一种采用电动缸驱动的抓斗的制作方法

本发明涉及机械设备领域，尤其是一种采用电动缸驱动的抓斗。

背景技术：

抓斗广泛应用于散料的抓取和释放。现有技术中抓斗通常包括主筒体以及若干个爪瓣；爪瓣与主筒体之间设置有液压装置，各爪瓣可在液压装置的驱动下摆动，从而实现对矿石、垃圾等散料的抓取。

然而，现有技术中抓斗中，驱动液压油缸的液压系统通常设置在抓斗的主筒体内部。液压系统通常包括液压阀、油泵以及相关管路，结构复杂而且容易损坏，由于抓斗通常悬吊在吊车下方，因此抓斗的液压通常难以检修。液压系统油路压力大，连接点很多，容易漏油。液压缸的活塞杆和缸盖之间是动密封，更是密封的薄弱点。油品渗漏容易在液压系统发生，容易造成环境污染。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种采用电动缸驱动的抓斗，通过采用电动缸，实现了抓斗的纯电力驱动。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种采用电动缸驱动的抓斗，所述抓斗包括至少两个爪瓣以及电动缸，所述电动缸与所述爪瓣传动连接，所述电动缸用于驱动所述爪瓣开合。

所述抓斗还包括抓斗主体，所述爪瓣以及所述电动缸安装在所述抓斗主体上；所述电动缸的伸缩机构为滚柱丝杠或者螺杆与螺母构成的丝杠；所述丝杠与电机的输出轴为一体式结构，所述电机为三相异步电动机、直流电动机或步进电机中的任意一种；所述爪瓣包括内侧铰接点以及外侧铰接点；每个所述爪瓣由至少一个所述电动缸进行驱动，或各所述爪瓣均与至少一个所述电动缸传动连接。

所述爪瓣的数目为二，所述爪瓣的外侧铰接点与所述抓斗主体的侧边铰接；所述爪瓣主体内设置有至少一个所述电动缸，所述电动缸的驱动端与两个所述爪瓣的所述内侧铰接点铰接；两个所述爪瓣的内侧铰接点安装有相互啮合的同步齿轮；优选地，所述同步齿轮为扇形。

所述爪瓣的所述内侧铰接点与抓斗主体铰接；所述爪瓣的所述外侧铰接点与传动结构连接；所述传动结构与至少一个所述电动缸连接；所述传动结构包括若干根连杆以及可沿所述抓斗主体轴线方向移动的驱动板；所述驱动板与安装在所述抓斗主体上的所述电动缸的驱动端连接；所述连杆的两端分别与所述爪瓣的外侧铰接点以及所述驱动板的边缘连接。

所述抓斗主体包括主框架、升降框架；所述主框架与所述升降框架之间设置有若干升降导向组件；所述电动缸设置在所述主框架与所述升降框架之间，所述电动缸用于驱动所述升降框架沿所述升降导向组件的伸缩方向运动；所述爪瓣的外侧铰接点通过连杆与所述主框架连接；所述爪瓣的内侧铰接点与所述升降框架的底部铰接；所述电动缸与控制模块构成电性连接；所述升降导向组件的数目大于一，各所述升降导向组件对称分布在所述电动缸的周围。

所述导向组件包括与所述主框架固定连接的套筒以及与所述升降框架固定连接的活塞杆；所述活塞杆的端部从所述套筒的第一端插设在所述套筒的内部；所述套筒的第二端的开口设置有用于堵塞所述开口的电控塞；所述套筒以及所述活塞的轴线与所述电动缸的轴线平行；所述活塞杆的侧面与所述套筒的内壁相适配，二者构成滑动密封结构；所述套筒的长度与所述活塞杆的行程长度之间的比值为0.8至0.95。

所述电控塞包括基座、电磁铁、永磁铁、杠杆、顶推弹簧以及密封塞；所述基座固定安装在所述套筒的第二端；所述杠杆的中部铰接在所述基座上；所述密封塞安装在所述杠杆的第一端，用于封堵所述套筒的第二端的开口；所述顶推弹簧设置在所述杠杆与所述基座之间，用于顶推所述杠杆使得所述密封塞插入所述套筒；所述电磁铁安装在所述基座上，所述永磁铁安装在所述杠杆的第二端；所述电磁铁用于在通电后吸引所述永磁铁，使得所述杠杆将所述密封塞从所述套筒中拔出；，所述电控塞的所述电磁铁与所述控制模块电性连接，所述电磁铁由所述控制模块进行驱动控制。

所述电动缸包括伸缩式保护罩以及设置在所述伸缩式保护罩内部的滚柱丝杠；所述滚柱丝杠由电机进行驱动，所述电动缸的电机与所述控制模块电性连接。

本发明的优点是：采用电动缸作为抓斗的动力，可以简化抓斗的动力系统，提高抓斗的可靠性，避免了液压系统的各种潜在问题。升降导向组件不仅可以起到导向的作用，还可与电控塞配合，起到制动的作用，可有效地防止抓斗失去电力时爪瓣意外张开。

附图说明

图1为实施例一的抓斗处于张开状态时的侧视图；

图2为实施例二的抓斗处于闭合状态时的侧视图；

图3为实施例四的抓斗处于张开状态时的侧视图；

图4为实施例六的抓斗处于张开状态时的侧视图；

图5为实施例六的抓斗处于闭合状态时的侧视图；

图6为电磁铁通电时电控塞的结构示意图；

图7为电磁铁没有通电时电控塞的结构示意图；

图8为抓斗的控制系统的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-8所示，图中标记1-24分别表示为：主框架1、升降框架2、爪瓣3、升降导向组件4、电动缸5、内侧铰接点6、外侧铰接点7、连杆8、控制模块9、套筒10、活塞杆11、电控塞12、基座13、电磁铁14、永磁铁15、杠杆16、顶推弹簧17、密封塞18、内部空腔19、抓斗主体20、传动结构21、驱动板22、同步齿轮23、悬吊结构24。

实施例一：如图1所示，本实施例的抓斗包括两个爪瓣3以及电动缸5。电动缸5。爪瓣3上设置有内侧铰接点6以及外侧铰接点7。电动缸5为可伸缩结构，其两端分别与两个爪瓣3的外侧铰接点7铰接。两个爪瓣3的内侧铰接点6与一个铰接块（铰接块被同步齿轮23遮挡，故图中未示出）铰接，电动缸5通过伸缩控制两个爪瓣3开合。在电动缸5的中部安装有悬吊结构24，悬吊结构24用于通过锁链或钢缆与吊车连接。

本实施例中，电动缸5采用滚柱丝杠作为伸缩机构，滚珠丝杠具有传动效率高的优点。滚珠丝杠的原理是电机带动丝杠旋转，以驱动丝杠的滚珠螺母沿丝杠的轴线做直线运动，从而实现电动缸5的伸缩。滚珠丝杠的驱动力计算公式为：

f=2πηm/s

式中η是驱动系统的传动效率，m是马达的驱动转矩，s是丝杠的导程。

根据上述公式可知，如果丝杠的导程很小，电动缸的驱动力可以很大，可以和液压缸相比拟。

现有技术中的电动缸通常采用联轴器与将丝杠和电机连接，丝杠的两端需要加轴承进行支撑，这种结构复杂，还增加了电动缸的长度。本实施例中，丝杠与电机输出轴为一体式结构，这样避免了安装联轴器，还简化了电动缸5的结构，缩小了电动缸5的体积。电动缸5采用的电机可以是三相异步电机、直流电机或步进电机。

电动缸5的数目依据驱动爪瓣3开合所需的功率以及电动缸5的输出功率而定，电动缸5的数目可以是一个，也可以是多个。当电动缸5的数目大于一时，各电动缸5并排设置。

为了便于两个爪瓣3同步开合，两个爪瓣3的内侧铰接点6安装有可相互啮合的同步齿轮23。由于爪瓣3仅在一定范围内摆动，因此同步齿轮23可以为扇形。

当电动缸5收缩时，两个爪瓣3张开，图1为两个爪瓣3完全张开后的示意图。当电动缸5伸长时，两个爪瓣3进行闭合。完全闭合后，两个爪瓣3围合形成由于抓取散料的空腔。

实施例二：如图2所示，本实施例与实施例一的主要区别在于爪瓣3的驱动形式。此外，本实施例的抓斗还包括抓斗主体20。本实施例中，爪瓣3的数目为四。四个爪瓣3环绕分布在抓斗主体20的轴线周围。电动缸5沿竖直方向设置，电动缸5安装在抓斗主体20的轴心附近，电动缸5用于通过传动结构21驱动各爪瓣3开闭。全部爪瓣可以共用一个电动缸5，也可以每个爪瓣配置一个电动缸。

各爪瓣3均包括内侧铰接点以及外侧铰接点。爪瓣3的外侧铰接点7与传动结构21连接；传动结构21与电动缸5连接。传动结构21包括四根连杆8以及可沿抓斗主体20的轴线方向移动的驱动板22。本实施例中，驱动板22不局限于板状，驱动板22可也以是框架形或圆筒形。驱动板22与安装在抓斗主体20内的电动缸5的驱动端连接；电动缸5用于驱动上述驱动板22沿抓斗主体20的轴线方向运动。连杆8的两端分别与爪瓣3的外侧铰接点7以及驱动板22的边缘连接。

本实施例中，电动缸5采用滚柱丝杠作为伸缩机构，滚珠丝杠具有传动效率高的优点。滚珠丝杠的原理是电机带动丝杠旋转，以驱动丝杠的滚珠螺母沿丝杠的轴线做直线运动，从而实现电动缸5的伸缩。滚珠丝杠的驱动力计算公式为：

f=2πηm/s

式中η是驱动系统的传动效率，m是马达的驱动转矩，s是丝杠的导程。

根据上述公式可知，如果丝杠的导程很小，电动缸的驱动力可以很大，可以和液压缸相比拟。

现有技术中的电动缸通常采用联轴器与将丝杠和电机连接，丝杠的两端需要加轴承进行支撑，这种结构复杂，还增加了电动缸的长度。本实施例中，丝杠与电机输出轴为一体式结构，这样避免了安装联轴器，还简化了电动缸5的结构，缩小了电动缸5的体积。电动缸5采用的电机可以是三相异步电机、直流电机或步进电机。

当电动缸5收缩时，驱动板22向上移动，驱动板22通过连杆8驱动各爪瓣3张开，当电动缸5伸长时，驱动板22向下移动，连杆8推动各爪瓣闭合。

本实施例与实施例一的另一个主要区别在于：本实施例中电动缸5的伸缩机构为螺杆与螺母构成的常规丝杠。

当一个爪瓣配置一个电动缸时，所述连杆8由电动缸取代。电动缸的固定端固定在本体四周，驱动端则与爪瓣活动铰接。

实施例三：本实施例与实施例二的主要区别在于爪瓣3的数目。本实施例中，爪瓣3的数目为二，两个爪瓣3对称分布在抓斗主体20的轴线两侧。

实施例四：如图3所示，本实施例与实施例二的主要区别在于，本实施例中爪瓣3的内侧铰接点6与抓斗主体20的底部铰接；每个爪瓣3的外侧铰接点7铰接有至少有一个电动缸5。各电动缸5的一端与爪瓣3的外侧铰接点连接，其另一端与抓斗主体20的侧面铰接。

实施例五：本实施例中与实施例四的主要区别在于爪瓣3的数目，本实施例中爪瓣3的数目大于二。

实施例六：如图4至6所示，本实施例具体涉及一种采用电动缸驱动的抓斗。抓斗的抓斗主体20包括主框架1、升降框架2。爪瓣3的数目为二，主框架1与升降框架2之间设置有四个升降导向组件4。电动缸5设置在主框架1与升降框架2之间，电动缸5用于驱动升降框架2沿升降导向组件4的伸缩方向运动。升降导向组件4的伸缩方向指的是升降导向组件4的轴线方向。两个爪瓣3对称分布在升降框架2的两侧。爪瓣3的顶部设置有内侧铰接点6以及外侧铰接点7，爪瓣3的外侧铰接点7通过连杆8与主框架1连接；爪瓣3的内侧铰接点6与升降框架2的底部铰接。电动缸5与控制模块9电性连接，控制模块9可控制电动缸5伸缩。当电动缸5伸长时，升降框架2下降，两个爪瓣3张开，释放抓取的散料。当电动缸5收缩时，升降框架2上升，两个爪瓣3闭合。通过两个爪瓣3的张开与闭合，可以实现对散料的抓取。

如图4、8所示，本实施例中，电动缸5为现有技术中的电动缸。电动缸5安装有电机的一端与主框架1连接，其另一端与升降框架2连接。电动缸5包括伸缩式保护罩以及设置在伸缩式保护罩内部的滚柱丝杠。滚柱丝杠由电机进行驱动，电动缸5的电机与所述控制模块9电性连接。滚柱丝杠可将电机的转动转化为电动缸的伸缩运动。本实施例中，采用电动缸5驱动升降框架2以及爪瓣3运动，可以避免在抓斗中安装复杂的液压系统。驱动电动缸5的控制模块9为电路结构，不含运动组件，因此不存在机械磨损、锈蚀等问题，使得控制模块9的故障率不受环境因素的影响。

然而，电动缸5内部的滚柱丝杠在失去电力时不具有自锁能力。当爪瓣3闭合时，如果控制模块9失去电力供给，使得电动缸5的电机失去动力，爪瓣3以及升降框架2会在重力的作用下牵引电动缸5，使得电动缸5伸长，进而使得爪瓣3不受控的张开。如果此时两个爪瓣3正在抓取散料，抓斗内的散料会不受控的洒落，从而对抓斗下方的工作人员以及设备造成损害。此外，电动缸5的滚柱丝杠具有较强的轴向驱动能力，但其难以承受侧向拉力。

如图4、6、7所示，为了解决电动缸5的上述问题，本实施例中引入了升降导向组件4。升降导向组件4的数目为四（由于视角关系，图4、6中仅能看到两个），四个升降导向组件4对称分布在电动缸5的周围。升降导向组件4主要在升降框架2升降的过程中限制升降框架2的自由度，使得升降框架2仅能沿着升降导向组件4的轴线向方向运动，避免了升降框架2对电动缸5及其内部的滚柱丝杠施加侧向拉力。

如图4、6、7所示，升降导向组件4包括套筒10以及活塞杆11；套筒10与主框架1固定连接；活塞杆11与升降框架2固定连接。活塞杆11的顶端从套筒10的第一端插入套筒10内部。活塞杆11以及套筒10的轴线与电动缸5的伸缩轴线（即电动缸5内部的滚柱丝杠的轴线）平行。在升降框架2升降运动的过程中，活塞杆11沿套筒10的轴向运动。活塞杆11的侧面与套筒10的内壁相适配，二者构成滑动密封结构，外部的空气无法从活塞杆11以及套筒10之间的缝隙进入套筒10的内部。套筒10的长度与活塞杆11的行程长度之间的比值为0.9，当升降框架2上升到最高点时，活塞杆11的顶端与套筒10的顶端近乎平齐。

如图6至8所示，每个升降导向组件4的套筒10的第二端为开口。每个套筒10的第二端的开口处安装有用于堵塞开口的电控塞12。电控塞12与控制模块9电性连接。当电控塞12可在控制模块9的控制下打开或封堵套筒10的第二端的开口。抓斗失去电力时，电控塞12也可自行封堵套筒10的第二端。

本实施例中，当升降框架2位于最高点时，两个爪瓣3处于闭合状态，活塞杆11的顶端也位于最高点，套筒10内部的空气最少。在这种情况下，电控塞12将套筒10顶部的开口封堵后，封堵后，活塞杆11、密封塞18以及套筒10的顶部围合形成密封的内部空腔19，外部空气无法进入内部空腔19的内部。密封塞18将套筒10封堵后，在内部空腔19和大气压的压力差的作用下活塞杆11无法向下运动，此时升降导向组件4可起到制动的作用，避免了电动缸5因失去电力等原因导致的爪瓣3意外张开。

如图4、6、7所示，本实施例中，电控塞12包括基座13、电磁铁14、永磁铁15、杠杆16、顶推弹簧17以及密封塞18。基座13固定安装在套筒10的第二端；杠杆16的中部铰接在基座13上。密封塞18安装在杠杆16的第一端。密封塞18用于封堵套筒10的第二端的开口。顶推弹簧17设置在杠杆16与基座13之间，用于顶推杠杆16使得密封塞18插入套筒10。电磁铁14安装在基座13上，永磁铁15安装在杠杆16的第二端。电磁铁14用于在通电后吸引永磁铁15，使得杠杆16将密封塞18从套筒10中拔出。

本实施例中，电控塞12的电磁铁14与控制模块9进行电性连接，并由控制模块9进行控制。当抓斗正常运行的过程中，控制模块9可向电磁铁14通电，通电后电磁铁14吸引永磁铁15，使得杠杆16将密封塞18从套筒10中拔出，密封塞18拔出后活塞杆11可在在套筒10中自由运动。

当抓斗意外失去电力时，电磁铁14失去磁性，杠杆16在顶推弹簧17的顶推作用下将密封塞18封堵在套筒10的第二端的开口。现有技术中的制动装置大多通过摩擦力进行制动，而摩擦力通常与压力成正比，因此现有技术中的制动装置在制动过程中通常需要提供足够的动力，以便产生足够的制动力。而本实施例中，密封塞18将套筒10封堵之后，活塞杆11向下运动的距离越大，套筒10的内部空腔19内的气压越小，升降导向组件4的制动力越大。因此升降导向组件4与电控塞12配合进行制动的过程中，制动力仅取决于内部空腔19内的气压，电控塞12无需提供制动力。

当抓斗恢复供电之后，内部空腔19内的气压过小，可能导致密封塞18难以拔出。为了解决这个问题，可通过电动缸5将升降框架2向上提升一端距离，使得活塞杆11向上运动，压缩内部空腔19内的空气，使得内部空腔19内的气压升高，以便拔出密封塞。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。