[发明专利]一种三自由度电液机构式数控斗轮机

说明书

一种三自由度电液机构式数控斗轮机，包含行走机构、机架、前悬臂升降机构、斗轮机构、输送系统。所述前悬臂升降机构为全转动副平面两自由度机构，在计算机编程控制下，由主动杆通过连杆传动驱动前悬臂俯仰运动，进而完成两自由度掘取作业，连杆为可伸缩杆，由缸体和活塞杆组成，里面充满液体，在实际工程应用中可以有效克服前悬臂的倾覆载荷并解决过载保护的问题。该种数控斗轮机既避免了液压式斗轮机高能耗、高维护保养成本等问题，又避免了纯机械式斗轮机灵活性差、工作空间小等缺点，具有能耗低、低维护成本、高可靠性等特点，相比单自由度前悬臂升降机构具有更大的工作空间和更高的灵活性，是现代化工业大宗散状物料连续装卸的有力装备。

技术领域

本发明涉及臂架型斗轮机领域，特别是一种三自由度电液机构式数控斗轮机。

背景技术

斗轮机又叫斗轮堆取料机，是现代化工业大宗散状物料连续装卸的高效设备，广泛应用于港口、码头、冶金、水泥、储煤场等散料的存储料场，进行大量矿石、煤、焦炭等散料的堆料、取料作业。斗轮机连续作业效率高，并且具有很强的规律性，因此从控制角度可分为手动、半自动和自动化控制。虽然斗轮机在工程作业中得到了广泛应用，但也存在诸多技术问题。

现有臂架式斗轮机前悬臂的俯仰运动主要有两种方式，一种是纯机械臂架式斗轮机，其前悬臂通过钢丝绳卷扬机构实现俯仰运动，该种类型的斗轮机虽具有较高的可靠性以及传动效率，但灵活性差，因为斗轮机是低速重载设备，在连续作业施工过程中，前悬臂承受较大的负载，纯机械结构的臂架式斗轮机缺乏过载保护能力，机身结构件极易发生刚性破坏；另一种是液压结构的臂架式斗轮机，其前悬臂通过液压缸实现俯仰运动，该种类型的斗轮机虽灵活性好，但可靠性差、机械效率低、能耗高，液压系统易发生漏油等问题，维护保养及使用成本高。若将可控机构直接引入到臂架型斗轮机的设计中，由于前悬臂承受巨大的倾覆载荷，而机械结构的臂架式斗轮机无法通过液压缸实现同步，因此前悬臂结构特别是平面并联的两主动杆承受较大的偏载，而机构的设计、制造误差进一步加剧了主动杆承载不均，造成电传动系统使用寿命下降，故障率升高。另外，现有斗轮机的前悬臂机构均为平面单自由度机构，结构笨重，灵活性差、作业范围小，致使安装在前悬臂上的斗轮机构高效执行复杂的堆取料作业。

如何将可控机构、机器人等机构学前沿理论应用到斗轮机的设计研究中，基于机、液一体化技术提出并设计一种三自由度电液机构式数控斗轮机，在具有机械结构简单、低能耗、高可靠性、低维护保养成本等特点的同时，前悬臂在计算机控制下，可实现三自由度柔性可控运动，具备更大的作业空间，更高的灵活性，可满足复杂的堆取料作业要求，同时还具有过载保护能力和较好的抗偏载能力，已成为臂架型斗轮机领域一个亟需解决的工程问题。

发明内容

本发明的目的是基于机、液一体化技术提出并设计一种三自由度电液机构式数控斗轮机，在具有机械结构简单、低能耗、高可靠性、低维护保养成本等特点的同时，前悬臂在计算机控制下，可实现三自由度柔性可控运动，具备更大的作业空间，更高的灵活性，可满足复杂的堆取料作业要求，同时还具有过载保护能力和较好的抗偏载能力，能更好的满足港口、码头、冶金、水泥、储煤场等散料的存储料场的作业要求。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种三自由度电液机构式数控斗轮机，包含行走机构、机架、前悬臂升降机构、斗轮机构、输送系统；所述机架通过第一转动副与行走机构连接，所述第一转动副为主动副，在电传动系统的驱动控制下，机架可相对行走机构旋转运动；所述前悬臂升降机构为两自由度全转动副平面五杆机构，包含前悬臂驱动支链、第一主动杆、机架、前悬臂，所述前悬臂驱动支链包含第二主动杆、第一连杆，所述第二主动杆一端通过第二转动副与机架连接，另一端通过第三转动副与第一连杆一端连接，所述第一连杆另一端通过第四转动副与前悬臂连接，所述第一主动杆一端通过第五转动副与机架连接，另一端通过第六转动副与前悬臂连接，所述第一主动杆、第二主动杆由电传动系统驱动，由计算机编程控制。