专利名称：一种混合驱动可控挖掘机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工程机械，特别是一种混合驱动可控挖掘机构。
背景技术：
挖掘机是一种重要的工程机械，广泛应用于工业、交通、能源、农田改造、水利、民 用建筑、矿山采掘以及现代化军事工程等机械化施工方面。至今，挖掘机主要有液压式和机 械式两种类型。液压式挖掘机具有结构简单、重量轻、可实现很多复杂动作等优点，被广泛 采用。但是液压式挖掘机是以液压油为传递动力的介质，其起动性较差，容易因内部元件磨 损后产生泄漏，而且涉及的元件较多，泄漏的液压油会造成环境的污染。同时出现过热，工 作无力等现象。随着挖掘机功能要求的增加，其液压系统越来越复杂，会造成其故障出现更 具有突发性、隐蔽性。因为液压系统的缺陷和局限性，液压式挖掘机多为中、小型挖掘机，许 多大型挖掘机还不得不采用电力驱动的机械式挖掘机。机械式挖掘机已经有近百年历史， 是利用机械传动件带动挖掘动作，其具有作业效率高，使用寿命长，能适应恶劣的矿山工作 环境等特点。但是，传统的单自由度机械式挖掘机自身结构庞大复杂且不能完成灵活多变 的挖掘动作，即使仅用于采矿，也常常遇到困难，如在挖掘较高台面时斗齿上不能产生更 大的切削力；对于倾斜矿层的清理根底，向装载车中卸载高度偏小等等。当前，工程机械领 域具有这样的共识机械式挖掘机所能完成的动作简单、难以变化，许多动作不能实现；液 压式挖掘机可以灵活地执行各种工程动作，但又存在液压系统零部件要求高、寿命不长、漏 油等缺陷。这是工程机械领域一个十分棘手的问题，也是长期未能取得突破的难题。
发明内容本实用新型的目的是提供一种混合驱动可控挖掘机构，既能克服以往单自由度机 械式挖掘机构动作简单，挖掘速度等难控制等缺点，又克服液压式挖掘机构液压元件要求 高、易产生漏油、可靠度难保证等不足。且机构采用大功率常规电机和较小功率伺服电机 混合驱动的策略，在满足较大挖掘力要求的同时兼顾柔性化的输出，挖掘效率高、制造成本 低、加工装配要求低。本实用新型通过以下技术方案达到上述目的一种混合驱动可控挖掘机构，包括 第一挖掘手臂，第二挖掘手臂，正铲式铲斗和机架，其结构和连接方式为所述第一挖掘手臂为一组二自由度混合驱动可控机构，由第一主动杆、第二主动 杆、第一连杆、第二连杆以及机架连接组成，第一主动杆一端通过第一铰孔铰接在机架上， 另一端通过第二铰孔与第一连杆铰接，第二主动杆一端铰接在机架的第三铰孔上，另一端 通过第四铰孔与第二连杆铰接。所述第一连杆为弯杆，中间弯折部分有第五铰孔，通过第五 铰孔与第二连杆铰接，第一连杆末端通过第六铰孔与正铲式铲斗下部的铰孔铰接，所述第 一主动杆由第一常规电机驱动。所述第二主动杆由第一伺服电机驱动，所述第二挖掘手臂亦为一组二自由度混合驱动可控机构，由第三主动杆、第四主 动杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆以及机架连接组成，第三主动杆一端通过第七铰孔与第三连杆铰接，另一端通过第八铰孔铰接在机架上，第四主动杆一端通过第九铰孔与第四 连杆铰接，另一端铰接在机架的第十铰孔上，所述第五连杆一端通过第一复合铰与第三连 杆和第四连杆铰接，另一端通过第十一铰孔与正铲式铲斗上部的铰孔铰接，所述第三主动 杆由第二常规电机驱动，所述第四主动杆由第二伺服电机驱动。所述机架上后部安装有第一常规电机和第二常规电机，前部安装有第一伺服电机 和第二伺服电机。机架本身可安装在传统挖掘机带回转平台的轮胎式或履带式行走机构 上，完成挖掘、回转、卸料和整机的定位与行走等工作。本实用新型的突出优点在于1、挖掘机构的两条支链均为二自由度混合驱动可控机构，可通过计算机控制实现 挖掘机构在工作空间内复杂多变挖掘轨迹的输出，既克服了以往机械式挖掘机构动作简 单，挖掘速度等难控制等缺点，又克服了液压式挖掘机构液压元件要求高、易产生漏油、可 靠度难保证等不足；2、采用大功率常规电机和较小功率伺服电机混合驱动的策略，与全伺服电机驱动 的机构相比具有更大的挖掘力和更高的可靠性；3、采用外转动副驱动闭链传动的方式，两台常规电机和两台伺服电机均安装在机 架上，杆件都能做成轻杆，保证挖掘机构具有较大刚性和较小惯量，动力学性能较好。本实用新型的混合驱动可控挖掘机构，既能解决传统单自由度机械式挖掘机构不 能实现复杂动作等问题，又能解决液压式挖掘机构对零部件要求高、寿命不长、易漏油等问 题。机构采用大功率常规电机和较小功率伺服电机混合驱动的策略，在满足较大挖掘力要 求的同时兼顾柔性化的输出。整机结构简单紧凑，零部件加工装配要求低。
图1为本实用新型所述混合驱动可控挖掘机构第一挖掘手臂结构示意图；图2为本实用新型所述混合驱动可控挖掘机构第二挖掘手臂结构示意图；图3为本实用新型所述混合驱动可控挖掘机构的正视图；图4为本实用新型所述混合驱动可控挖掘机构的俯视图；图5为本实用新型所述混合驱动可控挖掘机构安装在带回转平台的履带式行走 机构上的示意图；图6为本实用新型所述混合驱动可控挖掘机构通过调整第二挖掘手臂的姿态以 获得更大挖掘力的工作示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。对照图1、4，一种混合驱动可控挖掘机构，包括两组挖掘手臂，正铲式铲斗和机架。对照图1、2和4，所述混合驱动可控挖掘机构的第一挖掘手臂为一组平面二自由 度混合驱动可控机构，由第一主动杆1、第二主动杆4、第一连杆2、第二连杆3以及机架27 连接组成。第一主动杆1 一端通过第一铰孔11铰接在机架27上，另一端通过第二铰孔12 与第一连杆2铰接，第二主动杆4 一端铰接在机架27的第三铰孔15上，另一端通过第四铰 孔14与第二连杆3铰接。所述第一连杆2为弯杆，中间弯折部分有第五铰孔13，通过第五铰孔13与第二连杆3铰接，第一连杆2末端通过第六铰孔16与正铲式铲斗10下部的第六 铰孔16铰接。所述第一主动杆1由第一常规电机23驱动。所述第二主动杆4由第一伺服 电机M驱动。对照图1、3和4，所述混合驱动可控挖掘机构的第二挖掘手臂亦一组平面二自由 度混合驱动可控机构，由第三主动杆5、第四主动杆8、第三连杆6、第四连杆7、第五连杆9 以及机架27连接组成。第三主动杆5 —端通过第七铰孔18与第三连杆6铰接，另一端通 过第八铰孔17铰接在机架27上，第四主动杆8 一端通过第九铰孔20与第四连杆7铰接， 另一端铰接在机架27的第十铰孔21上。所述第五连杆9 一端通过第一复合铰19与第三 连杆6、第四连杆7铰接，另一端通过第十一铰孔22与正铲式铲斗10上部的第十一铰孔22 铰接。所述第三主动杆5由第二常规电机25驱动。所述第四主动杆8由第二伺服电机沈 驱动。对照图4和5，所述机架上后部安装有第一常规电机23、第二常规电机25两台常 规电机，前部安装有第一伺服电机对、第二伺服电机26两台伺服电机。机架本身可安装在 传统挖掘机带回转平台的轮胎式或履带式行走机构上，完成挖掘、回转、卸料和整机的定位 与行走等工作。对照图1、4、5和6，挖掘机构进行挖掘工作时，由于第一挖掘手臂为一组平面二自 由度混合驱动可控机构，通过编程控制第一常规电机23、第一伺服电机M，可使第一挖掘 手臂的末端实现给定的挖掘轨迹。实现挖掘轨迹的同时，通过控制第二挖掘手臂的第二常 规电机25、第二伺服电机沈，配合第一挖掘手臂实现正铲式铲斗10的翻转挖掘动作。挖掘 动作完成后，通过对两条挖掘手臂的两台常规电机和两台伺服电机的联合控制，实现手臂 提升、铲斗保持动作，同时回转平台工作，将手臂回转至堆放土壤的区域。当正铲式铲斗10 回转至堆放区域上方，正铲式铲斗10回转，卸土动作完成。挖掘过程中，第一常规电机23、 第二常规电机25提供大部分挖掘力。第一伺服电机M、第二伺服电机沈协调输出，配合上 述两台常规电机的输出使得整个挖掘机构实现灵活多变、适合各种挖掘工况的轨迹。对照图6，对于机构的某一给定的位置和姿态，在保持铲斗位置和转角不变的情况 下，可通过控制第三主动杆5、第四主动杆8，调整第二挖掘手臂的姿态，使机构处于受力情 况更好、刚度特性更佳、能更好完成特定挖掘任务的姿态。
权利要求1. 一种混合驱动可控挖掘机构，包括第一挖掘手臂，第二挖掘手臂，正铲式铲斗和机 架，其行征在于，其结构和连接方式为所述第一挖掘手臂为一组二自由度混合驱动可控机构，由第一主动杆、第二主动杆、第 一连杆、第二连杆以及机架连接组成，第一主动杆一端通过第一铰孔铰接在机架上，另一端 通过第二铰孔与第一连杆铰接，第二主动杆一端铰接在机架的第三铰孔上，另一端通过第 四铰孔与第二连杆铰接，所述第一连杆为弯杆，中间弯折部分有第五铰孔，通过第五铰孔与 第二连杆铰接，第一连杆末端通过第六铰孔与正铲式铲斗下部的铰孔铰接，所述第一主动 杆由第一常规电机驱动，所述第二主动杆由第一伺服电机驱动，所述第二挖掘手臂亦为一组二自由度混合驱动可控机构，由第三主动杆、第四主动杆、 第三连杆、第四连杆、第五连杆以及机架连接组成，第三主动杆一端通过第七铰孔与第三连 杆铰接，另一端通过第八铰孔铰接在机架上，第四主动杆一端通过第九铰孔与第四连杆铰 接，另一端铰接在机架的第十铰孔上，所述第五连杆一端通过第一复合铰与第三连杆和第 四连杆铰接，另一端通过第十一铰孔与正铲式铲斗上部的铰孔铰接，所述第三主动杆由第 二常规电机驱动，所述第四主动杆由第二伺服电机驱动。
专利摘要一种混合驱动可控挖掘机构，包括第一挖掘手臂，第二挖掘手臂，正铲式铲斗和机架。所述第一挖掘手臂和第二挖掘手臂均为二自由度混合驱动可控机构，通过复合铰、连杆和正铲式铲斗连接而成。第一挖掘手臂和第二挖掘手臂均安装在机架上，由两台大功率常规电机和两台较小功率伺服电机混合驱动，能在满足较大挖掘力要求的同时兼顾柔性化的轨迹输出。本实用新型能解决传统单自由度机械式挖掘机构实现动作简单，而液压式挖掘机构易出现漏油等问题，且整机挖掘效率高、制造成本低、加工装配要求低。
文档编号E02F3/28GK201901887SQ20102065282
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者张 林, 李岩舟, 温芳, 潘宇晨, 王汝贵, 王红州, 蔡敢为, 陈渊 申请人:广西大学