一种电磁式主动变胞3R4RR4R4R闭链连杆可控挖掘机构.pdf

一种电磁式主动变胞(3R-4R)R-4R-4R闭链连杆可控挖掘机构，包括机架、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构和电磁锁紧装置。所述大臂摆动机构包括大臂和摆动机构，所述斗杆举降机构包括斗杆和举降机构，所述铲斗翻转机构包括铲斗和翻转机构，所述电磁锁紧装置安装在转动副上，通过对转动副的电磁锁紧实现主动变胞功能，本发明采用连杆传动机构替代传统液压传动，能够解决液压挖掘机液压系统复杂、易漏油的缺点，由于在转动副上采用电磁锁紧装置，能根据不同的作业工况主动变胞，不仅具有液压挖掘机的灵活性，而且利用两主动杆即可实现三自由度挖掘作业，降低了挖掘机构造价，适用于制造各类挖掘机及其他工程机械。

1.  一种电磁式主动变胞(3R-4R)R-4R-4R闭链连杆可控挖掘机构，包括机架、大臂摆动 机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构以及两个电磁锁紧装置，其特征在于，具体结构和连接 方式为：
所述大臂摆动机构由大臂、第一连杆、第二连杆、第三连杆组成，所述第一连杆通过第 一转动副与机架连接，所述第二连杆通过第二转动副与机架连接，第一连杆的另一端通过第 三转动副与第三连杆连接，第二连杆的另一端通过第四转动副与第三连杆连接，第三连杆通 过第五转动副与大臂连接，
所述斗杆举降机构由斗杆、第五连杆、第六连杆和第一主动杆组成，所述第一主动杆通 过第八转动副与第三连杆连接，第一主动杆的另一端通过第九转动副与斗杆连接，斗杆的另 一端通过第十四转动副与第五连杆连接，第五连杆同时通过第十五转动副与第六连杆连接， 第五连杆的另一端通过第十转动副与挖斗连接，第六连杆的另一端通过第十六转动副与大臂 连接，在第九转动副处安装第二电磁锁紧装置，
所述铲斗翻转机构由第二主动杆、第四连杆、大臂、铲斗组成，所述第二主动杆通过第 十一转动副与机架连接，所述第二主动杆的另一端通过第十二转动副与第四连杆连接，所述 第四连杆通过第六转动副与大臂连接，所述大臂的末端通过第十三转动副与铲斗连接，
所述两个电磁锁紧装置分别安装在第六转动副和第九转动副处，按照挖掘机构不同的工 况进行适时锁紧，当大臂摆动时，第六转动副处的电磁锁紧装置打开，第六转动副获得自由 度，第九转动副处的电磁锁紧装置锁紧，第九转动副失去自由度，此时，大臂在第二主动杆 作用下摆动。铲斗单独摆动时，对第六转动副和第九转动副都进行锁紧，第六转动副和第九 转动副均失去自由度。在整个挖掘作业过程中，两处的电磁锁紧装置根据不同的作业工况， 适当的锁紧、打开，共同完成挖掘作业，
所述第一主动杆、第二主动件分别由伺服电机驱动。

一种电磁式主动变胞(3R-4R)R-4R-4R闭链连杆可控挖掘机构
技术领域
本发明涉及工程机械领域，特别是一种电磁式主动变胞(3R-4R)R-4R-4R闭链连杆可控挖 掘机构。
背景技术
挖掘机是一种常见的工程机械，主要用于各种土方施工中。其中液压挖掘机是应用最广 泛的一类挖掘机，但是液压系统制造成本高，易出现漏油等问题，这些都是液压式挖掘机长 期存在的棘手问题。而传统单自由度机械式挖掘机，俗称“电铲”，只能实现简单且不能变 化的轨迹输出，因此不能像液压式挖掘机那样在广泛的领域获得应用。
随着电机技术的发展和控制技术的提高，可控机构为工程机械提供了广阔的发展空间， 由控制电机驱动的多自由度可控机构不仅具有工作空间大、动作灵活、可完成复杂和可变的 运动轨迹输出，同时还具有制造成本低，维护保养简单等优点，可控机构式挖掘机由于用多 自由度连杆机构取代了液压传动，避免了液压系统加工精度要求高，维护保养成本高，容易 产生漏油等问题。但是，现有可控机构式挖掘机主要依靠多自由度的连杆机构工作，以往对 多自由度连杆机构进行控制，往往需要用与连杆机构自由度同等数量的控制电机进行驱动控 制，不仅大大增加了制造成本，而且增加了机架传动系统的复杂性，这些缺点对多自由度可 控机构在工程机械领域的应用有一定制约。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁式主动变胞(3R-4R)R-4R-4R闭链连杆可控挖掘机构，首 先应具有传统液压挖掘机工作空间大、挖掘力大、受力好等优点，克服传统液压挖掘机维修 保养成本高、作业噪音大、液压元件成本高、反应不够灵敏等缺点，同时，还应降低主动杆 的使用数量，以降低可控电机数量，降低挖掘机构制造成本。
本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种电磁式主动变胞(3R-4R)R-4R-4R闭链连杆 可控挖掘机构，包括机架、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构以及电磁锁紧装置。 具体结构和连接方式为：
所述大臂摆动机构由大臂、第一连杆、第二连杆、第三连杆组成，所述第一连杆通过第 一转动副与机架连接，所述第二连杆通过第二转动副与机架连接，第一连杆的另一端通过第 三转动副与第三连杆连接，第二连杆的另一端通过第四转动副与第三连杆连接，第三连杆通 过第五转动副与大臂连接，
所述斗杆举降机构由斗杆、第五连杆、第六连杆和第一主动杆组成，所述第一主动杆通 过第八转动副与第三连杆连接，第一主动杆的另一端通过第九转动副与斗杆连接，斗杆的另 一端通过第十四转动副与第五连杆连接，第五连杆同时通过第十五转动副与第六连杆连接， 第五连杆的另一端通过第十转动副与挖斗连接，第六连杆的另一端通过第十六转动副与大臂 连接，在第九转动副处安装第二电磁锁紧装置，
所述铲斗翻转机构由第二主动杆、第四连杆、大臂、铲斗组成，所述第二主动杆通过第 十一转动副与机架连接，所述第二主动杆的另一端通过第十二转动副与第四连杆连接，所述 第四连杆通过第六转动副与大臂连接，所述大臂的末端通过第十三转动副与铲斗连接，
所述两个电磁锁紧装置分别安装在第六转动副和第九转动副处，按照挖掘机构不同的工 况进行适时锁紧，当大臂摆动时，第六转动副处的电磁锁紧装置打开，第六转动副获得自由 度，第九转动副处的电磁锁紧装置锁紧，第九转动副失去自由度，此时，大臂在第二主动杆 作用下摆动。铲斗单独摆动时，对第六转动副和第九转动副都进行锁紧，第六转动副和第九 转动副均失去自由度。在整个挖掘作业过程中，两处的电磁锁紧装置根据不同的作业工况， 适当的锁紧、打开，共同完成挖掘作业，
所述第一主动杆、第二主动件分别由伺服电机驱动。
本发明的突出优点在于：
1、利用连杆传动替代液压传动，解决了传统挖掘机保养成本高，液压元件成本高，作 业噪音大等缺点；
2、采用在连杆机构上加装电磁锁紧装置实现挖掘机构主动变胞功能，使该挖掘机构根 据不同工况锁定某些转动副，适时降低了挖掘机构的自由度，从而减少了可控电机的使用数 量。相比其他多自由度可控挖掘机构，该发明利用两台可控电机即可完成三自由度挖掘作业， 不仅大大降低了可控挖掘机构的造价，而且降低了机架传动系统的复杂性，该发明及技术更 加适用于制造各类挖掘机及其他工程机械；
3、此挖掘机构主动件驱动方式灵活多变，可选用伺服电机驱动，混合驱动等驱动形式， 不仅环保，而且易于实现远程控制，降低工人劳动强度的优点。
附图说明
图1为本发明所述的电磁式主动变胞(3R-4R)R-4R-4R闭链连杆可控挖掘机构示意图。
图2为本发明所述的电磁式主动变胞(3R-4R)R-4R-4R闭链连杆可控挖掘机构的大臂摆 动机构示意图。
图3为本发明所述的电磁式主动变胞(3R-4R)R-4R-4R闭链连杆可控挖掘机构的斗杆举 降机构示意图。
图4为本发明所述的电磁式主动变胞(3R-4R)R-4R-4R闭链连杆可控挖掘机构的铲斗翻 转机构示意图。
图5为本发明所述的电磁式主动变胞(3R-4R)R-4R-4R闭链连杆可控挖掘机构的立体图。
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。
对照图1，本发明所述的电磁式主动变胞(3R-4R)R-4R-4R闭链连杆可控挖掘机构，包括 机架1、大臂摆动机构、斗杆举降机构、铲斗翻转机构以及电磁锁紧装置。具体结构和连接 方式为：
对照图1和图2，所述大臂摆动机构由大臂8、第一连杆23、第二连杆18、第三连杆20 组成，所述第一连杆23通过第一转动副24与机架1连接，所述第二连杆18通过第二转动 副17与机架1连接，第一连杆23的另一端通过第三转动副21与第三连杆20连接，第二连 杆18的另一端通过第四转动副19与第三连杆20连接，第三连杆20通过第五转动副9与大 臂8连接。
对照图1和图3，所述斗杆举降机构由斗杆13、第五连杆25、第六连杆26和第一主动 杆15组成，所述第一主动杆15通过第八转动副16与第三连杆20连接，第一主动杆15的 另一端通过第九转动副14与斗杆13连接，斗杆13的另一端通过第十四转动副27与第五连 杆25连接，第五连杆25同时通过第十五转动副28与第六连杆26连接，第五连杆25的另 一端通过第十转动副15与挖斗11连接，第六连杆26的另一端通过第十六转动副29与大臂 8连接，在第九转动副14处安装第二电磁锁紧装置22。
对照图1和图4，所述铲斗翻转机构由第二主动杆3、第四连杆5、大臂8、铲斗11组 成，所述第二主动杆3通过第十一转动副2与机架1连接，所述第二主动杆3的另一端通过 第十二转动副4与第四连杆5连接，所述第四连杆5通过第六转动副6与大臂8连接，所述 大臂8的末端与铲斗11通过第十三转动副10连接。
所述电磁锁紧装置为两个，第一电磁锁紧装置7和第一电磁锁紧装置22分别安装在第 六转动副6和第九转动副14处，按照挖掘机构不同的工况进行适时锁紧。当大臂8摆动时， 第六转动副6处的电磁锁紧装置打开，第六转动副6获得自由度，第九转动副14处的电磁 锁紧装置锁紧，第九转动副14失去自由度，此时，大臂8在第二主动杆3作用下摆动。铲 斗11单独摆动时，对第六转动副6和第九转动副14都进行锁紧，第六转动副6和第九转动 副14均失去自由度。在整个挖掘作业过程中，两处的电磁锁紧装置根据不同的作业工况， 适当的锁紧、打开，共同完成挖掘作业。
所述第一主动杆15、第二主动件3分别由伺服电机驱动。