专利名称：一种全电动伺服挖掘机的制作方法
技术领域：
本发明属于挖掘机领域，具体地说是一种全电动伺服挖掘机。
背景技术：
现有挖掘机的动力大多采用发动机带动液压泵，提供高压油液驱动液压缸和液压马达。现有的挖掘机，作业部分由液压油缸驱动，能量转换过程中的损失多，而且噪声大，对施工周围环境造成噪声污染；此外，液压系统的维护成本也较高，不利于维修。
发明内容
为了解决由液压系统驱动的挖掘机存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种全电动伺服挖掘机。该全电动伺服挖掘机采用伺服电机驱动，达到节能降噪，降低维护成本的目的。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:本发明包括作业机构、回转机构及行走机构，其中回转机构相对转动地安装在所述行走机构上，所述作业机构铰接于回转机构；所述作业机构、回转机构及行走机构分别通过独立的伺服电机驱动，所述回转机构上设有为各伺服电机提供电力的控制柜，各伺服电机分别与所述控制柜电连接。其中:所述作业机构包括动臂、斗杆及铲斗，其中动臂的一端与所述回转机构铰接，另一端与斗杆的一端铰接，所述斗杆的另一端铰接有铲斗；所述动臂、斗杆及铲斗分别由伺服电机及丝杠机构驱动，动臂通过伺服电机的驱动具有升降自由度，斗杆及铲斗通过各自伺服电机的驱动具有转动自由度，并且所述动臂、斗杆及铲斗随回转机构转动；所述驱动动臂、斗杆及铲斗的各伺服电机及丝杠机构结构相同，丝杠机构包括外壳、丝杠、丝母及输出轴，其中伺服电机安装在外壳上，所述伺服电机的输出端连接有齿轮，该齿轮与安装在外壳内的丝杠啮合传动，所述丝母与丝杠螺纹连接，所述输出轴的一端与丝母连接，另一端与动臂、斗杆或伊斗相连；所述动臂铰接在回转机构上，在动臂的一侧或两侧设有动臂电机及动臂丝杠机构，其中动臂丝杠机构的一端铰接在所述回转机构上，另一端为输出轴、与所述动臂铰接；所述动臂电机安装在动臂丝杠机构上，动臂电机的输出端连接有齿轮，该齿轮与所述动臂丝杠机构中的丝杠啮合传动，在动臂丝杠机构的丝杠上螺纹连接有丝母，所述输出轴的一端与该丝母相连，另一端与所述动臂铰接；所述动臂电机与所述控制柜电连接；所述动臂上安装有斗杆电机及斗杆丝杠机构，所述斗杆的两端分别与动臂及铲斗铰接，其中斗杆与动臂铰接的一端还与所述斗杆丝杠机构的输出轴铰接；所述斗杆电机安装在斗杆丝杠机构上，斗杆电机的输出端连接有齿轮，该齿轮与所述斗杆丝杠机构中的丝杠啮合传动，在斗杆丝杠机构的丝杠上螺纹连接有丝母，所述输出轴的一端与该丝母相连，另一端与所述斗杆铰接；所述斗杆电机与所述控制柜电连接；所述斗杆上安装有铲斗电机及铲斗丝杠机构，所述铲斗铰接在斗杆上，铲斗电机安装在铲斗丝杠机构上，铲斗电机的输出端连接有齿轮，该齿轮与所述铲斗丝杠机构中的丝杠啮合传动，在铲斗丝杠机构的丝杠上螺纹连接有丝母，所述输出轴的一端与该丝母相连，另一端分别与第一连杆及第二连杆的一端铰接，所述第一连杆的另一端与铲斗铰接，所述第二连杆的另一端与斗杆铰接；所述铲斗电机与所述控制柜电连接；所述行走机构包括机架及位于机架两侧的履带，所述机架的两侧各设有一个行走电机，每个行走电机的输出轴上均连接有驱动轮，每侧的驱动轮均与该侧的所述履带连接，带动履带行走或转弯；所述回转机构包括回转电机、回转减速器、回转接头、控制柜、上车及驾驶室，其中回转电机及回转减速器安装在所述行走机构的机架上，该回转电机的输出轴通过回转减速器连接有回转接头，所述控制柜、上车及驾驶室分别安装在回转支架上，该回转支架与所述回转接头相连，由回转电机驱动回转支架及其上的控制柜、上车和驾驶室转动；所述作业机构铰接于回转支架上、位于上车和驾驶室之间；所述回转电机与控制柜电连接。本发明的优点与积极效果为:1.本发明将现有挖掘机的油缸、液压马达和液压系统全部去掉，采用伺服电机作为动力源，与丝杠机构和齿轮机构配合进行驱动，减少了能量的中间转换过程，能有效节能；本发明无需发动机，降低了污染和噪声。2.本发明采用伺服电机进行驱动，能够进行精确地控制，有利于机械的自动化程度的提闻。3.本发明使用电力作为能源，有效降低了运营成本，维护方便。
图1为本发明的结构主视图；图2为图1的俯视图；其中:1为驱动轮，2为控制柜，3为上车，4为驾驶室，5为动臂丝杠机构，6为动臂电机，7斗杆电机，8为斗杆丝杠机构，9为动臂，10为斗杆，11为铲斗，12为第一连杆，13为韦产斗丝杠机构，14为伊斗电机,15为电瓶组,16为行走电机,17为回转电机,18为回转减速器，19为回转接头，20为第二连杆。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详述。如图1、图2所示，本发明包括作业机构、回转机构及行走机构三部分，能够完成的动作包括铲斗的转动、斗杆的转动、动臂的升降、上车的回转、整机的行走等，其中回转机构相对转动地安装在所述行走机构上，所述作业机构铰接于回转机构；所述作业机构、回转机构及行走机构分别通过独立的伺服电机驱动，所述回转机构上设有为各伺服电机提供电力的控制柜2，各伺服电机分别与所述控制柜2电连接。行走机构包括机架及位于机架两侧的履带21，所述机架的两侧各设有一个行走电机16，每个行走电机16的输出轴上均连接有驱动轮1，每侧的驱动轮I均与该侧的所述履带21连接，带动履带21行走或转弯。本发明的行走机构有两个自由度，即行走及转变，由两台行走电机16独立驱动，通过驱动轮I带动履带21行走，两台行走电机独立控制，可实现直线前进、转弯、原地回转等动作。回转机构包括回转电机17、回转减速器18、回转接头19、控制柜2、上车3及驾驶室4，其中回转电机17及回转减速器18安装在行走机构的机架上，该回转电机17的输出轴通过回转减速器18连接有回转接头19，所述控制柜2、上车3及驾驶室4分别安装在回转支架上，该回转支架与所述回转接头19相连，由回转电机17驱动回转支架及其上的控制柜
2、上车3和驾驶室4转动；所述作业机构铰接于回转支架上、位于上车3和驾驶室4之间；所述回转电机17与控制柜2电连接。本发明的回转机构具有一个转动自由度，由回转电机17驱动。作业机构包括动臂9、动臂电机6、动臂丝杠机构5、斗杆10、斗杆电机7、斗杆丝杠机构8、铲斗11、铲斗电机14及铲斗丝杠机构13，其中动臂9的一端与所述回转机构中的回转支架铰接、位于上车3与驾驶室4之间，动臂9的另一端与斗杆10的一端铰接，所述斗杆10的另一端铰接有铲斗11 ;所述动臂9、斗杆10及铲斗11分别由伺服电机及丝杠机构驱动，动臂9通过伺服电机的驱动具有升降自由度，斗杆10及铲斗11通过各自伺服电机的驱动具有转动自由度，并且所述动臂9、斗杆10及纟产斗11随回转机构转动。驱动动臂9、斗杆10及铲斗11的各伺服电机及丝杠机构结构相同，丝杠机构包括外壳、丝杠、丝母及输出轴，其中伺服电机安装在外壳上，所述伺服电机的输出端连接有齿轮，该齿轮与安装在外壳内的丝杠啮合传动，所述丝母与丝杠螺纹连接，所述输出轴的一端与丝母连接，另一端与动臂9、斗杆10或纟产斗11相连。具体结构为:动臂9铰接在回转机构上，在动臂9的一侧或两侧设有动臂电机6及动臂丝杠机构5(动臂电机6及动臂丝杠机构5的数量取决于挖掘机的型号，铲斗容量较大的需要两侧各有一套伺服电机加丝杠的结构驱动)，其中动臂丝杠机构5的一端铰接在所述回转机构中的回转支架上，另一端为输出轴、与所述动臂9铰接；所述动臂电机6安装在动臂丝杠机构5上，动臂电机6的输出端连接有齿轮，该齿轮与所述动臂丝杠机构5中的丝杠啮合传动，在动臂丝杠机构5的丝杠上螺纹连接有丝母，所述输出轴的一端与该丝母相连，另一端与所述动臂9铰接；所述动臂电机6与所述控制柜2电连接。动臂9上安装有斗杆电机7及斗杆丝杠机构8，所述斗杆10的两端分别与动臂9及铲斗11铰接，其中斗杆10与动臂9铰接的一端还与所述斗杆丝杠机构8的输出轴铰接；所述斗杆电机7安装在斗杆丝杠机构8上，斗杆电机7的输出端连接有齿轮，该齿轮与所述斗杆丝杠机构8中的丝杠啮合传动，在斗杆丝杠机构8的丝杠上螺纹连接有丝母，所述输出轴的一端与该丝母相连，另一端与所述斗杆10铰接；所述斗杆电机7与所述控制柜2电连接。斗杆10上安装有铲斗电机14及铲斗丝杠机构13，所述铲斗11铰接在斗杆10上，铲斗电机14安装在铲斗丝杠机构13上，铲斗电机14的输出端连接有齿轮，该齿轮与所述铲斗丝杠机构13中的丝杠啮合传动，在铲斗丝杠机构13的丝杠上螺纹连接有丝母，所述输出轴的一端与该丝母相连，另一端分别与第一连杆12及第二连杆20的一端铰接，所述第一连杆12的另一端与铲斗11铰接，所述第二连杆20的另一端与斗杆10铰接；所述铲斗电机14与所述控制柜2电连接。本发明的作业机构具有三个自由度，分别为通过动臂电机6驱动动臂丝杠机构5实现动臂9的升降动作，通过斗杆电机7驱动杆丝杠机构8实现斗杆10的转动，通过铲斗电机14驱动铲斗丝杠机构13带动第一连杆12实现铲斗的转动。本发明作业机构中的各丝杠机构也可由伺服电机通过减速器直接驱动。
本发明各电机的电力全部由机载的电瓶组15提供，通过控制柜2实现电力的分配，为驾驶室4提供空调、风扇、照明用电。本发明的工作原理为:本发明将现有挖掘机的油缸、液压马达和液压系统全部去掉，采用伺服电机作为动力源，与丝杠机构和齿轮机构配合进行驱动；各伺服电机的正反转，通过连接联轴器带动齿轮，然后经过一级齿轮减速带动各丝杠旋转，使得丝杠机构的执行部件(输出轴)伸缩，驱动作业装置完成挖掘和卸载动作；用回转电机17驱动回转机构实现上车的整体回转，下部的行走装置由两台行走电机16独立驱动，通过转速的控制实现直线行走和转弯等动作。伺服电机和空调系统等用电在条件允许的情况下可以通过控制柜2外接电源进行供电，满足挖掘机的作业用电需求。
权利要求
1.一种全电动伺服挖掘机，其特征在于:包括作业机构、回转机构及行走机构，其中回转机构相对转动地安装在所述行走机构上，所述作业机构铰接于回转机构；所述作业机构、回转机构及行走机构分别通过独立的伺服电机驱动，所述回转机构上设有为各伺服电机提供电力的控制柜(2)，各伺服电机分别与所述控制柜(2)电连接。
2.按权利要求1所述的全电动伺服挖掘机，其特征在于:所述作业机构包括动臂(9)、斗杆(10)及铲斗(11)，其中动臂(9)的一端与所述回转机构铰接，另一端与斗杆(10)的一端铰接，所述斗杆(10)的另一端铰接有铲斗(11);所述动臂(9)、斗杆(10)及铲斗(11)分别由伺服电机及丝杠机构驱动，动臂(9)通过伺服电机的驱动具有升降自由度，斗杆(10)及铲斗(11)通过各自伺服电机的驱动具有转动自由度，并且所述动臂(9)、斗杆(10)及铲斗(11)随回转机构转动。
3.按权利要求2所述的全电动伺服挖掘机，其特征在于:所述驱动动臂(9)、斗杆(10)及铲斗(11)的各伺服电机及丝杠机构结构相同，丝杠机构包括外壳、丝杠、丝母及输出轴，其中伺服电机安装在外壳上，所述伺服电机的输出端连接有齿轮，该齿轮与安装在外壳内的丝杠啮合传动，所述丝母与丝杠螺纹连接，所述输出轴的一端与丝母连接，另一端与动臂(9)、斗杆(10)或纟产斗(11)相连。
4.按权利要求2或3所述的全电动伺服挖掘机，其特征在于:所述动臂(9)铰接在回转机构上，在动臂(9)的一侧或两侧设有动臂电机(6)及动臂丝杠机构(5)，其中动臂丝杠机构(5)的一端铰接在所述回转机构上，另一端为输出轴、与所述动臂(9)铰接；所述动臂电机(6)安装在动臂丝杠机构(5)上，动臂电机(6)的输出端连接有齿轮，该齿轮与所述动臂丝杠机构(5)中的丝杠啮合传动，在动臂丝杠机构(5)的丝杠上螺纹连接有丝母，所述输出轴的一端与该丝母相连，另一端与所述动臂(9)铰接；所述动臂电机(6)与所述控制柜(2)电连接。
5.按权利要求2或3所述的全电动伺服挖掘机，其特征在于:所述动臂(9)上安装有斗杆电机(7)及斗杆丝杠机构(8)， 所述斗杆(10)的两端分别与动臂(9)及铲斗(11)铰接，其中斗杆(10)与动臂(9)铰接的一端还与所述斗杆丝杠机构(8)的输出轴铰接；所述斗杆电机(7)安装在斗杆丝杠机构(8)上，斗杆电机(7)的输出端连接有齿轮，该齿轮与所述斗杆丝杠机构(8)中的丝杠啮合传动，在斗杆丝杠机构(8)的丝杠上螺纹连接有丝母，所述输出轴的一端与该丝母相连，另一端与所述斗杆(10)铰接；所述斗杆电机(7)与所述控制柜⑵电连接。
6.按权利要求2或3所述的全电动伺服挖掘机，其特征在于:所述斗杆(10)上安装有铲斗电机(14)及铲斗丝杠机构(13)，所述铲斗(11)铰接在斗杆(10)上，铲斗电机(14)安装在铲斗丝杠机构(13)上，铲斗电机(14)的输出端连接有齿轮，该齿轮与所述铲斗丝杠机构(13)中的丝杠啮合传动，在铲斗丝杠机构(13)的丝杠上螺纹连接有丝母，所述输出轴的一端与该丝母相连，另一端分别与第一连杆(12)及第二连杆(20)的一端铰接，所述第一连杆(12)的另一端与铲斗(11)铰接，所述第二连杆(20)的另一端与斗杆(10)铰接；所述铲斗电机(14)与所述控制柜(2)电连接。
7.按权利要求1所述的全电动伺服挖掘机，其特征在于:所述行走机构包括机架及位于机架两侧的履带(21)，所述机架的两侧各设有一个行走电机(16)，每个行走电机(16)的输出轴上均连接有驱动轮(I)，每侧的驱动轮(I)均与该侧的所述履带(21)连接，带动履带(21)行走或转弯。
8.按权利要求1所述的全电动伺服挖掘机，其特征在于:所述回转机构包括回转电机(17)、回转减速器(18)、回转接头(19)、控制柜(2)、上车(3)及驾驶室(4)，其中回转电机(17)及回转减速器(18)安装在所述行走机构的机架上，该回转电机(17)的输出轴通过回转减速器(18)连接有回转接头(19)，所述控制柜(2)、上车(3)及驾驶室(4)分别安装在回转支架上，该回转支架与所述回转接头(19)相连，由回转电机(17)驱动回转支架及其上的控制柜(2)、上车(3)和驾驶室(4)转动；所述作业机构铰接于回转支架上、位于上车(3)和驾驶室⑷之间；所述回转电机(17)与控 制柜(2)电连接。
全文摘要
本发明属于挖掘机领域，具体地说是一种全电动伺服挖掘机，包括作业机构、回转机构及行走机构，其中回转机构相对转动地安装在所述行走机构上，所述作业机构铰接于回转机构；所述作业机构、回转机构及行走机构分别通过独立的伺服电机驱动，所述回转机构上设有为各伺服电机提供电力的控制柜，各伺服电机分别与所述控制柜电连接。本发明将现有挖掘机的油缸、液压马达和液压系统全部去掉，采用伺服电机作为动力源，与丝杠机构和齿轮机构配合进行驱动，减少了能量的中间转换过程，能有效节能；本发明无需发动机，降低了污染和噪声。
文档编号E02F3/42GK103184751SQ20111045309
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者谷侃锋, 杨国永, 赵明扬, 沙清泉 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所