專利名稱：一種混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工程機(jī)械，特別是一種混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
挖掘機(jī)是一種重要的工程機(jī)械，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、能源、農(nóng)田改造、水利、民 用建筑、礦山采掘以及現(xiàn)代化軍事工程等機(jī)械化施工方面。至今，挖掘機(jī)主要有液壓式和機(jī) 械式兩種類型。液壓式挖掘機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、可實(shí)現(xiàn)很多復(fù)雜動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛 采用。但是液壓式挖掘機(jī)是以液壓油為傳遞動(dòng)力的介質(zhì)，其起動(dòng)性較差，容易因內(nèi)部元件磨 損后產(chǎn)生泄漏，而且涉及的元件較多，泄漏的液壓油會(huì)造成環(huán)境的污染。同時(shí)出現(xiàn)過(guò)熱，工 作無(wú)力等現(xiàn)象。隨著挖掘機(jī)功能要求的增加，其液壓系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，會(huì)造成其故障出現(xiàn)更 具有突發(fā)性、隱蔽性。因?yàn)橐簤合到y(tǒng)的缺陷和局限性，液壓式挖掘機(jī)多為中、小型挖掘機(jī)，許 多大型挖掘機(jī)還不得不采用電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式挖掘機(jī)。機(jī)械式挖掘機(jī)已經(jīng)有近百年歷史， 是利用機(jī)械傳動(dòng)件帶動(dòng)挖掘動(dòng)作，其具有作業(yè)效率高，使用壽命長(zhǎng)，能適應(yīng)惡劣的礦山工作 環(huán)境等特點(diǎn)。但是，傳統(tǒng)的單自由度機(jī)械式挖掘機(jī)自身結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜且不能完成靈活多變 的挖掘動(dòng)作，即使僅用于采礦，也常常遇到困難，如在挖掘較高臺(tái)面時(shí)斗齒上不能產(chǎn)生更 大的切削力；對(duì)于傾斜礦層的清理根底，向裝載車中卸載高度偏小等等。當(dāng)前，工程機(jī)械領(lǐng) 域具有這樣的共識(shí)機(jī)械式挖掘機(jī)所能完成的動(dòng)作簡(jiǎn)單、難以變化，許多動(dòng)作不能實(shí)現(xiàn)；液 壓式挖掘機(jī)可以靈活地執(zhí)行各種工程動(dòng)作，但又存在液壓系統(tǒng)零部件要求高、壽命不長(zhǎng)、漏 油等缺陷。這是工程機(jī)械領(lǐng)域一個(gè)十分棘手的問(wèn)題，也是長(zhǎng)期未能取得突破的難題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)，既能克服以往單自由度機(jī) 械式挖掘機(jī)構(gòu)動(dòng)作簡(jiǎn)單，挖掘速度等難控制等缺點(diǎn)，又克服液壓式挖掘機(jī)構(gòu)液壓元件要求 高、易產(chǎn)生漏油、可靠度難保證等不足。且機(jī)構(gòu)采用大功率常規(guī)電機(jī)和較小功率伺服電機(jī) 混合驅(qū)動(dòng)的策略，在滿足較大挖掘力要求的同時(shí)兼顧柔性化的輸出，挖掘效率高、制造成本 低、加工裝配要求低。本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的一種混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)，包括 第一挖掘手臂，第二挖掘手臂，正鏟式鏟斗和機(jī)架，其結(jié)構(gòu)和連接方式為所述第一挖掘手臂為一組二自由度混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)，由第一主動(dòng)桿、第二主動(dòng) 桿、第一連桿、第二連桿以及機(jī)架連接組成，第一主動(dòng)桿一端通過(guò)第一鉸孔鉸接在機(jī)架上， 另一端通過(guò)第二鉸孔與第一連桿鉸接，第二主動(dòng)桿一端鉸接在機(jī)架的第三鉸孔上，另一端 通過(guò)第四鉸孔與第二連桿鉸接。所述第一連桿為彎桿，中間彎折部分有第五鉸孔，通過(guò)第五 鉸孔與第二連桿鉸接，第一連桿末端通過(guò)第六鉸孔與正鏟式鏟斗下部的鉸孔鉸接，所述第 一主動(dòng)桿由第一常規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。所述第二主動(dòng)桿由第一伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述第二挖掘手臂亦為一組二自由度混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)，由第三主動(dòng)桿、第四主 動(dòng)桿、第三連桿、第四連桿、第五連桿以及機(jī)架連接組成，第三主動(dòng)桿一端通過(guò)第七鉸孔與第三連桿鉸接，另一端通過(guò)第八鉸孔鉸接在機(jī)架上，第四主動(dòng)桿一端通過(guò)第九鉸孔與第四 連桿鉸接，另一端鉸接在機(jī)架的第十鉸孔上，所述第五連桿一端通過(guò)第一復(fù)合鉸與第三連 桿和第四連桿鉸接，另一端通過(guò)第十一鉸孔與正鏟式鏟斗上部的鉸孔鉸接，所述第三主動(dòng) 桿由第二常規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述第四主動(dòng)桿由第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。所述機(jī)架上后部安裝有第一常規(guī)電機(jī)和第二常規(guī)電機(jī)，前部安裝有第一伺服電機(jī) 和第二伺服電機(jī)。機(jī)架本身可安裝在傳統(tǒng)挖掘機(jī)帶回轉(zhuǎn)平臺(tái)的輪胎式或履帶式行走機(jī)構(gòu) 上，完成挖掘、回轉(zhuǎn)、卸料和整機(jī)的定位與行走等工作。本實(shí)用新型的突出優(yōu)點(diǎn)在于1、挖掘機(jī)構(gòu)的兩條支鏈均為二自由度混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)，可通過(guò)計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn) 挖掘機(jī)構(gòu)在工作空間內(nèi)復(fù)雜多變挖掘軌跡的輸出，既克服了以往機(jī)械式挖掘機(jī)構(gòu)動(dòng)作簡(jiǎn) 單，挖掘速度等難控制等缺點(diǎn)，又克服了液壓式挖掘機(jī)構(gòu)液壓元件要求高、易產(chǎn)生漏油、可 靠度難保證等不足；2、采用大功率常規(guī)電機(jī)和較小功率伺服電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)的策略，與全伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 的機(jī)構(gòu)相比具有更大的挖掘力和更高的可靠性；3、采用外轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)閉鏈傳動(dòng)的方式，兩臺(tái)常規(guī)電機(jī)和兩臺(tái)伺服電機(jī)均安裝在機(jī) 架上，桿件都能做成輕桿，保證挖掘機(jī)構(gòu)具有較大剛性和較小慣量，動(dòng)力學(xué)性能較好。本實(shí)用新型的混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)，既能解決傳統(tǒng)單自由度機(jī)械式挖掘機(jī)構(gòu)不 能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)作等問(wèn)題，又能解決液壓式挖掘機(jī)構(gòu)對(duì)零部件要求高、壽命不長(zhǎng)、易漏油等問(wèn) 題。機(jī)構(gòu)采用大功率常規(guī)電機(jī)和較小功率伺服電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)的策略，在滿足較大挖掘力要 求的同時(shí)兼顧柔性化的輸出。整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，零部件加工裝配要求低。

圖1為本實(shí)用新型所述混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)第一挖掘手臂結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型所述混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)第二挖掘手臂結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型所述混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)的正視圖；圖4為本實(shí)用新型所述混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)的俯視圖；圖5為本實(shí)用新型所述混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)安裝在帶回轉(zhuǎn)平臺(tái)的履帶式行走 機(jī)構(gòu)上的示意圖；圖6為本實(shí)用新型所述混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)通過(guò)調(diào)整第二挖掘手臂的姿態(tài)以 獲得更大挖掘力的工作示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。對(duì)照?qǐng)D1、4，一種混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)，包括兩組挖掘手臂，正鏟式鏟斗和機(jī)架。對(duì)照?qǐng)D1、2和4，所述混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)的第一挖掘手臂為一組平面二自由 度混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)，由第一主動(dòng)桿1、第二主動(dòng)桿4、第一連桿2、第二連桿3以及機(jī)架27 連接組成。第一主動(dòng)桿1 一端通過(guò)第一鉸孔11鉸接在機(jī)架27上，另一端通過(guò)第二鉸孔12 與第一連桿2鉸接，第二主動(dòng)桿4 一端鉸接在機(jī)架27的第三鉸孔15上，另一端通過(guò)第四鉸 孔14與第二連桿3鉸接。所述第一連桿2為彎桿，中間彎折部分有第五鉸孔13，通過(guò)第五鉸孔13與第二連桿3鉸接，第一連桿2末端通過(guò)第六鉸孔16與正鏟式鏟斗10下部的第六 鉸孔16鉸接。所述第一主動(dòng)桿1由第一常規(guī)電機(jī)23驅(qū)動(dòng)。所述第二主動(dòng)桿4由第一伺服 電機(jī)M驅(qū)動(dòng)。對(duì)照?qǐng)D1、3和4，所述混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)的第二挖掘手臂亦一組平面二自由 度混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)，由第三主動(dòng)桿5、第四主動(dòng)桿8、第三連桿6、第四連桿7、第五連桿9 以及機(jī)架27連接組成。第三主動(dòng)桿5 —端通過(guò)第七鉸孔18與第三連桿6鉸接，另一端通 過(guò)第八鉸孔17鉸接在機(jī)架27上，第四主動(dòng)桿8 一端通過(guò)第九鉸孔20與第四連桿7鉸接， 另一端鉸接在機(jī)架27的第十鉸孔21上。所述第五連桿9 一端通過(guò)第一復(fù)合鉸19與第三 連桿6、第四連桿7鉸接，另一端通過(guò)第十一鉸孔22與正鏟式鏟斗10上部的第十一鉸孔22 鉸接。所述第三主動(dòng)桿5由第二常規(guī)電機(jī)25驅(qū)動(dòng)。所述第四主動(dòng)桿8由第二伺服電機(jī)沈 驅(qū)動(dòng)。對(duì)照?qǐng)D4和5，所述機(jī)架上后部安裝有第一常規(guī)電機(jī)23、第二常規(guī)電機(jī)25兩臺(tái)常 規(guī)電機(jī)，前部安裝有第一伺服電機(jī)對(duì)、第二伺服電機(jī)26兩臺(tái)伺服電機(jī)。機(jī)架本身可安裝在 傳統(tǒng)挖掘機(jī)帶回轉(zhuǎn)平臺(tái)的輪胎式或履帶式行走機(jī)構(gòu)上，完成挖掘、回轉(zhuǎn)、卸料和整機(jī)的定位 與行走等工作。對(duì)照?qǐng)D1、4、5和6，挖掘機(jī)構(gòu)進(jìn)行挖掘工作時(shí)，由于第一挖掘手臂為一組平面二自 由度混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)，通過(guò)編程控制第一常規(guī)電機(jī)23、第一伺服電機(jī)M，可使第一挖掘 手臂的末端實(shí)現(xiàn)給定的挖掘軌跡。實(shí)現(xiàn)挖掘軌跡的同時(shí)，通過(guò)控制第二挖掘手臂的第二常 規(guī)電機(jī)25、第二伺服電機(jī)沈，配合第一挖掘手臂實(shí)現(xiàn)正鏟式鏟斗10的翻轉(zhuǎn)挖掘動(dòng)作。挖掘 動(dòng)作完成后，通過(guò)對(duì)兩條挖掘手臂的兩臺(tái)常規(guī)電機(jī)和兩臺(tái)伺服電機(jī)的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)手臂 提升、鏟斗保持動(dòng)作，同時(shí)回轉(zhuǎn)平臺(tái)工作，將手臂回轉(zhuǎn)至堆放土壤的區(qū)域。當(dāng)正鏟式鏟斗10 回轉(zhuǎn)至堆放區(qū)域上方，正鏟式鏟斗10回轉(zhuǎn)，卸土動(dòng)作完成。挖掘過(guò)程中，第一常規(guī)電機(jī)23、 第二常規(guī)電機(jī)25提供大部分挖掘力。第一伺服電機(jī)M、第二伺服電機(jī)沈協(xié)調(diào)輸出，配合上 述兩臺(tái)常規(guī)電機(jī)的輸出使得整個(gè)挖掘機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)靈活多變、適合各種挖掘工況的軌跡。對(duì)照?qǐng)D6，對(duì)于機(jī)構(gòu)的某一給定的位置和姿態(tài)，在保持鏟斗位置和轉(zhuǎn)角不變的情況 下，可通過(guò)控制第三主動(dòng)桿5、第四主動(dòng)桿8，調(diào)整第二挖掘手臂的姿態(tài)，使機(jī)構(gòu)處于受力情 況更好、剛度特性更佳、能更好完成特定挖掘任務(wù)的姿態(tài)。
權(quán)利要求1. 一種混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)，包括第一挖掘手臂，第二挖掘手臂，正鏟式鏟斗和機(jī) 架，其行征在于，其結(jié)構(gòu)和連接方式為所述第一挖掘手臂為一組二自由度混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)，由第一主動(dòng)桿、第二主動(dòng)桿、第 一連桿、第二連桿以及機(jī)架連接組成，第一主動(dòng)桿一端通過(guò)第一鉸孔鉸接在機(jī)架上，另一端 通過(guò)第二鉸孔與第一連桿鉸接，第二主動(dòng)桿一端鉸接在機(jī)架的第三鉸孔上，另一端通過(guò)第 四鉸孔與第二連桿鉸接，所述第一連桿為彎桿，中間彎折部分有第五鉸孔，通過(guò)第五鉸孔與 第二連桿鉸接，第一連桿末端通過(guò)第六鉸孔與正鏟式鏟斗下部的鉸孔鉸接，所述第一主動(dòng) 桿由第一常規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述第二主動(dòng)桿由第一伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述第二挖掘手臂亦為一組二自由度混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)，由第三主動(dòng)桿、第四主動(dòng)桿、 第三連桿、第四連桿、第五連桿以及機(jī)架連接組成，第三主動(dòng)桿一端通過(guò)第七鉸孔與第三連 桿鉸接，另一端通過(guò)第八鉸孔鉸接在機(jī)架上，第四主動(dòng)桿一端通過(guò)第九鉸孔與第四連桿鉸 接，另一端鉸接在機(jī)架的第十鉸孔上，所述第五連桿一端通過(guò)第一復(fù)合鉸與第三連桿和第 四連桿鉸接，另一端通過(guò)第十一鉸孔與正鏟式鏟斗上部的鉸孔鉸接，所述第三主動(dòng)桿由第 二常規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述第四主動(dòng)桿由第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
專利摘要一種混合驅(qū)動(dòng)可控挖掘機(jī)構(gòu)，包括第一挖掘手臂，第二挖掘手臂，正鏟式鏟斗和機(jī)架。所述第一挖掘手臂和第二挖掘手臂均為二自由度混合驅(qū)動(dòng)可控機(jī)構(gòu)，通過(guò)復(fù)合鉸、連桿和正鏟式鏟斗連接而成。第一挖掘手臂和第二挖掘手臂均安裝在機(jī)架上，由兩臺(tái)大功率常規(guī)電機(jī)和兩臺(tái)較小功率伺服電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)，能在滿足較大挖掘力要求的同時(shí)兼顧柔性化的軌跡輸出。本實(shí)用新型能解決傳統(tǒng)單自由度機(jī)械式挖掘機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作簡(jiǎn)單，而液壓式挖掘機(jī)構(gòu)易出現(xiàn)漏油等問(wèn)題，且整機(jī)挖掘效率高、制造成本低、加工裝配要求低。
文檔編號(hào)E02F3/28GK201901887SQ20102065282
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者張 林, 李巖舟, 溫芳, 潘宇晨, 王汝貴, 王紅州, 蔡敢為, 陳淵 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)