本發(fā)明涉及裝載機(jī)領(lǐng)域，特別是一種多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

裝載機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于農(nóng)田、水利、能源、市政等施工領(lǐng)域，進(jìn)行散裝物料裝卸的關(guān)鍵設(shè)備，對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)起到了重要的作用，但是傳統(tǒng)液壓式裝載機(jī)存在著能耗高、噪音大、尾氣排放嚴(yán)重、智能化水平低等缺點(diǎn)。可控機(jī)構(gòu)是傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)與電子技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，近年來開展的“數(shù)控一代”裝備創(chuàng)新工程，給傳統(tǒng)工程機(jī)械技術(shù)升級帶來了機(jī)遇，針對液壓式裝載機(jī)的缺點(diǎn)，將可控機(jī)構(gòu)及機(jī)器人相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到裝載機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)中，提出了一類可控機(jī)構(gòu)式裝載機(jī)，該類可控裝載機(jī)構(gòu)避免了液壓系統(tǒng)的使用，它由多自由度連桿機(jī)構(gòu)和多個可控電機(jī)組成，其輸出運(yùn)動由多臺計(jì)算機(jī)編程控制的可控電機(jī)共同決定，鏟斗的輸出軌跡是一個多自變量的函數(shù)，可以輕易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜柔性軌跡輸出，因此可控裝載機(jī)構(gòu)屬于施工機(jī)器人范疇。相比液壓式裝載機(jī)，可控裝載機(jī)構(gòu)具有智能化程度高、靈活度好、高傳動效率等優(yōu)點(diǎn)，對于推動裝載機(jī)綠色化、智能化具有重要的意義。

但是，在對可控裝載機(jī)構(gòu)進(jìn)行工程應(yīng)用研究的過程中，發(fā)現(xiàn)了一系列未曾涉及的工程問題。首先，現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)動臂升降支鏈均采用主動桿—連桿—動臂的構(gòu)型設(shè)計(jì)形式，因主動桿由可控電傳動系統(tǒng)驅(qū)動，受制于可控電機(jī)成本高、輸出功率小、扭矩低等問題，造成現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)動力性能差、負(fù)載能力弱等問題，難以滿足裝載機(jī)的動力要求，所以現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)形式僅適用于微小型裝載機(jī)；其次，現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)為平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，兩主動桿在同時(shí)抬升動臂時(shí)，由于制造、加工、裝配等誤差，特別是在裝載機(jī)偏載的情形下，造成動臂兩并聯(lián)驅(qū)動支鏈?zhǔn)芰Σ痪?，影響了舉升穩(wěn)定性，很容易造成部分構(gòu)件的過載損毀，影響可控裝載機(jī)構(gòu)的使用壽命；另外，現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)各構(gòu)件一般采用轉(zhuǎn)動副的連接形式，相比含移動副的液壓式裝載機(jī)的工作裝置，缺少有效的過載保護(hù)及吸振手段。上述原因嚴(yán)重影響了可控裝載機(jī)構(gòu)的工程應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于已有技術(shù)存在的問題提供一種多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)構(gòu)，既具有現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)智能化程度高、靈活度好、傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)解決現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)動力性能差、負(fù)載能力弱、動臂升降機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性差、缺乏有效的過載保護(hù)及吸振手段等工程問題，使該可控裝載機(jī)構(gòu)具有較好的動力學(xué)性能及承載穩(wěn)定性，同時(shí)具有較強(qiáng)的抗振能力和過載保護(hù)性能。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來達(dá)到上述目的：一種多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)構(gòu)，包括多單元連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)、動臂升降機(jī)構(gòu)、鏟斗控制機(jī)構(gòu)以及機(jī)架。

所述多單元連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括機(jī)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(zhuǎn)動副與機(jī)架連接，另一端通過第二轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動副與曲軸連接，所述第二主動桿一端通過第四轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接，另一端通過第五轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動副與曲軸連接，所述曲軸通過第七轉(zhuǎn)動副、第八轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接。所述第一主動桿、第二主動桿均由可控電機(jī)通過電傳動系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動控制，所述多單元連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)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(qū)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了由多臺小功率可控電機(jī)輸入，大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統(tǒng)可控裝載機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)功率輸出小、驅(qū)動扭矩低等問題。另外，根據(jù)裝載機(jī)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(qū)動機(jī)構(gòu)動力適應(yīng)性。

所述動臂升降機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)動副、第十轉(zhuǎn)動副與機(jī)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動副與動臂連接。在實(shí)際工程應(yīng)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，在可控裝載機(jī)構(gòu)作業(yè)過程中，多單元連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過曲軸為動臂升降機(jī)構(gòu)提供動力，由于動臂升降機(jī)構(gòu)為平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，第一缸體與第二缸體通過液壓管線連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，根據(jù)帕斯卡原理，兩缸體內(nèi)液體壓力相同，可以有效改善動臂兩升降支鏈?zhǔn)芰Σ痪膯栴}，提高動臂舉升穩(wěn)定性，延長動臂升降機(jī)構(gòu)各構(gòu)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(jī)構(gòu)的抗振能力，另外，通過在動臂升降機(jī)構(gòu)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(shí)現(xiàn)動臂升降機(jī)構(gòu)的過載保護(hù)功能。

所述鏟斗控制機(jī)構(gòu)包括第三主動桿、第五連桿、搖臂、拉桿、鏟斗。所述第三主動桿一端通過第十五轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接，另一端通過第十六轉(zhuǎn)動副與第五連桿一端連接，所述第五連桿另一端通過第十七轉(zhuǎn)動副與搖臂連接，所述搖臂通過第十八轉(zhuǎn)動副與動臂連接，所述拉桿一端通過第十九轉(zhuǎn)動副與搖臂連接，另一端通過第二十轉(zhuǎn)動副與鏟斗連接，所述鏟斗通過第二十一轉(zhuǎn)動副、第二十二轉(zhuǎn)動副與動臂連接。所述第三主動桿由可控電機(jī)通過電傳動系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動控制，鏟斗在第三主動桿的帶動下實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動。

所述一種多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)構(gòu)在各電傳動系統(tǒng)的編程控制下，完成裝載作業(yè)。該多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)構(gòu)既具有現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)智能化程度高、能耗低、維護(hù)保養(yǎng)簡單等特點(diǎn)，同時(shí)由于液壓元件的引入，使其具有液壓式裝載機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)在：（1）所述動臂升降機(jī)構(gòu)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，根據(jù)帕斯卡原理，兩缸體內(nèi)液體壓力相同，可以有效改善動臂兩升降支鏈?zhǔn)芰Σ痪膯栴}，提高動臂舉升穩(wěn)定性，延長動臂升降機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的使用壽命；（2）所述動臂升降機(jī)構(gòu)的第一升降支鏈和第二升降支鏈引入液壓元件后，可以有效提高裝載機(jī)的抗振性能；（3）所述動臂升降機(jī)構(gòu)的第一升降支鏈和第二升降支鏈引入液壓缸后，在裝載機(jī)鏟裝作業(yè)過程中，當(dāng)該可控裝載機(jī)構(gòu)承受的載荷在許用范圍時(shí)，液壓缸可視為一個不可伸縮的二力桿起傳遞力的作用，若該可控裝載機(jī)構(gòu)承受的載荷超過許用范圍時(shí)，液壓缸上的泄壓閥打開，起到過載保護(hù)作用?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，所述的多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)構(gòu)相比現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)具有更好的動力學(xué)性能、承載穩(wěn)定性、抗振能力以及更長的使用壽命，并且較易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)功能，適用于大、中、小型各類裝載機(jī)使用。

本發(fā)明突出優(yōu)點(diǎn)在于：

1、在保證滿足裝載作業(yè)要求的前提下，該可控裝載機(jī)構(gòu)采用由電傳動系統(tǒng)驅(qū)動的連桿傳動取代了傳統(tǒng)裝載機(jī)工作裝置的液壓傳動系統(tǒng)，避免了液壓系統(tǒng)機(jī)械效率低、可靠性差等問題，相比液壓式裝載機(jī)，該可控裝載機(jī)構(gòu)具有低能耗、低噪音、無尾氣排放等特點(diǎn)。另外，該可控裝載機(jī)構(gòu)的動力系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)編程控制的可控電傳動系統(tǒng)，相比現(xiàn)有液壓式工程機(jī)械，具有自動化和智能化程度高等優(yōu)點(diǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱控制簡單，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化作業(yè)。

2、相比現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)，本發(fā)明所述可控裝載機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)具有更好的動力性能和更強(qiáng)的適應(yīng)性。該可控裝載機(jī)構(gòu)采用的動力系統(tǒng)相比現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)，具有更好的適應(yīng)性和靈活性，動臂升降機(jī)構(gòu)的動力系統(tǒng)因?yàn)椴捎枚鄦卧B桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)，具有更高的輸出功率和扭矩，從而使該可控裝載機(jī)構(gòu)不僅適用于微小型裝載機(jī)，而且適用于中、大型裝載機(jī)。

3、相比現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)，本發(fā)明所述可控裝載機(jī)構(gòu)具有更好的承載穩(wěn)定性、更佳的抗振性能以及更長的使用壽命。該可控裝載機(jī)構(gòu)的動臂升降機(jī)構(gòu)引入了液壓元件，通過液壓管線使兩缸體并聯(lián)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩缸體內(nèi)液體壓力平衡，有效解決了平面并聯(lián)可控裝載機(jī)構(gòu)動臂的兩升降支鏈?zhǔn)芰Σ痪膯栴}，提高了承載穩(wěn)定性和抗振性能，改善了各構(gòu)件的受力情況，延長了使用壽命。

4、相比現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)，本發(fā)明所述可控裝載機(jī)構(gòu)具有更多的過載保護(hù)手段，由于動臂升降機(jī)構(gòu)引入了液壓元件，可通過在動臂升降機(jī)構(gòu)中引入泄壓閥等附屬裝置，較易實(shí)現(xiàn)可控裝載機(jī)構(gòu)的過載保護(hù)性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)構(gòu)機(jī)架示意圖。

圖3為本發(fā)明所述的多單元連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意圖之一。

圖4為本發(fā)明所述的多單元連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意圖之二。

圖5為本發(fā)明所述的多單元連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)曲軸示意圖。

圖6為本發(fā)明所述的動臂升降機(jī)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明所述的鏟斗控制機(jī)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)平面視圖。

圖9為本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下通過附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。

對照圖1，本發(fā)明所述的一種多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)構(gòu)，包括多單元連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)、動臂升降機(jī)構(gòu)、鏟斗控制機(jī)構(gòu)以及機(jī)架1。

對照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，所述多單元連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括機(jī)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2一端通過第一轉(zhuǎn)動副9與機(jī)架1連接，另一端通過第二轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動副5與曲軸13連接，所述第二主動桿6一端通過第四轉(zhuǎn)動副10與機(jī)架1連接，另一端通過第五轉(zhuǎn)動副14與第二連桿7一端連接，所述第二連桿7另一端通過第六轉(zhuǎn)動副8與曲軸13連接，所述曲軸13通過第七轉(zhuǎn)動副11、第八轉(zhuǎn)動副12與機(jī)架1連接。所述第一主動桿2、第二主動桿6均由可控電機(jī)通過電傳動系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動控制，所述多單元連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制下，可以將多個動力單元的動力合成后通過曲軸13輸出，從而使該多單元連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了由多臺小功率可控電機(jī)輸入，大功率、高扭矩動力輸出的目的，解決了傳統(tǒng)可控裝載機(jī)構(gòu)伺服電機(jī)功率輸出小、驅(qū)動扭矩低等問題。另外，根據(jù)裝載機(jī)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(qū)動機(jī)構(gòu)動力適應(yīng)性。

對照圖1、圖2、圖6，所述動臂升降機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)動副35、第十轉(zhuǎn)動副37與機(jī)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15一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(zhuǎn)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18一端連接，第一活塞桿18另一端通過第十二轉(zhuǎn)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26一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(zhuǎn)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25一端連接，第二活塞桿25另一端通過第十四轉(zhuǎn)動副33與動臂19連接。在實(shí)際工程應(yīng)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，在可控裝載機(jī)構(gòu)作業(yè)過程中，多單元連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過曲軸13為動臂升降機(jī)構(gòu)提供動力，由于動臂升降機(jī)構(gòu)為平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，第一缸體16與第二缸體17通過液壓管線連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，根據(jù)帕斯卡原理，兩缸體內(nèi)液體壓力相同，可以有效改善動臂19兩升降支鏈?zhǔn)芰Σ痪膯栴}，提高動臂舉升穩(wěn)定性，延長動臂升降機(jī)構(gòu)各構(gòu)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(jī)構(gòu)的抗振能力，另外，通過在動臂升降機(jī)構(gòu)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(shí)現(xiàn)動臂升降機(jī)構(gòu)的過載保護(hù)功能。

對照圖1、圖2、圖7，所述鏟斗控制機(jī)構(gòu)包括第三主動桿24、第五連桿23、搖臂22、拉桿21、鏟斗20。所述第三主動桿24一端通過第十五轉(zhuǎn)動副41與機(jī)架1連接，另一端通過第十六轉(zhuǎn)動副42與第五連桿23一端連接，所述第五連桿23另一端通過第十七轉(zhuǎn)動副38與搖臂22連接，所述搖臂22通過第十八轉(zhuǎn)動副32與動臂19連接，所述拉桿21一端通過第十九轉(zhuǎn)動副39與搖臂22連接，另一端通過第二十轉(zhuǎn)動副40與鏟斗20連接，所述鏟斗20通過第二十一轉(zhuǎn)動副30、第二十二轉(zhuǎn)動副31與動臂19連接。所述第三主動桿24由可控電機(jī)通過電傳動系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動控制，鏟斗20在第三主動桿24的帶動下實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動。

對照圖1、圖8、圖9，所述一種多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)構(gòu)在各電傳動系統(tǒng)的編程控制下，完成裝載作業(yè)。該多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)構(gòu)既具有現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)智能化程度高、能耗低、維護(hù)保養(yǎng)簡單等特點(diǎn)，同時(shí)由于液壓元件的引入，使其具有液壓式裝載機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)在：（1）所述動臂升降機(jī)構(gòu)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，根據(jù)帕斯卡原理，兩缸體內(nèi)液體壓力相同，可以有效改善動臂19兩升降支鏈?zhǔn)芰Σ痪膯栴}，提高動臂舉升穩(wěn)定性，延長動臂升降機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的使用壽命；（2）所述動臂升降機(jī)構(gòu)的第一升降支鏈和第二升降支鏈引入液壓元件后，可以有效提高裝載機(jī)的抗振性能；（3）所述動臂升降機(jī)構(gòu)的第一升降支鏈和第二升降支鏈引入液壓缸后，在裝載機(jī)鏟裝作業(yè)過程中，當(dāng)該可控裝載機(jī)構(gòu)承受的載荷在許用范圍時(shí)，液壓缸可視為一個不可伸縮的二力桿起傳遞力的作用，若該可控裝載機(jī)構(gòu)承受的載荷超過許用范圍時(shí)，液壓缸上的泄壓閥打開，起到過載保護(hù)作用?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，所述的多單元連桿驅(qū)動十五桿三活動度可控裝載機(jī)構(gòu)相比現(xiàn)有可控裝載機(jī)構(gòu)具有更好的動力學(xué)性能、承載穩(wěn)定性、抗振能力以及更長的使用壽命，并且較易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)功能，適用于大、中、小型各類裝載機(jī)使用。