СТРЕЛА ГРУЗОПОДЪЕМНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2004 года по МПК B66C23/04 

Изобретение относится к подъемно-транспортным машинам с шарнирно-сочлененными стрелами, в частности к гидравлическим кранам и погрузочным манипуляторам, применяемым в промышленности, строительстве и сельском хозяйстве.

Известна стрела грузоподъемного средства, содержащая закрепленную на грузоподъемном средстве корневую секцию и связанную с ней рукоять, установленные с возможностью поворота посредством двух силовых цилиндров, при этом корневая секция выполнена из трех стержней в виде шарнирного треугольника с двумя острыми углами, вершины которых соединены соответственно с грузоподъемным средством и рукоятью, а вершина тупого угла - с указанными силовыми цилиндрами, при этом по крайней мере один из стержней корневой секции выполнен с возможностью регулирования длины (SU №1221195 А, МПК⁴ В 66 С 23/04, В 66 F 9/06, 1986).

Технический недостаток подобных стрел - недостаточно широкие функциональные возможности и завышенная удельная металлоемкость из-за того, что рукоять имеет обычное исполнение, а стрела не приспособлена для разворота и восприятия нагрузок в горизонтальной плоскости.

Известна также стрела грузоподъемного средства, содержащая корневую секцию и связанную с ней рукоять, установленные с возможностью поворота посредством четырех силовых цилиндров, при этом корневая секция выполнена в виде треугольника с двумя острыми углами, две стороны которого в поперечном направлении выполнены в виде плоских ферм, а верхняя, третья сторона представляет стержень, рукоять выполнена из двух стержневых шарнирных треугольников с двумя острыми углами и общей для обоих треугольников связью, один из шарниров которой соединен с силовыми цилиндрами рукояти, два силовых цилиндра корневой секции расположены под углом друг к другу, все цилиндры имеют общий шарнир с цапфами, соединенными с фермами корневой секции, корневая секция и ее цилиндры закреплены на грузоподъемном средстве посредством опорно-поворотных устройств с двумя степенями свободы (RU №2178382 С1, МПК⁷ В 66 С 23/04, 2002).

Технический недостаток этой стрелы - недостаточно широкие функциональные возможности, в частности недостаточная зона действия в горизонтальной плоскости, обеспечиваемая двумя силовыми цилиндрами корневой секции.

Техническая задача - расширение функциональных возможностей за счет увеличения зоны действия в горизонтальной плоскости.

Согласно изобретению, опорно-поворотное устройство корневой секции снабжено консолью, являющейся продолжением вертикальной оси устройства, на противоположном от упомянутого опорно-поворотного устройства конце корневой секции закреплена с возможностью поворота в горизонтальной плоскости стойка, заключенная в неповоротный корпус и снабженная горизонтальными опорами по бокам, корневая секция снабжена тягой, один конец которой шарнирно связан с консолью, а другой конец - с верхним концом неповоротного корпуса стойки таким образом, что консоль, корпус стойки, тяга и верхний стержень корневой секции образуют звенья шарнирного параллелограмма, при этом рукоять смонтирована на указанных горизонтальных опорах, а силовые цилиндры рукояти расположены под углом друг к другу, их корпуса установлены на концах цапф общего шарнира посредством устройств с двумя степенями свободы, а штоки этих цилиндров соединены между собой в шарнирном узле, имеющем цапфы, на которых закреплены соответствующие стержни и связь рукояти.

Наряду с этим корневая секция снабжена раскосами для образования плоскими фермами и стержнем верхней стороны треугольника этой секции жесткой пространственной фермы; устройства с двумя степенями свободы крепления корпусов цилиндров рукояти на цапфах общего шарнира выполнены в виде сферических подшипников скольжения.

На фиг.1 показана стрела грузоподъемного средства, общий вид; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - вид В на фиг.1; на фиг.5 - выноска I из фиг.1; на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.7-9 - разрезы Д-Д, Е-Е и Ж-Ж на фиг.1 соответственно; на фиг.10 - выноска II из фиг.2; на фиг.11 - схема поворота стрелы в горизонтальной плоскости, вид в плане.

Стрела грузоподъемного средства содержит корневую секцию 1 и связанную с ней рукоять 2. Для подъема и разворота корневой секции и, следовательно, всей стрелы предусмотрены два силовых цилиндра 3 и 4. Эти цилиндры расположены под углом друг к другу, их штоки сведены вместе и посредством общего шарнира 5 особой конструкции соединены между собой и со стрелой. Корневая секция 1 и противоположные концы (корпуса) цилиндров 3 и 4 закреплены на основании 6 грузоподъемного средства посредством опорно-поворотных устройств 7 и 8 с двумя степенями свободы. Общий шарнир 5 имеет цапфы 9, на которых шарнирно закреплены два силовых цилиндра 10 и 11 рукояти, а также плоские в поперечном направлении фермы 12 и 13 посредством своих гнезд 14 и 15 на каждом конце этих ферм. Фермы 12 и 13, выполняющие функции стержней, и верхний стержень 16 на виде сбоку образуют треугольник с острыми углами - корневую секцию. Вершины острых углов соединены с основанием 6 и с рукоятью 2, а вершина тупого угла несет указанный общий шарнир 5. Плоские фермы 12, 13 и верхний стержень 16 корневой секции образуют жесткую пространственную ферму, для этого корневая секция снабжена дополнительными раскосами 17 и 18, посредством которых в поперечном сечении (фиг.7) пространственной ферме придается треугольная форма.

Рукоять 2 выполнена из двух стержневых шарнирных треугольников 19 и 20 с двумя острыми углами и с общей связью 21. Последняя выполнена в виде плоской фермы и одним концом шарнирно соединена с цапфами 22 специального шарнирного узла 23 рукояти. В этом шарнирном узле соединены между собой и штоки силовых цилиндров 10 и 11. Это предопределяет выполнение связи 21 и примыкающего к корневой секции стержня 24 в виде плоских в поперечном направлении (и более узких) ферм со своими гнездами для шарниров. Один из острых углов треугольника 19 соединен с корневой секцией 1 посредством опорно-поворотного устройства 25. Это достигается за счет того, что на противоположном от устройства 7 конце корневой секции закреплена с возможностью поворота в горизонтальной плоскости стойка 26, заключенная в неповоротный корпус 27 и снабженная горизонтальными опорами 28 по бокам. Опорно-поворотное устройство 7 корневой секции снабжено консолью 29, являющейся продолжением вертикальной оси 30 устройства. Корневая секция снабжена тягой 31, один конец которой связан с консолью 29, а другой конец - с верхним концом неповоротного корпуса 27 стойки, его цапфами 32. Консоль 29 на расстоянии l (между шарнирами 33 и 34), корпус 27 стойки (на расстоянии l между цапфами 32 и 35), тяга 31 и верхний стержень 16 корневой секции (между шарниром 34 и цапфами 35) образуют звенья шарнирного параллелограмма. При этом рукоять 2 смонтирована на указанных горизонтальных опорах 28.

Один из острых углов шарнирного треугольника 20, наиболее удаленного от корневой секции 1, несет на себе грузозахватный орган 36. В каждом треугольнике 19 и 20, по крайней мере, один из стержней 37 и 38 выполнен с возможностью регулирования длины - собран из собственно стержня и телескопической части. Стержень 39, взаимодействующий с цапфами 22 шарнирного узла 23 и грузозахватным органом 36, имеет на концах соответствующие скобы. В итоге корневая секция 1 стрелы представляет жесткую, треугольную в сечении пространственную ферму. Подобное образование, но меньших размеров в поперечном сечении, имеет и треугольник 19 рукояти. Однако это образование является шарнирно-стержневым со стержнем 37 с дискретно регулируемой длиной. Лишь поперечное сечение треугольника 20 (фиг.9) представляет набор из двух труб, но нижняя труба - стержень 39 - имеет повышенные поперечные размеры, а на ее концах, как было отмечено, предусмотрены скобы.

И корневая секция 1 и рукоять 2 имеют опорно-поворотные устройства, соответственно 7 и 25 с двумя степенями свободы. Каждое из этих кинематических звеньев - секция и рукоять - приводится в действие двумя силовыми цилиндрами соответственно 3,4 и 10, 11; в каждой паре цилиндры расположены под углом друг к другу. Противоположные концы (корпуса) каждой пары цилиндров опираются на шарниры с двумя степенями свободы 8 и 40 соответственно. Последние выполнены в виде сферических подшипников скольжения, которые смонтированы на концах 41 цапф 9 общего шарнира 5. Геометрические оси посадочных гнезд подшипников скольжения 40, а следовательно, и концов 41 расположены под углом α к оси цапф 9 и перпендикулярны осям цилиндров 10 и 11 рукояти при их втянутых штоках. Общий шарнир 5 силовых цилиндров 3, 4 корневой секции и шарнирный узел 23 цилиндров 10, 11 рукояти выполнены идентично их детали, кроме цапф, унифицированы между собой.

Стрела грузоподъемного средства работает следующим образом.

Работой силовых цилиндров 3 и 4 стреле - корневой секции 1 и рукояти 2 сообщается подъем-опускание в вертикальной плоскости и разворот на определенные углы ψ в горизонтальной плоскости (фиг.11). Опорно-поворотные устройства 7 и 8 (фиг.1) на основании 6 грузоподъемного средства обеспечивают корневой секции 1 и корпусам цилиндров 3, 4 необходимые подвижности - две степени свободы. В общем шарнире 5 особой конструкции происходят взаимные перемещения штоков цилиндров 3, 4 друг относительно друга и относительно плоских ферм 12 и 13 корневой секции 1. Указанные эволюции шарнира 5 относительно ферм 12, 13 происходят в их гнездах 14 и 15 на цапфах 9 шарнира.

За счет шарнирного параллелограмма, образованного консолью 29 опорно-поворотного устройства 7, корпусом 27 опорно-поворотного устройства 25, верхним стержнем 16 корневой секции 1 и тягой 31, ось стойки 26 опорно-поворотного устройства 25 сохраняет вертикальное положение вне зависимости от угла возвышения корневой секции. При задействовании силовых цилиндров 10 и 11 рукояти 2 вместе с грузозахватным органом 36 сообщается дополнительный поворот в вертикальной плоскости - в плоскости стрелы, а также разворот на определенные углы τ (фиг.11) в горизонтальной плоскости относительно продольной оси корневой секции 1 (фиг.11). При этом рукоять поворачивается по вертикали на горизонтальных опорах 28 стойки 26 и вместе со стойкой по горизонтали относительно корпуса 27 опорно-поворотного устройства 25. Строго горизонтальный разворот рукояти обеспечивается вертикальным положением оси стойки 26. Одновременно с этим корпусам силовых цилиндров 10 и 11 обеспечиваются необходимые подвижности - две степени свободы в сферических подшипниках скольжения 40, установленных на концах 41 цапф 9 общего шарнира 5. Минимальные повороты наружных обойм подшипников скольжения 40 в поперечном направлении достигаются за счет того, что геометрические оси посадочных гнезд подшипников - концов 41 расположены под углом α к оси цапф 9, величина которого определяется, когда эти оси перпендикулярны осям цилиндров 10, 11 рукояти при их втянутых штоках. Штоки цилиндров 10 и 11 разворачиваются друг относительно друга в шарнирном узле 23, цапфы 22 которого служат опорами для гнезд плоских ферм-связи 21 и стержня 24 шарнирного треугольника 19, а также для скобы стержня 39 треугольника 20. Суммарный угол разворота стрелы в горизонтальной плоскости (фиг.11) составляет ψ+τ, т.е. складывается из углов поворота корневой секции 1 (работой цилиндров 3, 4) и рукояти 2 (работой цилиндров 10, 11).

Под действием веса груза, передаваемого на рукоять 2 от грузозахватного органа 36, возникают продольные усилия в стержнях и плоских фермах - растягивающие в верхних трубчатых звеньях 38 и 37, менее благоприятные сжимающие - в стержне 39 со скобами на концах, ферме 24 и ферме-связи 21. От звеньев 21, 24, 39 усилия посредством шарнирного узла 23 и его цапф 22 передаются на силовые цилиндры 10 и 11 рукояти, а посредством цапф 9 (с концами 41), смонтированных на них гнезд 14, 15 и сферических подшипников скольжения 40, и общего шарнира 5 - на ферму 12 корневой секции 1 и на силовые цилиндры 3 и 4. Усилия от рукояти 2 - ее стержня 37 и фермы 24 посредством горизонтальных опор 28 вертикальной стойки 26 воспринимается опорно-поворотным устройством 25. Поскольку последнее с помощью своего корпуса 27 и его цапф 32, 35 закреплено на конце корневой секции 1 и соединено с тягой 31, то усилия от рукояти 2, в конечном итоге, передаются на корневую секцию и на тягу 31. А усилия от секции 1, тяги 31 и силовых цилиндров 3, 4 воспринимаются основанием 6 грузоподъемного средства посредством опорно-поворотных устройств 7 и 8.

При горизонтальном развороте стрелы - корневой секции 1 совместно с рукоятью - за счет различного перемещения штоков силовых цилиндров 3 и 4 или за счет работы только одного из этих цилиндров возникают боковые (горизонтальные, поперечные) составляющие усилий. Эти усилия возникают из-за различной нагрузки на штоках цилиндров 3 и 4 и инерционных сил, действующих главным образом со стороны груза на максимальном плече, равных вылету стрелы. Боковые усилия воспринимаются: скобами стержня 39 шарнирного треугольника 20 (здесь вылет минимален); связью-фермой 21, более мощной плоской фермой 24 и далее элементами жесткой пространственной фермы - корневой секции 1. По мере приближения к опорно-поворотному устройству 7, воспринимающему как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки, прочность и жесткость названных звеньев стрелы возрастает. Следовательно, плоские фермы рукояти находятся под действием сил сжатия и незначительных изгибающих моментов в поперечной плоскости; верхние стержни 38 и 37 рукояти работают только на растяжение. При этом пространственная ферма - корневая секция 1 - находится в сложнонапряженном состоянии. Оси цилиндров 3 и 4 не совпадают с осями опорно-поворотных устройств 8. Поэтому и эти устройства воспринимают взаимно перпендикулярные нагрузки.

При дополнительном горизонтальном развороте рукояти 2 на углы ±τ относительно корневой секции 1, что достигается несинхронным изменением длины силовых цилиндров 10 и 11 (считаем, что при этом секция предварительно развернута по горизонтали на угол +ψ или -ψ), происходит дальнейшее перераспределение усилий и изгибающих моментов в поперечной плоскости. Это является следствием различной нагрузки на штоках цилиндров 10 и 11, передающейся на цапфы 9 (с концами 41) общего шарнира 5, а также за счет вертикальной и горизонтальной составляющих усилия в опорно-поворотном устройстве 25, размещенном на конце корневой секции 1. Это приводит к некоторому увеличению поперечного изгибающего момента в ферме 24 рукояти и, главным образом, к возрастанию изгибающего момента на корневой секции 1; на эту секцию действует также момент, вызывающий кручение. Но корневая секция, выполненная в виде жесткой, треугольной в сечении фермы и усиленная раскосами 17 и 18, приспособлена для восприятия названных нагрузок. Верхний стержень 16 корневой секции, являющийся элементом пространственной фермы, дополнительно воспринимает незначительные усилия сжатия, а тяга 31 - только растяжения.

Зона действия стрелы образуется перемещением всей структуры - корневой секции 1 вместе с рукоятью- в вертикальной и горизонтальной плоскостях и за счет дополнительного поворота рукояти относительно корневой секции также в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Зона действия стрелы в вертикальной плоскости и до некоторой степени нагрузки на силовые цилиндры 3, 4, 10, 11 зависят от размеров шарнирных треугольников 19 и 20 рукояти. Изменение геометрии рукояти 2 и, следовательно, зоны действия стрелы достигается дискретным изменением длины верхних стержней 37 и 38 названных треугольников. Но главная особенность предлагаемой стрелы - расширение ее функциональных возможностей - достигается главным образом за счет увеличения зоны действия в горизонтальной плоскости. Суммарный угол ψ+τ разворота рукояти по горизонтали достигает 90° и более градусов. В отличие от традиционных схем шарнирно-сочлененных стрел “излом” описанной стрелы осуществляется в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Заслуживает внимания еще одна функциональная возможность стрелы, когда корневая секция разворачивается на угол ψ, а рукоять - на угол минус τ (суммарно ψ-τ). Это означает, что рукоять может занимать положение примерно параллельное и эквидистантное относительно исходной оси OУ (фиг.11).

Изобретение относится к подъемно-транспортным машинам, в частности к погрузочным манипуляторам. Стрела включает корневую секцию и связанную с ней рукоять, установленные с возможностью поворота посредством четырех силовых цилиндров. Корневая секция выполнена в виде треугольника, а рукоять состоит из двух стержневых шарнирных треугольников с общей для обоих треугольников связью. Цилиндры имеют общий шарнир с цапфами, соединенными с соответствующими стержнями в виде плоских ферм. Противоположные концы фермы корневой секции и ее цилиндры закреплены на грузоподъемном средстве посредством опорно-поворотных устройств с двумя степенями свободы. Устройство корневой секции снабжено консолью, являющейся продолжением вертикальной оси устройства. На противоположном конце секции закреплена с возможностью поворота в горизонтальной плоскости стойка с горизонтальными опорами. Секция снабжена тягой, которая совместно с консолью, корпусом указанной стойки и верхним стержнем корневой секции образует звенья шарнирного параллелограмма. Рукоять смонтирована на указанных опорах, а силовые цилиндры рукояти расположены под углом друг к другу, их корпуса смонтированы на цапфах общего шарнира, а штоки соединены в шарнирном узле рукояти со своими цапфами. Технический результат - расширение функциональных возможностей стрелы за счет увеличения зоны действия в горизонтальной плоскости. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Стрела грузоподъемного средства, содержащая корневую секцию и связанную с ней рукоять, установленные с возможностью поворота посредством четырех силовых цилиндров, при этом корневая секция выполнена в виде треугольника, с двумя острыми углами, две стороны которого в поперечном направлении выполнены в виде плоских ферм, а верхняя - третья сторона представляет стержень, рукоять выполнена из двух стержневых шарнирных треугольников с двумя острыми углами и с общей для обоих треугольников связью, один из шарниров которой соединен с силовыми цилиндрами рукояти, два силовых цилиндра корневой секции расположены под углом друг к другу, все цилиндры имеют общий шарнир с цапфами, соединенными с фермами корневой секции, корневая секция и ее цилиндры закреплены на грузоподъемном средстве посредством опорно-поворотных устройств с двумя степенями свободы, отличающаяся тем, что опорно-поворотное устройство корневой секции снабжено консолью, являющейся продолжением вертикальной оси устройства, на противоположном от упомянутого опорно-поворотного устройства конце корневой секции закреплена с возможностью поворота в горизонтальной плоскости стойка, заключенная в неповоротный корпус и снабженная горизонтальными опорами по бокам, корневая секция снабжена тягой, один конец которой шарнирно связан с консолью, а другой конец - с верхним концом неповоротного корпуса стойки таким образом, что консоль, корпус стойки, тяга и верхний стержень корневой секции образуют звенья шарнирного параллелограмма, при этом рукоять смонтирована на указанных горизонтальных опорах, а силовые цилиндры рукояти расположены под углом друг к другу, их корпуса установлены на концах цапф общего шарнира посредством устройств с двумя степенями свободы, а штоки этих цилиндров соединены между собой в шарнирном узле, имеющем цапфы, на которых закреплены соответствующие стержни и связь рукояти.2. Стрела по п.1, отличающаяся тем, что корневая секция снабжена раскосами для образования плоскими фермами и стержнем верхней стороны треугольника этой секции жесткой пространственной фермы.3. Стрела по п.1, отличающаяся тем, что устройства с двумя степенями свободы крепления корпусов цилиндров рукояти на цапфах общего шарнира выполнены в виде сферических подшипников скольжения.