一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構的制作方法
【專利摘要】一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構，包括多單元連桿驅動機構、動臂升降機構、鏟斗控制機構等。多單元連桿驅動機構由多組驅動支鏈構成，可實現多臺小功率電機輸入，大功率、高扭矩的動力輸出，滿足高負載作業需求；在動臂升降機構中引入液壓元件，有效改善了以往可控裝載機構抬升動臂的兩驅動鏈受力不均衡的問題，提高承載穩定性；在鏟斗控制機構中，采用比較成熟的液壓缸控制鏟斗翻轉，保證了執行機構結構緊湊性。該裝載機構既具有可控裝載機構響應速度快、機械效率高、能耗低等特點，而且多單元連桿驅動機構和液壓元件的引入使該裝載機構具有更高的承載和抗振性能，易實現過載保護，有效提升了該裝載機構的實用性。
【專利說明】
一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構
技術領域
[0001]本發明涉及裝載機領域，特別是一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構。【背景技術】
[0002]裝載機是一種廣泛應用于農田、水利、能源、市政等施工領域，進行散裝物料裝卸的關鍵設備，對基礎設施建設起到了重要的作用，但是傳統液壓式裝載機存在著能耗高、噪音大、尾氣排放嚴重、智能化水平低等缺點。可控機構是傳統機構與電子技術結合的產物， 近年來開展的“數控一代”裝備創新工程，給傳統工程機械技術升級帶來了機遇，針對液壓式裝載機的缺點，將可控機構及機器人相關技術應用到裝載機工作裝置設計中，提出了一類可控機構式裝載機，該類可控裝載機構避免了液壓系統的使用，它由多自由度連桿機構和多個可控電機組成，其輸出運動由多臺計算機編程控制的可控電機共同決定，鏟斗的輸出軌跡是一個多自變量的函數，可以輕易實現復雜柔性軌跡輸出，因此可控裝載機構屬于施工機器人范疇。相比液壓式裝載機，可控裝載機構具有智能化程度高、靈活度好、高傳動效率等優點，對于推動裝載機綠色化、智能化具有重要的意義。
[0003]但是，在對可控裝載機構進行工程應用研究的過程中，發現了一系列未曾涉及的工程問題。首先，現有可控裝載機構動臂升降支鏈均采用主動桿一連桿一動臂的構型設計形式，因主動桿由可控電傳動系統驅動，受制于可控電機成本高、輸出功率小、扭矩低等問題，造成現有可控裝載機構動力性能差、負載能力弱等問題，難以滿足裝載機的動力要求， 所以現有可控裝載機構的構型設計形式僅適用于微小型裝載機;其次，現有可控裝載機構為平面并聯機構，兩主動桿在同時抬升動臂時，由于制造、加工、裝配等誤差，特別是在裝載機偏載的情形下，造成動臂兩并聯驅動支鏈受力不均，影響了舉升穩定性，很容易造成部分構件的過載損毀，影響可控裝載機構的使用壽命;再次，現有可控裝載機構各構件一般采用轉動副的連接形式，相比含移動副的液壓式裝載機的工作裝置，缺少有效的過載保護及吸振手段。上述原因嚴重影響了可控裝載機構的工程應用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于已有技術存在的問題提供一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構，使其既具有現有可控裝載機構響應速度快、機械效率高、能耗低等優點，克服現有可控裝載機構動力性能差、負載能力弱、動臂升降機構穩定性差等問題，同時兼具液壓式裝載機工作裝置抗振能力強、過載保護性能好等優點。
[0005]本發明通過以下技術方案來達到上述目的:一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構，包括多單元連桿驅動機構、動臂升降機構、鏟斗控制機構以及機架。
[0006]所述多單元連桿驅動機構包括機架、第一主動桿、第二主動桿、第一連桿、第二連桿、曲軸，所述第一主動桿一端通過第一轉動副與機架連接，另一端通過第二轉動副與第一連桿一端連接，所述第一連桿另一端通過第三轉動副與曲軸連接，所述第二主動桿一端通過第四轉動副與機架連接，另一端通過第五轉動副與第二連桿一端連接，所述第二連桿另一端通過第六轉動副與曲軸連接，所述曲軸通過第七轉動副、第八轉動副與機架連接。所述第一主動桿、第二主動桿均由可控電機通過電傳動系統進行驅動控制，所述多單元連桿驅動機構在計算機系統的控制下，可以將多個動力單元的動力合成后通過曲軸輸出，從而使該多單元連桿驅動機構實現了由多臺小功率驅動電機輸入，大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統可控裝載機構可控電機功率輸出小、驅動扭矩低等問題。另外，根據裝載機動力要求，可以方便選用四單元、六單元等多種動力單元形式，提高了該多單元連桿驅動機構動力適應性。
[0007]所述動臂升降機構包括動臂、第一升降支鏈和第二升降支鏈，所述動臂通過第九轉動副、第十轉動副與機架連接，所述第一升降支鏈包括第三連桿、第一缸體、第一活塞桿， 所述第三連桿一端通過鍵或者其它方式與曲軸固定連接，另一端通過第十一轉動副與第一缸體連接，所述第一缸體通過第一移動副與第一活塞桿一端連接，第一活塞桿另一端通過第十二轉動副與動臂連接，所述第二升降支鏈包括第四連桿、第二缸體、第二活塞桿，所述第四連桿一端通過鍵或者其它方式與曲軸固定連接，另一端通過第十三轉動副與第二缸體連接，所述第二缸體通過第二移動副與第二活塞桿一端連接，第二活塞桿另一端通過第十四轉動副與動臂連接。在實際工程應用中，所述第一缸體、第一移動副、第一活塞桿可用一液壓缸取代，所述第二缸體、第二移動副與第二活塞桿可用另一液壓缸取代，在裝載機構作業過程中，多單元連桿驅動機構通過曲軸為動臂升降機構提供動力，由于動臂升降機構為平面并聯機構，第一缸體與第二缸體通過液壓管線連接，進而實現并聯，根據帕斯卡原理， 兩缸體內液體壓力相同，可以有效改善抬升動臂的兩升降支鏈受力不均的問題，提高動臂舉升穩定性，延長動臂升降機構各構件的使用壽命。通過液壓元件的引入可以有效提高動臂升降機構的抗振能力，另外，通過在動臂升降機構第一缸體或第二缸體中引入泄壓閥等附屬裝置，可以輕易實現動臂升降機構的過載保護功能。
[0008]所述鏟斗控制機構包括第三缸體、第三活塞桿、搖臂、拉桿、鏟斗。所述第三缸體一端通過第十五轉動副與機架連接，另一端通過第三移動副與第三活塞桿一端連接，所述第三活塞桿另一端通過第十六轉動副與搖臂連接，所述搖臂通過第十七轉動副與動臂連接， 所述拉桿一端通過第十八轉動副與搖臂連接，另一端通過第十九轉動副與鏟斗連接，所述鏟斗通過第二十轉動副、第二十一轉動副與動臂連接。所述第三移動副為主動副，所述鏟斗在由第三缸體、第三活塞桿所構成的液壓缸的帶動下實現翻轉運動。
[0009]所述一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構在各電傳動系統、第三移動副的驅動控制下，完成裝載作業。該電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構既具有現有可控裝載機構智能化程度高、傳動效率高、能耗低、響應速度快等特點，同時由于液壓元件的引入，使其具有液壓式裝載機的諸多優點，具體表現在:(1)所述動臂升降機構的第一升降支鏈和第二升降支鏈引入液壓元件后，所述第一缸體與第二缸體可通過液壓管線連接，進而實現兩缸體并聯，根據帕斯卡原理，兩缸體內液體壓力相同，可以有效改善動臂兩升降支鏈受力不均的問題，提高動臂舉升穩定性，延長動臂升降機構各構件的使用壽命；(2)所述動臂升降機構、鏟斗控制機構引入液壓元件后，可以有效提高裝載機的抗振性能；(3)當裝載機構承受的載荷在許用范圍內時，所述動臂升降機構引入的液壓缸可視為一個不可伸縮的二力桿起傳遞力的作用，若該裝載機構承受的載荷超過許用范圍時，液壓缸上的泄壓閥打開，起到過載保護作用。
[0010]基于上述特點，所述的電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構相比液壓式裝載機具有響應速度快、機械效率高、能耗低等優點，相比現有可控裝載機構具有更好的動力學性能、承載穩定性、抗振能力以及更長的使用壽命，并且較易實現過載保護功能，適用于大、中、小型各類裝載機使用。
[0011]本發明突出優點在于:1、由于動臂舉升工況是裝載機工作裝置能耗最大的工況，在保證該裝載機構性能要求的前提下，本發明所述裝載機構的鏟斗控制機構采用較成熟的液壓傳動技術，而動臂升降機構則采用傳動效率更高的電傳動系統進行驅動，這既保證了裝載機構鏟斗作業的靈活性、抗沖擊性以及過載保護功能，又大幅降低了裝載機構在動臂舉升工況的能耗，相比現有液壓式工程機械，該裝載機構不僅機械傳動效率高、能耗低、響應速度快，而且具有較高的自動化和智能化水平。
[0012]2、相比現有可控裝載機構，本發明所述裝載機構的構型設計具有更好的動力性能和更強的適應性。該裝載機構采用的動力系統相比現有可控裝載機構，具有更好的適應性和靈活性，動臂升降機構的動力系統因為采用多單元連桿驅動機構，具有更高的輸出功率和扭矩，從而使該裝載機構不僅適用于微小型裝載機，而且適用于中、大型裝載機。
[0013]3、相比現有可控裝載機構，本發明所述裝載機構具有更好的承載穩定性、更佳的抗振性能以及更長的使用壽命。該裝載機構的動臂升降機構引入了液壓元件，通過液壓管線使兩缸體并聯，進而實現兩缸體內液體壓力平衡，有效解決了平面并聯可控裝載機構動臂的兩升降支鏈受力不均的問題。液壓元件的引入提高了裝載機構承載穩定性和抗振性能，改善了各構件的受力情況，延長了使用壽命。
[0014]4、相比現有可控裝載機構，本發明所述裝載機構具有更多的過載保護手段，由于動臂升降機構及鏟斗控制機構引入了液壓元件，通過在動臂升降機構中引入泄壓閥等附屬裝置，較易實現裝載機構的過載保護性能。【附圖說明】
[0015]圖1為本發明所述的一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構示意圖。
[0016]圖2為本發明所述的一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構機架示意圖。
[0017]圖3為本發明所述的多單元連桿驅動機構示意圖之一。
[0018]圖4為本發明所述的多單元連桿驅動機構示意圖之二。
[0019]圖5為本發明所述的多單元連桿驅動機構曲軸示意圖。
[0020]圖6為本發明所述的動臂升降機構示意圖。[0021 ]圖7為本發明所述的鏟斗控制機構示意圖。
[0022]圖8為本發明所述的一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機平面視圖。[〇〇23]圖9為本發明所述的一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機示意圖。【具體實施方式】
[0024]以下通過附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步說明。[〇〇25]對照圖1，本發明所述的一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構，包括多單元連桿驅動機構、動臂升降機構、鏟斗控制機構以及機架1。
[0026]對照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，所述多單元連桿驅動機構包括機架1、第一主動桿2、 第二主動桿6、第一連桿4、第二連桿7、曲軸13,所述第一主動桿2—端通過第一轉動副9與機架1連接，另一端通過第二轉動副3與第一連桿4 一端連接，所述第一連桿4另一端通過第三轉動副5與曲軸13連接，所述第二主動桿6—端通過第四轉動副10與機架1連接，另一端通過第五轉動副14與第二連桿7—端連接，所述第二連桿7另一端通過第六轉動副8與曲軸13連接，所述曲軸13通過第七轉動副11、第八轉動副12與機架1連接。所述第一主動桿2、第二主動桿6均由可控電機通過電傳動系統進行驅動控制，所述多單元連桿驅動機構在計算機系統的控制下，可以將多個動力單元的動力合成后通過曲軸輸出，從而使該多單元連桿驅動機構實現了由多臺小功率驅動電機輸入，大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統可控裝載機構可控電機功率輸出小、驅動扭矩低等問題。另外，根據裝載機動力要求，可以方便選用四單元、六單元等多種動力單元形式，提高了該多單元連桿驅動機構動力適應性。
[0027]對照圖1、圖2、圖6,所述動臂升降機構包括動臂19、第一升降支鏈和第二升降支鏈，所述動臂19通過第九轉動副35、第十轉動副37與機架1連接，所述第一升降支鏈包括第三連桿15、第一缸體16、第一活塞桿18,所述第三連桿15—端通過鍵或者其它方式與曲軸13 固定連接，另一端通過第十一轉動副27與第一缸體16連接，所述第一缸體16通過第一移動副28與第一活塞桿18—端連接，第一活塞桿18另一端通過第十二轉動副29與動臂19連接， 所述第二升降支鏈包括第四連桿26、第二缸體17、第二活塞桿25,所述第四連桿26—端通過鍵或者其它方式與曲軸13固定連接，另一端通過第十三轉動副36與第二缸體17連接，所述第二缸體17通過第二移動副34與第二活塞桿25—端連接，第二活塞桿25另一端通過第十四轉動副33與動臂19連接。在實際工程應用中，所述第一缸體16、第一移動副28、第一活塞桿 18可用一液壓缸取代，所述第二缸體17、第二移動副34與第二活塞桿25可用另一液壓缸取代，在裝載機構作業過程中，多單元連桿驅動機構通過曲軸13為動臂升降機構提供動力，由于動臂升降機構為平面并聯機構，第一缸體16與第二缸體17通過液壓管線連接，進而實現并聯，根據帕斯卡原理，兩缸體內液體壓力相同，可以有效改善抬升動臂19的兩升降支鏈受力不均的問題，提高動臂舉升穩定性，延長動臂升降機構各構件的使用壽命。通過液壓元件的引入可以有效提高動臂升降機構的抗振能力，另外，通過在動臂升降機構第一缸體16或第二缸體17中引入泄壓閥等附屬裝置，可以輕易實現動臂升降機構的過載保護功能。[〇〇28]對照圖1、圖2、圖7，所述鏟斗控制機構包括第三缸體24、第三活塞桿23、搖臂22、拉桿21、鏟斗20。所述第三缸體24—端通過第十五轉動副41與機架1連接，另一端通過第三移動副42與第三活塞桿23—端連接，所述第三活塞桿23另一端通過第十六轉動副38與搖臂22 連接，所述搖臂22通過第十七轉動副32與動臂19連接，所述拉桿21—端通過第十八轉動副 39與搖臂22連接，另一端通過第十九轉動副40與鏟斗20連接，所述鏟斗20通過第二十轉動副30、第二^^一轉動副31與動臂19連接。所述第三移動副42為主動副，所述鏟斗20在由第三缸體24、第三活塞桿23所構成的液壓缸的帶動下實現翻轉運動。
[0029]對照圖1、圖8、圖9,所述一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構在各電傳動系統、第三移動副42的驅動控制下，完成裝載作業。該電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構既具有現有可控裝載機構智能化程度高、傳動效率高、能耗低、響應速度快等特點，同時由于液壓元件的引入，使其具有液壓式裝載機的諸多優點，具體表現在: (1)所述動臂升降機構的第一升降支鏈和第二升降支鏈引入液壓元件后，所述第一缸體16 與第二缸體17可通過液壓管線連接，進而實現兩缸體并聯，根據帕斯卡原理，兩缸體內液體壓力相同，可以有效改善動臂19兩升降支鏈受力不均的問題，提高動臂舉升穩定性，延長動臂升降機構各構件的使用壽命；(2)所述動臂升降機構、鏟斗控制機構引入液壓元件后，可以有效提尚裝載機的抗振性能；(3)當裝載機構承受的載荷在許用范圍內時，所述動臂升降機構引入的液壓缸可視為一個不可伸縮的二力桿起傳遞力的作用，若該裝載機構承受的載荷超過許用范圍時，液壓缸上的泄壓閥打開，起到過載保護作用。
[0030]基于上述特點，所述的電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構相比液壓式裝載機具有響應速度快、機械效率高、能耗低等優點，相比現有可控裝載機構具有更好的動力學性能、承載穩定性、抗振能力以及更長的使用壽命，并且較易實現過載保護功能，適用于大、中、小型各類裝載機使用。
【主權項】
1.一種電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構，包括多單元連桿驅動機構、 動臂升降機構、鏟斗控制機構以及機架，其特征在于:所述多單元連桿驅動機構包括機架、第一主動桿、第二主動桿、第一連桿、第二連桿、曲 軸，所述第一主動桿一端通過第一轉動副與機架連接，另一端通過第二轉動副與第一連桿 一端連接，所述第一連桿另一端通過第三轉動副與曲軸連接，所述第二主動桿一端通過第 四轉動副與機架連接，另一端通過第五轉動副與第二連桿一端連接，所述第二連桿另一端 通過第六轉動副與曲軸連接，所述曲軸通過第七轉動副、第八轉動副與機架連接，所述動臂升降機構包括動臂、第一升降支鏈和第二升降支鏈，所述動臂通過第九轉動 副、第十轉動副與機架連接，所述第一升降支鏈包括第三連桿、第一缸體、第一活塞桿，所述 第三連桿一端與曲軸固定連接，另一端通過第十一轉動副與第一缸體連接，所述第一缸體 通過第一移動副與第一活塞桿一端連接，第一活塞桿另一端通過第十二轉動副與動臂連 接，所述第二升降支鏈包括第四連桿、第二缸體、第二活塞桿，所述第四連桿一端與曲軸固 定連接，另一端通過第十三轉動副與第二缸體連接，所述第二缸體通過第二移動副與第二 活塞桿一端連接，第二活塞桿另一端通過第十四轉動副與動臂連接，所述鏟斗控制機構包括第三缸體、第三活塞桿、搖臂、拉桿、鏟斗，所述第三缸體一端通 過第十五轉動副與機架連接，另一端通過第三移動副與第三活塞桿一端連接，所述第三活 塞桿另一端通過第十六轉動副與搖臂連接，所述搖臂通過第十七轉動副與動臂連接，所述 拉桿一端通過第十八轉動副與搖臂連接，另一端通過第十九轉動副與鏟斗連接，所述鏟斗 通過第二十轉動副、第二十一轉動副與動臂連接，所述第三移動副為主動副。2.根據權利要求1所述的電液混合驅動平面十五桿三活動度反轉裝載機構，其特征在 于:所述第一缸體與第二缸體并聯，所述第一主動桿、第二主動桿均由可控電機進行驅動。
【文檔編號】E02F3/34GK106013293SQ201610463436
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】張 林, 程文功
【申請人】山東交通學院