住重型矿用自卸车车轮。由于第一托辊311、第二托辊411和第一压辊311、第二压辊411的外形均为V字形，故刚好卡住重型矿用自卸车车轮使其不能轴向移动。

启动六自由度摆架式车轮装配机整体移动及旋转功能，使重型矿用自卸车车轮到达安装位置附近，开始精确调整重型矿用自卸车车轮位置；通过六自由度的精确调整使重型矿用自卸车车轮到达正确安装位置及所需姿态，将重型矿用自卸车车轮送入安装位，人工拧上若干连接螺母后，六自由度摆架式车轮装配机整体撤离，重型矿用自卸车车轮的安装过程结束。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种六自由度摆架式车轮装配机，其包括驱动轮系统、车体系统、左摆架系统、右摆架系统、电控系统和液压站，其特征在于，

所述驱动轮系统包括蜗杆箱体、转盘轴承、连接板、蜗轮、蜗杆、蜗轮轴、U形支撑架、第一伺服电机、第一减速器、第二伺服电机、第二减速器、行走轮和传动轴，所述连接板的下方固连有所述蜗杆箱体，所述蜗杆箱体设有圆柱孔，圆柱孔内安装有滚动轴承，以支撑所述蜗杆，所述蜗杆通过所述第二减速器与所述第二伺服电机相连，所述第二减速器的壳体固连在所述蜗杆箱体的外箱壁上；

所述连接板的下方固连有所述转盘轴承，所述蜗轮轴的第一端安装于所述转盘轴承内，所述蜗轮轴的第二端与所述U形支撑架相连，所述蜗轮安装于所述蜗轮轴上，并通过所述蜗杆箱体侧面的矩形孔与所述蜗杆啮合，通过所述第一伺服电机的驱动以及所述蜗杆、所述蜗轮、所述蜗轮轴的传动，所述U形支撑架能进行转向运动；

所述U形支撑架侧面设有圆柱通孔，圆柱通孔内安装有滚动轴承，用以支撑所述传动轴，所述传动轴上安装有所述行走轮，所述传动轴的端部通过所述第一减速器与所述第一伺服电机相连，所述第一减速器的壳体与所述U形支撑架相连，所述第一伺服电机能通过所述传动轴驱动所述行走轮进行转动；

所述车体系统中的U形车体与所述驱动轮系统中的连接板相连，所述车体系统还包括第一托架、第一轴承座、第一液压缸、第一铰链、第三铰链、第二托架、第二液压缸、第二铰链、第二轴承座和第四铰链，所述U形车体的内侧对称安装有所述第一托架与所述第二托架，所述第一托架、所述第二托架分别通过所述第三铰链、所述第四铰链与所述第一液压缸、所述第二液压缸的底部相连，所述第一液压缸的活塞杆、所述第二液压缸的活塞杆分别与所述第一铰链、所述第二铰链相连，所述第一铰链、所述第二铰链分别与所述左摆架系统中的第一悬伸粱、所述右摆架系统中的第二悬伸粱相连；

所述U形车体的下方对称固连有所述第一轴承座和所述第二轴承座，所述第一轴承座和所述第二轴承座内安装有滚动轴承，分别支撑所述左摆架系统的第一摆动轴和所述右摆架系统的第二摆动轴；

在所述第一液压缸驱动下，所述左摆架系统中的第一口字型摆架能绕所述第一摆动轴的轴线摆动，在所述第二液压缸驱动下，所述右摆架系统中的第二口字型摆架能绕所述第二摆动轴的轴线摆动；

所述左摆架系统还包括第一卷扬机、第一摆臂、第一压辊、第五铰链、第三液压缸、第六铰链、第三托架、第一钢丝绳、第一托辊、第一H形摆动架、第一销轴、第一托辊电机、托辊第一减速器、第二销轴、第一压辊支撑轴、第一耳板、第二耳板和第三销轴，所述第一口字型摆架的下端横梁与所述第一摆动轴固连，所述第一口字型摆架的上端横梁与所述第一卷扬机固连，所述第一口字型摆架的立柱与所述第一悬伸粱固连，所述第一悬伸粱上固连有所述第三托架，所述第三托架上固连有所述第一耳板和所述第二耳板，所述第一摆臂的第一端与所述第一耳板、所述第二耳板上的第三销轴组成转动副，所述第一摆臂的第二端固连有所述第一压辊支撑轴，所述第一压辊支撑轴通过滚动轴承与所述第一压辊相连并构成转动副，所述第三液压缸分别通过所述第五铰链、所述第六铰链与所述第一摆臂、所述第三托架相连，在所述第三液压缸驱动下，所述第一摆臂能绕所述第三销轴的轴线转动；

所述第一口字型摆架通过所述第一销轴、所述第二销轴与所述第一H形摆动架的一端相连，所述第一H形摆动架的第二端通过滚动轴承支撑所述第一托辊，所述第一托辊通过所述托辊第一减速器与所述第一托辊电机相连，所述第一托辊与所述第一卷扬机间通过所述第一钢丝绳相连；

所述右摆架系统还包括第二卷扬机、第二摆臂、第二压辊、第七铰链、第四液压缸、第八铰链、第四托架、第二钢丝绳、第二托辊、第二H形摆动架、第四销轴、第二托辊电机、托辊第二减速器、第五销轴、421-第二压辊支撑轴、第三耳板、第四耳板和第六销轴，所述第二口字型摆架的下端横梁与所述第二摆动轴固连，所述第二口字型摆架的上端横梁与所述第二卷扬机固连，所述第二口字型摆架的立柱与所述第二悬伸粱固连，所述第二悬伸粱上固连有所述第四托架，所述第四托架上固连有所述第三耳板和所述第四耳板，所述第二摆臂的第一端与所述第三耳板、所述第四耳板上的第六销轴组成转动副，所述第二摆臂的第二端固连有所述第二压辊支撑轴，所述第二压辊支撑轴通过滚动轴承与所述第二压辊相连并构成转动副，所述第四液压缸分别通过所述第七铰链、所述第八铰链与所述第二摆臂、所述第四托架相连，在所述第四液压缸驱动下，所述第二摆臂能绕所述第六销轴的轴线转动；

所述第二口字型摆架通过所述第四销轴、所述第五销轴与所述第二H形摆动架的一端相连，所述第二H形摆动架的第二端通过滚动轴承支撑所述第二托辊，所述第二托辊通过所述托辊第二减速器与所述第二托辊电机相连，所述第二托辊与所述第二卷扬机间通过所述第二钢丝绳相连。

2.根据权利要求1所述的六自由度摆架式车轮装配机，其特征在于，所述第一托辊的两端为圆柱体，中间为V字形圆锥体，所述第一压辊为套筒，其内表面为圆柱孔，外表面为V字形圆锥面，所述第二托辊与所述第一托辊的结构相同、所述第二压辊与所述第一压辊的结构相同；

所述第一压辊、所述第一托辊、所述第二压辊和所述第二托辊的轴线均平行，所述第一压辊、所述第二压辊、所述第一托辊、所述第二托辊的各V字形交点位于同一平面内。

3.根据权利要求1所述的六自由度摆架式车轮装配机，其特征在于，所述第一减速器、所述第二减速器的传动比相等，所述托辊第一减速器、所述托辊第二减速器的传动比相等，所述托辊第一减速器、所述托辊第二减速器的壳体分别与所述第一H形摆动架、所述第二H形摆动架固连。

4.根据权利要求3所述的六自由度摆架式车轮装配机，其特征在于，所述车体系统的电控系统、所述液压站均安装在所述U形车体的上表面，所述第三液压缸、所述第四液压缸、所述第一液压缸、所述第二液压缸与所述液压站之间通过液压管路连接，所述第一液压缸活塞杆的轴线方向与所述第二液压缸活塞杆的轴线方向相同；

所述第一卷扬机、所述第二卷扬机、所述第一托辊电机、所述第二托辊电机、所述第一伺服电机、所述第二伺服电机与所述电控系统之间采用电连接。

5.根据权利要求4所述的六自由度摆架式车轮装配机，其特征在于，所述车轮装配机使重型矿用自卸车车轮具有六个自由度：沿x向的移动、沿y向的移动、沿z向的升降、绕z轴的转动、绕x轴的转动和绕y轴的俯仰转动。

6.一种根据权利要求1至5之一所述六自由度摆架式车轮装配机的装配方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、同时启动所述第三液压缸、所述第四液压缸，使所述第一摆臂和所述第二摆臂一同向两侧张开，利用天车将重型矿用自卸车车轮吊运至六自由度摆架式车轮装配机的所述第一托辊、所述第二托辊上；

S2、通过天车和人工辅助相结合的方式使重型矿用自卸车车轮轴线处于水平状态，同时启动所述第三液压缸、所述第四液压缸，使所述第一摆臂和所述第二摆臂一同向内收缩，所述第一压辊和所述第二压辊压住重型矿用自卸车车轮；

S3、同向同速启动所述第一卷扬机和所述第二卷扬机，使重型矿用自卸车车轮升降至设定位置，同向同速启动所述第一托辊电机和所述第二托辊电机，使重型矿用自卸车车轮绕其轴线旋转至设定值，同时启动所述第一液压缸和所述第二液压缸，使重型矿用自卸车车轮的俯仰角达到设定值；以及

S4、驱动所述第一伺服电机与所述第二伺服电机，使六自由度摆架式车轮装配机进行水平移动及转向，并到达安装位置处，在所述安装位置处下完成对接装配。

Images