一种寄生机构式空间可控挖掘机构的制作方法

本发明涉及机械工程领域，特别是一种寄生机构式空间可控挖掘机构。

背景技术：

挖掘机是一种常见的挖掘机械，主要用于各种土方施工，各种类型与功能的挖掘机，广泛应用于工业与民用建筑，交通运输，水利工程，农田改造，矿山采掘，以及现代化军事工程等行业的机械化施工中，目前液压挖掘机是应用最广泛的一类挖掘机，但液压系统制造成本高，易出现漏油等问题，而且在低温环境下不能正常使用，这些都是液压挖掘机长期存在的棘手问题。

随着电控技术的发展和可控技术的提高，可控机构为工程机械的发展提供了很大的改善空间，由可控电机驱动的多自由度空间挖掘机构，不仅具有较大工作空间，灵活度高，还能完成复杂运动的输出，同时维修成本低,运动可靠度更稳定，具有很大的发展前景。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种寄生机构式空间可控挖掘机构，不仅具有传统液压机构工作空间大，挖掘力大，受力好的优点，同时能够克服传统液压挖掘机维修成本高，制造精度高，反应不够灵敏的问题以及现有设计只有一套控制系统的电控挖掘机在出现故障的情况下不能正常使用的问题。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：提供一种寄生机构式空间可控挖掘机构，包括三维转动臂机构，三维斗杆机构，寄生机构，一维铲斗机构和机身，其特征在于，具体结构和连接关系为：

所述三维转动臂机构包括动力滚轮，滚轮圆柱销，滚轮支撑架，锥形连接杆，转动臂球体，第一球环套，底座套筒，第一电机架板和转动臂球杆，所述动力滚轮安装在滚轮圆柱销上，滚轮圆柱销安装在滚轮支撑架上，滚轮支撑架与锥形连接杆固定连接，锥形连接杆的另一端与转动臂球体固定连接，转动臂球体安装在第一球环套内，转动臂球体的另一端与底座套筒固定连接，第一球环套与底座连接，底座套筒的另一端与第一电机架板固定连接，第一电机架板与转动臂球杆固定连接，转动臂球杆的另一端与第二球环套固定连接；

所述三维斗杆机构机构包括第二球环套，斗杆球体，斗杆，半圆形连杆，第一连杆，第二连杆，第一方孔套筒和铲斗方孔套筒，所述斗杆球体安装在第二球环套内，斗杆与斗杆球体过盈配合安装，斗杆的一端与第一方孔套筒过盈配合安装，斗杆的另一端内安装铲斗方孔套筒，第二连杆的一端与第一方孔套筒过盈配合安装，第二连杆的另一端与半圆形连杆铰接，半圆形连杆的另一端与第一连杆铰接，第一连杆的另一端与铲斗第一圆柱销铰接；

所述寄生机构包括第一电机，曲柄，第二电机架板，第二电机，第三电机，第一齿轮，第二齿轮，第三齿轮，第四齿轮，第一弹簧，第二弹簧，弹簧套筒，第二连杆，第三连杆，第三环球套，弹簧球体，第四连杆，第五连杆，第六连杆，第七连杆，第一方孔套筒，第二方孔套筒，第三方孔套筒，半圆形连杆和第一连杆，所述第一电机固定在第一电机架板上，第一电机与曲柄相连，曲柄另一端与第七连杆连接，第七连杆另一端与第二电机架板连接，第二电机架板与转动臂球杆间隙配合安装，第二电机架板的另一端与弹簧套筒固定连接，第二电机和第三电机分别固定在第二电机架板上，第二电机与第一齿轮连接，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮固定安装在弹簧套筒上，弹簧套筒内装有第一弹簧，第一弹簧的一端固定在第二齿轮上，第一弹簧的另一端与第六连杆固定连接，第六连杆的另一端与第五连杆铰接，第五连杆的另一端与第四连杆铰接，第四连杆的另一端与第三方孔套筒过盈安装，第三方孔套筒过盈安装在斗杆内，第三电机与第三齿轮连接，第三齿轮与第四齿轮啮合，第四齿轮固定安装在弹簧套筒上，第二弹簧的一端固定在第四齿轮上，第二弹簧的另一端与第三环球套固定连接，弹簧球体安装在第三环球套内，第二方形套筒过盈安装在弹簧球体内，第三连杆过盈安装在第二方孔套筒内，第三连杆的另一端与半圆形连杆和第二连杆连接，第二连杆与第一方孔套筒过盈安装，第一方孔套筒过盈安装在斗杆内，半圆形连杆的另一端与第一连杆连接，第一连杆的另一端与铲斗第二圆柱销连接；

所述一维铲斗机构包括铲斗连杆，铲斗第一圆柱销，铲斗第二圆柱销和铲斗，铲斗方孔套筒过盈安装在斗杆内，铲斗连杆过盈配合安装在铲斗方孔套筒内，铲斗连杆另一端与铲斗第一圆柱销铰接，铲斗第一圆柱销与铲斗间隙配合安装，铲斗第二圆柱销与铲斗间隙配合安装，铲斗第二圆柱销上铰接有第一连杆；

所述机身包括底座和第一球环套，所述底座的四个安装孔与第一球环套的四个安装脚间隙配合安装。

所述动力滚轮与底座的内球面接触。

所述宿主机构和寄生机构能够分别控制或联合控制铲斗的运动，使铲斗的运动更稳定。

该挖掘机构的三维转动臂机构的动力滚轮在底座内的整个半球面滚动，使得转动臂球杆通过动臂球体实现空间转动，从而带动斗杆和铲斗实现空间转动。

所述寄生机构部分通过第一电机的转动带动曲柄转动，使得与第七连杆相连的第二电机架板沿着转动臂球杆往复运动，从而带动第一弹簧和第二弹簧沿着转动臂球杆往复运动，通过中间连杆使斗杆上下转动，第二电机、第三电机通过减速齿轮分别使第一弹簧和第二弹簧反向旋转，通过中间连杆使斗杆左右转动，使铲斗工作空间增大。

本发明的突出优点在于：

引入可控寄生机构使挖掘机构能够实现由宿主机构与寄生机构组合控制，宿主机构和寄生机构能够分别控制或联合控制铲斗的运动，使铲斗的运动更稳定，不会因为一种控制机构出现故障而停止运转，增加了挖掘机构的运动可靠性，能够完成不同条件，不同环境下的工作内容，提升了控制的可靠性来解决传统机构，一般可控机构难以解决的问题。

该挖掘机构的三维转动臂机构的动力滚轮在底座内的整个半球面滚动，使得转动臂球杆通过动臂球体实现空间转动，从而带动斗杆和铲斗实现空间转动。寄生机构部分通过第一电机的转动带动曲柄转动，使得与第七连杆相连的第二电机架板沿着转动臂球杆往复运动，从而带动第一弹簧和第二弹簧沿着转动臂球杆往复运动，通过中间连杆使斗杆上下转动，第二电机、第三电机通过减速齿轮分别使第一弹簧和第二弹簧反向旋转，通过中间连杆使斗杆左右转动，使铲斗工作空间增大。宿主机构和寄生机构能够分别控制或联合控制铲斗的运动，使铲斗的运动更稳定，不会因为一种控制机构出现故障而停止运转，并且挖掘力大，受力好。

附图说明

图1为本发明所述的寄生机构式空间可控挖掘机构的整体结构示意图。

图2为本发明所述的寄生机构式空间可控挖掘机构的转动臂机构示意图。

图3为本发明所述的寄生机构式空间可控挖掘机构的小臂机构-铲斗机构示意图。

图4为本发明所述的寄生机构式空间可控挖掘机构的弹簧布置示意图。

图5为本发明所述的寄生机构式空间可控挖掘机构的动力滚轮示意图。

图中标记为：底座1、锥形连接杆2、第一球环套3、转动臂球体4、底座套筒5、第一电机架板6、第一电机7a、第二电机7b、第三电机7c、第一齿轮8、第二齿轮9、第二弹簧10、弹簧套筒11、斗杆12、铲斗13、第一连杆14、斗杆球体15、第二球环套16、半圆形连杆17、第一方孔套筒18、第二连杆19、第三连杆20、第四连杆21、第五连杆22、第二方孔套筒23、弹簧球体24、第六连杆25、第三球环套26、第一弹簧27、第三齿轮28、第四齿轮29、第二电机架板30、转动臂球杆31、第七连杆32、曲柄33、第三方孔套筒34、动力滚轮35、滚轮圆柱销36、滚轮支撑架37、铲斗连杆38、铲斗方孔套筒39、铲斗第一圆柱销40、铲斗第二圆柱销41。

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。

本发明所述的寄生机构式空间可控挖掘机构，包括三维转动臂机构，三维斗杆机构，寄生机构，一维铲斗机构和机身，具体结构和连接关系为：

所述三维转动臂机构包括动力滚轮35，滚轮圆柱销36，滚轮支撑架37，锥形连接杆2，转动臂球体4，第一球环套3，底座套筒5，第一电机架板6，转动臂球杆31，所述动力滚轮35安装在滚轮圆柱销36上，滚轮圆柱销36安装在滚轮支撑架37上，滚轮支撑架37与锥形连接杆2固定连接，锥形连接杆2的另一端与转动臂球体4固定连接，转动臂球体4安装在第一球环套3内，转动臂球体4的另一端与底座套筒5固定连接，第一球环套3与底座1连接，底座套筒5的另一端与第一电机架板6固定连接，第一电机架板6与转动臂球杆31固定连接，转动臂球杆31的另一端与第二球环套16固定连接；

所述三维斗杆机构机构包括第二球环套16，斗杆球体15，斗杆12，半圆形连杆17，第一连杆14，第二连杆19，第一方孔套筒18和铲斗方孔套筒39，所述斗杆球体15安装在第二球环套16内，斗杆12与斗杆球体15过盈配合安装，斗杆12的一端与第一方孔套筒18过盈配合安装，斗杆12的另一端内安装铲斗方孔套筒39，第二连杆19的一端与第一方孔套筒18过盈配合安装，第二连杆19的另一端与半圆形连杆17铰接，半圆形连杆17的另一端与第一连杆14铰接，第一连杆14的另一端与铲斗第一圆柱销40铰接；

所述寄生机构包括第一电机7a，曲柄33，第二电机架板30，第二电机7b，第三电机7c，第一齿轮8，第二齿轮9，第三齿轮28，第四齿轮29，第一弹簧27，第二弹簧10，弹簧套筒11，第二连杆19，第三连杆20，第三环球套6，弹簧球体24，第四连杆21，第五连杆22，第六连杆25，第七连杆32，第一方孔套筒18，第二方孔套筒23，第三方孔套筒34，半圆形连杆17和第一连杆14，所述第一电机7a固定在第一电机架板6上，第一电机7a与曲柄33相连，曲柄33另一端与第七连杆32连接，第七连杆32另一端与第二电机架板30连接，第二电机架板30与转动臂球杆31间隙配合安装，第二电机架板30的另一端与弹簧套筒11固结，第二电机7b，第三电机7c分别固定在第二电机架板30上，第二电机7b与第一齿轮8连接，第一齿轮8与第二齿轮9啮合，第二齿轮9固定安装在弹簧套筒11上，弹簧套筒11内装有第一弹簧27，第一弹簧27的一端固定在第二齿轮9上，第一弹簧27的另一端与第六连杆25固定连接，第六连杆25的另一端与第五连杆22铰接，第五连杆22的另一端与第四连杆21铰接，第四连杆21的另一端与第三方孔套筒34过盈安装，第三方孔套34筒过盈安装在斗杆12内；第三电机7c与第三齿轮28连接，第三齿轮28与第四齿轮29啮合，第四齿轮29固定安装在弹簧套筒11上，第二弹簧10的一端固定在第四齿轮29上，第二弹簧10的另一端与第三环球套26固定连接，弹簧球体24安装在第三环球套26内，第二方形套筒23过盈安装在弹簧球体24内，第三连杆20过盈安装在第二方孔套筒23内，第三连杆20的另一端与半圆形连杆17和第二连杆19连接，第二连杆19与第一方孔套筒18过盈安装，第一方孔套筒18过盈安装在斗杆12内，半圆形连杆17的另一端与第一连杆14连接，第一连杆14的另一端与铲斗第二圆柱销41连接。

所述一维铲斗机构包括铲斗连杆38，铲斗第一圆柱销40，铲斗第二圆柱销41和铲斗13，铲斗方孔套筒39过盈安装在斗杆12内，铲斗连杆38过盈配合安装在铲斗方孔套筒39内，铲斗连杆38另一端与铲斗第一圆柱销40铰接，铲斗第一圆柱销40与铲斗13间隙配合安装，铲斗第二圆柱销41与铲斗13间隙配合安装，铲斗第二圆柱销41上铰接有第一连杆14；

所述机身包括底座1和第一球环套3。所述机身连接关系：底座1的四个安装孔与第一球环套3的四个安装脚间隙配合安装。

所述动力滚轮35与底座1的内球面接触。

工作原理及过程：

本发明的主要目的是为了增大挖掘机的工作空间，增大挖掘机的灵活度，增大挖掘机的挖掘力，增大挖掘机的控制稳定性。首先是动力滚轮35在底座1内的整个半球面滚动，使得转动臂球杆31通过动臂球体4实现空间转动，从而带动斗杆12、铲斗13实现空间转动。寄生机构部分通过第一电机7a的转动带动曲柄33转动，使得与第七连杆32相连的第二电机架板30沿着转动臂球杆31往复运动，从而带动第一弹簧27和第二弹簧10沿着转动臂球杆31往复运动，通过中间连杆使斗杆12上下转动，分别对应装载货物与倾倒货物工况，固定在第二电机架板30上的第二电机7b、第三电机7c相反方向转动，通过减速齿轮分别使第一弹簧27和第二弹簧10反向旋转，通过中间连杆使斗杆12左右转动，使铲斗13工作空间增大。既有宿主机构，动力滚轮35，转动臂球杆31和斗杆12控制铲斗的运动，又有寄生机构控制铲斗13的运动，既可以分别控制，也可以联合控制铲斗13，使铲斗13的运动更稳定，不会因为一种控制机构出现故障而停止运转，同时还增加了挖掘机构的运动可靠性，挖掘力大，受力好等方面的性能。