一种液压式抓钳器及其使用方法【技术领域】
本发明涉及一种抓钳器，具体涉及一种液压式抓钳器及其使用方法。
【背景技术】
抓钳器是通过液压能、气压能或电能等驱动其爪子进行张开与闭合工作过程，从而可以对
物件进行搬运与抓取作业的工作装置，根据驱动形式的不同分为液压式抓钳器、电能式抓钳器、
机械式抓钳器等。抓钳器可以抓取碎石、废旧金属、工业废料、建筑垃圾、生活垃圾等。
液压式抓钳器是经常用在液压挖掘机上的一种工作装置，应用在液压挖掘机上的液压抓钳
器分有机械式抓钳器、回转式液压抓钳器和不回转式液压抓钳器。
机械式抓钳器直接采用挖掘机铲斗油缸推动，无需改动挖掘机原有的油路，但是由于其本
身机械结构的限制使其作业范围受到很大的限制，作业质量也达不到要求。
回转式液压抓钳器需要在抓钳器上安装液压马达或者摆动液压缸以达到回转的需求，这样
需要改装挖掘机原有的管路和液压系统，虽然性能好但是成本高。
不回转式液压抓钳器只需要在挖掘机上添加一套液压阀块及管路来控制，可以满足一般的
工况需求，经济实惠。
目前国内外出现的液压抓钳器多为三爪式，其每一个爪均有独立的液压缸驱动控制，控制
三个液压缸同步运动需要安装同步阀，使得液压抓钳器自身的结构复杂，控制复杂，价格高，
而且工作装置自身的重量大，减少了其负载承受能力。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种液压式抓钳器及其使用方法，该抓钳器主要是解决现有液压
抓钳器的三个爪每一个爪均由独立的液压缸驱动控制、自身的结构复杂、控制复杂、价格高、
而且工作装置自身的重量大、减少了其负载承受能力的技术问题。
为了解决现有技术问题，本发明是采用如下技术方案。
一种液压式抓钳器，与工作装置相连接，通过该装置的液压能驱动来抓取物品，包括铰
接盘1、爪3、液压缸4和推盘5，所述的铰接盘1的第一端面103与工作装置连接，铰接盘1
的第二端面104与液压缸4缸体的固定端固定连接，所述的爪3的一端与铰接盘1铰接，爪3
的另一端朝向铰接盘1垂直端面的轴线方向弯折，沿铰接盘1的周向分布有若干个爪3，所述
的推盘5固定设置在液压缸4缸杆6的自由端，推盘5上开设有供爪3自由穿过的孔，推盘5
通过该孔套设在爪3上，通过推盘5的移动控制爪3进行收拢或分散。
所述的铰接盘1的第一端面103上固定设置有耳环2，铰接盘1通过耳环2与工作装置
连接。
所述的铰接盘1的第二端面104上固定设置有螺栓102，螺栓102上配合设置有螺母9，
液压缸4缸体的固定端为法兰，该法兰上开设有供螺栓102穿过的液压缸法兰连接孔401，铰
接盘1与液压缸4通过螺栓102和螺母9固定连接。
所述的爪3依次包括第一关节302、第二关节303和第三关节304，所述的第一关节302
与第二关节303的轴线相交呈一定角度，第一关节302的自由端与铰接盘1铰接；所述的第三
关节304设置在第二关节303自由端的端部，所述的第二关节303的自由端朝向铰接盘1垂直
端面的轴线方向设置。
所述的第一关节302与第二关节303的轴线相交呈钝角，在液压抓钳器完全张开时，所
述的第二关节303的轴线相互平行。
所述的推盘5上开设的供爪3自由穿过的孔选用腰型孔501，推盘5通过腰型孔501套
设在爪3的第一关节302上。
所述的铰接盘1和推盘5选用三叉式结构，铰接盘1每个叉的端部铰接一个爪3，推盘5
的每个叉上开设一个供爪3自由穿过的孔，该孔所在分布圆的半径与铰接盘1上铰接爪3铰接
点所在分布圆的半径大小不同，通过推盘5的移动控制爪3进行收拢或分散。
所述的液压缸4、铰接盘1和推盘5同轴设置。
一种液压式抓钳器的使用方法，通过耳环2将抓钳器与工作装置相连接，将工作装置上
的工作液压管与液压缸4连接为抓钳器提供液压能，液压缸4通过液压能驱动缸杆6进行伸缩，
缸杆6的伸缩驱动推盘5同步移动，推盘5的移动驱动所有的爪3同步进行收拢或分散，实现
对物品的抓取和释放；在抓取物品前，缸杆6处于收缩状态，推盘5驱动爪3进行分散使被抓
取的物品能够进入爪3形成的抓取空间内；在抓取物品时，液压缸4驱动缸杆6伸出，缸杆6
驱动推盘5同步移动，推盘5的移动驱动爪3进行收拢并抓取物品；在释放物品时，液压缸4
驱动缸杆6收缩，缸杆6的收缩驱动推盘5同步移动，推盘5驱动爪3进行分散并将物品释放。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
本发明的一种液压式抓钳器通过一个液压缸驱动推盘来同时控制三个爪的动作。本发明
的爪的一端与铰接盘连接，爪穿过推盘上的腰形孔，推盘通过腰形孔能够推动三个爪同时收拢
与分散，推盘固定在液压缸的缸杆上，液压缸的缸杆在伸出、缩回时驱动推盘一起运动，液压
缸的缸杆收缩时，液压抓钳器的爪分散张开来准备抓取或释放物品，液压缸的缸杆伸出时，液
压抓钳器的爪收拢闭合来抓取物品。
本发明通过液压缸与铰接盘和推盘的结合，只需要一个液压缸便可控制是三个爪同步工
作，实现液压抓钳器的张开和闭合两个动作。整个工作装置只有一个液压缸需要供油，也不再
需要同步阀，使得液压抓钳器的结构简单，重量轻，易于控制，成本低。
【附图说明】
图1是本发明的整体的结构示意图；
图2是本发明的铰接盘的结构示意图；
图3是本发明的爪的结构示意图；
图4是本发明的液压缸的结构示意图；
图5是本发明的推盘的结构示意图；
图6是本发明的液压缸杠杆的结构示意图。
图中标号代表：1-铰接盘、101-铰接盘销孔、102-螺栓、103-第一端面、104-第二端面、
2-耳环、3-爪、301-连接孔、302-第一关节、303-第二关节、304-第三关节、4-液压缸、401-液
压缸法兰连接孔、5-推盘、501-腰形孔、502-缸杆连接孔、6-缸杆、601-缸杆销孔、602-缸杆凸
台、603-活塞、7-小腔油口、8-大腔油口、9-螺母、10-销。
【具体实施方式】
下面结合附图来对本发明作进一步的说明。
如图1至图6所示，一种液压式抓钳器，与工作装置相连接，通过该装置的液压能驱动
来抓取物品，包括铰接盘1、爪3、液压缸4和推盘5，所述的液压缸4、铰接盘1和推盘5
同轴设置，所述的铰接盘1的第一端面103与工作装置连接，铰接盘1的第二端面104与液压
缸4缸体的固定端固定连接，所述的爪3的一端与铰接盘1铰接，爪3的另一端朝向铰接盘1
垂直端面的轴线方向弯折，沿铰接盘1的周向分布有三个爪3，所述的推盘5固定设置在液压
缸4缸杆6的自由端，推盘5上开设有供爪3自由穿过的孔，推盘5通过该孔套设在爪3上，
通过推盘5的移动控制爪3进行收拢或分散。
所述的铰接盘1的第一端面103上固定设置有耳环2，铰接盘1通过耳环2与工作装置
连接。
所述的铰接盘1的第二端面104上固定设置有螺栓102，螺栓102上配合设置有螺母9，
液压缸4缸体的固定端为法兰，该法兰上开设有供螺栓102穿过的液压缸法兰连接孔401，铰
接盘1与液压缸4通过螺栓102和螺母9固定连接。
所述的爪3依次包括第一关节302、第二关节303和第三关节304，所述的第一关节302
与第二关节303的轴线相交呈一定角度，第一关节302的自由端与铰接盘1铰接；所述的第三
关节304设置在第二关节303自由端的端部，所述的第二关节的自由端朝向铰接盘1垂直端面
的轴线方向设置。
所述的第一关节302与第二关节303的轴线相交呈钝角，在液压抓钳器完全张开时，所
述的第二关节303的轴线相互平行。
所述的推盘5上开设的供爪3自由穿过的孔选用腰型孔501，推盘5通过腰型孔501套
设在爪3的第一关节302上。
所述的铰接盘1和推盘5选用三叉式结构，铰接盘1每个叉的端部铰接一个爪3，推盘5
的每个叉上开设一个供爪3自由穿过的孔，该孔所在分布圆的半径与铰接盘1上铰接爪3铰接
点所在分布圆的半径大小不同，通过推盘5的移动控制爪3进行收拢或分散。
该液压式抓钳器的工作过程，通过耳环2将抓钳器与工作装置相连接，将工作装置上的工
作液压管与液压缸4连接为抓钳器提供液压能，液压缸4通过液压能驱动缸杆6进行伸缩，缸
杆6的伸缩驱动推盘5同步移动，推盘5的移动驱动所有的爪3同步进行收拢或分散，实现对
物品的抓取和释放；在抓取物品前，缸杆6处于收缩状态，推盘5驱动爪3进行分散使被抓取
的能够进入爪3形成的抓取空间内；在抓取物品时，液压缸4驱动缸杆6伸出，缸杆6驱动推
盘5同步移动，推盘5的移动驱动爪3进行收拢并抓取物品；在释放物品时，液压缸4驱动缸
杆6收缩，缸杆6的收缩驱动推盘5同步移动，推盘5驱动爪3进行分散并将物品释放。
下面对本发明作进一步的说明。
本发明使用一个液压缸同时控制三个爪的动作，其结构如图1所示，包括铰接盘1、耳环
2、爪3、推盘5、液压缸4、液压缸4包括缸杆6、小腔油口7和大腔油口8、螺母9、销10。
铰接盘1为三叉式结构，如图2所示，其每个叉上开设有U形槽，在U型槽的侧边上开
设有铰接盘销孔101，每个叉分别连接爪3带有连接孔301的一端。
整个液压抓钳器通过耳环2与液压挖掘机连接，耳环2为通用的液压挖掘机工作装置连接
机构尺寸，以提高本发明的通用性、拆装便捷性。耳环2与铰接盘1为一体式结构，液压式抓
钳器在抓取和搬运的过程中，耳环2处受到拉力和弯力，在耳环2与铰接盘1连接处有拉应力
和弯曲应力，将耳环2与铰接盘1做成一体式结构，并且在接触处有倒圆角以减少应力集中，
使得整个结构更加牢固可靠。
如图2所示，铰接盘1的第一端面103上设置耳环2，第二端面104上设置螺栓102，螺
栓102共有4个，与螺母9配合，用于固定液压缸4，螺栓102与铰接盘1为一体式结构，这
样的结构设计，避免了在铰接盘1上打4个通孔降低铰接盘1的强度，也避免影响第一端面
103上的耳环2的结构以及整个液压式抓钳器的安装，使得整个机构紧凑，承载能力强。
液压抓钳器在工作的时候，爪3直接与工作对象接触，例如抓石块、废旧金属等时，通过
动力机构间接施加在爪3上的力来抓取。爪3承受的力大，为锻钢材料，其强度高。爪3为弯
曲形状，如图3所示，第二关节303与第一关节302的弯角为150度，爪末端第三关节304
与第二关节303有较小的弧度，爪3的末端第三关节304长度短并且被削尖。所述的爪3的结
构设计有三个优点：第一，可以保证液压式抓钳器工作的时候有足够的抓紧力，使作业对象不
从液压抓钳器开口处脱落；第二，当缸杆6完全缩回时，即液压式抓钳器开口最大时三个爪的
第二关节303相互平行以保证三个爪能够同时能与水平面垂直，以便于抓取时顺利；第三，将
爪3的末端削尖，减小切入阻力，使爪3更容易切入。
液压缸的安装方式有法兰型、销轴型、耳环型、底座型、球头型等。本发明的液压缸4
采用法兰式安装。铰接盘1上有足够的安装空间，因此液压缸4法兰为尾部外法兰，法兰盘上
沿圆周方向均匀布置4个液压缸法兰连接孔401。结构如图4所示。上述结构设计，有两个优
点：第一，通过尾部外法兰固定液压缸4就避免液压缸4尾部的筒壁特别厚来打螺纹孔；第二，
固定液压缸4的螺母9露在外边，便于安装，拆卸、检修。
液压缸4上的两个油口即小腔油口7和大腔油口8布置如图4所示，大腔油口8接通液压
缸4的大腔，即无杆腔，小腔油口7接通液压缸4的小腔，即有杆腔。液压油从大腔油口8
进入液压缸4，缸杆6伸出；液压油从小腔油口7进入液压缸4，缸杆6缩回。无杆腔的横截
面积大于有杆腔的横截面积，同样压力的液压油引入液压缸4的无杆腔和有杆腔时，无杆腔的
作用力更大，根据上述特征，选择缸杆6伸出时液压抓钳器收拢闭合，缸杆6缩回时液压抓钳
器分散张开。
推盘5结构如图5所示，推盘5亦为三叉式结构，每个叉上开有一个腰形孔501。腰形孔
501的宽度即两端半圆的直径，略大于爪3的直径，这样的结构尺寸设计使得爪3在腰形孔501
中运动时不易卡住。液压抓钳器的收拢闭合与分散张开是腰形孔501的内壁与爪3摩擦并推动
爪3绕销10转动实现的。腰形孔501两端的圆弧处受到很大的摩擦力，因此在腰形孔501内
壁加一个铜套。铜与钢的摩擦系数小且铜的硬度小于爪3的硬度，铜与钢的摩擦副中铜套被磨
损失效后，更换铜套即可。
推盘5固定在缸杆6上，固定方式如图1所示。在推盘5中心处开有一个腰形的缸杆连接
孔502，缸杆6的顶端穿过腰形孔501，并通过缸杆凸台602限定最大位移，缸杆6的末端有
缸杆销孔601，通过销钉可以限制缸杆6从推盘5的腰形孔501退出。
缸杆6结构如图6所示，缸杆6上与用于连接推盘5相对的另一端为活塞603，活塞603
将液压缸4内腔分为两部分，即有杆腔和无杆腔。液压油通过小腔油口7或大腔油口8作用在
活塞截面上，推动缸杆6在液压缸4内运动。
本发明的整体结构如图1所示，连接方式如下所述：爪3的连接孔301与铰接盘1的铰接
盘销孔101直径相同，通过销10连接。爪3在铰接盘1上可以绕着销10旋转，爪3穿过推盘
5上的腰形孔501，腰形孔501可以推动爪3收拢或分散。缸杆6的顶端从推盘5的一面穿过
缸杆连接孔502，在推盘5的另一面，用销钉穿过缸杆销孔601，便实现推盘5与缸杆6连接。
当缸杆6伸出时，缸杆凸台602推动推盘5向下运动；当缸杆6缩回时，穿过缸杆销孔601
的销钉限制缸杆6从缸杆连接孔502退出，拉动推盘5向上运动。在缸杆6伸出、缩回运动时
推盘5一起运动，缸杆6伸出时，液压抓钳器分散张开，缸杆6缩回时，液压抓钳器收拢闭合。
将整个液压抓钳器按照上述方法组装后，通过耳环2将整个装置连接到工作装置如液压挖
掘上的连接处。挖掘机上引出的两个油口分别接到的液压缸4上的小腔油口7和大腔油口8
上。操作液压挖掘机上相应的操作杆，为液压抓钳器供油。当压力油从大腔油口8进入液压缸
4大腔时，缸杆6伸出，推动推盘5向下运动，推盘5上腰形孔501的内壁推动三个爪收拢，
液压抓钳器闭合；压力油从小腔油口7进入液压缸时，缸杆6缩回，拉动推盘5向上运动，推
盘5上腰形孔501的内壁推动三个爪张开，液压抓钳器张开。通过调节液压挖掘机的铲斗油缸，
可以调节液压抓钳器的角度，以便顺利完成抓取、搬运等作业。本发明通过液压缸4与铰接盘
1和推盘5的结合，只需要一个液压缸便可控制三个爪张开和闭合，结构简单，重量轻，易于
控制，成本低。
本发明通过液压缸与铰接盘和推盘的结合，只需要一个液压缸便可控制是三个爪，实现液
压抓钳器张开和闭合两个动作。整个工作装置只有一个液压缸需要供油，也不再需要同步阀，
使得液压抓钳器的结构简单，重量轻，易于控制，成本低。