[實用新型]混合驅動變胞機構挖掘機械

有效

• 申請號: 201420085490.5
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN203729354U
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 潘宇晨
• 申請（專利權）人: 欽州學院
• 主分類號: E02F3/34
• 分類號: E02F3/34;E02F3/38;E02F3/42
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 廖世傳

（一）技術領域：

本實用新型涉及工程機械技術，特別是一種混合驅動變胞機構挖掘機械。

（二）背景技術：

挖掘機是一種重要的工程機械，廣泛應用于工業、交通、能源、農田改造、水利、民用建筑、礦山采掘以及現代化軍事工程等機械化施工方面。

挖掘機主要有液壓式和機械式兩種類型。液壓式挖掘機具有結構簡單、重量輕、可實現很多復雜動作等優點，被廣泛采用。但是液壓式挖掘機是以液壓油為傳遞動力的介質，其起動性較差，容易因內部元件磨損后產生泄漏，而且涉及的元件較多，泄漏的液壓油會造成環境的污染。同時出現過熱，工作無力等現象。隨著挖掘機功能要求的增加，其液壓系統越來越復雜，會造成其故障出現更具有突發性、隱蔽性。正因為液壓系統有如此缺陷和局限性，液壓式挖掘機多為中、小型挖掘機，許多大型挖掘機還不得不采用電力驅動的機械式挖掘機。

機械式挖掘機已經有近百年歷史，是利用機械傳動件帶動挖掘動作，其具有作業效率高，使用壽命長，能適應惡劣的礦山工作環境等特點。但是，傳統的單自由度機械式挖掘機自身結構龐大復雜且不能完成靈活多變的挖掘動作，即使僅用于采礦，也常常遇到困難，如：在挖掘較高臺面時斗齒上不能產生更大的切削力；對于傾斜礦層的清理根底，向裝載車中卸載高度偏小等等。

當前，工程機械領域已形成這樣的共識：機械式挖掘機所能完成的動作簡單、難以變化，許多動作不能實現；液壓式挖掘機可以靈活地執行各種工程動作，但又存在液壓系統零部件要求高、壽命不長、漏油等缺陷。這是工程機械領域一個十分棘手的問題，也是長期未能取得突破的難題。

變胞機構是上世紀90年代，英國倫敦大學國王學院戴建生教授等人在研究可折疊式紙盒和工藝品機構時發現的一類新型機構，具有多工作階段的變功能和變拓撲結構特性。變胞機構由于其適應性和可重構性，尤其適應于在不同工作階段完成不同工作任務等要求。該發現獲得了1998年在亞特蘭大召開的ASME第25界機構學雙年度最佳論文獎，并列入20世紀90年代獲獎的四篇論文之一。這類新型機構提出后，引起了國際機構學界的廣泛關注并獲得了一些應用：倫敦大學國王學院利用變胞原理開發研制出變胞手，其結構和自由度在運行中變化，由此向三指手提供了額外的自由度，便于控制手指抓持方位和靈巧度；北京航空航天大學丁希侖等開發了火星變胞探測車，該車利用變胞原理，采用桿件變換，使其變形并變換不同的行走方式以適應不同的需求和不同的環境；新加坡南洋理工大學Y.M.Chen等開發了變胞水下車，利用變胞概念，變換車形來完成所需的工作任務。

（三）實用新型內容：

本實用新型是將變胞機構的原理應用于工程機械技術領域，提出了一種混合驅動變胞機構挖掘機械，以滿足不同工作階段中復雜軌跡輸出和頻繁負載變化的要求。

本實用新型通過以下技術方案滿足上述要求：

本實用新型混合驅動變胞機構挖掘機械的技術方案，包括變胞挖掘機構、鏟斗調整機構以及正鏟式鏟斗，所不同的是所述變胞挖掘機構為由重載挖掘驅動桿和軌跡輸出驅動桿、中部向上拱起的折狀挖掘臂和挖掘連桿以及機架構成的二自由度五連桿機構，所述重載挖掘驅動桿和軌跡輸出驅動桿分別于機架上鉸裝并分別由設于機架上的重載挖掘電機和軌跡輸出伺服電機驅動，所述軌跡輸出伺服電機自帶有大扭矩電磁制動器，所述挖掘臂的尾端鉸連重載挖掘驅動桿，所述挖掘連桿鉸連于挖掘臂中部和軌跡輸出驅動桿，挖掘臂前端臂體上開設有滑動槽；所述鏟斗鉸連于挖掘臂前端；所述鏟斗調整機構設于挖掘臂前段臂體與鏟斗之間，包括調整驅動桿、臂體連桿和鏟斗連桿，所述調整驅動桿鉸裝于挖掘臂前段臂體上并由設于機架上的鏟斗調整伺服電機驅動，所述鏟斗調整伺服電機自帶有大扭矩電磁制動器，所述臂體連桿與調整驅動桿鉸連，所述鏟斗連桿鉸裝于鏟斗，其鉸連點低于鏟斗與挖掘臂前端的鉸連點，臂體連桿與鏟斗連桿通過傳動銷形成復合鉸鏈，所述傳動銷滑動置于所述滑動槽內。

所述變胞挖掘機構采用重載挖掘電機和軌跡輸出伺服電機的混合驅動：重載挖掘時，所述軌跡輸出驅動桿由大扭矩電磁制動器鎖死，所述二自由度五連桿機構變胞為單自由度四桿機構；在工作載荷不大、需實現復雜軌跡作業時，大扭矩電磁制動器放松軌跡輸出驅動桿，軌跡輸出伺服電機控制軌跡輸出驅動桿并配合重載挖掘驅動桿運動，單自由度四連桿機構恢復為平面二自由度五連桿機構；挖掘過程中大部分的挖掘力由重載挖掘驅動桿提供，并在重載挖掘時承載全部挖掘力；所述鏟斗調整伺服電機負責控制各種挖掘工況中鏟斗的姿態以及挖掘完成后的卸料工作，并在挖掘過程中由其自帶的大扭矩電磁制動器鎖死調整驅動桿以固定鏟斗位置。