一种多单元直线驱动平面三活动度叉木机的制作方法

本发明涉及叉木机领域，特别是一种多单元直线驱动平面三活动度叉木机。

背景技术：

叉木机是一种广泛应用于林业、农业、建筑等相关领域，进行木料、甘蔗、柱状建材等搬运、装卸作业的关键设备，在农、林业生产及建筑施工等场合发挥了重要的作用，传统液压式叉木机是在传统液压式装载机基础上设计开发的，存在着能耗高、噪音大、尾气排放严重、智能化水平低等缺点。可控机构是传统机构与电子技术结合的产物，近年来开展的“数控一代”装备创新工程，给传统生产机械技术升级带来了机遇，针对液压式叉木机的缺点，将可控机构及机器人相关技术应用到传统装卸机械工作装置的设计中，提出了一类可控机构式装卸机械，包括可控机构式甘蔗装载机、可控机构式装车机等，此类可控机构式装卸机械避免了液压系统的使用，它由多自由度连杆机构和多个可控电机组成，其输出运动由多台计算机编程控制的可控电机共同决定，叉斗的输出轨迹是一个多自变量的函数，可以轻易实现复杂柔性轨迹输出，相比液压式叉木机，可控机构式装卸机械具有智能化程度高、灵活度好、高传动效率等优点，对于推动叉木机绿色化、智能化具有重要的意义。

但是，在多自由度可控机构式甘蔗装载机、甘蔗装车机等可控机构式装卸机械进行工程应用研究的过程中，发现了一系列未曾涉及的工程问题。首先，现有可控机构式装卸机械动臂升降支链均由主动杆进行动力输入，主动杆则由可控电传动系统驱动，受制于可控电机成本高、输出功率小、扭矩低等问题，造成现有可控机构式装卸机械动力性能差、负载能力弱等问题，难以满足以高负载装卸作业为主的叉木机动力需求，这也是现有可控机构式装卸机械设计仍停留在构型设计阶段的主要原因；其次，可控机构式装卸机械执行机构多采用连杆传动，特别对于叉斗控制机构，由于传动路线距离长，杆件多造成结构复杂、控制难、刚性差等问题。上述原因严重影响和制约了可控机构式叉木机的研发和工程应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于已有技术存在的问题，提供一种多单元连杆驱动平面电液可控叉木机，该种叉木机利用可控机构技术并采用全新构型设计，使其既具有现有可控机构式装卸机械智能化程度高、灵活度好、传动效率高等优点，同时解决可控机构式装卸机械动力性能差、负载能力弱等工程问题，有效克服传统液压式叉木机存在的机械效率低、噪音污染严重、智能化水平低等问题，使该叉木机具有较好的动力学性能及承载能力，同时具有结构简单紧凑等特点。

本发明通过以下技术方案来达到上述目的：一种多单元直线驱动平面三活动度叉木机，包括多单元直线驱动机构、动臂升降机构、叉斗控制机构以及机架。

所述多单元直线驱动机构包括曲轴，第一直线驱动器和第二直线驱动器，所述第一直线驱动器一端通过第一转动副与机架连接，另一端通过第二转动副与曲轴连接，所述第二直线驱动器一端通过第三转动副与机架连接，另一端通过第四转动副与曲轴连接。所述曲轴通过第五转动副、第六转动副与机架连接。

所述多单元直线驱动机构在计算机系统的控制下，可以将多台小功率直线驱动器的动力合成后，通过曲轴实现大功率、高扭矩动力输出的目的，解决了传统可控装载机构可控电机成本高、功率小、驱动扭矩低等问题，提高了该叉木机的承载能力。所述直线驱动器可以选用伺服电动缸，根据叉木机的动力要求，所述曲轴可由两组及以上直线驱动器进行驱动，可以方便选用四单元、六单元等多种动力单元形式，保证了该多单元直线驱动机构的输出动力可满足轻型及重型等各型号可控机构式叉木机的动力需求。

所述动臂升降机构包括动臂、第一升降支链和第二升降支链，所述第一升降支链包括第一连杆、第二连杆、所述第一连杆一端通过键或其他方式与曲轴固定连接，另一端通过第九转动副与第二连杆一端连接，所述第二连杆另一端通过第十转动副与动臂连接，所述第二升降支链包括第三连杆、第四连杆、所述第三连杆一端通过键或其他方式与曲轴固定连接，另一端通过第十一转动副与第四连杆一端连接，所述第四连杆另一端通过第十二转动副与动臂连接，所述动臂通过第七转动副、第八转动副与机架连接。

所述叉斗控制机构包括第三直线驱动器和第四直线驱动器、上叉、下叉、第五直线驱动器、第六直线驱动器、第一摇臂、第二摇臂、第一拉杆、第二拉杆，所述第一摇臂通过第十三转动副与动臂连接，所述第一拉杆一端通过第十四转动副与第一摇臂连接，另一端通过第十五转动副与下叉连接，所述第三直线驱动器一端通过第十六转动副与动臂连接，另一端通过第十七转动副与第一摇臂连接。所述第二摇臂通过第十八转动副与动臂连接，所述第二拉杆一端通过第十九转动副与第二摇臂连接，另一端通过第二十转动副与下叉连接，所述第四直线驱动器一端通过第二十一转动副与动臂连接，另一端通过第二十二转动副与第二摇臂连接，所述下叉通过第二十三转动副、第二十四转动副与动臂连接，所述上叉通过第二十五转动副、第二十六转动副与下叉连接，所述第五直线驱动器一端通过第二十七转动副与下叉连接，另一端通过第二十八转动副与上叉连接，所述第六直线驱动器一端通过第二十九转动副与下叉连接，另一端通过第三十转动副与上叉连接。

所述叉斗控制机构由第三直线驱动器、第四直线驱动器、第五直线驱动器、第六直线驱动器进行动力输入，所述各直线驱动器为伺服电动缸，该叉斗控制机构在伺服电动缸的驱动控制下，实现叉斗对甘蔗、木材等抓取作业。叉斗控制机构通过引入直线驱动器以及简单连杆机构的设计，有效避免了可控机构式工程机械冗长的传动链，大幅降低了控制难度和制造成本。

所述一种多单元直线驱动平面三活动度叉木机在各电传动系统的编程控制下，完成装载作业。该种多单元直线驱动平面三活动度叉木机既具有现有可控装卸机构智能化程度高、能耗低、动态性能好、可靠性好等特点，而且克服了可控机构式装卸机械负载能力弱、叉斗控制支链复杂、成本高等缺陷，具有较强的工程应用前景和发展潜力。

本发明突出优点在于：

1、该种叉木机在基于可控机构技术的基础上采用全新构型设计，在满足木材装卸作业所需自由度和工作空间要求下，动臂升降机构通过采用多单元直线驱动机构的设计大幅提高了该叉木机的承载能力，叉斗控制机构通过引入直线驱动器等，避免了冗长的传动链，降低了控制难度和制造成本，并且该设计保证了该叉木机具有较好的举升平移性。该叉木机既具有可控机构式装卸机械能耗低、传动效率高、智能化程度高、可靠性好等特点，同时克服了可控机构式装卸机械承载能力差、机构复杂、造价高等缺点。

2、该叉木机采用计算机编程控制的电传动系统进行驱动，不仅具有较高的智能化水平，实现了作业数控化，同时避免了液压系统机械效率低等问题，相比液压式工程机械具有更长的使用寿命以及更高的可靠性。

3、相比现有可控装卸机构，本发明所述叉木机具有更强的承载能力和适应性。多单元直线驱动机构的引入，大幅提高了该叉木机的承载能力，该设计尤其适用于叉木机等需要重载作业的应用场合；该多单元直线驱动机构具有较强的动力适应性，可根据不同的动力要求，选用四单元、六单元等不同数量的直线驱动器驱动，满足轻型和重型各类叉木机动力要求。

4、相比传统液压式叉木机，本发明所述叉木机不仅具有机械效率高、可靠性好等特点，而且可控机构技术的采用有效提高了叉木机操作和作业的智能化程度，降低了操纵人员的劳动强度，电传动系统的采用显著降低了叉木机的机械复杂度，降低了叉木机的制造成本。该叉木机具有能耗低、低噪音、无尾气排放等特点，对推动叉木机绿色化、智能化具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明所述的一种多单元直线驱动平面三活动度叉木机示意图。

图2为本发明所述的一种多单元直线驱动平面三活动度叉木机机架示意图。

图3为本发明所述的多单元直线驱动机构示意图之一。

图4为本发明所述的多单元直线驱动机构示意图之二。

图5为本发明所述的多单元直线驱动机构曲轴示意图。

图6为本发明所述的动臂升降机构示意图。

图7为本发明所述的叉斗控制机构示意图。

图8为本发明所述的叉斗控制机构下叉机构示意图。

图9为本发明所述的叉斗控制机构上叉示意图。

图10为本发明所述的一种多单元直线驱动平面三活动度叉木机平面视图。

图11为本发明所述的一种多单元直线驱动平面三活动度叉木机工作示意图。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

对照图1，本发明所述的一种多单元直线驱动平面三活动度叉木机，包括多单元直线驱动机构、动臂升降机构、叉斗控制机构以及机架1。

对照图1、图2、图3、图4、图5，所述多单元直线驱动机构包括曲轴15，第一直线驱动器47和第二直线驱动器19，所述第一直线驱动器47一端通过第一转动副46与机架1连接，另一端通过第二转动副49与曲轴15连接，所述第二直线驱动器19一端通过第三转动副43与机架1连接，另一端通过第四转动副48与曲轴15连接。所述曲轴15通过第五转动副44、第六转动副45与机架1连接。

所述多单元直线驱动机构在计算机系统的控制下，可以将多台小功率直线驱动器的动力合成后，通过曲轴15实现大功率、高扭矩动力输出的目的，解决了传统可控装载机构可控电机成本高、功率小、驱动扭矩低等问题，提高了该叉木机的承载能力。所述直线驱动器可以选用伺服电动缸，根据叉木机的动力要求，所述曲轴15可由两组及以上直线驱动器进行驱动，可以方便选用四单元、六单元等多种动力单元形式，保证了该多单元直线驱动机构的输出动力可满足轻型及重型等各型号可控机构式叉木机的动力需求。

对照图1、图2、图6，所述动臂升降机构包括动臂3、第一升降支链和第二升降支链，所述第一升降支链包括第一连杆39、第二连杆41、所述第一连杆39一端通过键或其他方式与曲轴15固定连接，另一端通过第九转动副38与第二连杆41一端连接，所述第二连杆41另一端通过第十转动副40与动臂3连接；所述第二升降支链包括第三连杆17、第四连杆14、所述第三连杆17一端通过键或其他方式与曲轴15固定连接，另一端通过第十一转动副16与第四连杆14一端连接，所述第四连杆14另一端通过第十二转动副13与动臂3连接，所述动臂3通过第七转动副2、第八转动副42与机架1连接。

对照图1、图2、图7、图8、图9，所述叉斗控制机构包括第三直线驱动器4和第四直线驱动器20、上叉9、下叉10、第五直线驱动器8、第六直线驱动器25、第一摇臂36、第二摇臂33、第一拉杆6、第二拉杆29；所述第一摇臂36通过第十三转动副35与动臂3连接，所述第一拉杆6一端通过第十四转动副5与第一摇臂36连接，另一端通过第十五转动副22与下叉10连接。所述第三直线驱动器4一端通过第十六转动副34与动臂3连接，另一端通过第十七转动副37与第一摇臂36连接。所述第二摇臂33通过第十八转动副32与动臂3连接，所述第二拉杆29一端通过第十九转动副21与第二摇臂33连接，另一端通过第二十转动副28与下叉10连接。所述第四直线驱动器20一端通过第二十一转动副12与动臂3连接，另一端通过第二十二转动副31与第二摇臂33连接。所述下叉10通过第二十三转动副30、第二十四转动副11与动臂3连接；所述上叉9通过第二十五转动副18、第二十六转动副27与下叉10连接，所述第五直线驱动器8一端通过第二十七转动副7与下叉10连接，另一端通过第二十八转动副23与上叉9连接，所述第六直线驱动器25一端通过第二十九转动副24与下叉10连接，另一端通过第三十转动副26与上叉9连接。

所述叉斗控制机构由第三直线驱动器4、第四直线驱动器20、第五直线驱动器8、第六直线驱动器25进行动力输入，所述各直线驱动器为伺服电动缸，该叉斗控制机构在伺服电动缸的驱动控制下，实现叉斗对甘蔗、木材等抓取作业。叉斗控制机构通过引入直线驱动器以及简单连杆机构的设计，有效避免了可控机构式工程机械冗长的传动链，大幅降低了控制难度和制造成本。

对照图1、图10、图11，所述一种多单元直线驱动平面三活动度叉木机在各电传动系统的编程控制下，完成装载作业。该种多单元直线驱动平面三活动度叉木机既具有现有可控装卸机构智能化程度高、能耗低、动态性能好、可靠性好等特点，而且克服了可控机构式装卸机械负载能力弱、叉斗控制支链复杂、成本高等缺陷，具有较强的工程应用前景和发展潜力。