平面可控機構(gòu)式挖掘機設(shè)計研究

1、平面可控機構(gòu)式挖掘機設(shè)計研究摘 要：現(xiàn)有的機械工程機械產(chǎn)品，如傳統(tǒng)的單自由度機械挖掘機，具有堅固耐用的優(yōu)點，但產(chǎn)量不夠靈活。液壓挖掘機可實現(xiàn)靈活的輸出，但也存在液壓系統(tǒng)零件加工和組裝要求高，壽命短，漏油等缺點。本文設(shè)計了一種平面可控機構(gòu)挖掘機。這種挖掘機設(shè)計 對工程具有一定的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：平面；挖掘機；設(shè)計引言首先，基于液壓挖掘機和裝載機的原理，利用工作機構(gòu)的行為表達(dá)方法將工作機制轉(zhuǎn)化為工藝動作過程。然后，結(jié)合可控機制，變形機制和并聯(lián)機制的相關(guān)研究成果，采用基于螺旋理論的約束合成方法和配置演化方法，合成機構(gòu)創(chuàng)新。在功能分析的基礎(chǔ)上，完成了挖掘機和裝載機執(zhí)行機構(gòu)的概念設(shè)計，得到了一些具有變形

2、功能的新型多自由度可控機 構(gòu)挖掘機，裝載機和可控機構(gòu)裝載機，為其提供了一定的參考。適用于此類機制。機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計概念設(shè)計是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的初始階段。它以產(chǎn)品工作階段的要求為基礎(chǔ)，以市場需求分析為產(chǎn)品功能創(chuàng)建，功能和子功能結(jié)構(gòu)設(shè)計的起點，滿足功能和結(jié)構(gòu)要求的工作原理， 最后實現(xiàn)工作原理功能載體的概念和系統(tǒng)設(shè)計。概念設(shè)計是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的重要階段。其 主要步驟包括市場需求分析，產(chǎn)品功能確定，產(chǎn)品工作機制確定和過程概念。機械產(chǎn)品的功能是對能量流和物質(zhì)流的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換的程序，功能和能力的抽象描述。該功能顯示了設(shè)計要求，效果描述了工作機制，過程動作工程是工作機制的具體行動過程， 執(zhí)行是過程的分解，執(zhí)行機制

3、是最終的執(zhí)行機制。功能效應(yīng)過程和執(zhí)行機制功能解決模型。傳統(tǒng)液壓挖掘機的功能分析挖掘機的主要功能是用鏟斗鏟挖掘和運輸物料，并將其卸載到指定位置。同時，通過組裝平整，夾具，沖擊錘等工作工具，挖掘機還可以應(yīng)用于其他類型的施工工作。液壓挖掘機的執(zhí)行機構(gòu)由三個部分鉸接：動臂，斗桿和鏟斗。吊桿的提升，斗桿的膨脹和鏟斗的旋轉(zhuǎn)分別由三組液壓缸控制，聯(lián)合驅(qū)動用于實現(xiàn)兩端平移和旋轉(zhuǎn)的運動輸出。效應(yīng)。根據(jù)工作機理，液壓挖掘機的工藝過程可分為：挖掘機行進(jìn)到挖掘現(xiàn)場；通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)裝置和液壓缸，挖掘機處于適合給定挖掘任務(wù)的位置；通過動臂和斗桿液壓缸的聯(lián)合驅(qū)動，可以實現(xiàn)挖掘臂末端（鏟斗根部）平面內(nèi)各種軌跡的輸出，同時與鏟斗

4、同步。液壓缸的膨脹和收縮可實現(xiàn)鏟斗和挖掘的轉(zhuǎn)動，移動臂的提升，旋轉(zhuǎn)裝置的操作，以及挖掘機將土壤卸載到特定位置：通過旋轉(zhuǎn)裝置和液壓缸的調(diào)節(jié)，挖掘機處于適合特定挖掘任務(wù)的新姿態(tài)。4 挖掘動作分解液壓挖掘機的技術(shù)動作過程可分為以下四種執(zhí)行動作。裝載機主要在鏟運和裝載在工作面上方運輸?shù)牟牧戏矫嫫鹬匾饔谩Ｅc挖掘機類似，不同的末端執(zhí)行器安裝在吊桿的根部。裝載機也可以應(yīng)用于其他綜合機械化施工場合。裝載機工作裝置由鏟斗，動臂，連桿，搖臂，動臂液壓缸，動臂液壓缸等組成。整個工作裝置鉸接在車架上。鏟斗通過連桿和搖臂與搖臂的液壓缸鉸接，用于裝載和卸載物料。移動臂與框架和移動臂的液壓缸鉸接，以提升鏟斗。鏟斗的翻轉(zhuǎn)

5、和臂的提升分別由搖臂液壓缸和動臂液壓缸控制。整個加載機構(gòu)可以實現(xiàn)平面內(nèi)兩個自由度的運動輸出。配置演化方法的創(chuàng)新設(shè)計實例、平面可控機構(gòu)挖掘機根據(jù)功能分析，液壓挖掘機的彈性軌跡輸出主要是由于動臂和鏟斗桿通過鉸孔連接并由各自的液壓缸分別驅(qū)動，可以實現(xiàn)輸出規(guī)律。鏟斗桿端的平面類似于 2R機構(gòu)的串聯(lián)同時，隨著鏟斗液壓缸的膨脹和收縮，鏟斗可以實現(xiàn)平面內(nèi)兩個平移的運動輸出。因此，平面二自由度可控機構(gòu)可用作新型挖掘機的執(zhí)行機構(gòu)，輔以獨立的斗輪驅(qū)動支鏈，可實現(xiàn)類似于現(xiàn)有液壓挖掘機執(zhí)行機構(gòu)的柔性軌跡輸出。從兩自由度五桿機構(gòu)演化出四種新型可控機構(gòu)挖掘機構(gòu)。挖掘機的挖掘臂是平面的兩自由度五桿機構(gòu)。兩個主動桿由獨立的控

6、制電機驅(qū)動。工作空間中復(fù)雜軌跡的輸出可以通過編程實現(xiàn)。鏟斗的翻轉(zhuǎn)由單獨的控制馬達(dá)驅(qū)動。手臂動作完成挖掘，平整，卸載和其他挖掘動作；混合驅(qū)動可控挖掘機構(gòu)，其兩個分支是兩自由度混合驅(qū)動可控機構(gòu)，采用大功率傳統(tǒng)電機和低功率伺服電機混合驅(qū)動的策略，具有更大的挖掘力和更高的可靠性比全伺服電機驅(qū)動；反鏟挖掘機與上述挖掘機相比。與現(xiàn)有的液壓挖掘機相比，兩臺前鏟挖掘機具有更大的工作空間和更接近的輸出運動。它們適用于不需要挖掘力的工作場合。由多個可控電機共同驅(qū)動，其輸出運動由多個執(zhí)行器共同確定，并且是多個獨立變量的函數(shù)。每個變量，即伺服電機的角位移或轉(zhuǎn)速由計算機控制，并且通過編譯適當(dāng)?shù)挠嬎銠C控制程序可以容易地實

7、現(xiàn)柔性運動輸出定律。采用連桿驅(qū)動，加工和裝配零件的要求低，克服了加工精度高，維護(hù)成本高，液壓挖掘機零件漏油容易的缺點。采用外對驅(qū)動的閉鏈驅(qū)動方式，該機構(gòu)具有良好的剛度特性，承載能力強，誤差累積小。所有驅(qū)動電機都安裝在機架上，桿可制成燈桿，慢性小，動態(tài)性能好。它可以有效地避免由于串聯(lián)機械手的驅(qū)動裝置的安裝主要在鉸接時引起的剛度差，慣性和關(guān)節(jié)誤差累積的問題。、平面可控機構(gòu)裝載機液壓裝載機的工作裝置由搖臂液壓缸和動臂液壓缸組合驅(qū)動，可實現(xiàn)鏟斗平面內(nèi)兩個自由度的運動輸出。因此，平面二自由度可控機構(gòu)可以直接用作新裝載機的致動器。通過配置演變，可以實現(xiàn)類似于現(xiàn)有液壓裝載機致動器的軌跡輸出。傳統(tǒng)五桿機構(gòu)的連桿已成為裝載機的搖臂，通過新的連桿與鏟斗連接；與搖臂連接的主動桿已演變?yōu)檠b載機的動臂： 動臂與鏟斗直接連接，由另外兩根連桿直接驅(qū)動，從而改善裝載機的機械狀態(tài)。新的兩個 主動桿由獨立的可控電機驅(qū)動，可直接由計算機控制，實現(xiàn)現(xiàn)有液壓挖掘機臂的提升和鏟 斗的轉(zhuǎn)動。采用連桿驅(qū)動，加工和裝配零件的要求低，克服了液壓裝載機液壓元件加工精 度高，維護(hù)困難，漏油等缺點。采用外驅(qū)動閉鏈傳動，機構(gòu)具有更好的剛度特性，承載能 力強，誤差累積小。所有驅(qū)動電機都安裝在機架上，機構(gòu)的動態(tài)性能良好。參考文獻(xiàn)胡俊峰，張憲