媳妇快打钱(二):乐高 MOC-5509 Grove GMK6400 格鲁夫起重机(避震版)

2021-01-28 13:20:38 191点赞 519收藏 85评论

创作立场声明:乐高宅男,时间有限,乐高无限~~~~

上图镇楼。

GROVE GMK6400 全地形起重机GROVE GMK6400 全地形起重机

先来一小段背景介绍,格鲁夫(GROVE)移动起重机公司成立于 1947 年,是世界领先的移动式液压起重机制造商,生产设备位于宾夕法尼亚州 Shady Grove 和德国 Wilhelmshaven。

GROVE 推出的起重机产品包括全地形起重机、越野起重机、工业起重机、履带伸缩臂起重机、汽车起重机.

其中的全地形起重机系列,最大起重量从 50公吨至 450公吨不等,GMK6400 就是全地形起重机系列中的“二哥”,最大起重量达到 400吨,其自诞生之日就成为 Grove GMK 全地形起重机系列中最成功的起重机之一。

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GROVE 品牌在 2002年被马尼托瓦克(MANITOWOC,简称MCG)起重集团收购,目前 MCG拥有拥有四大著名起重机品牌:格鲁夫(GROVE)液压移动式起重机、马尼托瓦克(MANITOWOC)履带起重机、波坦(POTAIN)塔式起重机以及纳雄纳尔(NATIONAL)随车吊。


背景介绍完毕,正式开篇。Rebrickable MOC-5509 诞生于2014年,其原型就是42009 Mobile Crane MK II。由于其创作过程中经历了多位乐高玩家的修改完善,因而被称之为社区项目。

该MOC在Eurobricks上的创作过程大体有如下几个阶段,首先是Jurgen Krooshoop,他创作的“ Ultimate 42009”有8个电机来控制所有原始的驾驶和转向等电动功能,且任意动作之间都可以同时操作。接下来Cristophe Moittie 创作完善了三级吊臂,使得二三段吊臂在收回时的长度几乎与第一段吊臂相同,同时延伸长度更长。afol1969 随后创建了延长吊臂的说明。 最终,Gerger 决定将起重机的5根轴扩展到6根,并为每个轴添加了完全独立的悬挂。此时,由于该模型已经不再与42009相似,故Gerger 更改了外观,使其接近于Grove GMK6400 全地形起重机。Gerger 还提供了完整模型的LDD文件,由Blakbird、Eric Albrecht、Alex Zeimet等多位EB(Eurobricks网站)成员接手制作了LDraw文件、零件清单和完整拼装说明书。在PDF版说明书的首页,可以看到他们的名字。

该MOC共有两个版本,因下车(装载车)是否带有避震,区分为悬挂版本和非悬挂版本。悬挂版本是最早的版本,其模拟了现实中 GMK6400的悬挂,由9个电机完成各功能模块的驱动。

非悬挂版本是第二个版本,也是动力改进版,其修改为使用伺服电机控制转向,并且支持蟹行模式(现实中的 GMK6400就支持蟹行),由10个电机完成各功能模块的驱动,动力性能要比悬挂版本更好。两个装载车版本的作者都是Gerger,真大神。

根据个人对吊臂变幅线性执行器、配重、飞臂、灯光的喜好,两个版本的改装方式也非常丰富多样,最终整个作品基础版会达到3600左右的零件数量,加上个人改装则零件数更高。

因为对齿条连杆转向和避震的设计比较感兴趣,所以我优先拼搭了悬挂版本,本文中的描述说明和拼搭感受,都是针对悬挂版本的。

GMK6400悬挂版本电动部件透视图GMK6400悬挂版本电动部件透视图

在Blakbird制作的下面这张彩图中,可以看到所有电动功能的交织:

红色=驱动:由2个XL电机实现6轴驱动

蓝色=转向:由L电机实现5轴转向

黄色=悬挂:12个车轮均为独立悬挂

蓝绿=支腿伸缩:由L电机驱动

棕色=支腿升降:由L电机驱动

粉色=吊台旋转:由M马达实现360度旋转

米黄=吊臂变幅:由L电机和推杆实现

白色=吊臂伸缩:由L电机和线绳驱动

绿色=卷扬:由M电机驱动

各电动功能模块透视图各电动功能模块透视图

下来按照各个功能模块介绍下这款经典MOC的工作原理,以及个人拼搭感受。文中的各个电动功能结构图均来自于Blakbird在EB论坛上的介绍。

先说装载车部分,首先是驱动系统,车辆前方的驾驶室下面并联一对XL电动机,经过20:12减速比后,通过一根纵轴对每个车轴施加扭矩。由于车身空间有限,深灰色的差速器没有像一般设计那样横向放置,而是纵向排列。下图从左至右依次为轴1至轴6。


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下面是单个从动轴机构的特写图,差速器的输出是一对20齿双锥齿轮,米黄色双锥齿轮分别在两侧轴上驱动16齿灰色齿轮。灰色齿轮再驱动12齿锥齿轮实现每一侧的车轮转动,可以看到驱动结构相当复杂。其实拼搭完成后,整车动力比我预想的要拉跨不少,跟复杂的齿轮传动结构有很大关系,导致了太多的动力损耗,尤其是过坎的时候,轮子完全动不了……下文的视频中会有演示。12齿锥齿轮与浅灰色万向节轴套需要通过2.5L的十字轴相连(将5L的十字轴剪开一分为二),因为3L的偏长。


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这里没有变速箱实际拼搭的照片,因为拼的时候没拍,拼完发现由于车身结构非常紧凑,各个方向都已经没法拍到内部的差速器结构。我用的是42070上的红色差速器,更酷一些(不管从外面也能不能看到,反正就是更酷一些……哈)。勉强上一张照片吧,红色的就是差速器。

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V-8发动机由皮带驱动,皮带另一端连接至半轴套,半轴套所在的十字轴与轴1差速器咬合。半轴套的驱动速度与纵向主驱动轴相同,而后皮带将速度降低为1/3,故发动机活塞运动非常缓慢。

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驾驶室顶上的一对黑色牙齿,用于固定和支撑吊臂,避免在行进过程中吊臂左右晃动。

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下来是转向,与驱动系统一样,转向系统也使用纵轴操控。L电机通过锥齿轮驱动蜗轮,减速比为8:1,蜗轮驱动纵向主轴转动,主轴再驱动车轴改变方向。下图从右至左依次为车轴1至轴6,其中轴3未画出(轴3固定不可转向),轴1和6使用黑色12齿齿条,轴2、4和5使用灰色8齿齿条,于是产生了两个不同的转向角比率。其实最理想情况下,轴12456基于每个轴与轴3(枢轴点)的距离应该具有不同的转向比,但是这在使用积木进行拼搭上是极难实现。在拼搭时,需要确保连接每个车轴模块时,纵向主轴在转向齿条的位置居中,否则转向会偏斜。


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上述设计产生的转向力是足够,即使原地不动打转向,车轮也可以随意左右扭动(只要不是在特别粗糙的地面上)。

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但是实际操控中,转向还是比较难控制,有三方面原因:

1) 齿条传动方式转向偏快,有时只是操控一下,可能方向已经打过了。

2) 转向通过连杆驱动,每个车轴的连杆存在一定的自由活动空间,这样非刚性连接导致车轮自身会产生左右摆动,可能朝某个方向行进时,车轮并不在一条直线上,行进方向不好判断。

3) 转向打到最大时,车轮之间、车轮和挡板之间会发生干涉,严重影响车速,所以转向操作时需要留一些余地。如下图,并非我安装的转向齿条不居中,因为左右转向时轴4两侧的车轮都会与轴3车轮干涉。


最大转向时轴4和轴3产生干涉最大转向时轴4和轴3产生干涉

最大转向时轴2和挡板产生干涉最大转向时轴2和挡板产生干涉

尽管如此,考虑到整个模型的巨大重量,转向系统还是较好的实现了整车控制。只要熟悉下操控力度,完成操控也不是问题。

再下来是支腿功能, 下图蓝绿色部分实现支腿外伸和收缩,棕色部分实现支腿降下和升起,这里布局和传动设计与42009官方设定相似,只是区别在于,这些支腿由一对垂直安装的L电机驱动。


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支腿伸缩,L电机通过锥齿轮来驱动纵向轴,使前后支腿保持同步。在黑色12齿齿轮驱动齿架展开支腿之前,传动路径仅有20:16减速比,所以支腿外伸和回缩的速度很快,而42009支腿的外伸就要慢很多。

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支腿升降,L型电机通过锥齿轮驱动纵向轴,使前后支腿保持同步。整个传动路径减速比为20:12,4个长16L的十字轴各分布一个支腿,关键是红色8齿齿轮,16L轴可通过该齿轮自由滑动。当驱动轴转动时,可以带动推杆放下支腿。 需要注意的是,如果将支腿升高直到停止位置,则会大大增加齿轮阻力,造成支腿收缩时十字轴很难通过红色齿轮。所以支腿升高到最高点后,可反向轻微下降一点留出空间,这样支腿收缩就会非常顺畅。

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再下来是悬挂,该MOC具有12轮独立悬挂,每个车轮都配备一个6.5L的硬避震弹簧,轴1还同时配备了6.5L的软避震弹簧,每个转向轴均使用5L悬挂臂,非转向轴3仅使用横梁,每个悬挂都是双叉骨类型。在现实中真正的Grove GMK6400全地形吊车上,在每个车轮上确实具有完全独立的悬架。


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下车(运载车)的电动功能介绍完毕,驱动马达与转向马达共同连接一个红外遥控接收器,支腿伸缩马达与支腿升降马达共同连接一个红外遥控接收器。运载车部分完工照如下,其实除了将上车拼搭为起重机、与下车组合成为全地形吊车以外,上下车搭配自由发挥的空间很大,完全可以组合拼搭为导弹发射车、登高消防车、混凝土泵车……只要不嫌画风清奇~~

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下来说起重机部分,首先是吊臂变幅,如下图所示,L电机按照5:1的减速比驱动一对平行推杆。

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实际操控时推杆支撑力并不是很好, 一是由于推杆底部安装位置靠近吊臂,受力角度大导致支撑力不足,二是推杆行程太短而无法模拟真实吊车的运动范围。

推杆底部位置非常靠近吊臂推杆底部位置非常靠近吊臂

推杆最大行程较短导致吊臂变幅范围受限推杆最大行程较短导致吊臂变幅范围受限

如下图所示,真正的Grove GMK6400将液压推进器底部安装在相距吊臂更远的位置,几乎在驾驶室的前部,并且行程很长,吊臂运动范围可以达到大约-1.5度至82度。

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玩家们针对吊臂变幅驱动进行了多种优化,一种是直接使用乐高零件重新拼搭线性执行器,RB上的作品有 MOC-5496和 MOC-18070,可以实现更大的行程和更好的支撑力。另一种是直接采用第三方推杆,外观简洁易操控,但是成本较高。某宝搜索“乐高吊车电动推杆”就可以搜到,单根花费要超过二百大洋。至于 Actuonix 和 Firgelli 的 EV3线性执行器就更贵了,在国内购入的话两根要上千块大洋。

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起重机旋转结构较为简单,如下图,M电机通过蜗轮传动后形成 22.2:1减速比,使用蜗轮有助于大幅度降速,还可以防止吊台在外部负载的作用下自行旋转。黑色齿圈固定在下部装载机上不可旋转,因此深灰色8齿齿轮的旋转导致上部整体结构旋转。


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吊台的下方增加了灰色导轮,用于辅助支撑和旋转。

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再下来是卷扬,绞盘由M电机通过十字轴与栓连接件驱动齿轮,减速比为20:4,实际上线缆收放的速度恰到好处。


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强烈建议线缆自己重新配,某宝搜索“尼龙编织绳”,直径1mm的买上5米即可。乐高绳长度有限,需要多跟拼接才够长,但拼接后接头在吊钩行进过程中总会卡住,实测即使用打火机把接头烧顺溜了,也还是会卡住,因为烧了以后接头周围一段会变硬。

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最后是吊臂伸缩,由L电机通过一系列齿轮来驱动,蜗轮驱动齿条带动第二臂段伸缩,第三臂段则由电缆驱动,第三臂段类似于一个动滑轮。


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吊臂伸长吊臂伸长

吊臂收缩吊臂收缩

第三臂段的绕线方式需要特别注意下,没仔细看拼搭说明书的话容易绕错,导致第三臂段失去动力。如下线缆从第二臂段的顶端绕出后,首先需要穿过第三臂段底部的砖孔,而后再穿过吊钩,通过第一臂段上方的定位孔,绑到绞盘上。然后转动绞盘收线,并且将第三臂段插入第二臂段之中,注意插入后让线缆位于第三臂段下方的凹槽处,并且把线缆理顺不要扭转打结。

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上车(起重机)的功能介绍完毕,整车完工照如下,重量4.4公斤,长度76厘米。按照现实中Grove GMK6400 的真实尺寸17.536米计算,模型比例为1:23。

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下面是整车的操控视频:



几点操控感受:

1) 实际上整车运动速度还是偏慢的,视频中已经是加了三倍速了,不过真实吊车操控也慢;

2) 除去将遥控杆推到头进行转向不顺畅以外,其它各个功能都很流畅;如前面所说,遥控杆推到头,会导致轮胎间干涉,严重影响动力;

3) 能吊多重的东西,跟起重机的配重有很大关系,上面原版的配重只有两个电池盒,并不算重,所以也吊不了太重的物体;

4) 吊臂变幅角度确实有限,估计大多数玩家都有迫切改装变幅驱动的冲动;

5) 越障就算了吧……

熊孩自己操控。

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我拼搭此款MOC的零件主要来源为:

42009 作为基础,这是必须要有的;

42079 重型叉车,主要是为了凑轮子;

42095 遥控特技赛车,主要是为了L马达和遥控;

42030 沃尔沃轮式装载机,主要是PF件和黄色黑色零件;

剩下的就只能某宝购入了。

【正品行货】LEGO乐高机械组系列遥控特技赛车42095拼插积木玩具539元拼多多去购买

改装吊臂变幅的线性执行器后,吊臂运动角度确实大了不少。马达线可以从转台下方走线,但可能不够长,到不了遥控接收器,需要一根延长线转接下。

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左图为推杆最大行程,右图为改装的线性执行器最大行程左图为推杆最大行程,右图为改装的线性执行器最大行程

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最后上一张全身照,等有时间了准备开拼动力改进版。

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