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CN106927269B - 一种倾翻料斗控制方法 - Google Patents

一种倾翻料斗控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种倾翻料斗，包括料斗本体、料斗回转支撑及倾翻机构，倾翻机构包括连杆与曲柄，连杆一端铰接在料斗本体上，另一端与曲柄铰接，曲柄另一端通过曲柄转轴铰接在曲柄回转支撑上；通过优化曲柄起始点与曲柄终点，使料斗的受料点与卸料点均设置在倾翻机构的死点或附近处，从而使倾翻料斗在装料和卸料时，减速机设备的受冲击力工况得到优化。该机构还对料斗本体的重心位置及装料后料斗的重心位置进行了优化，使料斗本体重心位于料斗回转铰点与连杆支撑铰点之间且靠近料斗回转铰点处，利用连杆的力放大作用，大大降低了对减速机输出力矩的要求，从而大幅度降低减速机设备重量和倾动电机的功率，并节省了提升系统的电机功率和能源消耗。

Description

一种倾翻料斗控制方法
技术领域
本发明属于物料输送或搬运领域，具体涉及一种倾翻料斗及其控制方法。
背景技术
倾翻料斗是一种常见的装料卸料机械设备，其倾动机构在很大程度上决定该倾翻料斗的工作品质。
实现倾翻料斗装料及倾翻功能在机械上具有多种设计方法，包括油缸液压驱动、电液推杆、电动推杆驱动、减速机直接驱动等，上述方法各有利弊。如电液推杆驱动具有设备简单重量轻便的优点，但使用中推力较小且可靠性略差。油缸液压驱动需要配有液压系统，系统(包括各类阀、电机、传感器等)及控制较为复杂，维护点较多。机械倾翻(如减速机)动作可靠且稳定，控制便利，但机械设备重量大，投资较高。
不同的工况下对倾翻料斗的倾翻机构选择是不同的。对某些场合，如提升式的倾翻料斗(无人随机操作)，需要设备高度可靠、控制便利且长期免维护，采用机械倾翻(减速机)是一个可行的选择。但其设备较大的重量会增加该倾翻料斗升降驱动机构的能力及相关的支撑系统结构重量。如果能够找到一种机构，既能大幅度减少料斗机械倾翻的动力，又能减少倾翻驱动装置的重量，则可实现机械倾翻式料斗在可靠性、重量、安全、系统维护完美的统一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有较小机械倾动机构的倾翻料斗，通过优化机构实现倾翻料斗的可靠机械倾翻动作，并减少动力消耗和设备重量。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种倾翻料斗，包括料斗本体与料斗回转支撑，还包括铰接在料斗本体后部的倾翻机构，所述倾翻机构包括连杆与曲柄，所述连杆一端铰接在料斗本体上，另一端与曲柄一端相铰接，所述曲柄另一端通过曲柄转轴铰接在曲柄回转支撑上；所述料斗本体重心位于料斗回转铰点与连杆支撑铰点之间且靠近料斗回转铰点处，所述料斗回转铰点为料斗本体与料斗回转支撑间的铰接点，所述连杆支撑铰点为连杆与料斗本体间的铰接点。
进一步，所述料斗回转支撑有两组，对称铰接在料斗本体前部且位于倾翻机构两侧。
进一步，所述连杆为一端可绕过曲柄转轴的弯曲连杆。
进一步，所述曲柄转轴与扭矩减速机相连接。
一种上述倾翻料斗的控制方法，包括以下步骤：
(1)料斗本体处于水平状态或受料位时，曲柄转轴位于连杆上的两铰接点连线上或附近处，使倾翻机构处于死点位置或附近；
(2)料斗本体处于卸料位时，曲柄转轴位于连杆上两铰接点连线的延长线上或附近处，使倾翻机构处于另一死点位置或附近。
进一步，还包括控制装料后的料斗重心，使装料后的料斗重心位于料斗回转铰点与连杆支撑铰点之间且靠近料斗回转铰点处。
本发明的有益效果在于：
1)通过优化曲柄起始点(曲柄转轴在弯曲连杆两铰点连线上或附近，该点为倾翻料斗的受料点)，优化曲柄终点(曲柄转轴在弯曲连杆两铰点延长线上或附近，该点为倾翻料斗的卸料点)，即料斗的受料点与卸料点均设置在倾翻机构的死点或附近处，使得倾翻料斗在装料和卸料时，减速机设备的受冲击力工况得到优化。
2)该机构还对料斗本体的重心位置及装料后料斗的重心位置进行了优化，在倾动力矩较大的区域，利用连杆的力放大作用，大大降低了对减速机输出力矩的要求，从而大幅度降低减速机设备重量和倾动电机的功率，并节省了提升系统的电机功率和能源消耗。
3)料斗本体倾翻为全机械传动，传动效率高，安全性高，设备运行可靠性，可实现系统免维护，可直接在现有设备上进行改进，尤其适用于恶劣粉尘工况，控制简便。
4)弯曲连杆除了满足机构的结构需要，还能为整个机械倾动系统提供弹性缓冲。
5)该技术适用于需要高频工作高可靠性的场合(如空间升降运动的倾翻料斗)，可替代油缸或电液推杆驱动的倾翻料斗，实现了高可靠的倾翻加料。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明的倾翻料斗结构图(料斗水平受料位)；
图2为图1的纵向剖面图；
图3为料斗倾翻过程中曲柄摆角和料斗本体倾角示图；
图4为料斗倾翻过程若干点位的绕回转支点的连杆倾动力矩和料斗重力矩变化关系图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图所示，本发明中的倾翻料斗，包括料斗本体1与料斗回转支撑3，还包括铰接在料斗本体1后部的倾翻机构，所述倾翻机构包括连杆4与曲柄5，所述连杆4一端铰接在料斗本体1上，另一端与曲柄5一端相铰接，所述曲柄5另一端通过曲柄转轴7铰接在曲柄回转支撑6上；所述料斗本体1重心g位于料斗回转铰点2与连杆支撑铰点8之间且靠近料斗回转铰点3处，所述料斗回转铰点2为料斗本体1与料斗回转支撑3间的铰接点，所述连杆支撑铰点8为连杆4与料斗本体1间的铰接点。
本实施例中，所述料斗回转支撑3有两组，对称铰接在料斗本体1前部且位于倾翻机构两侧。两组料斗回转支撑3与倾翻机构构成可倾翻的三点支撑，结构简单，且稳固可靠。当然，此处的连杆支撑铰点8可有多个，均通过一个转轴与连杆铰接，以实现多点支撑。料斗回转支撑3与曲柄回转支撑6可固定安装在相关结构上，如车架。
本实施例中的连杆4为一端可绕过曲柄转轴7的弯曲连杆。该结构可使连杆绕过曲柄转轴7的干涉，便于实现倾翻机构处于死点位置。
本实施例中的曲柄转轴7与扭矩减速机9相连接。
一种上述倾翻料斗的控制方法，包括以下步骤：
(1)料斗本体1处于水平状态或受料位时，曲柄转轴7位于连杆4上的两铰接点连线上或附近处，使倾翻机构处于死点位置或附近；
(2)料斗本体1处于卸料位时，曲柄转轴7位于连杆4上两铰接点连线的延长线上或附近处，使倾翻机构处于另一死点位置或附近。
该机构工作时，扭矩减速机9通过曲柄转轴7将扭力传到曲柄5，在弯曲连杆两铰点连线产生推动料斗本体1倾翻的力。通过优化曲柄起始点(曲柄转轴在弯曲连杆两铰点连线上或附近，该点为倾翻料斗的受料点)，优化曲柄终点(曲柄转轴在弯曲连杆两铰点延长线上或附近，该点为倾翻料斗的卸料点)，即料斗的受料点与卸料点均设置在倾翻机构的死点或附近处，使得倾翻料斗在装料和卸料时，减速机设备的受冲击力工况得到优化。如加料时，将曲柄转轴在弯曲连杆两铰点连线上或附近处，此时尽管加料过程有较大冲击力，但由于回转半径接近0，故冲击力不会通过扭矩的形式反馈冲击减速机的齿轮，冲击力有转轴支撑结构承受，从而提高了核心部件减速机的可靠性。卸料点亦如此。
作为上述方案的进一步改进，还包括控制装料后的料斗重心，使装料后的料斗重心位于料斗回转铰点2与连杆支撑铰点8之间且靠近料斗回转铰点处。
该机构还对料斗本体1的重心位置及装料后料斗的重心位置进行了优化，在倾动力矩较大的区域，利用连杆的力放大作用，大大降低了对减速机输出力矩的要求，从而大幅度降低减速机设备重量和倾动电机的功率，并节省了提升系统的电机功率和能源消耗。这主要是由于：料斗在倾翻过程中，在力矩大较的区域，倾翻机构将慢速倾动料斗，在力矩较小的区域，倾翻机构将以正常速度倾动料斗。
料斗倾翻过程中曲柄摆角和料斗本体倾角变化如图3所示，该图表现了曲柄在0～160°摆动范围中，料斗本体由水平受料位倾转到卸料位的连杆运动关系。
曲柄摆角0°时，料斗本体前部有两个料斗回转支撑，后部至少一个连杆支撑铰点，曲柄5根部安装在曲柄转轴7上，另一端则与弯曲连杆一端铰接，弯曲连杆绕过曲柄转轴7的干涉，曲柄转轴在弯曲连杆两铰点连线上或附近。
曲柄摆角60°时，料斗本体1有少量倾动，弯曲连杆少量外摆。
曲柄摆角90°时，料斗本体1有一定角度倾动，弯曲连杆继续外摆。
曲柄摆角160°时(或转角更大一些)，料斗本体1有达到倾料角度，曲柄转轴7在弯曲连杆两铰点连线延长线附近。
图4表现了曲柄连杆提供料斗绕料斗回转铰点的倾动力矩和料斗本体绕料斗回转铰点的重力矩随曲柄旋转的关系。
料斗本体1在倾翻过程中重力矩是变化的(正弦)，而倾翻机构提供的倾动力矩也是非线性变化的，倾翻机构必须提供克服重力的力矩才能使得料斗倾动。本倾翻机构通过优化设计，使得倾翻机构提供的倾动力矩与倾翻料斗的重力矩变化达成了相同的趋势(近似于共振现象)从而可以减少减速机和电机的原动力，减小减速机的体积重量。
为减小原动机(减速机)的原动力，进一步减小重心与料斗回转铰点的距离也是一个方法，但这种做法会使得料斗本体倾动过程中出现负力矩，虽然该负力矩只是力矩方向的改变，但对连杆倾动系统而言，仍要控制这种负力矩及卸料冲击力矩的绝对值在倾翻机构输出力矩的范围之内。在图4中，160°时，倾翻机构输出力矩是倾翻料斗负力矩的2倍，并随着角度接近180°，这种安全性会更加提高，表现了该系统在加料卸料过程中设备抗冲击能力非常高！
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种倾翻料斗控制方法，该倾翻料斗包括料斗本体与料斗回转支撑，还包括铰接在料斗本体后部的倾翻机构，所述倾翻机构包括连杆与曲柄，所述连杆一端铰接在料斗本体上，另一端与曲柄一端相铰接，所述曲柄另一端通过曲柄转轴铰接在曲柄回转支撑上；所述料斗本体重心位于料斗回转铰点与连杆支撑铰点之间且靠近料斗回转铰点处，所述料斗回转铰点为料斗本体与料斗回转支撑间的铰接点，所述连杆支撑铰点为连杆与料斗本体间的铰接点；其特征在于包括以下步骤：
(1)料斗本体处于水平状态或受料位时，曲柄转轴位于连杆上的两铰接点连线上或附近处，使倾翻机构处于死点位置或附近；
(2)料斗本体处于卸料位时，曲柄转轴位于连杆上两铰接点连线的延长线上或附近处，使倾翻机构处于另一死点位置或附近；
(3)控制装料后的料斗重心，使装料后的料斗重心位于料斗回转铰点与连杆支撑铰点之间且靠近料斗回转铰点处。
2.根据权利要求1所述的倾翻料斗控制方法，其特征在于：所述料斗回转支撑有两组，对称铰接在料斗本体前部且位于倾翻机构两侧。
3.根据权利要求1所述的倾翻料斗控制方法，其特征在于：所述连杆为一端可绕过曲柄转轴的弯曲连杆。
4.根据权利要求1所述的倾翻料斗控制方法，其特征在于：所述曲柄转轴与扭矩减速机相连接。
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