一种以连杆机构为提升方式的矿用电铲及挖掘机

1.本发明涉及工程机械设备领域，特别涉及一种以连杆机构为提升方式的矿用电铲及挖掘机。


背景技术：

2.目前，电铲挖掘机构的基本形态都未发生过变化，都是一个平面二自由度机构，而提升运动由提升钢绳的牵引实现，在铲斗启动和斗齿承受强冲击载荷时，钢丝绳提升的铲斗会出现前后左右全方位晃动，钢丝绳也会在运行冲击下伸长变形甚至打结，影响升降运行的准确性，使用频繁时在冲击下更易断股，降低了设备的安全性和可靠性；另外钢丝绳受损使钢丝逐根断裂而不易被发现，更换时需要换掉整根钢丝绳，而且更换时必须在卷筒上压紧绳头并保证缠绕整齐,松紧程度必须合适，使用频繁时半年就要更换一次，寿命低。
3.此外，钢丝绳与滚筒之间的摩擦力较大，导致提升电机功率消耗严重，同时也会大大降低钢丝绳和滚筒的使用寿命。考虑到连杆机构各构件之间为面接触，单位面积所受的压力较小，易于润滑，摩擦及磨损较小，能获得较高的轨迹精度，且各构件之间的接触是靠本身的几何封闭来实现的不需要锁紧弹簧，所以结构简单，制造难度大不。从维修的便利程度与成本多少来衡量，连杆机构提升方式是明显优于钢丝绳提升方式的。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种以连杆机构为提升方式的矿用电铲及挖掘机，通过使用平面连杆机构代替原有的钢丝绳牵引，在第一驱动装置和第二驱动装置的相互配合下使铲斗实现理想的挖掘轨迹，提高了矿用电铲工作时的安全性，减少了维修成本，使矿用电铲的挖掘轨迹更加精确，获得更大的工作空间。
5.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
6.一种以连杆机构为提升方式的矿用电铲，包括一对推压臂、提升连杆和铲斗，一对所述推压臂一端分别连接在底盘上，一对所述推压臂另一端分别通过转动副连接提升连杆一端；所述推压臂上设有直线推拉机构；所述铲斗一端连接提升机构另一端，所述铲斗另一端连接直线推拉机构，通过所述提升连杆和直线推拉机构使铲斗升降，使铲斗的挖掘轨迹更加精确，更好的完成挖掘工作。
7.进一步，所述提升连杆包括第一提升臂、第二提升臂、提升杆和第一驱动装置，所述提升杆一端分别与第一提升臂和第二提升臂连接，所述提升杆另一端与铲斗转动副连接；所述第一提升臂和第二提升臂通过传动装置与一对推压臂另一端传动连接；所述第一驱动装置用于驱动传动装置，使第一提升臂和第二提升臂同步转动。
8.进一步，所述传动装置包括连接轴和锥齿轮轮系；所述连接轴的两端支撑在一对推压臂另一端内，所述第一提升臂和第二提升臂分别与连接轴的两端传动连接；所述连接轴与第一驱动装置之间设有锥齿轮轮系。
9.进一步，所述直线推拉机构包括推压轴、鞍座、推压齿条和第二驱动装置；一对推
压臂上分别铰接安装所述鞍座；所述推压轴两端支撑在一对推压臂上；所述推压齿条一端穿过鞍座与铲斗连接；所述推压轴上设有与推压齿条啮合的圆柱齿轮，所述第二驱动装置用于驱动推压轴转动，使一对推压臂上安装的推压齿条同步移动。
10.进一步，所述第二驱动装置为链传动机构。
11.进一步，所述第一提升臂、第二提升臂和提升杆构成了rrr型支链结构，提供更高的可靠性。
12.进一步，初始状态所述推压齿条垂直与水平面，使铲斗尖接触料堆，通过控制第一驱动装置和第二驱动装置按照s型正向加减速运行，用于使铲斗挖掘；当铲斗到达预定高度卸料后，通过控制第一驱动装置和第二驱动装置按照反向s型加减速，用于使铲斗回到初始状态。
13.一种挖掘机，包括上述以连杆机构为提升方式的矿用电铲和控制系统，所述控制系统用于分别控制第一驱动装置和第二驱动装置的输出端动力输出。
14.本发明的有益效果在于：
15.1.本发明所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲从安全可靠方面考虑，该矿用电铲的构件形状简单，构件之间的接触由构件本身的几何约束来保持的，故该矿用电铲的工作装置可靠性以及安全性更高。
16.2.本发明所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲从维修的便利性来说，平面连杆机构比钢丝绳提升有优势，杆件有更好的可靠性，轴承、轴、锥齿轮的使用寿命更长，一旦零件有所损坏，只需把损坏的零件更换即可。钢丝绳则不然，它必须更换整根钢丝绳，而且更换时必须在卷筒上压紧绳头并保证缠绕整齐,松紧程度必须合适，因此，从维修的便利程度与成本多少来衡量，连杆提升机构是明显优于钢丝绳提升的。
17.3.本发明所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲从轨迹控制的精确性考虑，该矿用电铲的连杆机构中各构件之间为面接触的低副，单位面积所受的压力较小，易于润滑，摩擦及磨损较小，能获得较高的轨迹精度。而且给铲斗施加相同的外力，平面连杆机构提升的铲斗产生的晃动幅度远小于钢丝绳提升的铲斗,该矿用电铲可以减少铲斗的晃动，使铲斗的挖掘轨迹更精确，便于控制和智能化研究。
18.4.本发明所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲从工作空间范围考虑，该矿用电铲的连杆机构相比于钢丝绳提升装置具有更高的灵活性，通过调整杆件的尺寸和安装角度，可以使铲斗获得更大的工作空间。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明所述以连杆机构为提升方式的矿用电铲立体图。
21.图2为本发明所述提升连杆示意图。
22.图3为本发明所述传动装置啮合示意图。
23.图4为本发明所述推压轴示意图。
24.图中：
25.1-提升杆；2-提升轴；3-第一提升臂；4-第二提升臂；5-连接轴；6-锥齿轮轮组；7-提升电机；8-推压臂；9-推压齿条；10-推压电机；11-推压轴；12-鞍座；13-提升轴套筒；14-提升轴锁紧螺母；15-铲斗锁紧螺母；16-铲斗锁紧螺钉；17-齿链轮；18-推压臂轴承；19-推压轴套筒；20-圆柱齿轮；21-垫片；22-鞍座轴承；23-锁紧螺母；24-连接轴第一套筒；25-花键；26-连接轴锁紧螺母；27-电机支架；28-连接轴第二套筒。
具体实施方式
26.下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.如图1所示，本发明所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲包括一对推压臂8、提升连杆和铲斗，所述一对推压臂8的一端分别连接在底盘上，所述一对推压臂8的另一端分别通过转动副连接提升连杆的一端；所述推压臂8上还设有直线推拉机构；所述铲斗一端连接提升机构的另一端，所述铲斗的另一端连接直线推拉机构，通过所述提升连杆和直线推拉机构使铲斗升降。
31.如图1和图2所示，本发明所述的提升连杆包括第一提升臂3、第二提升臂4、提升杆1和第一驱动装置，所述第一驱动装置为提升电机7。所述提升杆1一端分别与第一提升臂3和第二提升臂4通过提升轴2连接，所述提升轴2为设有一个轴肩的阶梯轴，轴肩和提升轴套筒13用于提升杆1在提升轴2上的轴向固定，所述提升轴2的两端支撑在第一提升臂3和第二提升臂4之间，并通过提升轴锁紧螺母14固定；所述提升杆1的另一端通过铲斗锁紧螺钉16和铲斗锁紧螺母15与铲斗上的吊耳连接，铲斗的吊耳可绕锁紧螺钉16转动。提升电机7为步进电机。所述提升电机7输出端通过减速器安装有第一锥齿轮。
32.如图1和图3所示，本发明所述第一提升臂3和第二提升臂4通过传动装置与一对推
压臂8另一端传动连接，所述第一驱动装置用于驱动所述传动装置，使第一提升臂3和第二提升臂4同步转动。所述传动装置包括连接轴5和第二锥齿轮，所述连接轴5的两端支撑在一对推压臂8另一端内，且所述一对推压臂分别安装在位于连接轴5上的连接轴第一套筒24和连接轴第二套筒28上，所述第一提升臂3和第二提升臂4分别与连接轴5的两端通过花键25传动连接，并通过连接轴锁紧螺母26完成轴向固定。所述连接轴5与第二锥齿轮通过花键连接，第一锥齿轮和第二锥齿轮构成锥齿轮轮系6；通过位于第二锥齿轮两侧的连接轴第一套筒24和连接轴第二套筒28完成轴向定位，第一锥齿轮安装在提升电机7的动力输出端，提升电机7通过减速器将扭矩传递至锥齿轮轮系6，带动连接轴发生转动，从而带动第一提升臂3和第二提升臂4同步转动。在所述一对推压臂8上设有提升电机支架27，所述提升电机7安装在所述提升电机支架27内。
33.如图1和图4所示，本发明所述的直线推拉机构包括推压轴11、鞍座12、推压齿条9和第二驱动装置。所述推压轴11两端支撑在一对推压臂8上；所述推压齿条9一端穿过鞍座12与铲斗连接；所述推压轴11上设有与推压齿条9啮合的圆柱齿轮20，所述第二驱动装置用于驱动推压轴11转动，使一对推压臂8上的推压齿条9同步移动。所述推压轴11为设有一个轴肩的阶梯轴，推压轴11上设有一个齿链轮17，所述齿链轮17通过轴肩和套筒实现轴向定位，在推压轴11的两端分别设有一个圆柱齿轮20，所述圆柱齿轮20的两侧通过推压轴套筒19和垫片21实现轴向定位，推压轴套筒19同样用于轴向固定嵌入一对推压臂8通孔中的推压臂轴承18。所述齿链轮17、圆柱齿轮20和推压轴11通过键连接，可以确保三者同步转动。所述齿链轮17连接第二驱动装置，所述第二驱动装置为链传动机构，所述链传动机构的动力输出端为推压电机10，推压电机10通过减速器将扭矩传递至齿链轮17，齿链轮17通过键配合使推压轴11发生转动，从而带动圆柱齿轮20转动，圆柱齿轮20与推压齿条9上的齿条啮合，带动推压齿条直线运动，将推压线位移传递至铲斗。所述鞍座12设于一对推压臂8外侧，通过鞍座轴承22连接在推压轴11上并通过推压轴锁紧螺母23和垫片21实现轴向定位，所述鞍座12用于对推压齿条9的直线位移起导向作用。
34.在本发明所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲中，第一提升臂、第二提升臂和提升杆构成rrr型支链结构，提高了矿用电铲挖掘的可靠性。本发明的提升方式的矿用电铲可以为rpp结构，基于螺旋理论对该支链结构综合，得到rrr、rrp、rpr、prr、rpp、prp、ppr等支链结构，由于2个移动副的支链结构紧凑型不强，并且考虑到机构的稳定性等特点，优选rrr型支链结构。挖掘动作开始时推压齿条9垂直于水平面，铲斗齿尖接触料堆，通过控制第一驱动装置和第二驱动装置按照s型正向加减速运行，用于使铲斗挖掘；当铲斗到达预定高度卸料后，通过控制第一驱动装置和第二驱动装置按照反向s型加减速，用于使铲斗回到初始状态。
35.本发明所述的挖掘机包括上述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲和控制系统，所述矿用电铲安装在底盘上，所述控制系统用于控制第一驱动装置和第二驱动装置的输出端动力输出。
36.应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
37.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种以连杆机构为提升方式的矿用电铲，其特征在于，包括一对推压臂(8)、提升连杆和铲斗，一对所述推压臂(8)一端分别连接在底盘上，一对所述推压臂(8)另一端分别通过转动副连接提升连杆一端；所述推压臂(8)上设有直线推拉机构；所述铲斗一端连接提升机构另一端，所述铲斗另一端连接直线推拉机构，通过所述提升连杆和直线推拉机构使铲斗升降。2.根据权利要求1所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲，其特征在于，所述提升连杆包括第一提升臂(3)、第二提升臂(4)、提升杆(1)和第一驱动装置，所述提升杆(1)一端分别与第一提升臂(3)和第二提升臂(4)连接，所述提升杆(1)另一端与铲斗转动副连接；所述第一提升臂(3)和第二提升臂(4)通过传动装置与一对推压臂(8)另一端传动连接；所述第一驱动装置用于驱动传动装置，使第一提升臂(3)和第二提升臂(4)同步转动。3.根据权利要求2所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲，其特征在于，所述传动装置包括连接轴(5)和锥齿轮轮系(6)；所述连接轴(5)的两端支撑在一对推压臂(8)另一端内，所述第一提升臂(3)和第二提升臂(4)分别与连接轴(5)的两端传动连接；所述连接轴(5)与第一驱动装置之间设有锥齿轮轮系。4.根据权利要求1所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲，其特征在于，所述直线推拉机构包括推压轴(11)、鞍座(12)、推压齿条(9)和第二驱动装置；一对推压臂(8)上分别铰接安装所述鞍座(12)；所述推压轴(11)两端支撑在一对推压臂(8)上；所述推压齿条(9)一端穿过鞍座(12)与铲斗连接；所述推压轴(11)上设有与推压齿条(9)啮合的圆柱齿轮(20)，所述第二驱动装置用于驱动推压轴(11)转动，使一对推压臂(8)上安装的推压齿条(9)同步移动。5.根据权利要求4所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲，其特征在于，所述第二驱动装置为链传动机构。6.根据权利要求2所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲，其特征在于，所述第一提升臂(3)、第二提升臂(4)和提升杆(1)构成了rrr型支链结构。7.根据权利要求4所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲，其特征在于，初始状态所述推压齿条(9)垂直与水平面，使铲斗尖接触料堆，通过控制第一驱动装置和第二驱动装置按照s型正向加减速运行，用于使铲斗挖掘；当铲斗到达预定高度卸料后，通过控制第一驱动装置和第二驱动装置按照反向s型加减速，用于使铲斗回到初始状态。8.一种挖掘机，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的以连杆机构为提升方式的矿用电铲和控制系统，所述矿用电铲安装在挖掘机的底盘上，所述控制系统用于分别控制第一驱动装置和第二驱动装置的输出端动力输出。

技术总结
本发明提供了一种以连杆机构为提升方式的矿用电铲及挖掘机，包括一对推压臂、提升连杆和铲斗，一对所述推压臂一端分别连接在底盘上，一对所述推压臂另一端分别通过转动副连接提升连杆一端；所述推压臂上设有直线推拉机构；所述铲斗一端连接提升机构另一端，所述铲斗另一端连接直线推拉机构，通过所述提升连杆和直线推拉机构使铲斗升降，通过使用平面连杆机构代替原有的钢丝绳牵引，在第一驱动装置与第二驱动装置的相互配合下使铲斗实现理想的挖掘轨迹。挖掘轨迹。挖掘轨迹。


技术研发人员：吴娟 寇子明 郭辰昊 丰崟楠 林宝国
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/7/7