專利名稱：一種具有變胞功能的裝載機構及其實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械工程領域，特別是一種具有變胞功能的裝載機構。
背景技術：
裝載機是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設工程的土石方施 工機械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等作輕度鏟 挖作業(yè)?，F(xiàn)有的裝載機大都依靠液壓傳動實現(xiàn)裝載卸料動作，具有動作靈活、工作平穩(wěn)、結 構簡單緊湊等優(yōu)點。但現(xiàn)在液壓式裝載機也有啟動較差、液壓油泄漏、工作無力等現(xiàn)象。隨 著裝載機功能的增加，其液壓系統(tǒng)越來越復雜，造成其故障的出現(xiàn)更具有突然性、隱蔽性。變胞機構是20世紀90年代國際機構學界發(fā)現(xiàn)的一類新型機構。該類機構具有多 功能階段變化特征，多拓撲結構變化特征，多自由度變化特征。該類機構能在不同的狀態(tài)下 改變機構有效桿件的數目，從而自動組合出新的拓撲結構來適應不同階段的功能要求。目 前能應用于工程實際的變胞機構還很少，更未見到過應用于裝載機構的變胞機構。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種具有變胞功能的裝載機構，該機構只用一臺電機就能完成 裝載卸料任務，并且能克服液壓式裝載機漏油、可靠性難保證、制造成本高、難保養(yǎng)的不足。本發(fā)明通過以下技術來達到上述目的一種具有變胞功能的裝載機構，包括鏟斗翻轉機構和鏟斗抬升機構。所述鏟斗翻轉機構中主動桿一端通過第一鉸孔與第一連桿連接，另一端通過第二 鉸孔與電機連接，電機安裝在車體上；第一連桿另一端通過第三鉸孔與第二連桿和第三連 桿連接；第二連桿另一端通過第四鉸孔與第四連桿連接；第三連桿另一端通過第五鉸孔與 滑塊和第五連桿連接；滑塊在第四連桿上沿第四連桿的變胞桿線滑動；第五連桿另一端通 過第六鉸孔與第六連桿連接；第六連桿通過第七鉸孔與第七連桿連接，第六連桿另一端通 過第八鉸孔與第八連桿連接；第八連桿另一端通過第九鉸孔與鏟斗連接；鏟斗通過第十四 鉸孔和第十五鉸孔與第七連桿連接；第七連桿另一端通過第十鉸孔與第四連桿連接。所述鏟斗抬升機構中主動桿一端通過第一鉸孔與第一連桿連接，另一端通過第 二鉸孔與電機連接，電機安裝在車體上；第一連桿另一端通過第三鉸孔與第二連桿和第三 連桿連接；第二連桿另一端通過第四鉸孔與第四連桿連接；第四連桿一端通過第十一鉸孔 與車體連接，第四連桿另一端通過第十鉸孔與第七連桿連接；第七連桿通過第十二鉸孔與 第九連桿連接，第七連桿通過第十三鉸孔與第十連桿連接，第七連桿通過第十四鉸孔和第 十五鉸孔與鏟斗連接；第九連桿通過第十六鉸孔與車體連接；第十連桿通過第十七鉸孔與 車體連接。所述裝載機構的變胞功能的實現(xiàn)方法由以下步驟構成由變胞桿處于幾何限位時 的轉動來實現(xiàn)。在鏟裝階段和鏟斗翻轉階段第四連桿在自重和擋鐵塊的限制下位于下限位 置，這兩階段鏟斗翻轉機構工作。鏟斗抬升階段第二連桿和第三連桿與變胞桿接觸，變胞桿在擋鐵塊的限制下不能轉動，此時裝載機構的拓撲結構發(fā)生變化，第二連桿、第三連桿、變 胞桿和第四連桿合并為一個組件并在第一連桿的驅動下向上運動，此階段轉變?yōu)檩d斗抬升 機構工作。在卸料階段時變胞桿在第四連桿運動到上極限位置時擺脫擋鐵塊的限制并在第 二連桿、第三連桿的作用下轉動，第四連桿停在上極限位置，此時裝載機構的拓撲結構發(fā)生 變化，第二連桿、第三連桿、變胞桿和第四連桿由一個組件變成不同的的構件，此階段和下 階段變胞桿受到第二連桿和第三連桿的限制不能轉回來，該裝載機構載斗翻轉機構工作。 鏟斗下降階段變胞桿轉回，第四連桿在重力作用下再次與第二連桿、第三連桿、變胞桿合成 一個組件并向下運動至下位置極限，此階段載斗抬升機構工作。本發(fā)明的突出優(yōu)點在于1、具有自動改變拓撲結構適應不同階段工作要求的優(yōu)點。2、由于本機構采用電機驅動，所以避免了液壓式裝載機所存在的缺點。3、現(xiàn)有的液壓式裝載機構至少需要兩個液壓缸驅動才能完成裝載任務，而本機構 用一臺電機就能完成鏟裝階段、鏟斗翻轉階段、鏟斗抬升階段、卸料階段、鏟斗回轉階段、鏟 斗下降階段的任務。4、所述裝載機構為外轉動副驅動，電機安裝在車體上，能有效降低裝載機構工作 桿件的重量，實現(xiàn)高速運動，提高裝載卸料效率。


圖1為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的主視圖。圖2為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的俯視圖。圖3為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的剖視圖。圖4為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的鏟斗翻轉機構。圖5為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的鏟斗抬升機構。圖6為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的變胞桿10。圖7為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的第七連桿22。圖8為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的滑塊30。圖9為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的鏟裝階段。圖10為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的鏟斗翻轉階段。圖11為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的鏟斗抬升階段。圖12為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的卸料階段。圖13為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的鏟斗回轉階段。圖14為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的鏟斗下降階段。圖15為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的鏟斗翻轉機構的拓撲圖。圖16為本發(fā)明所述具有變胞功能的裝載機構的鏟斗抬升機構的拓撲圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作說明。對照圖1、圖2、圖4、圖7和圖8，所述鏟斗翻轉機構由車體1、電機四、主動桿5、第 一連桿4、第二連桿9、第三連桿12、第四連桿11、第五連桿16、第六連桿17、第八連桿20、第七連桿22、鏟斗23和滑塊30組成，電機四驅動主動桿5，主動桿5帶動第一連桿4，第一連 桿4帶動第二連桿9和第三連桿12運動，第二連桿9繞第四鉸孔7轉動，第三連桿12帶動 滑塊30和第五連桿16運動，滑塊30在第四連桿11上沿第四連桿11的變胞桿線滑動，第 五連桿16帶動第六連桿17運動，第六連桿17繞第七鉸孔18轉動，第六連桿17帶動第八 連桿20運動，第八連桿20帶動鏟斗23運動，鏟斗23翻轉運動。對照圖1、圖2、圖5、圖6和圖7，所述鏟斗抬升機構由車體1、電機四、主動桿5、第 一連桿4、第二連桿9、第三連桿12、第四連桿11、第七連桿22、第九連桿M、第十連桿28組 成。電機四驅動主動桿5，主動桿5帶動第一連桿4，第一連桿4帶動第二連桿9和第三連 桿12運動，第二連桿9和第三連桿12帶動變胞桿10運動，變胞桿10帶動第四連桿11運 動，第四連桿11 一端繞第十一鉸孔3轉動，第四連桿11另一端帶動第七連桿22運動，第七 連桿22帶動第九連桿M和第十連桿觀運動，第九連桿M繞第十六鉸孔25轉動，第十連 桿觀繞第十七鉸孔27轉動。下面再通過實例對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明。對照圖9，鏟裝階段，鏟斗23保持原始狀態(tài)即鏟斗23接觸地面，此時主動桿5與第 一連桿4共線達到極限位置，由車體1驅動前進進行物料的鏟取。在這個過程中所有機構 都不工作。對照圖10，鏟斗翻轉階段，鏟斗23在物料將要裝滿時鏟斗翻轉機構工作，電機四 驅動主動桿5，主動桿5帶動第一連桿4，第一連桿4帶動第二連桿9和第三連桿12運動， 第二連桿9繞第四鉸孔7轉動，第三連桿12帶動滑塊30和第五連桿16運動，滑塊30在第 四連桿11上沿第四連桿11的軸線滑動，第五連桿16帶動第六連桿17運動，第六連桿17 繞第七鉸孔18轉動，第六連桿17帶動第八連桿20運動，第八連桿20帶動鏟斗23運動，鏟 斗23轉動至所需位置。對照圖11，鏟斗抬升階段，鏟斗23裝滿物料后保持鏟斗23位姿，此時第二連桿9 和第三連桿12與第四連桿11重合，第五鉸孔13與第十鉸孔14重合，此階段變胞桿10不 能轉動，電機四驅動主動桿5，主動桿5帶動第一連桿4，第一連桿4帶動第二連桿9和第 三連桿12運動，第二連桿9和第三連桿12帶動變胞桿10運動，變胞桿10帶動第四連桿11 運動，第四連桿11 一端繞第十一鉸孔3轉動，第四連桿11另一端帶動第七連桿22運動，第 七連桿22帶動第九連桿M和第十連桿觀運動，第九連桿M繞第十六鉸孔25轉動，第十 連桿28繞第十七鉸孔27轉動至上限位置。對照圖12，卸料階段，變胞桿10轉動，第二連桿9和第三連桿12與第四連桿11分 離，電機四驅動主動桿5，主動桿5帶動第一連桿4，第一連桿4帶動第二連桿9和第三連 桿12運動，第二連桿9繞第四鉸孔7轉動，第三連桿12帶動滑塊30和第五連桿16運動， 滑塊30在第四連桿11上沿第四連桿11的軸線滑動，第五連桿16帶動第六連桿17運動， 第六連桿17繞第七鉸孔18轉動，第六連桿17帶動第八連桿20運動，第八連桿20帶動鏟 斗23運動，鏟斗23轉動至所需位置，此時主動桿5與第一連桿4共線達到極限位置。對照圖13，鏟斗回轉階段，電機四驅動主動桿5，主動桿5帶動第一連桿4，第一 連桿4帶動第二連桿9和第三連桿12運動，第二連桿9繞第四鉸孔7轉動，第三連桿12帶 動滑塊30和第五連桿16運動，滑塊30在第四連桿11上沿第四連桿11的軸線滑動，第五 連桿16帶動第六連桿17運動，第六連桿17繞第七鉸孔18轉動，第六連桿17帶動第八連桿20運動，第八連桿20帶動鏟斗23運動，鏟斗23轉動至所需位置，此時第二連桿9和第 三連桿12與第四連桿11重合，第五鉸孔13與第十鉸孔14重合。對照圖14，鏟斗下降階段，電機四驅動主動桿5，主動桿5帶動第一連桿4，第一 連桿4帶動第二連桿9和第三連桿12運動，第四連桿11、第七連桿22、第九連桿M和第十 連桿28在重力的作用下運動，變胞桿10轉動，第四連桿11與第二連桿9和第三連桿12保 持重合一起運動，第四連桿11 一端繞第十一鉸孔3轉動，第四連桿11另一端帶動第七連桿 22運動，第七連桿22帶動第九連桿M和第十連桿觀運動，第九連桿M繞第十六鉸孔25 轉動，第十連桿觀繞第十七鉸孔27轉動至下限位置。主動桿5繞第二鉸孔6作逆時針整周轉動，主動桿5轉動一周完成上述六個工作 階段；當鏟斗翻轉機構工作時第四連桿11、第七連桿22、第九連桿M、第十連桿觀和車體 1組成一個組件，其拓撲結構如圖15所示，拓撲圖黑點表示構件，構件間連線若無標記都為 R副；當鏟斗抬升機構工作時第五鉸孔13與第十鉸孔14重合，第四連桿11、第二連桿9、第 三連桿12、滑塊30組成一個組件，第五連桿16、第六連桿17、第七連桿22和鏟斗23組成一 個組件，第十一鉸孔3、第十鉸孔14、第十七鉸孔27和第十三鉸孔31組成平面平行四邊形， 因此鏟斗抬升機構工作時鏟斗23與地面角度保持不變，其拓撲結構如圖16所示，拓撲圖黑 點表示構件，構件間連線若無標記都為R副；第四連桿11受到擋鐵塊26的限制只能在工作 區(qū)域內工作；變胞桿10套在第四連桿11內部，變胞桿10在第四連桿11運動到上限位置時 才可以轉動，并且在第三鉸孔8位于第四連桿11下方時才可以轉回到原來位置，變胞桿10 轉回到原來位置時第四連桿11才可以向下運動。
權利要求
1.一種具有變胞功能的裝載機構，包括鏟斗翻轉機構、鏟斗抬升機構，其特征在于所 述裝載機構的變胞桿嵌于第四連桿中，在第四連桿處于上極限位置時變胞桿可以轉動，第 四連桿處于其它位置時變胞桿不能夠轉動；所述鏟斗翻轉機構由車體、電機、主動桿、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、第 五連桿、第六連桿、第七連桿、第八連桿、鏟斗和滑塊組成，主動桿一端通過第一鉸孔與第一 連桿連接，另一端通過第二鉸孔與電機連接，電機安裝在車體上；第一連桿另一端通過第三 鉸孔與第二連桿和第三連桿連接；第二連桿另一端通過第四鉸孔與第四連桿連接；第三連 桿另一端通過第五鉸孔與滑塊和第五連桿連接；滑塊可以在第四連桿上沿第四連桿的軸線 滑動；第五連桿另一端通過第六鉸孔與第六連桿連接；第六連桿通過第七鉸孔與第七連桿 連接，第六連桿另一端通過第八鉸孔與第八連桿連接；第八連桿另一端通過第九鉸孔與鏟 斗連接；鏟斗通過第十四鉸孔和第十五鉸孔與第七連桿連接；第七連桿另一端通過第十鉸 孔與第四連桿連接。所述鏟斗抬升機構由車體、電機、主動桿、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、第 七連桿、第九連桿、第十連桿組成，主動桿一端通過第一鉸孔與第一連桿連接，另一端通過 第二鉸孔與電機連接，電機安裝在車體上；第一連桿另一端通過第三鉸孔與第二連桿和第 三連桿連接；第二連桿另一端通過第四鉸孔與第四連桿連接；第四連桿一端通過第十一鉸 孔與車體連接，第四連桿另一端通過第十鉸孔與第七連桿連接；第七連桿通過第十二鉸孔 與第九連桿連接，第七連桿通過第十三鉸孔與第十連桿連接，第七連桿通過第十四鉸孔和 第十五鉸孔與鏟斗連接；第九連桿通過第十六鉸孔與車體連接；第十連桿通過第十七鉸孔 與車體連接。
2.一種適合于權利要求1所述具有變胞功能的裝載機構的實現(xiàn)方法，其特征在于，所 述裝載機構的實現(xiàn)方法由以下步驟構成裝載機構的變胞功能由變胞桿處于幾何限位時的轉動來實現(xiàn)，當裝載機構在鏟裝階段和鏟斗翻轉階段時，第四連桿在自重和擋鐵塊的限制下處于下 限位置，這兩階段鏟斗翻轉機構工作；當裝載機構在鏟斗抬升階段時，第二連桿和第三連桿與變胞桿接觸，變胞桿在擋鐵塊 的限制下不能轉動，此時裝載機構的拓撲結構發(fā)生變化，第二連桿、第三連桿、變胞桿和第 四連桿合并為一個組件并在第一連桿的驅動下向上運動，此階段轉變?yōu)檩d斗抬升機構工 作；當裝載機構在卸料階段時，變胞桿在第四連桿運動到上極限位置時擺脫擋鐵塊的限制 并在第二連桿、第三連桿的作用下轉動，第四連桿停在上極限位置，此時裝載機構的拓撲結 構發(fā)生變化，第二連桿、第三連桿、變胞桿和第四連桿由一個組件變成不同的的構件，此階 段和下階段變胞桿受到第二連桿和第三連桿的限制不能轉回來，該裝載機構鏟斗翻轉機構 工作；當裝載機構在鏟斗下降階段時，變胞桿轉回，第四連桿在重力作用下再次與第二連桿、 第三連桿、變胞桿合成一個組件并向下運動至下位置極限，此階段載斗抬升機構工作。
全文摘要
一種具有變胞功能的裝載機構，包括鏟斗翻轉機構和鏟斗抬升機構。所述裝載機構在進行裝載任務時其自身的拓撲結構根據需要自動改變。所述裝載機構在進行鏟裝階段、鏟斗翻轉階段、卸料階段和鏟斗回轉階段的任務時，其拓撲結構為鏟斗翻轉機構的結構；所述裝載機構在進行鏟斗抬升階段和鏟斗下降階段的任務時，其拓撲結構為鏟斗抬升機構的結構。本裝載機構可按不同階段的工作需求改變其拓撲結構。本裝載機構只需一臺電機就能完成各個階段的翻轉、抬升、裝載、卸料等任務。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)液壓式裝載機構漏油、可靠性難保證的缺陷，并且制造成本低，保養(yǎng)維護方便。
文檔編號E02F3/38GK102108717SQ201010582790
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權日2010年12月10日
發(fā)明者張 林, 李巖舟, 溫芳, 潘宇晨, 王汝貴, 王紅州, 蘇文桂, 蔡敢為 申請人:廣西大學