Манипулятор

 

Изобретение относится к грузоподъемной технике, в частности к сельскохозяйственному машиностроению. Манипулятор содержит основание с кронштейнами навески и выдвижными опорами, закрепленную с возможностью поворота вокруг вертикальной оси основания опорно-поворотную колонку со смонтированной на ней шарнирно стрелой, рукоять, имеющую грузозахватный крюк, гидроприводы управления стрелой и рукоятью и механизм поворота опорно-поворотной колонки. Основание выполнено в виде ⊥--образной фермы, опорно-поворотная колонка выполнена в виде полой штанги и установлена в полости вертикальной балки основания посредством разнесенных по ее высоте радиальных подшипников скольжения и размещенного в донной части вертикальной балки этого основания упорного подшипника. Механизм поворота опорно-поворотной колонки расположен в верхней части упомянутой колонки, которая снабжена также расположенными в ее верхней части кронштейнами для шарнирного соединения с основанием гидропривода управления стрелой и нижним шарниром последней, а стрела снабжена охватывающим ее с возможностью ограниченного при помощи упора перемещения ползуном, посредством которого гидроприводы управления стрелой и рукоятью соединены с этой стрелой и взаимно. Изобретение позволяет повысить диапазон углов поворота стрелы. 2 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к грузоподъемной технике.

Известно устройство для поворота и изменения вылета стрелы крана, содержащее основание, раму, шарнирно установленные на ней под углом друг к другу гидроцилиндры, штоки которых шарнирно соединены между собой и со стрелой, установленной на раме, поворотной в горизонтальной плоскости оси с возможностью поворота в вертикальной плоскости, в котором с целью расширения зоны действия и снижения динамических нагрузок рама выполнена в виде T-образной фермы, на концах горизонтальной перекладины которой закреплены корпуса гидроцилиндров, а вертикальная стойка фермы выполнена пустотелой для закрепления внутри нее поворотной оси, при этом ферма установлена на основании с возможностью поворота в горизонтальной плоскости посредством дополнительного привода, взаимодействующего с наружной поверхностью вертикальной стойки; дополнительный привод выполнен в виде гидровинтового механизма, включающего закрепленную на наружной поверхности вертикальной стойки T-образной фермы обойму и размещенный внутри нее поршень с центральным отверстием, охватывающим вертикальную стойку, установленный с возможностью перемещения вдоль оси последней, зафиксированный от поворота вокруг нее и взаимодействующий с ней посредством винтовой нарезки, выполненной на сопрягаемых поверхностях поршня и стойки (SU, авторское свидетельство N 1813697. МПК⁵ B 66 C 23/82. Устройство для поворота и изменения вылета стрелы крана. //Герасун В.М., Карсаков А.А., Пындак В.И., Рогачев А.Ф., Строков В.Л. Заявлено 11.03.1991, опубликовано 07.05.1993).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, относятся ограниченная зона обслуживания в горизонтальной плоскости и сложность конструкции дополнительного привода. Описанное устройство не обеспечивает "чистый" подъем и строго горизонтальное перемещение.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является манипулятор, содержащий плоское основание с кронштейнами навески и выдвижными опорами, закрепленную с возможностью поворота вокруг вертикальной оси основания опорно-поворотную колонку со смонтированной шарнирно на ней стрелой, рукоять с грузозахватным крюком, попарно установленные силовые гидроцилиндры управления стрелой и рукоятью и дополнительные гидроцилиндры механизма поворота опорно-поворотной колонки (см. Навесной манипулятор "Волгоградский". //Инф. листок Волгоградского ЦНТИ N 230-97. Составители: В.М.Герасун, В.И.Пындак, А.Ф.Рогачев. -Волгоград, 1997. -4 с.).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за ближайший аналог, относятся ограниченная зона обслуживания в горизонтальной плоскости шарнирно сочлененной стрелы и рукояти и неудовлетворительные динамические и кинематические характеристики механизма поворота. К недостаткам этого манипулятора относится также и то, что требуются капитальные изменения в гидросистеме агрегатируемого трактора.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - расширение зоны обслуживания и упрощение конструкции.

Технический результат - повышение диапазона углов поворота стрелы и вылета рукояти, упрощение конструкции и снижение динамических нагрузок на крайних участках поворота колонки, повышение технической надежности.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в манипуляторе, содержащем основание с кронштейнами навески и выдвижными опорами, закрепленную с возможностью поворота вокруг вертикальной оси опорно-поворотную колонку со смонтированной на ней стрелой, рукоять с грузозахватным крюком, гидроприводы управления стрелой, рукоятью и механизм поворота опорно-поворотной колонки, включающий в себя гидропривод управления этой колонкой, согласно изобретению основание выполнено в виде ┴-образной фермы, опорно-поворотная колонка выполнена в виде полой штанги и установлена в полости вертикальной балки основания посредством разнесенных по ее высоте радиальных подшипников скольжения и размещенного в донной части вертикальной балки этого основания упорного подшипника, вышеназванный механизм поворота спорно-поворотной колонки расположен в верхней части упомянутой колонки, которая снабжена также расположенными в ее верхней части кронштейнами для шарнирного соединения с основанием гидропривода управления стрелой и нижним шарниром последней, а стрела снабжена охватывающим ее с возможностью ограниченного при помощи упора перемещения ползуном, посредством которого гидроприводы управления стрелой и рукоятью соединены с этой стрелой и взаимно, причем полости упомянутых гидроприводов управления стрелой и рукоятью гидравлически соединены между собой делителями потоков с дистанционно управляемыми золотниками; упор ползуна выполнен в виде призмы и установлен в пазу стрелы; механизм поворота опорно-поворотной колонки выполнен в виде цилиндрической шестерни и зубчатой рейки, соединенной с оппозитно установленными силовыми цилиндрами гидропривода.

За счет того, что гидроприводы стрелы и рукояти взаимно соединены ползуном и гидравлически друг с другом посредством делителей потока, достигается вышеуказанный технический результат.

Проведенный заявителями анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителями не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" заявители провели дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайшего аналога признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителями, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан полноповоротный навесной манипулятор, вид в плане.

На фиг. 2 - то же, вид сбоку.

На фиг. 3 - место I на фиг. 1, узел соединения гидроприводов стрелы и рукояти.

На фиг. 4 - селение А-А на фиг. 3, положение упора ползуна в ограничителе перемещения стрелы.

На фиг. 5 - схема соединения полостей гидроприводов стрелы и рукояти при горизонтальном перемещении грузозахватного крюка.

На фиг. 6 - то же, при вертикальном перемещении грузозахватного крюка.

На фиг. 7 - то же, при сложном перемещении грузозахватного крюка.

На фиг. 8 - диаметральный разрез делителя потока рабочей жидкости при ее подаче в полости гидроприводов стрелы и рукояти.

На фиг. 9 - то же, при подаче всего потока рабочей жидкости в полость гидропривода стрелы.

На фиг. 10 - то же, при подаче рабочей жидкости в полость гидропривода рукояти.

На фиг. 11 - зона обслуживания грузозахватным крюком в продольно-вертикальной плоскости при совместной работе стрелы и рукояти.

На фиг. 12 - поэлементное горизонтальное перемещение грузозахватного крюка.

На фиг. 13 - то же, при вертикальном перемещении.

На фиг. 14 - ┴-образная ферма основания манипулятора, вид со стороны кронштейнов навески.

На фиг. 15 - то же, вид в плане.

На фиг. 16 - сечение Б-Б на фиг. 2, поперечное сечение основания и опорно-поворотной колонки.

Сведения, подтверждающие возможность реализации представленного технического решения, заключаются в следующем.

Манипулятор (см. фиг. 1 и 2) содержит основание 1 с кронштейнами навески 2-4 и выдвижными опорами 5 и 6, закрепленную с возможностью поворота вокруг вертикальной оси опорно-поворотную колонку 7 со смонтированной на ней стрелой 8, рукоять 9 с грузозахватным крюком 10, гидроприводы 11 и 12 управления стрелой 8, рукоятью 9 и механизм поворота опорно-поворотной колонки 7, включающий в себя гидроприводы 13 и 14 управления этой опорно-поворотной колонкой 7.

Основание 1 выполнено в виде ┴-образной фермы из толстостенных труб (см. фиг. 14 и 15). Опорно-повортная колонка 7 выполнена в виде полой штанги и установлена в полости вертикальной балки основания 1.

В горизонтальных балках основания 1 размещены с возможностью фиксирования выдвижные опоры 5 и 6. Опорно-поворотная колонка 7 в полости основания 1 установлена посредством разнесенных по ее высоте радиальных подшипников скольжения и размещенного в донной части вертикальной балки этого основания 1 упорного подшипника 15 (см. фиг. 2 и 16). На вертикальной балке и горизонтальных балках основания 1 размещены кронштейны 2-4, которые образуют присоединительный треугольник. Посредством кронштейнов 2-4 основание 1 соединяется (агрегатируется) с тягами навесной системы трактора класса тяги 3.

Вышеназванный механизм поворота опорно-поворотной колонки 7 расположен в верхней части вышеупомянутой колонки 7. Опорно-поворотная колонка 7 в виде вертикально установленной полой штанги снабжена цилиндрической шестерней 16 механизма поворота 17, а также расположенными в ее верхней части кронштейнами 18 и 19 для шарнирного соединения с основанием гидропривода 11 управления стрелой 8 и нижним шарниром последней. Кронштейны 18 и 19 совместно образуют базовую деталь. Механизм поворота 17 опорно-поворотной колонки 7 выполнен в виде цилиндрической шестерни 16 и зубчатой рейки 20, соединенной с оппозитно установленными в корпусе 21 силовыми цилиндрами 13 и 14 гидропривода. Механизмом поворота 17 обеспечивается угловое смещение опорно-поворотной колонки 7 в полости основания 1 на угол 0...360^o.

Грузозахватный крюк 10 размещен на удаленном конце рукояти 9 и с ней соединен горизонтальным и вертикальным шарнирами. Рукоять 9 представлена двуплечим рычагом. Шарниром 22 рукоять 9 соединена с дальним концом стрелы 8. Короткое плечо 23 рукояти 9 соединено со штоком силового гидроцилиндра гидропривода 12.

Гидропривод 11 стрелы 8 представлен двумя длинноходовыми гидроцилиндрами (см. фиг. 3). Штоки гидроприводов 11 шарнирно посредством цапф 24 и 25 соединены с ползуном 26 стрелы 8. Стрела 8 снабжена охватывающим ее с возможностью ограниченного при помощи упора 29 перемещения ползуном 26. Основание гидропривода 12 управления рукоятью 9 посредством оси 27 шарнирно соединено с кронштейнами 28 ползуна 26 (см. фиг. 2 и 4).

Ползун 26 охватывает поверхность стрелы 8. Положение ползуна 26 на поверхности стрелы 8 зафиксировано упором 29. Упор 29 ползуна 26 выполнен в виде призмы и установлен в прорези ползуна 26 и в пазу 30 стрелы 8.

Таким образом, гидроприводы 11 и 12 управления стрелой 8 и рукоятью 9 посредством ползуна 26 соединены с этой стрелой 8 и взаимно.

Полости упомянутых гидроприводов 11 и 12 управления стрелой 8 и рукоятью 9 гидравлически соединены между собой делителями потоков 31 и 32 рабочей жидкости с дистанционно управляемыми золотниками (см. фиг. 5-7). Делители потоков 31 и 32 сблокированы и гидравлически параллельно соединены посредством рукавов высокого давления с раздельно агрегатной гидравлической системой агрегатируемого трактора.

Каждый из делителей потоков 31 и 32 имеет корпус с гидроуправляемым гидрозолотником 33. Исходное положение гидрозолотника 33 в корпусе удерживается возвратными силовыми пружинами (см. фиг. 8). В этом случае в заданных пропорциях поток q рабочей жидкости направляется в штоковую полость гидропривода 11 и бесштоковую полость гидропривода 12 (см. фиг. 5).

При перемещении гидрозолотников 33 вправо, согласно схеме на фиг. 9, весь поток q рабочей жидкости направляется в штоковую полость гидропривода 11 (см. фиг. 6).

Для выполнения сложных перемещений гидрозолотник 33 смещают влево (см. фиг. 10). При этом положении гидрозолотника 33 весь поток q направляется в полость гильзы силового гидроцилиндра гидропривода 12.

┴-образную ферму основания 1 образуют две полые разного диаметра толстостенные трубы 34 и 35. В трубе 34 выполнено технологическое отверстие, ось которого перпендикулярна оси симметрии трубы 34 (см. фиг. 13-16). Нижний конец вертикально установленной трубы 35 выступает за нижний срез горизонтальной трубы 34. Взаимное сопряжение труб 34 и 35 соединено замкнутыми сварными швами. Сварное соединение труб 34 и 35 фермы основания 1 усилено косынками 36.

На поверхности труб 34 и 35 сварными швами с заданными параметрами на вершинах треугольника закреплены кронштейны 2-4.

В верхней части трубы 35 закреплены корпус 21 гидроприводов 13 и 14 и механизма поворота 17.

Опорно-поворотная колонка 7 выполнена из толстостенной трубы. Донная часть этой трубы закрыта заглушкой 37 с углублением для установки шара упорного подшипника 15. В полости трубы 35 в ее нижней части выполнена резьбовая часть 38 для установки диска 39. Диск 39 на торце имеет отверстие 40 для установки монтажного ключа. Цилиндрическая часть диска 39 снабжена резьбой. Диск 39 ввинчивается в резьбовую часть 38 трубы 35. На одной из плоскостей диска 39 выполнено также углубление для центровки шара упорного подшипника 15 (см. фиг. 16). Выше резьбовой части 38 в полости трубы 35 выполнена проточка для установки нижнего радиального подшипника 41.

В полости вертикальной трубы 35 в ее верхней части размещен второй радиальный подшипник скольжения 42. Подшипник 42 запрессован в верхней части трубы 35. Поверхность 43 трубы опорно-поворотной колонки 7 ниже шлицев 44 имеет чистовую обработку. На шлицах 44 размещена цилиндрическая шестерня 16 механизма 17 поворота.

Манипулятор работает следующим образом.

Заявленный манипулятор при грузоподъемности 1,5 тс при максимальном удалении грузозахватного крюка 10 от основания 1 агрегатируют с тракторами класса тяги 3. Масса трактора и его гидравлическая система обеспечивают нормальную работу всех узлов манипулятора.

Трактор задним ходом подают к кронштейнам 2-4 навески. Кронштейны 2-4 пальцами соединяют с тягами трактора. Тяги блокируют цепями. Гидронавеской трактора основание 1 переводят в транспортное положение. Опоры 5 и 6 переводят в рабочее положение. Основание 1 гидронавеской трактора возвращают в исходное положение. Рукавами высокого давления соединяют левую и правую секции гидрораспределителя трактора соответственно с гидроприводами 13 и 14 механизма поворота 17 и гидроприводами 11 и 12 стрелы 8 и рукояти 9.

При подаче рабочей жидкости из левой секции гидрораспределителя трактира по рукавам высокого давления она поступает соответственно в штоковую и бесштоковую полости гидроприводов 13 и 14. Перемещение общего штока гидроприводов 13 и 14 приводит к поступательному перемещению зубчатой рейки 20. Зубья последней приводят к вращению цилиндрической шестерни 16 и поворотной колонки 7. Угловое смещение опорно-поворотной колонки 7 приводит к повороту кронштейнов 18 и 19, а вместе с ними - стрелы 8 и рукояти 9 с грузозахватным крюком 10. Серийный гидрозолотник гидрораспределителя трактора имеет четыре фиксированных положения - "Подъем", "Нейтральное", "Опускание" и "Плавающее". При положении гидрозолотника "Нейтральное" стрела 8 и рукоять 9 останавливаются над перемещаемым грузом. Переводом левой ручки гидрозолотника в положение "Опускание" изменяется направление поворота опорно-поворотной колонки 7.

Управление гидроприводами 11 и 12 осуществляют правой ручкой гидрораспределителя трактора. Работу гидроприводов 11 и 12 рассмотрим в трех наиболее характерных случаях эксплуатации манипулятора.

При переводе правой ручки гидрозолотника агрегатируемого трактора в положение "Опускание" поток q рабочей жидкости поступает по рукаву высокого давления в делитель 31 потока (согласно ГОСТ 2.781-68, стр. 52). При нажатии электрической кнопки "Удаление" управления положением гидрозолотника 33 в корпусе делителя 31 гидрозолотник 33 занимает крайнее правое положение (см. фиг. 9). При таком положении гидрозолотника поток q рабочей жидкости направляется в бесштоковую полость гидропривода 11. Выдвижение штоков силовых гидроцилиндров гидропривода 11 приводит к тому, что стрела 8 (см. фиг. 11) от точки 1 удаляется, поворачиваясь вокруг точки 2. Грузозахватный крюк 10, совмещенный с точкой 6 на фиг. 11, перемещается в пространстве и удаляется от опорно-поворотной колонки 7. Зона обслуживания грузозахватным крюком 10 при последовательном угловом перемещении рукояти 9 и стрелы 8 показана на фиг. 11. Поршнями штоков из силовых гидроцилиндров гидропривода 11 вытесняется часть рабочей жидкости, которая через делитель 32 потока по второму рукаву сбрасывается в масляный бак гидросистемы трактора. Сблокированные гидрозолотники делителей потоков 31 и 32 выполняют заданные функциональные обязанности.

Индивидуальное управление положением рукояти 9 относительно стрелы 8 производится изменением положения гидрозолотников 33 в делителях 31 и 32 потока, для этого достаточно нажать электрическую кнопку "Приближение": каждый золотник 33 займет положение, представленное на фиг. 10, а грузозахватный крюк 10 перемещается по сложной траектории (dx, dz, фиг. 7 и 11).

Рассмотрим примеры выполнения работ в сельскохозяйственном производстве. При производстве кип из лекарственного сырья, например из корней и корневищ солодки голой в качестве сырья для фармацевтической промышленности, последние прессуют в гидравлических прессах усилием до 500 кН. Кипы массой 200 кг обвязывают перекрестно металлическими лентами сечением 20х0,7 мм. Выемка каждой кипы из прессовальной камеры пресса должна вестись строго вертикально.

На. фиг. 13 представлена траектория a-b-c-d-e-f-i-k-l грузозахватного крюка 10 при извлечении кипы из прессовальной камеры гидравлического пресса ПК-500. Для этого механизатору достаточно нажать электрическую кнопку "Удаление" управления гидрозолотника 33, а правый рычаг гидрозолотника трактора перевести в положение "Подъем" (см. фиг. 6, 9, 13).

При погрузке кип из спресованных корней и корневищ солодки массой 200 кг в крупно-, средне- и малотоннажные контейнеры необходимо строго горизонтальное перемещение (см. фиг 12). При погрузке кип в полость контейнера механизатору достаточно правую ручку гидрозолотника трактора перевести в положение "Подъем". Гидрозолотники 33 в делителях 31 и 32 потоков q рабочей жидкости занимают положение, представленное на фиг. 8. При загрузке кип в контейнер грузозахватный крюк 10 перемещается по траектории n-m-l-k-i-e-d-c-b-a-6^III (см. фиг. 12). Ползун 26 на стреле 8 в каждом случае подъема или перемещения груза в гидроприводах 11 и 12 создает самонастраивающуюся систему. Ползун 26 исключает пило- или скачкообразные перемещения груза как при "чистом" подъеме, так и при строго горизонтальном перемещении. Это особенно важно при выполнении монтажных и строительных работ.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий. Заявленный манипулятор предназначен для использования в сельском хозяйстве и сельскохозяйственном машиностроении. Предлагаемая конструкция манипулятора реализуема известными техническими средствами.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Формула изобретения

1. Манипулятор, содержащий основание с кронштейнами навески и выдвижными опорами, закрепленную с возможностью поворота вокруг вертикальной оси опорно-поворотную колонку со смонтированной на ней стрелой, рукоять с грузозахватным крюком, гидроприводы управления стрелой, рукоятью, и механизм поворота опорно-поворотной колонки, включающей в себя гидропривод управления этой колонкой, отличающийся тем, что основание выполнено в виде ⊥-образной фермы, опорно-поворотная колонка выполнена в виде полой штанги и установлена в полости вертикальной балки основания посредством разнесенных по ее высоте радиальных подшипников скольжения и размещенного в донной части вертикальной балки этого основания упорного подшипника, упомянутый механизм поворота опорно-поворотной колонки расположен в верхней части упомянутой колонки, которая снабжена также расположенными в ее верхней части кронштейнами для шарнирного соединения с основанием гидропривода управления стрелой и нижним шарниром последней, а стрела снабжена охватывающим ее с возможностью ограниченного при помощи упора перемещения ползуном, посредством которого гидроприводы управления стрелой и рукоятью соединены с этой стрелой и взаимно, причем полости упомянутых гидроприводов управления стрелой и рукоятью гидравлически соединены между собой делителями потоков с дистанционно управляемыми золотниками.

2. Манипулятор по п.1, отличающийся тем, что упор ползуна выполнен в виде призмы и установлен в пазу стрелы.

3. Манипулятор по п.1, отличающийся тем, что механизм поворота опорно-поворотной колонки выполнен в виде цилиндрической шестерни и зубчатой рейки, соединенной с оппозитно установленными силовыми цилиндрами гидропривода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16