一种平面重载电液可控叉木机的制作方法
【专利摘要】一种平面重载电液可控叉木机，包括动臂升降机构、叉斗控制机构等。基于帕斯卡原理，将液压缸作为连杆引入到可控叉木机机构设计中，通过引入液压元件，实现缸内压力相等，有效改善以往设计中抬升动臂的两驱动链受力不均衡的问题，提高了承载稳定性。该叉木机不仅具有可控机构传动效率高、响应速度快、运动精度高、可控性好、节能环保等特点，而且液压元件的引入使该叉木机具有更好的抗振性能，并易实现过载保护功能，具有较强的工程应用前景和发展潜力。
【专利说明】
一种平面重载电液可控叉木机
技术领域
[0001 ]本发明涉及叉木机领域，特别是一种平面重载电液可控叉木机。
【背景技术】
[0002]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，因其结构紧凑、作业灵活，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。
[0003]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，可控机构式装卸机械工作装置均为平面并联机构，动臂升降支链采用主动杆一连杆一动臂的构型设计形式，两升降支链同时抬升动臂时，由于制造、加工、装配等误差，特别是在工作装置承受偏载的情形下，造成动臂并联的两升降支链受力不均，影响了举升稳定性，很容易造成部分构件的过载损毁，影响可控机构式木材搬运机械的使用寿命;其次，现有可控机构式装卸机械各构件一般采用转动副的连接形式，相比含移动副的液压式叉木机的工作装置，缺少有效的过载保护及吸振手段。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。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于已有技术存在的问题，提供一种平面重载电液可控叉木机，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臂升降机构稳定性差、缺乏有效的过载保护及吸振手段等工程问题，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稳定性，同时具有较强的抗振能力和过载保护性能。
[0005]本发明通过以下技术方案来达到上述目的:一种平面重载电液可控叉木机，包括动臂升降机构、叉斗控制机构以及机架。
[0006]所述动臂升降机构包括第一动臂升降支链、第二动臂升降支链、动臂，所述第一动臂升降支链包括第一主动杆、第一液压缸，所述第一主动杆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第一液压缸一端连接，所述第一液压缸另一端通过第三转动副与动臂连接，所述第二动臂升降支链包括第二主动杆、第二液压缸，所述第二主动杆一端通过第四转动副与机架连接，另一端通过第五转动副与第二液压缸一端连接，所述第二液压缸另一端通过第六转动副与动臂连接，所述动臂通过第七转动副、第八转动副与机架连接。
[0007]所述第一主动杆、第二主动杆由可控电机通过电传动系统驱动，在叉木机作业过程中，由于动臂升降机构为平面并联机构，将第一液压缸与第二液压缸通过液压管线连接，进而实现并联，根据帕斯卡原理，两缸体内液体压力相同，可以有效改善动臂升降机构两升降支链受力不均的问题，提高动臂举升稳定性，延长动臂升降机构各构件的使用寿命。通过液压元件的引入可以有效提高动臂升降机构的抗振能力，另外，通过在动臂升降机构所含液压缸的缸体上引入泄压阀等附属装置，可以轻易实现动臂升降机构的过载保护功能。
[0008]所述叉斗控制机构包括第一摇臂、第二摇臂、第一直线驱动器、第二直线驱动器、第一拉杆、第二拉杆、第三直线驱动器、第四直线驱动器、下叉、上叉，所述第一摇臂通过第九转动副与动臂连接，所述第一直线驱动器一端通过第十转动副与动臂连接，另一端通过第十一转动副与第一摇臂连接，所述第一拉杆一端通过第十二转动副与第一摇臂连接，另一端通过第十三转动副与下叉连接。所述第二摇臂通过第十四转动副与动臂连接，所述第二直线驱动器一端通过第十五转动副与动臂连接，另一端通过第十六转动副与第二摇臂连接，所述第二拉杆一端通过第十七转动副与第二摇臂连接，另一端通过第十八转动副与下叉连接，所述下叉通过第十九转动副、第二十转动副与动臂连接，所述上叉通过第二十一转动副、第二十二转动副与下叉连接，所述第三直线驱动器一端通过第二十三转动副与下叉连接，另一端通过第二十四转动副与上叉连接，所述第四直线驱动器一端通过第二十五直线驱动器与下叉连接，另一端通过第二十六直线驱动器与上叉连接。
[0009]所述叉斗控制机构由第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器、第四直线驱动器进行驱动控制，实现叉斗对甘蔗、木材等抓取作业。所述叉斗控制机构包含的各直线驱动器为伺服电动缸。铲斗控制机构通过采用全新机构设计，有效减少了铲斗控制机构杆件数目，降低了制造成本及控制复杂度。
[0010]该叉木机不仅具有智能化程度高、能耗低、维护保养简单等特点，而且相比现有可控装载机构，具有更好的动力学性能、承载稳定性、抗振能力以及带来的更长使用寿命，适合制造轻型和重型等各类叉木机，具有较强的工程应用前景和发展潜力。
[0011]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，具有较好的运动学和动力学性能，动臂升降机构通过采用平面并联设计和使用液压元件，不仅大幅提升了叉木机的刚性和作业稳定性，铲斗控制机构通过采用全新机构设计，有效减少了铲斗控制机构杆件数目，降低了制造成本及控制复杂度。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，同时具备液压式叉木机工作装置抗冲击性能好、过载保护性能强、举升稳定性好等特点。
[0012]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，而且液压元件的引入依然保证了较高的机械效率和较好的可靠性。该种叉木机全新构型设计中引入的液压缸主要用途并非像现有液压式工程机械，用来驱动工作装置做功，而是作为连杆传递动力，并通过微小移动调节偏载，提高动臂升降机构举升稳定性，避免了液压系统机械效率低等问题，减少了液压元件的磨损问题，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。
[0013]3、相比现有可控装卸机构，本发明所述叉木机具有更好的动态性能和可靠性。首次将液压缸作为连杆引入到可控叉木机机构设计中，液压缸等液压元件的引入使该机器人具有了良好的抗振和缓冲性能。动臂升降机构通过缸体并联，实现了偏载作用下动臂两升降支链的受力平衡，改善了各构件受力不均的问题，提高了动臂的举升稳定性，延长了各构件的使用寿命，提高了叉木机的可靠性，另外本发明所述叉木机具有更多的过载保护手段，通过在动臂升降机构液压缸上引入泄压阀等附属装置，较易实现叉木机的过载保护性能。
[0014]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】
[0015]图1为本发明所述的一种平面重载电液可控叉木机示意图。
[0016]图2为本发明所述的一种平面重载电液可控叉木机机架示意图。
[0017]图3为本发明所述的动臂升降机构示意图。
[0018]图4为本发明所述的铲斗控制机构示意图图5为本发明所述的叉斗控制机构下叉示意图。
[0019]图6为本发明所述的叉斗控制机构上叉示意图。
[0020]图7为本发明所述的一种平面重载电液可控叉木机平面视图。
[0021 ]图8为本发明所述的一种平面重载电液可控叉木机工作示意图。
【具体实施方式】
[0022]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。
[0023]对照图1，本发明所述的一种平面重载电液可控叉木机，包括动臂升降机构、叉斗控制机构以及机架I。
[0024]对照图1、图2、图3，所述动臂升降机构包括第一动臂升降支链、第二动臂升降支链、动臂10，所述第一动臂升降支链包括第一主动杆15、第一液压缸13，所述第一主动杆15一端通过第一转动副16与机架I连接，另一端通过第二转动副14与第一液压缸13—端连接，所述第一液压缸13另一端通过第三转动副12与动臂10连接，所述第二动臂升降支链包括第二主动杆20、第二液压缸21，所述第二主动杆20—端通过第四转动副18与机架I连接，另一端通过第五转动副19与第二液压缸21 —端连接，所述第二液压缸21另一端通过第六转动副22与动臂10连接，所述动臂10通过第七转动副2、第八转动副17与机架I连接。
[0025]所述第一主动杆15、第二主动杆20由可控电机通过电传动系统驱动，在叉木机作业过程中，由于动臂升降机构为平面并联机构，将第一液压缸13与第二液压缸21通过液压管线连接，进而实现并联，根据帕斯卡原理，两缸体内液体压力相同，可以有效改善动臂升降机构两升降支链受力不均的问题，提高动臂10举升稳定性，延长动臂升降机构各构件的使用寿命。通过液压元件的引入可以有效提高动臂升降机构的抗振能力，另外，通过在动臂升降机构所含液压缸的缸体上引入泄压阀等附属装置，可以轻易实现动臂升降机构的过载保护功能。
[0026]对照图1、图2、图4、图5、图6，所述叉斗控制机构包括第一摇臂25、第二摇臂27、第一直线驱动器3、第二直线驱动器29、第一拉杆5、第二拉杆32、第三直线驱动器38、第四直线驱动器36、下叉7、上叉41，所述第一摇臂25通过第九转动副23与动臂10连接，所述第一直线驱动器3—端通过第十转动副11与动臂10连接，另一端通过第十一转动副24与第一摇臂25连接，所述第一拉杆5—端通过第十二转动副4与第一摇臂25连接，另一端通过第十三转动副6与下叉7连接。所述第二摇臂27通过第十四转动副26与动臂10连接，所述第二直线驱动器29—端通过第十五转动副30与动臂10连接，另一端通过第十六转动副28与第二摇臂27连接，所述第二拉杆32—端通过第十七转动副31与第二摇臂27连接，另一端通过第十八转动副33与下叉7连接，所述下叉7通过第十九转动副8、第二十转动副9与动臂10连接，所述上叉41通过第二十一转动副34、第二十二转动副40与下叉7连接，所述第三直线驱动器38—端通过第二十三转动副42与下叉7连接，另一端通过第二十四转动副39与上叉41连接，所述第四直线驱动器36—端通过第二十五直线驱动器35与下叉7连接，另一端通过第二十六直线驱动器37与上叉41连接。
[0027]所述叉斗控制机构由第一直线驱动器3、第二直线驱动器29、第三直线驱动器38、第四直线驱动器36进行驱动控制，实现叉斗对甘蔗、木材等抓取作业。所述叉斗控制机构包含的各直线驱动器为伺服电动缸。铲斗控制机构通过采用全新机构设计，有效减少了铲斗控制机构杆件数目，降低了制造成本及控制复杂度。
[0028]对照图7、图8，该叉木机不仅具有智能化程度高、能耗低、维护保养简单等特点，而且相比现有可控装载机构，具有更好的动力学性能、承载稳定性、抗振能力以及带来的更长使用寿命，适合制造轻型和重型等各类叉木机，具有较强的工程应用前景和发展潜力。
【主权项】
1.一种平面重载电液可控叉木机，包括动臂升降机构、叉斗控制机构以及机架，其特征在于: 所述动臂升降机构包括第一动臂升降支链、第二动臂升降支链、动臂，所述第一动臂升降支链包括第一主动杆、第一液压缸，所述第一主动杆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第一液压缸一端连接，所述第一液压缸另一端通过第三转动副与动臂连接，所述第二动臂升降支链包括第二主动杆、第二液压缸，所述第二主动杆一端通过第四转动副与机架连接，另一端通过第五转动副与第二液压缸一端连接，所述第二液压缸另一端通过第六转动副与动臂连接，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一摇臂、第二摇臂、第一直线驱动器、第二直线驱动器、第一拉杆、第二拉杆、第三直线驱动器、第四直线驱动器、下叉、上叉，所述第一摇臂通过第九转动副与动臂连接，所述第一直线驱动器一端通过第十转动副与动臂连接，另一端通过第十一转动副与第一摇臂连接，所述第一拉杆一端通过第十二转动副与第一摇臂连接，另一端通过第十三转动副与下叉连接，所述第二摇臂通过第十四转动副与动臂连接，所述第二直线驱动器一端通过第十五转动副与动臂连接，另一端通过第十六转动副与第二摇臂连接，所述第二拉杆一端通过第十七转动副与第二摇臂连接，另一端通过第十八转动副与下叉连接，所述下叉通过第十九转动副、第二十转动副与动臂连接，所述上叉通过第二十一转动副、第二十二转动副与下叉连接，所述第三直线驱动器一端通过第二十三转动副与下叉连接，另一端通过第二十四转动副与上叉连接，所述第四直线驱动器一端通过第二十五直线驱动器与下叉连接，另一端通过第二十六直线驱动器与上叉连接。2.根据权利要求1所述的平面重载电液可控叉木机，其特征在于:所述第一主动杆、第二主动杆由可控电机驱动，所述第一液压缸与第二液压缸并联，所述第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器、第四直线驱动器均为伺服电动缸。
【文档编号】E02F3/28GK106049569SQ201610463326
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】张 林, 单绍福, 吴承格, 王洋, 张传伟, 张岩, 鲁光阳, 黄圣, 黄圣一
【申请人】山东交通学院