挖掘機新型液壓回轉抓料器的設計與應用

【摘 要】為解決目前國內抓料器產品難以準確定位，偏載時易損壞驅動元件，抱緊時由于液壓油缸的泄漏所導致夾爪輕微松開、撒料等生產作業問題，本文設計一種采用小型液壓挖掘機的立式液壓回轉馬達作為回轉驅動馬達，采用回轉支承作為減速傳動元件，采用液控單向閥作為控制元件，可安裝在工程挖掘機、汽車吊、農用挖掘機、農用拖拉機等作業機械上的新型液壓回轉抓料裝置，從而解決因產品設計不足而帶來的諸多問題，明顯提高作業的安全性及生產效率。

【關鍵詞】挖掘機 液壓回轉 抓料器 結構 工作原理 特點

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）09C-0191-02

抓料器是一種安裝在工程挖掘機、汽車吊、農用挖掘機、農用拖拉機等作業機械上的附屬工作裝置，它廣泛適用于甘蔗、木材、石塊、物料的搬運裝卸、垃圾抓取及廢舊金屬處理等特殊作業。在過去的設計中，常采用蝸輪蝸桿減速器或低速大扭矩液壓馬達驅動抓料爪回轉定位，借助液壓油缸的作用進行物料的裝卸工作，雖然都能夠滿足作業要求，但存在以下不足：（1）安裝空間大，外界物料容易與抓料器驅動元件發生碰撞、損壞元件；（2）減速比小、傳遞功率小；（3）無法準確定位，需要左右回轉來調整抓料爪的角度；（4）蝸桿軸承易損壞，蝸輪易磨損，使用壽命短；（4）當物料堆放不規整時，容易產生偏載，導致在裝、卸不規則物料的過程中，由于回轉驅動機構受力單邊及傾覆力矩的銳變，極易造成驅動元件損壞；（5）機械傳動件的制造難度大，不利于實現抓料器的標準化、系列化和通用化。通過對抓料器的作業工況、作業對象、零部件的結構特點以及現有產品存在的不足進行分析，我們設計了一款新型液壓回轉抓料器。

一、新型液壓回轉抓料器結構介紹

新型液壓回轉抓料器的結構如圖1所示，新型液壓回轉抓料器主要由七部分組成，分別是液壓油缸部件、夾爪部件、連接座部件、帶制動器的液壓回轉馬達部件、回轉驅動器部件、液控單向閥元件、中央回轉接頭部件。

（一）液壓油缸部件。該部件采用了兩根雙作用液壓油缸，其左右液壓油缸分別通過鉸接銷與左右夾爪的鉸接座連接，考慮到夾緊物料所的抱緊力大于卸料所需的張開力，油缸的大腔向上，小腔向下的結構布置。

（二）夾爪部件。夾爪部件是一個由左右夾爪裝置加上一個安裝座組成的工作機構，該部件是在液壓油缸的作用下實現抱緊和張開的功能。

（三）連接座部件。該部件下端通過螺栓與回轉支承部件的外圈連接，上端通過鉸接銷與挖掘機的斗桿和連桿相連接。

（四）帶制動器的液壓回轉馬達部件。該馬達采用3.5-4噸的小型液壓挖掘機的回轉馬達，馬達通過連接螺栓固定在與回轉支承連接的連接座3上，其輸出軸上的小齒輪與回轉支承的內齒圈嚙合，從而驅動內齒圈的轉動。本回轉馬達體積小，輸出齒輪齒數少，與回轉支承內齒圈嚙合可以獲得較大的減速比，且通過其自帶的制動器可在需要的任何方位制動，從而實現夾爪部件的準確定位。

（五）回轉支承部件?；剞D支承由內外齒圈、滾動體、隔離組成，其外圈通過連接螺栓與連接座3連接，內圈通過連接螺栓與夾爪部件2的安裝板連接成一剛體，內圈齒輪的轉動帶動夾爪部件的360°回轉。

（六）液控單向閥。該閥體通過螺紋或安裝板連接，安裝在油缸小腔進油口處，通過壓力油的作用可對液壓油缸進行鎖閉，以防止物料在裝卸過程中，油缸活塞桿縮回，導致夾爪部件張開、物料撒落。

（七）中央回轉接頭。該元件由外部固定殼體和內部主體組成。通過螺栓、連接板將外部殼體固定在連接座3的底板上。當夾爪部件需要張開或抱緊的時候，通過中央回轉接頭可將液壓油輸送給液壓油缸，從而在保證夾爪部件動作實現的前提下，延長油缸進出油路膠管壽命。

二、新型液壓回轉抓料器工作原理

新型液壓回轉抓料器是借助挖掘機或其他作業機械液壓系統的壓力油，帶動液壓馬達工作，將液壓能轉換成機械能，驅動安裝在液壓馬達輸出軸上的小齒輪（帶有外齒）回轉，小齒輪與回轉支承內圈（帶有內齒）相互嚙合，小齒輪的回轉帶動回轉支承內圈回轉，回轉支承內圈通過螺栓與夾爪部件的安裝座相連，從而帶動夾爪部件隨回轉支承內圈回轉而旋轉，當旋轉到需要抓料的角度，挖掘機或其他作業機械停止向液壓馬達供油，此時，液壓馬達停止工作，同時馬達體內或疊加上去的制動器工作，夾爪準確定位在料堆，此時，操縱挖掘機或其他作業機械的多路閥向液壓油缸小腔供油，油缸縮回，夾爪張開抓料，操作操縱閥向液壓油缸大腔供油，液壓油缸外伸，夾爪閉合、抓料并將物料抱緊。操作主機的工作機構回轉，同時液壓系統向液壓馬達供油，抓料器回轉，當到達卸料位置時，停止向液壓馬達供油，馬達體內或疊加上去的制動器工作，夾爪準確定位，操作操縱閥向液壓油缸小腔供油，油缸縮回，夾爪張開將物料準確的停放在需要位置。

液控單向閥工作原理如圖2所示，它是依靠控制流體壓力，使單向閥反向流通的閥。這種閥與普通單向閥不同之處在于多了一個控制油路K，當控制油路未接通壓力油液時，液控單向閥就像普通單向閥一樣工作，壓力油只從進油口流向出油口，不能反向流動。當控制油路的油液控制壓力輸入時，活塞桿在壓力油作用下向上移動，同時壓力油打開單向閥，使進出油口接通。若該閥的出油口大于進油口就能使油液反向流動。

液控單向閥主要起保壓和鎖定油缸位置的作用 ，可使夾爪不為其他原因自動張開而引發事故的一種控制元件。根據其控制活塞上腔的卸油方式不同，可分為內泄式和外泄式結構，本案選擇內泄式液控單向閥，其工作原理如圖2所示，當控制油口K不通壓力油時，油液只能從P1流向P2，這時，油缸無桿腔進油，推動活塞桿外伸，夾爪處于抱緊狀態；當控制油口K通壓力油時，單向閥開啟，液壓油可從P2流向P1，油缸大腔處于回油狀態，活塞桿內收，夾爪處于張開卸料狀態。當兩腔正向不進油時，反向也不通，不受外界負荷干擾，油缸處于鎖止不動的狀態，夾爪則處于保持狀態。endprint

三、新型液壓回轉抓料器特點

（一）更換方便、快捷。新型立式液壓回轉抓料器的上安裝座采用挖掘機挖斗耳座的標準結構形式，通過圓柱銷即可與挖掘機或其他動力機械的工作裝置的斗桿、連桿快速連接。

（二）工藝簡單、可靠性高。采用回轉支承作為傳力機構，克服了傳統蝸輪蝸桿傳力器不能立式布置、散熱效果差、蝸桿軸承易損壞、蝸輪易磨損、制作精度高、間隙調整困難、制動時傳動元件受力大，偏載時蝸輪蝸桿易咬死等缺陷，簡化了工藝流程，提高了產品可靠性。

（三）壽命長、效率高。利用回轉支承作為主要傳動元件，不但可以克服機械傳動或蝸輪蝸桿傳動中由于物料堆放不規則，導致在抓、卸不規整物料的過程中，機構所受軸向力、徑向力及傾覆力矩的變化所造成的抓料器元件的損壞，還可以將機構所承受的外力及傾覆力矩中的大部分能量轉嫁給回轉支承的鋼球與滾道，降低了抓料器中構件的力學要求，延長了抓料器中機械傳動元件的壽命，提高了生產作業效率。

（四）布置科學、結構緊湊。采用立式布置的液壓馬達，可以充分利用主機工作裝置的構件作為掩體，將液壓馬達掩藏在其體內，縮小了安裝空間，更重要的是避免了外界物料對液壓馬達的碰撞。

（五）定位準確、作業穩定。利用液壓制動，能將物料準確的停放在需要位置，完全消耗掉了裝夾物料回轉的慣性能量，抓料器轉動平穩、吸振性能好，在提高主機科技含量的同時，大大提升了主機作業的穩定性、安全性。

（六）模塊化集成。立式液壓回轉抓料器通過回轉支承的高度集成，用戶不需要對抓料器的每一個元件進行逐一采購、加工，直接將主機的挖掘斗卸下即可快速安裝。

總之，新型液壓回轉抓料器解決了傳統抓料器無法準確定位、傳動元件容易損壞、油缸不能鎖定、不適合偏載工況等眾多生產作業問題。機構夾持剛性好，操作方便，故障率低，在減輕操作者勞動強度的同時，大大提高了生產作業的安全性和作業效率。該產品經實際應用，效果良好。

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【作者簡介】王玉良（1964— ），男，柳州鐵道職業技術學院高級工程師，研究方向：機械設計、數控技術應用的理論研究和教學工作。

（責編 盧 雯）endprint