Динамический манипулятор Российский патент 2019 года по МПК B25J1/02 E21B1/12 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно, к манипуляторам, работающим на подземных рудниках и в испытательных камерах, и может быть использовано как энергетическая машина, предназначенная для разрушения горных пород ударным способом (когда ведение буровзрывных работ недопустимо из-за затруднений бурения шпуров, вызванных интенсивной трещиноватостью горных пород или по условиям безопасности труда горнорабочих в связи с высоким газовыделением из горных пластов).

Известен манипулятор, предназначенный для обеспечения быстродействия и достижения значительно большого вылета рабочего органа при небольшом перемещении выходного звена привода перемещения, основанного на использовании механизма многократного шарнирного параллелограмма, обладающего масштабной кратностью, маневренностью, широким диапазоном возможностей зоны обслуживания и герметизации ввода (см. авт. свид. №963847, кл. В25J 9/00). Однако такие манипуляторы не могут использоваться в качестве герметичных энергетических средств, предназначенных для разрушений крепких горных пород ударным способом.

Известна также конструкция шпагового манипулятора (см. авт. свид. СССР № 117241, взятого за прототип), предназначенного для выполнения различных операций и содержащего проходку, шаровую герметичную опору с фиксатором, выполненную из трех сферических элементов, концентрично расположенных друг относительно друга, и смонтированную в ней трубу шпаги, в которой размещена с возможностью поступательного перемещения штанга, имеющая на одном конце задающий механизм с рукояткой управления.

Однако, в ряде технологических процессов горнодобывающей промышленности целесообразно использовать удар, как способ разрушения пород.

Поэтому, недостатком известного шпатового манипулятора является то, что использование его в качестве мощного ударного устройства для разрушения горных пород невозможно, так как конструкция такого манипулятора не обеспечивает требуемого достижения мощности удара, разрушающего горный массив.

Кроме того, у этого манипулятора ограничен диапазон возможностей зоны обслуживания и свойство его использования как энергетической машины, предназначенной ля разрушения крепких горных пород.

Для достижения этой цели известный шпатовый манипулятор, содержащий проходку, герметичную шаровую опору с фиксатором, выполненную из трех сферических элементов, концентрично расположенных друг относительно друга и смонтированную в ней трубу шпаги, в которой размещена с возможностью поступательного перемещения штанга задающего механизма и рукоятка управления, снабжен механизмом многократного параллелограмма, выполненного в трубе шпаги манипулятора, ведомое звено которого состоит из нескольких параллелограммов и связано с ударным устройством (предназначенным для разрушения крепких горных пород), а его ведущее звено состоит из одного параллелограмма и жестко связано со штангой задающего механизма и рукояткой управления. Здесь механизм многократного шарнирного параллелограмма обладает свойством усилителя, представляющим собой устройство, в котором осуществляется увеличение энергетических параметров входного (управляющего) импульса (воздействия) за счет использования энергии вспомогательного (управляемого) источника. При этом мощность удара входного импульса (воздействия) на выходе исполнительного органа увеличивается во столько раз, во сколько раз число параллелограммов его ведомого звена, состоящего из нескольких параллелограммов, больше числа параллелограммов его ведущего звена, состоящего из одного параллелограмма.

Соответственно, отсюда следует, что:

- энергетические параметры на выходе исполнительного органа манипулятора во столько раз больше энергетических параметров на входе импульса воздействия, во сколько раз число параллелограммов больше числа параллелограммов его ведущего звена, состоящего из одного параллелограмма, то есть

где: Э1 - энергетические параметры ведущего звена

Э2 - энергетические параметры ведомого звена

n - число параллелограммов Это положение обосновывается тем, что:

- путь прямолинейного перемещения ведомого звена механизма многократного шарнирного параллелограмма во столько раз больше пути прямолинейного перемещения его ведущего звена, во сколько раз число параллелограммов его ведомого звена, состоящего из нескольких параллелограммов, больше числа параллелограммов его ведущего звена, состоящего из одного параллелограмма, то есть

где: ΔS - путь прямолинейного перемещения ведущего звена

ΔS1 - путь прямолинейного перемещения ведомого звена

n - число параллелограммов

- скорость прямолинейного перемещения ведомого звена, состоящего из нескольких параллелограммов, во столько раз больше скорости прямолинейного перемещения его ведущего звена, состоящего из одного параллелограмма, во сколько раз число параллелограммов его ведомого звена, состоящего из нескольких параллелограммов, больше числа параллелограммов ведущего звена, состоящего из одного параллелограмма, то есть

где: V1 - скорость линейного перемещения ведущего звена

V2 - скорость линейного перемещения ведомого звена

- время, затраченное на путь прямолинейного перемещения ведомого звена, состоящего из нескольких параллелограммов, равно времени, затраченному на путь прямолинейного перемещения его ведущего звена, состоящего из одного параллелограмма, то есть

где: tl - время, затраченное на путь прямолинейного перемещения ведущего звена, состоящего из одного параллелограмма

t2 - время, затраченное на путь прямолинейного перемещения ведомого звена, состоящего из нескольких параллелограммов

- ускорение прямолинейного перемещения ведомого звена, состоящего из нескольких параллелограммов, во столько раз больше ускорения прямолинейного перемещения его ведущего звена, состоящего из одного параллелограмма, во сколько 1 раз число параллелограммов его ведомого звена, состоящего из нескольких параллелограммов, больше числа параллелограммов его ведущего звена, состоящего из одного параллелограмма, то есть

где: V1 - скорость прямолинейного перемещения ведущего звена

V2 - скорость прямолинейного перемещения ведомого звена

n - число параллелограммов

Использование кратности энергетических параметров усиливающего свойства механизма многократного шарнирного параллелограмма, смонтированного в трубе шпаги манипулятора, позволит применять его в качестве энергетической машины, предназначенной для разрушения горных пород ударным способом, что позволит использовать механизм многократного шарнирного параллелограмма в качестве мощного ударного устройства и создать на его основе ряд конструкций энергетических машин. Это пополнит коллекцию модификаций манипуляторов, предназначенных для разрушения крепких горных пород в горнодобывающей промышленности, когда ведение буровзрывных работ недопустимо из-за затруднений бурения шпуров, вызванных интенсивной трещиноватостью горных пород или по условиям безопасного труда горнорабочих, в связи с высоким газовыделением из угольных пластов.

При изучении других известных технических решений в данной области признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают данному техническому решению критерий «существенные отличия».

На чертеже фиг. 1 изображен общий вид динамического манипулятора в разрезе, а на фотографии фиг. 2 показан его опытный образец.

Манипулятор содержит проходку 1, шаровую герметичную опору с фиксатором 2, смонтированную из внутреннего 3, наружного 4 и среднего 5 сферических элементов, расположенных концентрично друг относительно друга.

В опоре смонтирована труба 6 шпаги манипулятора, в которой размещена с возможностью поступательного перемещения штанга 7, имеющая на одном конце задающий механизм 8 с рукояткой управления 9, а на другом конце установлен механизм многократного шарнирного параллелограмма 10, выполненный в трубе 6 шпаги манипулятора, причем закреплен внутри ее центральным шарниром 11, разделяющим многократный параллелограмм на ведущее звено 12, состоящее из одного параллелограмма, и связанное со штангой 7, и ведомое звено 13, состоящее из нескольких параллелограммов, и связанное со штангой 7 задающим механизмом 8 и рукояткой 9.

На конце ведомого звена многократного параллелограмма 10, смонтировано ударное устройство 14 (предназначенное для разрушения крепких горных пород ударным способом), расположенное внутри трубы 6 шпаги манипулятора

Внутренний сферический элемент 3 шаровой опоры связан с трубой 6 шпаги манипулятора посредством герметизирующего элемента 15, который может быть выполнен в виде мембраны или сильфона, отделяющего рабочее пространство манипулятора от нерабочего.

Все устройство динамического манипулятора может быть смонтировано в стене борта герметичной самоходной машины, предназначенной для внутришахтных перемещений подземных рудников, например, разрабатывающих урановые месторождения и пр.

Манипулятор работает следующим образом.

Ударный исполнительный орган, представляющий собой трубу 6 шпаги динамического манипулятора получает качательное движение от рукоятки управления 9, качающийся вместе с трубой 6 в шаровой опоре, герметизирующий элемент 15, который отделяет рабочее пространство манипулятора от нерабочего и герметизирует передачу качательного движения исполнительному органу манипулятора от органа его управления.

При разрушении крепких горных пород ударное устройство 14 получает мощный управляемый импульс силы воздействия от ведомого 13 и ведущего 12 звена механизма многократного шарнирного параллелограмма 10, быстро раздвигающегося в трубе 6 относительно центрального шарнира И посредством перемещения штанги 7 задающего механизма 8 и рукоятки управления 9 манипулятора. При этом количество (число) параллелограммов ведущего звена 12 многократного параллелограмма 10 определяет величину параметров силы (импульса) и мощность удара, разрушающего горные породы.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

По сравнению с прототипом динамический манипулятор позволяет применять его в качестве энергетической машины, обладающей свойством усилителя энергетических параметров входного (управляющего) импульса (воздействия) за счет использования энергии вспомогательного (управляемого) источника, что позволит использовать механизм многократного шарнирного параллелограмма в качестве мощного ударного средства и создать на его основе ряд конструкций энергетических машин однородного класса, обладающих широким диапазоном возможностей зоны обслуживания и герметизации ввода.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в динамических манипуляторах, работающих на подземных рудниках и в испытательных камерах и предназначенных для разрушения горных пород ударным способом. Манипулятор содержит проходку, шаровую герметичную опору с фиксатором и смонтированную в ней трубу шпаги, в которой размещена с возможностью поступательного перемещения штанга, имеющая на одном конце задающий механизм с рукояткой управления. Предусмотрен механизм многозвенного шарнирного параллелограмма, размещенного в трубе шпаги и закрепленного внутри нее с помощью центрального шарнира, разделяющего упомянутый параллелограмм на ведомое и ведущее звенья, причем ведущее звено состоит из одного параллелограмма и связано с другим концом штанги, а ведомое звено состоит из нескольких параллелограммов и связано со смонтированным внутри трубы ударным устройством. В результате расширяется диапазон возможностей использования шпагового манипулятора в качестве энергетической машины для разрушения крепких горных пород. 2 ил.

Динамический манипулятор, содержащий проходку, шаровую герметичную опору с фиксатором, выполненную из трех сферических элементов, концентрично расположенных друг относительно друга, и смонтированную в ней трубу шпаги, в которой размещена с возможностью поступательного перемещения штанга, имеющая на одном конце задающий механизм с рукояткой управления, отличающийся тем, что он снабжен механизмом многозвенного шарнирного параллелограмма, размещенного в трубе шпаги и закрепленного внутри нее с помощью центрального шарнира, разделяющего упомянутый параллелограмм на ведомое и ведущее звенья, при этом ведущее звено состоит из одного параллелограмма и связано с другим концом штанги, а ведомое звено состоит из нескольких параллелограммов и связано со смонтированным внутри трубы ударным устройством.