ШАРНИРНЫЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫЙ МАНИПУЛЯТОР Российский патент 2020 года по МПК B66F11/00 B66C23/06 F16H21/00 

Изобретение относится к подъемно-транспортным машинам для перемещения подвешенных грузов в вертикальной плоскости и может быть использовано в автоматических линиях и роботах-манипуляторах при сборочных, ремонтных и фасовочных операциях в промышленности, машиностроении, портовом и гаражном хозяйстве.

Известно грузоподъемное устройство в виде грузоподъемной лебедки с наматываемым на тяговой барабан стальным канатом для вертикального перемещения подвешенного груза [1, стр. 327, схема лебедки на рисунке б)] - аналог.

Недостатками этого устройства являются:

1. Сложная конструкция и низкий КПД из-за применения сложного планетарного зубчатого редуктора и специального кабелеукладчика для равномерной многослойной укладки стального каната на тяговый вращающийся барабан.

2. Большие габариты тягового барабана с наматываемым на него стальным канатом (по правилам техники безопасности [2, стр. 222, табл. 115] диаметр тягового барабана должен быть не менее 1 метра для исключения перегиба и разрыва стального каната).

3. Из-за постоянного увеличения диаметра барабана при намотке на него стального каната происходит радиальное смещение поднимаемого груза относительно основания грузоподъемной лебедки, что приводит к раскачиванию поднимаемого груза и может вызвать обрыв каната и аварийное падение груза.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является применяемый в грузоподъемных машинах и роботах шарнирный грузоподъемный манипулятор, содержащий, установленное на опорной стойке, шарнирно-сочлененное устройство для перемещения подвешенного груза соединенного с шарнирным подвесом крюка, которое выполнено в виде кинематически связанных между собой двух кривошипных механизмов и одного поворотного двухкоромыслового рычажного механизма многошарнирного привода поворотной стрелы крана, в котором шарнирный подвес крюка с подвешенным грузом соединен с удлиненным шатуном, совершающим криволинейное перемещение вместе с подвешенным грузом при повороте ведущего коромысла [3, стр. 38, схема на рис. 3]. - прототип.

Недостатками известного шарнирного грузоподъемного манипулятора являются:

1. Криволинейное перемещение переносимого груза при его подъеме и опускании приводит к сильному раскачиванию переносимого груза с амплитудой до 0,7 метра [3, стр. 38, кривая на рис. 3], что снижает точность стыковки собираемых изделий и может привести к обрыву подвеса и аварийному падению с высоты тяжелого груза.

2. Колебательное перемещение подвешенного груза приводит к повышенным динамическим нагрузкам на приводной электродвигатель и узлы манипулятора, что требует более мощного двигателя и увеличения энергозатрат.

3. Большой опрокидывающий момент от груза на стреле крана относительно опорной стойки стрелы требует применения сложного уравновешивающего устройства.

Технической задачей является обеспечение подъема и опускания переносимого груза точно по заданной вертикали C₁C₂ для исключения вредного раскачивания этого груза, приводящего к перегрузке приводного электродвигателя и увеличению энергозатрат, а также снижение опрокидывающего момента от подвешенного груза относительно опорной стойки.

Решение поставленной задачи достигается за счет выполнения шарнирно-сочлененного устройства шарнирного грузоподъемного манипулятора в виде трех кривошипно-коромысловых механизмов с коромыслами одинаковой длины, соединенных между собой посредством рычажного механизма в виде равностороннего ромба, в котором 3 вершины ромба образуют 2 двойных и 1 тройной многократные шарниры с каждым их трех кривошипно-коромысловых механизмов, а четвертая вершина ромба выполнена в виде однократного шарнира и соединена с шарнирным подвесом крюка с подвешенным грузом, из указанных трех кривошипно-коромысловых механизмов два механизма выполнены с коромыслами одинаковой длины, шарнирно соединенными между собой через двойной многократный шарнир в общей точке с опорной стойкой, и содержит общий кривошип, длина которого равна длине опорной стойки, а третий кривошипно-коромысловый механизм выполнен с ведущим кривошипом, который кинематически связан через шатун с рычажным механизмом в виде равностороннего ромба совместно с коромыслом одного из двух других кривошипно-коромысловых механизмов и установлен на дополнительной шарнирной опоре, расположенной между опорной стойкой и линией вертикального перемещения подвешенного груза.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан шарнирный грузоподъемный манипулятор для перемещения подвешенного груза в вертикальной плоскости; на фиг. 2 показано крайнее нижнее положение С₁ подвеса с грузом на вертикали С₁С₂ при вращении ведущего кривошипа О₃Е шарнирного грузоподъемного манипулятора; на фиг. 3 показано крайнее верхнее положение С₂ подвеса с грузом на вертикали C₁C₂ при вращении ведущего кривошипа О₃Е шарнирного грузоподъемного манипулятора.

Данный шарнирный грузоподъемный манипулятор содержит опорную стойку 1 и шарнирно-сочлененное устройство для перемещения подвешенного груза 2, соединенного с шарнирным подвесом крюка 3. Шарнирно-сочлененное устройство для перемещения подвешенного груза 2 выполнено в виде трех кривошипно-коромысловых механизмов (O₂ABO₁, O₂ADO₁ и O₃EDO₁) с коромыслами 4 и 5 одинаковой длины (O₁B=O₁D), соединенных между собой посредством рычажного механизма в виде равностороннего ромба ABCD со сторонами 6, 7, 8 и 9 (AB=BC=CD=DA), в котором три вершины ромба (A, B, D) образуют многократные шарниры два двойных шарнира А, В и один тройной шарнир D с каждым из трех кривошипно-коромысловых механизмов, а четвертая вершина С ромба выполнена в виде однократного шарнира и соединена с шарнирным подвесом крюка 3 с подвешенным грузом 2.

Из указанных трех кривошипно-коромысловых механизмов два механизма (O₂ABO₁, O₂ADO₁) выполнены коромыслами с 4 и 5 одинаковой длины (O₁B=O₁D), шарнирно соединены между собой через многократный шарнир О₁ в общей точке с опорной стойкой 1 (O₁O₂), и содержат общий кривошип 10, длина которого O₂A равна длине опорной стойке (О₂А=O₁O₂), а третий кривошипно-коромысловый механизм O₃EDO₁ выполнен с ведущим кривошипом 11, который кинематически связан в точке D через шатун 12 с коромыслом 5 (O₁D), а также связан с механизмом в виде ромба ABCD и установлен на дополнительной шарнирной опоре О₃, расположенной между опорной стойкой O₁O₂ и линией С₁С₂ вертикального перемещения груза 2. Опорная стойка 1 (O₁O₂) является общей для кривошипно-коромысловых механизмов О₂АВО₁ и O₂ADO₁. Коромысло 5 (O₁D) является общим для кривошипно-коромысловых механизмов O₂ADO1 и O₃EDO₁. Установленный на промежуточной опоре О₃ ведущий кривошип 11 кинематически связан с приводным двигателем (на фиг. 1 не показан) через самотормозящуюся передачу, например, в виде самотормозящегося червячного редуктора, обеспечивающего фиксированное удержание подвешенного груза 2 на заданной высоте при включенном приводном двигателе.

Работа шарнирного грузоподъемного манипулятора заключается в следующем. При вращении ведущего кривошипа О₃Е за счет попеременного уменьшения или увеличения длины диагоналей BD и АС механизма равностороннего ромба ABCD происходит перемещение точно по вертикали С₁С₂ (показано на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) установленного на шарнире С ромба шарнирного подвеса 3 с поднимаемым или опускаемым грузом 2 в пределах его хода hmax=С₁С₂.

Достигаемый в данном шарнирном грузоподъемном манипуляторе технический результат будет следующий:

1. При угловом поворотном вращении кривошипа 11 обеспечивается подъем или опускание подвешенного груза 2 точно по вертикали С₁С₂ с ее постоянным расположением относительно опоры О₃ ведущего кривошипа 11, что исключает раскачивание груза 2, а установка кривошипа 11 на дополнительной шарнирной опоре О₃ между опорной стойкой O₁O₂ и линией С₁С₂ снижает опрокидывающий момент в манипуляторе.

2. Подъем и опускание подвешенного груза 2 без его раскачивания снижает динамические нагрузки на узлы манипулятора и приводной электродвигатель (что позволяет снизить его мощность на перемещение груза), а также повышает точность стыковки собираемых роботом изделий и узлов.

Источники информации:

1. Крайнев А.Ф. Механика машин (Фундаментальный словарь) - М.: Машиностроение, 2002, с. 327, схема лебедки на рисунке б) - аналог.

2. Долин П.А. Справочник по технике безопасности (Раздел 4 «Грузоподъемные машины для перемещения грузов») - М.: Энергоиздат, 1982, стр. 222, таблица 115.

3. Енчев К.Ц., Стойков С.Б. «Совмещение экстремального и оптимизационного синтеза при проектировании направляющего механизма портального крана // Теория механизмов и машин, №2 (12), 2008, Том 6. - Изд-во СПбГПУ - С. 38, рис. 3 (http:tmm.spbstu.ru) - прототип.

Изобретение относится к подъемно-транспортным машинам для перемещения подвешенных грузов в вертикальной плоскости и быть использовано в автоматических линиях и роботах-манипуляторах. Шарнирный грузоподъемный манипулятор содержит установленное на опорной стойке шарнирно-сочлененное устройство для перемещения подвешенного груза, соединенного с шарнирным подвесом крюка. Шарнирно-рычажное устройство выполнено в виде трех кривошипно-коромысловых механизмов, соединенных между собой посредством рычажного механизма в виде равностороннего ромба, в котором три вершины ромба образуют многократные шарниры с каждым из трех кривошипно-коромысловых механизмов, а четвертая вершина ромба выполнена в виде однократного шарнира и соединена с шарнирным подвесом крюка с подвешенным грузом. Достигается подъем или опускание подвешенного груза точно по заданной вертикали, что исключает раскачивание груза, приводящее к аварийному отрыву и падению груза, а также позволяет при точном движении переносимого груза по заданной прямой линии снизить динамические нагрузки на узлы манипулятора и уменьшить мощность приводного двигателя, а также повысить точность стыковки собираемых роботом изделий и уменьшить создаваемый грузом в манипуляторе опрокидывающий момент. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Шарнирный грузоподъемный манипулятор, содержащий установленное на опорной стойке шарнирно-сочлененное устройство для перемещения подвешенного груза, соединенного с шарнирным подвесом крюка, отличающийся тем, что шарнирно-сочлененное устройство выполнено в виде трех кривошипно-коромысловых механизмов с коромыслами одинаковой длины, соединенных между собой посредством рычажного механизма в виде равностороннего ромба, в котором три вершины ромба образуют два двойных и один тройной многократные шарниры с каждым из трех кривошипно-коромысловых механизмов, а четвертая вершина ромба выполнена в виде однократного шарнира и соединена с шарнирным подвесом крюка с повешенным грузом, из указанных трех кривошипно-коромысловых механизмов два механизма выполнены с коромыслами одинаковой длины, шарнирно соединенными между собой через двойной многократный шарнир в общей точке с опорной стойкой, и содержат общий кривошип, длина которого равна длине опорной стойки, а третий кривошипно-коромысловый механизм выполнен с ведущим кривошипом, который кинематически связан через шатун с рычажным механизмом в виде равностороннего ромба совместно с коромыслом одного из двух кривошипно-коромысловых механизмов и установлен на дополнительной шарнирной опоре, расположенной между опорной стойкой и линией вертикального перемещения подвешенного груза.

2. Шарнирный грузоподъемный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что установленный на дополнительной шарнирной опоре ведущий кривошип 3-го кривошипно-коромыслового механизма кинематически связан с приводным двигателем через самотормозящуюся передачу, обеспечивающую фиксированное удержание подвешенного груза на заданной высоте при выключенном приводном двигателе.