一种二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构

1.本发明涉及工程机械领域，特别是一种二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构。


背景技术：

2.挖掘机是现今工程机械领域最为重要的一种工程机械，广泛应用于各类施工工作当中，有效降低了人们的工作强度，并提高了工作效率。因为液压传动具有体积小、重量轻，容易实现过载保护等优点，如今的大部分挖掘机都采用了液压传动，但是，采用液压传动的挖掘机也存在着许多不足和缺点，首先，液压系统制造精度要求高，工艺复杂且成本较高，液压元件维护保养要求高，且须较高的技术水平，其次，液压传动容易受温度变化影响，不易在很高或很低的温度下工作，液压油受温度影响较大，总效率低，有时有噪音和振动。
3.随着数控技术的发展和机械工业水平的提高，工程机械的数控化是工程机械领域新的发展趋势，数控技术与工程机械的结合可使工程机械性能得到质的提高，因其具有结构简单，容易控制，维护保养简单，制造成本低等诸多优点，因此具有广阔的发展空间。现有的一些多连杆电力驱动的挖掘机构，虽然避免了液压系统的诸多缺点，但仍有需要完善的地方，有些多连杆电力驱动的挖掘机构虽然机构简单，但工作空间过小，有些虽然保证了工作空间，但存在着连杆传动部分庞大，机构复杂，重量过大等缺点。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为解决背景技术中指出的多连杆电力驱动的挖掘机构为保证工作空间而存在的连杆传动部分庞大，结构复杂，重力过大的缺点，提供一种二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构，一方面具有液压挖掘机构的工作空间大，灵活性好等优点，避免液压挖掘机构液压元件制造精度要求高、液压油受温度影响严重、液压系统发生故障不易检查和排除的缺点，另外，通过两个电动缸的伸缩与三个主动杆的相互配合，避免其它多连杆电力机构连杆数量多、自重大，工作空间小的缺点。
5.本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构，组成构件包括机架、小动臂、斗杆举降机构、铲斗翻转机构以及蓄电池，组成构件的具体结构和连接关系为：
6.所述小动臂通过第一铰孔连接到第一伺服电机，第一伺服电机设置在机架上；
7.所述斗杆举降机构由斗杆和举降机构组成，所述斗杆的一端通过第五铰链与小动臂连接，斗杆的另一端通过第十铰链连接铲斗；所述举降机构由第二伺服电机、第一主动杆和第一电动缸组成，所述第二伺服电机设置在机架上，第二伺服电机通过第二铰孔与第一主动杆的一端连接，第一主动杆的另一端通过第三铰链与第一电动缸相连，第一电动缸通过第四铰链连接在斗杆的中部；
8.所述铲斗翻转机构由铲斗和翻转机构组成，所述翻转机构由第三伺服电机、第二主动杆、第二电动缸、第一连杆、第二连杆和第三连杆组成，所述第三伺服电机设置在斗杆上，第三伺服电机通过第六铰孔连接到第二主动杆的一端，第二主动杆另一端通过第七铰
链与第二电动缸相连，第二电动缸通过第一螺纹孔与第一连杆的一端相连，第一连杆另一端通过第八铰链与第三连杆的一端相连，第三连杆另一端通过第九铰链与铲斗相连，第二连杆一端通过第八铰链与第三连杆相连，另一端通过第十一铰链连接在斗杆上；
9.蓄电池设置在机架上，蓄电池与第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第一电动缸以及第二电动缸通过电线电缆连接。
10.所述第一主动杆、第二主动杆分别由第二伺服电机和第三伺服电机驱动。
11.所述第一电动缸和第二电动缸均由各带有伺服电机，电动缸和伺服电机构成一体。所述第一主动杆、第二主动杆分别由第二伺服电机和第三伺服电机驱动。
12.本发明的突出优点在于：
13.1.输出运动由多个原动件共同决定，是多自变量的函数，通过适当的控制程序就可实现复杂的运动规律，改变控制程序即可改变机构的输出运动，亦输出的柔性化。
14.2.采用全新的连杆机构，不仅具有液压传动挖掘机的工作空间大和灵活度高的优点，而且相比其它多连杆电力驱动的挖掘机构，减少了连杆数量，简化了连杆传动部分，结构简单，降低了传动部分的重量，提高了挖掘机构的动力学性能。
15.3.由于采用多连杆机构代替了液压传动，避免了液压挖掘机液压元件制造精度要求高、液压油受温度影响严重、液压系统发生故障不易检查和排除等缺点。
16.4.由于采用伺服电机驱动系统作为动力装置，运用计算机技术对挖掘机的作业过程进行控制，从根本上提升了挖掘机的性能，使该挖掘机具有广阔的市场发展潜力。
附图说明
17.图1为本发明所述的二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构的主视图。
18.图2为本发明所述的二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构的小动臂示意图。
19.图3为本发明所述的二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构的斗杆举降机构示意图。
20.图4为本发明所述的二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构的铲斗翻转机构示意图。
21.图5为本发明所述的二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构的第一连杆16的三维示意图。
22.图6为本发明所述的二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构的内燃机驱动伺服电机原理简图。
23.图中标记为：机架1、第二伺服电机2、第二铰孔3、第一主动杆4、第三铰链5、第一电动缸6、第四铰链7、斗杆8、第十一铰链9、第十铰链10、铲斗11、第九铰链12、第三连杆13、第八铰链14、第二连杆15、第一连杆16、第一螺纹孔17、第二电动缸18、第七铰链19、第六铰孔20、第三伺服电机21、第五铰链22、小动臂23、第一铰孔24、第一伺服电机25、第二主动杆26。
具体实施方式
24.以下通过附图对本发明的技术方案作进一步说明。
25.如图1至图5所示，本发明所述的二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构，组成构件包括机架1、小动臂、斗杆举降机构以及铲斗翻转机构。组成构件的具体结构和连接关系为：
26.小动臂23通过第一铰孔24连接第一伺服电机25，第一伺服电机25设置在机架1上。第一伺服电机25带动小动臂23举降。
27.如图1、图3和图5所示，所述斗杆举降机构由斗杆8和举降机构组成，所述斗杆8通过第五铰链22与小动臂23连接，所述举降机构由第二伺服电机2、第一主动杆4和含伺服电机的第一电动缸6组成，所述第二伺服电机2通过第二铰孔3与第一主动杆4连接，第一主动杆4另一端通过第三铰链5与含伺服电机的第一电动缸6相连，含伺服电机的第一电动缸6另一端通过第四铰链7连接在斗杆8上。所述第一主动杆4和第一电动缸6可分别通过举降机构带动斗杆8举降。
28.如图1、图4和图5所示，所述铲斗翻转机构由铲斗11和翻转机构组成，所述铲斗11通过第十铰链10与斗杆8连接，所述翻转机构由第三伺服电机21、第二主动杆26、第二电动缸18、第一连杆16、第二连杆15和第三连杆13组成，所述第三伺服电机21设置在斗杆8上，第三伺服电机通过第六铰孔20与第二主动杆26的一端连接，第二主动杆26另一端通过第七铰链19与第二电动缸18的一端相连，第二电动缸18另一端通过第一螺纹孔17与第一连杆16的一端螺纹相连，第一连杆16另一端通过第八铰链14与第三连杆13的一端相连，第三连杆13另一端通过第九铰链12与铲斗11相连，第二连杆15一端通过第八铰链14与第三连杆13相连，另一端通过第十一铰链9连接在斗杆8上。所述第二主动杆26和第二电动缸18可分别通过翻转机构带动铲斗11翻转。
29.如图1和图6所示，所述第一主动杆4由与之相连的第二伺服电机2驱动，第二主动杆26由与之相连的第三伺服电机21驱动。
30.所述第一电动缸6和第二电动缸18各带有伺服电机，电动缸和伺服电机构成一体。电动缸以及伺服电机通过蓄电池或者超级电容提供电力，进一步的，通过内燃机带动发动机，再由电动机给电池充电，能很好的解决由于电力不足而造成的停机。
31.所述小动臂、斗杆举降机构、铲斗翻转机构在伺服电机和电动缸的配合下共同完成挖掘作业。
32.工作原理及过程如下：
33.所述一种二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构工作原理为：如图1所示，小动臂23的抬升是通过第一伺服电机25来驱动。斗杆的举降是通过第二伺服电机2来驱动第一主动杆4，第一主动杆4带动第一电动缸6进而使斗杆举降，此时第一电动缸6不伸缩时即相当于一连杆。铲斗11的翻转是通过第三伺服电机21来带动第二主动杆26并通过第二电动缸18、第一连杆16、第二连杆15、第三连杆13来进而推动铲斗11翻转，此时第二电动缸18不伸缩时即相当于一连杆.在两电动缸不伸缩时，所述挖掘机构即相当于无伸缩纯数控连杆式挖掘机构，当所述挖掘机构两电动缸不伸缩无法满足挖掘工作需求时，可以通过两电动缸的伸缩来增大挖掘机构的工作空间，进而满足挖掘需求。所述一种二电动缸与三电机混合驱动挖掘机构输出运动由多个原动件共同决定，是多自变量的函数，通过适当的控制程序就可实现复杂的运动规律，改变控制程序即可改变机构的输出运动，亦输出的柔性化，可以根据输入的控制程序实现自主按预定的轨迹路线进行挖掘。