Кран-манипулятор

 

Использование: в подъемно-транспортном машиностроении, для проведения погрузочно-разгрузочных, монтажных, ремонтных, подсобных и других работ. Сущность изобретения: кран-манипулятор содержит смонтированное на транспортном средстве поворотное в вертикальной плоскости основание в виде плоской треугольной фермы, три гидроцилиндра, корпусы которых шарнирно закреплены на вершинах основания, а штоки всех трех цилиндров соединены между собой и с грузозахватным органом, также гидроцилиндр для поворота основания. В кране-манипуляторе основание одной из вершин смонтировано на транспортном средстве с возможностью поворота в горизонтальной плоскости. При этом для поворота основания предусмотрен второй гидроцилиндр, который по отношению к первому цилиндру поворота основания расположен под углом, а штоки этих цилиндров соединены между собой и со стороной основания, противолежащей закрепленной на транспортном средстве вершине. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технике проведения погрузочно-разгрузочных, монтажных, ремонтных, подсобных и других работ, выполняемых преимущественно мобильными подъемно-транспортными агрегатами ограниченной грузоподъемности.

Для проведения указанных работ применяются погрузочные манипуляторы, содержащие секционную грузозахватную стрелу и гидроцилиндры для подъема и "излома" стрелы в вертикальной плоскости. Для поворота стрелы в плане в горизонтальной плоскости стрела с упомянутыми цилиндрами монтируется на поворотной платформе, приводимой во вращение механизмом поворота (вращения) [1] Известные манипуляторы обладают повышенными габаритами и массой, не приспособлены для быстрого монтажа демонтажа (легкой навески) на транспортном средстве ограниченной грузоподъемности, например на тракторном самоходном шасси, не способны существенно сокращать свои габариты в транспортном положении и характеризуются разнотипностью применяемых деталей и узлов, что усложняет производство и эксплуатацию оборудования, снижают уровень унификации.

Наиболее близким к предлагаемому является грузоподъемный кран, содержащий смонтированное на транспортном средстве поворотное в вертикальной плоскости основание в виде плоской треугольной формы и три гидроцилиндра, корпусы которых шарнирно закреплены на вершинах основания, а штоки всех трех цилиндров соединены между собой и с грузозахватным органом; кран содержит также гидроцилиндр для поворота основания [2] При таком выполнении снижаются габариты и масса конструкции, сокращаются габариты в транспортном положении, несколько улучшается монтажеспособность устройства на транспортном средстве, увеличивается уровень унификации деталей и узлов, упрощается производство и эксплуатация.

Однако в известном грузоподъемном кране ограничена зона действия, в частности недостаточны углы поворота гидроцилиндров, несущих грузозахватный орган, в горизонтальной плоскости; появляется необходимость доработки транспортного средства (тракторного самоходного шасси) для крепления основания и гидроцилиндра поворота основания, что снижает монтажеспособность оборудования; недостаточно высокий уровень рациональной унификации деталей и узлов из-за существенно различных нагрузок воспринимаемых гидроцилиндрами и различного выполнения шарнирных соединений в системах поворота основания и перемещения груза тремя гидроцилиндрами.

Задача изобретения расширение зоны действия, повышение монтажеспособности и уровня рациональной унификации.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в расширении возможностей устройства: высокая монтажеспособность оборудования превращает предлагаемое устройство в навесное сменное рабочее оборудование, а предельно высокий уровень унификации основан на более равномерной загрузке всех гидроцилиндров и наличии функционально однотипных шарнирных соединений. В конечном итоге создаются предпосылки создания оригинального крана-манипулятора, который отличается высокой маневренностью и низкой удельной материалоемкостью.

Это достигается тем, что в кране-манипуляторе основание одной из вершин смонтировано на транспортном средстве с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, при этом для поворота основания предусмотрен второй гидроцилиндр, который по отношению к первому цилиндру поворота основания расположен под углом, а штоки этих цилиндров соединены между собой и со стороной основания, противолежащей закрепленной на транспортном средстве вершине. Штоки гидроцилиндров для поворота основания соединены между собой осью, помещенной в стенках пустотелой шаровой опоры, которая подвижно установлена на указанной стороне основания, а корпусы гидроцилиндров шарнирно установлены соответственно на основании и на транспортном средстве посредством вилки продолжением которой является серьга с отверстием, ось которого перпендикулярна оси помещенной в вилке.

На фиг. 1 изображен кран-манипулятор; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 сечение В-В на фиг.1; на фиг.5 узел I на фиг. 1; на фиг.6 вид Г на фиг.5.

Основу рабочего оборудования крана-манипулятора составляют три гидравлических силовых цилиндра 1, 2 и 3. Корпусы этих цилиндров с помощью шарниров 4, имеющих две степени свободы, закреплены на вершинах основания 5. Противоположные концы (штоки) всех трех цилиндров сведены вместе при помощи особого шарнира 6, несущего функции головной траверсы, к которой присоединен также грузозахватный орган 7. Основание выполнено в виде плоской треугольной формы. Основание одной из вершин смонтировано на транспортном средстве посредством опорно-поворотного шарнира 8. Последний закреплен на штатной (принадлежащей транспортному средству, преимущественно тракторному самоходному шасси) поперечной балке 9. Шарнир 8 содержит вертикальную 10 и горизонтальную 11 взаимно перпендикулярные оси поворота.

Для поворота основания предусмотрены два гидроцилиндра 12 и 13. Корпусы этих цилиндров с помощью шарниров 14 с двумя степенями свободы закреплены на штатных (принадлежащих транспортному средству) продольных балках (лонжеронах) 15. Цилиндры 12 и 13 расположены под углом друг к другу, их противоположные концы (штоки) с помощью особого шарнира 16 соединены между собой и со стороной основания 5, противолежащей закрепленной на транспортном средстве вершине.

В особом шарнире 16 штоки гидроцилиндров 12 и 13 заканчиваются соответственно проушиной и вилкой, которые соединены между собой осью 17, помещенной в стенках пустотелой шаровой опоры 18. Последняя заключена в обойму 19, которая закреплена на указанной стороне основания 5. Аналогичные детали содержит и особый шарнир 6, соединяющий штоки гидроцилиндров 1, 2 и 3 и несущий грузозахватный орган 7.

Шарниры 4 для крепления корпусов гидроцилиндров 1, 2, 3 и шарниры 14 гидроцилиндров 12, 13 включают вилку 20, продолжением которой является серьга 21. Вилка 20 с помощью оси 22 соединена с проушиной корпуса гидроцилиндра. Серьга 21 посредством своей оси 23 соединена с опорой, закрепленной соответственно на основании 5 и на продольных балках 15 транспортного средства. Оси симметрии осей 22 и 23 ( и отверстий под эти оси) перпендикулярны между собой.

Для ограничения наклона поперечной балки 9 шасси относительно переднего моста 24 при проведения подъемно-транспортных работ имеются подвижные упоры 25. Последние могут быть выполнены в виде встроенных в мост винтовых домкратов. В состав оборудования крана-манипулятора входят также гидросиловая установка, распределительная гидроаппаратура и органы управления (не показаны).

Кран-манипулятор работает следующим образом.

При изменении длины перемещений штока с поршнем хотя бы одного гидроцилиндра 1, 2 или 3 изменяется геометрическая форма пространственной структуры, образованной этими цилиндрами и основанием 5. Вследствие этого вершина пространственной структуры ее шарнир (головная траверса) 6 начинает перемещаться увлекая за собой грузозахватный орган 7. Манипулируя работой одного, двух или всех трех цилиндров, головная траверса выводится в заданное положение в пространстве (характерные положения показаны на фиг.1 и 2 штрихпунктирными линиями; в транспортном положении, обозначенном ТР, манипулятор максимально сокращает габариты).

При включении в работу гидроцилиндров 12 и 13 основанию 5 вместе с закрепленными на нем гидроцилиндрами 1, 2 и 3 сообщаются дополнительные подвижности. При одновременном изменении длины перемещении штока с поршнем обоих гидроцилиндров 12 и 13 основание 5 с оборудованием разворачивается в вертикальной плоскости. В этом случае основание разворачивается относительно горизонтальной оси 11 поворота опорно-поворотного шарнира 8. При работе одного из гидроцилиндров 12 или 13 основанию 5 с оборудованием сообщается совмещенное движение одновременно в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В этом случае основание разворачивается одновременно относительно вертикальной 10 и горизонтальной 11 осей поворота шарнира 8. Возможны и иные сочетания работы гидроцилиндров 12 и 13, пpи этом рабочий угол поворота основания в вертикальной плоскости (фиг.1) должен быть больше 90^о; при переводе оборудования в транспортное положение (ТР) при отсутствии поворота основания в горизонтальной плоскости угол может быть меньше 90^о; угол горизонтального разворота основания составляет 45.60^о(оба угла обеспечиваются соотношением размеров системы). Возможность поворота основания 5 с оборудованием в горизонтальной плоскости расширяет зону действия крана-манипулятора и повышает его маневренность число степеней свободы системы достигает пяти.

Перед началом подъемно-транспортных работ блокируется наклон поперечной балки 9 самоходного шасси относительно переднего моста 24 путем выдвижения подвижных упоров 25. Вследствие этого агрегат работает без выносных опор и системе в целом сообщается дополнительная подвижность за счет движения шасси с помощью его ходовой части.

При изменении геометрии пространственной структуры, образованной гидроцилиндрами 12, 13 и основанием 5, штоки этих цилиндров их проушина и вилка проворачиваются относительно друг друга на оси 17 шарнира 16. Дополнительно к этому пустотелая шаровая опора 18 этого же шарнира вместе с осью 17 и, следовательно, со штоками цилиндров 12 и 13 проворачивается относительно обоймы 19, закрепленной на основании. Подобным образом с помощью шарнира 6 обеспечиваются необходимые подвижности при изменении геометрии пространственной структуры, образованной гидроцилиндрами 1, 2, 3 и основанием 5.

При работе крана-манипулятора корпусы гидроцилиндров 1,2,3,12 и 13 проворачиваются соответственно относительно основания 5 и продольных балок 15 шасси в общем случае в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В этом случае в шарнирах 4 и 14 с двумя степенями свободы корпус цилиндра проворачивается относительно вилки 20 на оси 22, а вилка 20 вместе с серьгой 21 разворачивается в перпендикулярном направлении относительно опоры шарнира на оси 23. Шарниры 4 и 14 удовлетворяют особенностям кинематики крана-манипулятора и обеспечивают его работоспособность, когда система цилиндр-шарнир находится в неопределенном положе- нии на одной оси. С другой стороны, все шарниры крепления корпусов цилиндров унифицированы между собой.

Поскольку основание 5 закреплено на шасси одной из своих вершин, то гидроцилиндр 1, смонтированный на этой вершине, воспринимает только сжимающие нагрузки. Менее благоприятные для гидроцилиндров растягивающе нагрузки воспринимаются парами цилиндров 2, 3 и 12, 13, наличие двух цилиндров для поворота основания исключает их перегрузку. Вследствие этого достигается более равномерная загрузка всех цилиндров. В сочетании с однотипными шарнирами двух типоразмеров для крепления корпусом цилиндров и соединений их штоков создаются предпосылки рационально высокой унификации деталей и узлов. Кран-манипулятор имеет три точки крепления на самоходном шасси: на поперечной балке 9 крепится корпус опорно-поворотного шарнира 8, на продольных балках 13 опоры шарниров 14. Первичная подготовка шасси к монтажу оборудования заключается лишь в сверлении соответствующих отверстий на указанных балках, являющихся принадлежностью шасси. Благодаря этому кран-манипулятор отличается высокой монтажеспособностью.

Изобретение предназначено для использования в промышленности при проведении погрузочно-разгрузочных, монтажных, ремонтных, подсобных и других работ, выполняемых преимущественно мобильными агрегатами ограниченной грузоподъемности, и реализуется с помощью известных средств и методов.

Предлагаемый кран-манипулятор обладает исключительно высокой маневренностью, достигаемой как средствами кинематики собственно манипулятора, так и перемещением всей системы с помощью транспортной базы, в итоге удается механизировать ряд операций и работ, недоступных обычным подъемно-транспортным агрегатам. Технический результат достигается при простоте конструкции, низкой удельной материалоемкости, высокой степени унификации и повышенной монтажеспособности.

Таким образом, изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. КРАН-МАНИПУЛЯТОР, содержащий смонтированное на транспортном средстве поворотное в вертикальной плоскости основание в виде плоской треугольной фермы и три гидроцилиндра, корпуса которых шарнирно закреплены на вершинах основания, а штоки всех трех цилиндров соединены между собой и с грузозахватным органом, содержащим гидроцилиндр для поворота основания, отличающийся тем, что основание одной из своих вершин смонтировано на транспортном средстве с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, при этом для поворота основания предусмотрен второй гидроцилиндр, который по отношению к первому цилиндру поворота основания расположен под углом, а штоки этих цилиндров соединены между собой и со стороной основания, противолежащей закрепленной на транспортном средстве вершине.

2. Кран-манипулятор по п.1, отличающийся тем, что штоки гидроцилиндров для поворота основания соединены между собой осью, помещенной в стенках пустотелой шаровой опоры, которая подвижно установлена на указанной стороне основания.

3. Кран-манипулятор по п.1, отличающийся тем, что корпуса гидроцилиндров шарнирно установлены соответственно на основании и на транспортном средстве посредством вилки, продолжением которой является серьга с отверстием, ось которого перпендикулярна оси, помещенной в вилке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6