CN111515998B - 基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳 - Google Patents

Abstract

基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳，属于多功能工程属具。包括一个机架(1)、两个工作液压缸(2)、四个抱爪(3)、四个定位导向套筒(4)，四个圆柱凸轮(5)、四个运动转换滑块(6)、四个功能连杆(7)，两个钳剪基座(8)、两个功能液压缸(9)；本发明集成度高，结构简单，实现了只采用一个工程属具，实现破碎、剪切及抱抓功能，并保留原有液压破碎钳的省力结构；通过空间四杆机构，可快速完成钳剪装置、抱抓装置间的转换，并且在各工作状态下满足工作要求，没有发生运动干涉。

Description

基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳

技术领域

本发明涉及机械设计、液压控制、抗震减灾技术领域，具体属于多功能工程属具。

背景技术

近年来，地震灾害频发，国家经济建设和人民生命财产安全遭到破坏和损失。故使用高效的震后救灾设备进行灾区的抢险救灾工作有着重要意义。参考目前抗震救灾救援可以看出，液压钳和液压抱爪在救险救灾的破拆、清理工作中都起到了重要作用，所以实现一机多用对于灾后的破拆工作或者经济建设都具有极其重要的现实意义。目前，在同一台救援设备上实现多功能操作采用的结构多为双臂结构，具体实现为单一机械臂装有单一属具进行工作。这种方案存在操作不便、制造困难、造价高昂等缺点。现需要设计一种新型属具，具备钳剪和抱抓功能。

发明内容

本发明目的是实现一种属具同时具有破碎水泥、剪切钢筋以及搬运废料的功能。克服技术障碍，实现在一种属具上具备多种功能，并设计合理。

基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳，其特征在于，包括一个机架(1)、两个工作液压缸(2)、四套抱爪系统、四个定位导向套筒(4)，四个圆柱凸轮(5)、四个运动转换滑块(6)、四个功能连杆(7)，两个钳剪基座(8)、两个功能液压缸(9)；工作液压缸(2)和功能液压缸(9)通过控制设备进行控制运动。

机架(1)为T型板块结构；垂直板块的方向称为x轴方向，与T型中心对称轴平行的轴为z轴，与x轴和z轴垂直的轴为y轴，z轴方向为上下方向；

钳剪基座(8)是一个长方体，长方体相背且平行的两侧设有贯通的空腔(10)，空腔(10)的贯通长度方向沿x轴方向；长方体一侧面设计有一段凸起的破碎刃口(13)和一段凸起的剪切刃口(14)，此侧面垂直y轴；两个钳剪基座(8)的连个带有破碎刃口(13)和凸起的剪切刃口(14)的侧面相对。

每个圆柱凸轮(5)为柱状空腔结构，圆柱凸轮(5)的侧面设有一条长度方向沿轴向的直线长方形孔槽(51)，长方形孔槽(51)的深度将空腔内外贯通，同时长方形孔槽(51)一直穿通圆柱凸轮(5)的一端；同时圆柱凸轮(5)的侧面还设有一曲线孔槽(52)，曲线孔槽(52)整体的长度走向是曲线型的，且沿长度方向在圆柱凸轮(5)的两端均有预留没有曲线孔槽(52)，曲线孔槽(52)的深度将空腔内外贯通；曲线孔槽(52)和长方形孔槽(51)是分别独立的；

抱爪系统包括抱爪(3)、定位导向套筒(4)、圆柱凸轮(5)、、运动转换滑块(6)、功能连杆(7)、连接轴(15)等，抱爪(3)是截面为镰刀的块状结构，所述的截面垂直x轴，镰刀的尖端朝下，宽端在上，每一个抱爪(3)上部垂直镰刀面的侧面即垂直x轴的一个侧面设有一圆柱杆装的连接轴(15)，连接轴(15)的长度方向沿x轴方向，连接轴(15)的一端垂直固定到抱爪(3)上，连接轴(15)的一端上同轴外侧套有运动转换滑块(6)，运动转换滑块(6)相对连接轴(15)只能沿连接轴(15)的周向转动，相对连接轴(15)的轴向固定即不能在连接轴(15)上沿轴长滑动；运动转换滑块(6)为环状结构，运动转换滑块(6)环状结构的端面与功能连杆(7)的一端进行转动副A连接，功能连杆(7)可绕转动副A的转动轴转动，转动副A转动轴垂直x轴；功能连杆(7)的另一端与功能液压缸(9)的一端进行转动副B固定连接，功能连杆(7)可绕此转动副B的转动轴转动，此转动副B的转动轴与上述转动副A的转动轴平行，功能液压缸(9)的另一端与钳剪基座(8)固定到一起；同时连接轴(15)外周侧面设有一个垂直连接轴(15)中心轴的定位导向支柱(16)，定位导向支柱(16)外同轴套有可相对支柱(16)中心轴转动的定位导向套筒(4)；每个连接轴(15)外均同轴配有一个圆柱凸轮(5)，其中定位导向套筒(4)位于圆柱凸轮(5)的曲线孔槽(52)内，用于定位带动抱爪(3)在垂直x轴的平面被进行不同角度的转动，实现抓抱；功能连杆(7)穿过圆柱凸轮(5)的长方形孔槽(51)，长方形孔槽(51)用于限位功能连杆(7)在所述的长方形孔槽(51)内做直线摆动，转动副A位于圆柱凸轮(5)内部，转动副B位于圆柱凸轮(5)外部；

每个钳剪基座(8)内的空腔(10)内设有两套抱爪系统，两套抱爪系统镜面对称，两个功能连杆(7)的另一端与功能液压缸(9)的一端进行转动副B固定连接，两个转动副B集合成一个运动副，两个功能连杆(7)的另一端绕同一个转轴扎起同一个平面内摆动或转动；功能液压缸(9)运动时带动两个功能连杆(7)摆动或转动，从而推动两个抱爪(3)沿x轴相向或背向运动；

机架(1)T型板块结构的一侧面即与x轴平行与与轴垂直的侧面，T型板块结构的上端部与一个工作液压缸(2)的一端采用转动副C固定连接，转动副C的转轴与x轴平行，工作液压缸(2)的一端可绕转动副C的转轴转动；工作液压缸(2)的另一端与钳剪基座(8)长方体上端面采用转动副D固定连接，转动副D的转轴与x轴平行，工作液压缸(2)的另一端可绕转动副D的转轴转动；钳剪基座(8)长方体上端面还与机架(1)T型板块结构侧面的下端采用转动副E固定连接，转动副E的转轴与x轴平行，钳剪基座(8)可绕转动副E的转轴转动；机架(1)、工作液压缸(2)、钳剪基座(8)、上端面组成平面四连杆结构；机架(1)T型板块结构的相背的另一侧面配有相同的结构连接。使得整个基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳为对称结构。

运动转换滑块(6)环状结构一端端面固定设有凸起的带有圆孔(61)的固定片(62)，一端端面固定设有两个平行相对的固定片(62)，两个固定片(62)均与轴平行，两个固定片(62)上的圆孔(61)相对，两圆孔(61)的中心连线垂直x轴；上述两个固定片(62)之间设有一个功能连杆(7)，功能连杆(7)的一端为带孔的片状结构，此端平行地位于对应的量固定片(62)之间，功能连杆(7)的孔与固定片(62)的两圆孔平行，三个孔采用转轴连接，使得功能连杆(7)可绕转轴在平面内转动；

圆柱凸轮(5)的外侧设有定位凸块；钳剪基座(8)的空腔(10)内设有定位凹槽，上述的定位凸块和定位凹槽相配合使得圆柱凸轮(5)固定到钳剪基座(8)的空腔(10)内。

钳剪基座(8)长方体上端面顶角设有一凸起的柱形腔轴孔(11)，通过柱形腔轴孔(11)与机架(1)组成转动副；长方体的上端另一顶角设有一固定的柱形定位转轴(12)，柱形定位转轴(12)与工作液压缸(2)组成对应的转动副；轴孔(11)和定位转轴(12)的长度方向沿x轴方向。

钳剪基座(8)垂直x轴的两端面的空腔(10)的形状为与抱爪(3)一样，并用于和能够容纳抱爪(3)。

钳剪基座(8)侧面带有破碎刃口(13)的位置低于带凸起的剪切刃口(14)的位置。

曲线孔槽(52)沿长度走向的形状为：靠近抱爪(3)的部分为与长方形孔槽(51)平行的一段直线段A，远离抱爪(3)的部分为与长方形孔槽(51)平行的一段直线段B，直线段A相对直线段B更靠近长方形孔槽(51)；直线段A和直线段B采用斜直线段孔槽连通。

本发明具有钳剪装置A、抱抓装置B、功能转换装置C；

作为钳剪装置A工作时，功能液压缸(9)活塞缩回，抱爪(3)一部分隐藏于钳剪基座(8)的空腔中，工作液压缸(2)工作时提供动力，推动钳剪基座(8)做相向运动，通过钳剪基座(8)的破碎刃口和剪切刃口实现破碎、剪切功能。

作为抱抓装置B工作时，功能液压缸(9)活塞伸出，抱爪(3)已经完成推出和角度旋转，同一钳剪基座(8)的抱爪(3)间距增大，两钳剪基座(8)上同侧的抱爪(3)间的距离减小且小于钳剪刃间的距离。工作液压缸(2)工作时提供动力，推动钳剪基座(8)做相向运动，带动抱爪(3)实现抱抓功能。

功能转换装置C工作时，功能液压缸(9)工作，活塞逐渐伸出，驱动功能连杆(7)使运动转换滑块(6)在圆柱凸轮(5)的轴线上实现直线运动。运动转换滑块(6)与功能连杆(7)的铰接点做直线运动的同时，运动转换滑块(6)另一侧相连的抱爪(3)及与抱爪(3)连接的定位导向套筒(4)先沿圆柱凸轮(5)的空间曲线孔槽一端的长直线孔槽运动，实现隐藏于钳剪基座(8)空腔内的抱爪(3)推出；再沿空间曲线孔槽的空间螺旋孔槽运动，完成抱爪(3)旋转的同时并二次推出的耦合运动；最后再沿空间曲线孔槽的短直线孔槽运动，抱爪(3)第三次推出，定位导向套筒(4)完全进入短直线孔槽从而实现抱爪(3)的定位。抱爪(3)完成沿圆柱凸轮(5)空间曲线孔槽的运动后，可实现从钳剪装置A向抱抓装置B的转换。功能液压缸(9)工作，活塞逐渐缩回时，实现从抱抓装置B向钳剪装置A的转换。

本发明的有益效果如下：

本发明集成度高，结构简单，实现了只采用一个工程属具，实现破碎、剪切及抱抓功能，并保留原有液压破碎钳的省力结构。

本发明的功能转换基于空间四杆机构，通过空间四杆机构，抱爪(3)可切换不同的构型，进而快速完成钳剪装置、抱抓装置间的转换，并且在各工作状态下满足工作要求，没有发生运动干涉。

本发明利用功能转换装置在工作时，同一钳剪基座(8)的抱爪(3)从钳剪基座(8)空腔推出的同时抱爪(3)完成旋转，实现钳剪装置A与抱抓装置B可相互转换，使属具作为钳剪装置A时钳剪基座(8)厚度尽量小，抱抓时同一钳剪基座(8)的抱爪(3)距离间距离尽可能大，增加属具实用性和可靠性。

附图说明

图1整体装配主视图；

图2局部爆炸视图；

图3钳剪基座断面图；

图4钳剪时抱爪状态；

图5钳剪时钳剪基座局部视图；

图6钳剪时属具主视图；

图7钳剪时属具轴测图；

图8抱抓时抱爪状态；

图9抱抓时钳剪基座局部视图；

图10抱抓时属具主视图；

图11抱抓时属具轴测图；

图12为抱爪系统结构示意图。

图中：1—机架，2—工作液压缸，3—抱爪，4—定位导向套筒，5—圆柱凸轮，6—运动转换滑块，7—功能连杆，8—钳剪基座，9—功能液压缸，10-空腔，11-柱形腔轴孔，12-柱形定位转轴，13-破碎刃口，14-剪切刃口，15-连接轴，16-导向支柱，51-长方形孔槽，52-曲线孔槽，61-圆孔，62-固定片。

具体实施方式

下面结合附图说明下具体实施方式：

如图4、图8所示，属具抱爪(3)在破碎、抱抓状态时的构型，功能液压缸(9)从图4时的收缩状态变为图8时的伸出状态，实现钳剪状态到抱抓状态的转换。如图4、图5所示，钳碎状态时，功能液压缸(9)收缩，定位导向套筒(4)在圆柱凸轮(5)的空间曲线槽的长直线槽内，抱爪(3)不受力且半隐藏于钳剪基座(8)的空腔内，钳剪基座(8)的厚度要小于抱抓状态下的厚度，减小抱爪(3)对钳剪过程的干扰。如图8、图9所示，抱抓过程中，功能液压缸(9)伸出，定位导向套筒(4)在圆柱凸轮(5)的空间曲线槽的短直线槽内，抱爪(3)推出且通过圆柱凸轮(5)空间曲线槽内的定位导向套筒(4)实现定位，抱抓工作时抱爪(3)推出可增加抱抓的面积提高抱抓能力，抱爪(3)受到的力通过抱爪(3)上的阶梯轴传递到钳剪基座(8)。

如图6、图7所示，破碎初始状态下，工作液压缸(2)处于收缩状态，功能液压缸(9)处于收缩状态。属具工作模式为：

工作液压缸(2)收缩，钳口张开，属具移动到水泥柱处，工作液压缸(2)工作，活塞伸长，驱动钳刃将水泥柱钳碎。钳碎过程中，工作液压缸反复运动，将水泥充分破碎，将钢筋露出。钳刃齿形交错，加快了水泥的钳碎速度。

如图10、图11所示，抱抓初始状态下，工作液压缸(2)处于收缩状态，功能液压缸(9)处于伸长状态。属具工作模式为：

工作液压缸(2)收缩，抱爪张开，属具移动到工作目标处，工作液压缸(2)工作，活塞伸长，驱动抱爪夹住工作目标。抱爪过程中，抱爪伸出并旋转一定角度，增加了液压钳的厚度，抱抓能力随之得到提升。

Claims (8)

1.一种基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳，其特征在于，包括一个机架（1）、两个工作液压缸（2）、四套抱爪系统、四个定位导向套筒（4），四个圆柱凸轮（5）、四个运动转换滑块（6）、四个功能连杆（7），两个钳剪基座（8）、两个功能液压缸（9）；工作液压缸（2）和功能液压缸（9）通过控制设备进行控制运动；

机架（1）为T型板块结构；垂直板块的方向称为x轴方向，与T型中心对称轴平行的轴为z轴，与x轴和z轴垂直的轴为y轴，z轴方向为上下方向；

钳剪基座（8）是一个长方体，长方体相背且平行的两侧设有贯通的空腔（10），空腔（10）的贯通长度方向沿x轴方向；长方体一侧面设计有一段凸起的破碎刃口（13）和一段凸起的剪切刃口（14），此侧面垂直y轴；两个钳剪基座（8）的连个带有破碎刃口（13）和凸起的剪切刃口（14）的侧面相对；

每个圆柱凸轮（5）为柱状空腔结构，圆柱凸轮（5）的侧面设有一条长度方向沿轴向的直线长方形孔槽（51），长方形孔槽（51）的深度将空腔内外贯通，同时长方形孔槽（51）一直穿通圆柱凸轮（5）的一端；同时圆柱凸轮（5）的侧面还设有一曲线孔槽（52），曲线孔槽（52）整体的长度走向是曲线型的，且沿长度方向在圆柱凸轮（5）的两端均预留有曲 线孔槽（52），曲线孔槽（52）的深度将空腔内外贯通；曲线孔槽（52）和长方形孔槽（51）是分别独立的；

抱爪系统包括抱爪（3）、定位导向套筒（4）、圆柱凸轮（5）、运动转换滑块（6）、功能连杆（7）、连接轴（15），抱爪（3）是截面为镰刀的块状结构，所述的截面垂直x轴，镰刀的尖端朝下，宽端在上，每一个抱爪（3）上部垂直镰刀面的侧面即垂直x轴的一个侧面设有一圆柱杆装的连接轴（15），连接轴（15）的长度方向沿x轴方向，连接轴（15）的一端垂直固定到抱爪（3）上，连接轴（15）的一端上同轴外侧套有运动转换滑块（6），运动转换滑块（6）相对连接轴（15）只能沿连接轴（15）的周向转动，相对连接轴（15）的轴向固定即不能在连接轴（15）上沿轴长滑动；运动转换滑块（6）为环状结构，运动转换滑块（6）环状结构的端面与功能连杆（7）的一端进行转动副A连接，功能连杆（7）可绕转动副A的转动轴转动，转动副A转动轴垂直x轴；功能连杆（7）的另一端与功能液压缸（9）的一端进行转动副B固定连接，功能连杆（7）可绕此转动副B的转动轴转动，此转动副B的转动轴与上述转动副A的转动轴平行，功能液压缸（9）的另一端与钳剪基座（8）固定到一起；同时连接轴（15）外周侧面设有一个垂直连接轴（15）中心轴的定位导向支柱（16），定位导向支柱（16）外同轴套有可相对定位导向支柱（16）中心轴转动的定位导向套筒（4）；每个连接轴（15）外均同轴配有一个圆柱凸轮（5），其中定位导向套筒（4）位于圆柱凸轮（5）的曲 线孔槽（52）内，用于定位带动抱爪（3）在垂直x轴的平面被进行不同角度的转动，实现抓抱；功能连杆（7）穿过圆柱凸轮（5）的长方形孔槽（51），长方形孔槽（51）用于限位功能连杆（7）在所述的长方形孔槽（51）内做直线摆动，转动副A位于圆柱凸轮（5）内部，转动副B位于圆柱凸轮（5）外部；

每个钳剪基座（8）内的空腔（10）内设有两套抱爪系统，两套抱爪系统镜面对称，两个功能连杆（7）的另一端与功能液压缸（9）的一端进行转动副B固定连接，两个转动副B集合成一个运动副，两个功能连杆（7）的另一端绕同一个转轴扎起同一个平面内摆动或转动；功能液压缸（9）运动时带动两个功能连杆（7）摆动或转动，从而推动两个抱爪（3）沿x轴相向或背向运动；

机架（1）T型板块结构的一侧面即与x轴平行于轴垂直的侧面，T型板块结构的上端部与一个工作液压缸（2）的一端采用转动副C固定连接，转动副C的转轴与x轴平行，工作液压缸（2）的一端可绕转动副C的转轴转动；工作液压缸（2）的另一端与钳剪基座（8）长方体上端面采用转动副D固定连接，转动副D的转轴与x轴平行，工作液压缸（2）的另一端可绕转动副D的转轴转动；钳剪基座（8）长方体上端面还与机架（1）T型板块结构侧面的下端采用转动副E固定连接，转动副E的转轴与x轴平行，钳剪基座（8）可绕转动副E的转轴转动；机架（1）、工作液压缸（2）、钳剪基座（8）、上端面组成平面四连杆结构；机架（1）T型板块结构的相背的另一侧面配有相同的结构连接；使得整个基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳为对称结构。

2.按照权利要求1所述的一种基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳，其特征在于，运动转换滑块（6）环状结构一端端面固定设有凸起的带有圆孔（61）的固定片（62），一端端面固定设有两个平行相对的固定片（62），两个固定片（62）均与轴平行，两个固定片（62）上的圆孔（61）相对，两圆孔（61）的中心连线垂直x轴；上述两个固定片（62）之间设有一个功能连杆（7），功能连杆（7）的一端为带孔的片状结构，此端平行地位于对应的两固定片（62）之间，功能连杆（7）的孔与固定片（62）的两圆孔平行，三个孔采用转轴连接，使得功能连杆（7）可绕转轴在平面内转动。

3.按照权利要求1所述的一种基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳，其特征在于，圆柱凸轮（5）的外侧设有定位凸块；钳剪基座（8）的空腔（10）内设有定位凹槽，上述的定位凸块和定位凹槽相配合使得圆柱凸轮（5）固定到钳剪基座（8）的空腔（10）内。

4.按照权利要求1所述的一种基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳，其特征在于，钳剪基座（8）长方体上端面顶角设有一凸起的柱形腔轴孔（11），通过柱形腔轴孔（11）与机架（1）组成转动副；长方体的上端另一顶角设有一固定的柱形定位转轴（12），柱形定位转轴（12）与工作液压缸（2）组成对应的转动副；柱形腔轴孔（11）和柱形定位转轴（12）的长度方向沿x轴方向。

5.按照权利要求1所述的一种基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳，其特征在于，钳剪基座（8）垂直x轴的两端面的空腔（10）的形状为与抱爪（3）一样，并用于和能够容纳抱爪（3）。

6.按照权利要求1所述的一种基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳，其特征在于，钳剪基座（8）侧面带有破碎刃口（13）的位置低于带凸起的剪切刃口（14）的位置。

7.按照权利要求1所述的一种基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳，其特征在于，曲线孔槽（52）沿长度走向的形状为：靠近抱爪（3）的部分为与长方形孔槽（51）平行的一段直线段A，远离抱爪（3）的部分为与长方形孔槽（51）平行的一段直线段B，直线段A相对直线段B更靠近长方形孔槽（51）；直线段A和直线段B采用斜直线段孔槽连通。

8.按照权利要求1所述的一种基于空间四杆机构的半隐藏活动抱爪液压钳，其特征在于，具有钳剪装置A、抱抓装置B、功能转换装置C的功能；

作为钳剪装置A工作时，功能液压缸（9）活塞缩回，抱爪（3）一部分隐藏于钳剪基座（8）的空腔中，工作液压缸（2）工作时提供动力，推动钳剪基座（8）做相向运动，通过钳剪基座（8）的破碎刃口和剪切刃口实现破碎、剪切功能；

作为抱抓装置B工作时，功能液压缸（9）活塞伸出，抱爪（3）已经完成推出和角度旋转，同一钳剪基座（8）的抱爪（3）间距增大，两钳剪基座（8）上同侧的抱爪（3）间的距离减小且小于钳剪刃间的距离；工作液压缸（2）工作时提供动力，推动钳剪基座（8）做相向运动，带动抱爪（3）实现抱抓功能；

功能转换装置C工作时，功能液压缸（9）工作，活塞逐渐伸出，驱动功能连杆（7）使运动转换滑块（6）在圆柱凸轮（5）的轴线上实现直线运动；运动转换滑块（6）与功能连杆（7）的铰接点做直线运动的同时，运动转换滑块（6）另一侧相连的抱爪（3）及与抱爪（3）连接的定位导向套筒（4）先沿圆柱凸轮（5）的空间曲线孔槽一端的长直线孔槽运动，实现隐藏于钳剪基座（8）空腔内的抱爪（3）推出；再沿空间曲线孔槽的空间螺旋孔槽运动，完成抱爪（3）旋转的同时并二次推出的耦合运动；最后再沿空间曲线孔槽的短直线孔槽运动，抱爪（3）第三次推出，定位导向套筒（4）完全进入短直线孔槽从而实现抱爪（3）的定位；抱爪（3）完成沿圆柱凸轮（5）空间曲线孔槽的运动后，可实现从钳剪装置A向抱抓装置B的转换；功能液压缸（9）工作，活塞逐渐缩回时，实现从抱抓装置B向钳剪装置A的转换。

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