RU2053191C1 - Crane-manipulator - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; materials handling facilities. SUBSTANCE: crane-manipulator has vertically turnable base made in form of plane triangular truss mounted on vehicle and three hydraulic cylinders whose housings are hinge-connected in corners of base and rods of all three cylinders are interconnected and connected with load gripping member. Crane-manipulator has also base turning hydraulic cylinder. One of base corners of crane-manipulator is mounted on vehicle for turning in horizontal plane. Second cylinder is installed for turning the base. Second cylinder is arranged at angle to first base turning cylinder, and rods of these cylinders are interconnected and connected to side of base opposite to corner of base secured on vehicle. EFFECT: enlarged operating capabilities. 3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к технике проведения погрузочно-разгрузочных, монтажных, ремонтных, подсобных и других работ, выполняемых преимущественно мобильными подъемно-транспортными агрегатами ограниченной грузоподъемности. The invention relates to techniques for loading, unloading, installation, repair, utility and other work performed mainly by mobile lifting and handling units of limited carrying capacity.

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.To carry out these works, loading manipulators are used, containing a sectional load-lifting boom and hydraulic cylinders for lifting and "breaking" the boom in a vertical plane. To rotate the boom in the horizontal plane, the boom with the said cylinders is mounted on a turntable driven into rotation by a rotation (rotation) mechanism [1]
Known manipulators have increased dimensions and weight, are not adapted for quick installation of dismantling (light attachment) on a vehicle of limited capacity, for example, on a tractor self-propelled chassis, are not able to significantly reduce their dimensions in the transport position and are characterized by the heterogeneity of the used parts and assemblies, which complicates the production and the operation of equipment, reduce the level of unification.

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. Closest to the proposed one is a crane containing a vehicle mounted in a vertical plane, a base in the form of a flat triangular shape and three hydraulic cylinders, the hulls of which are pivotally mounted on the tops of the base, and the rods of all three cylinders are connected to each other and to the load gripping body; the crane also contains a hydraulic cylinder for turning the base [2] With this design, the dimensions and weight of the structure are reduced, the dimensions are reduced in the transport position, the mounting ability of the device on the vehicle is slightly improved, the level of unification of parts and assemblies is increased, production and operation are simplified.

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. However, the known crane has a limited range, in particular, the rotation angles of the hydraulic cylinders carrying the load gripping member in the horizontal plane are insufficient; there is a need to refine the vehicle (tractor self-propelled chassis) for mounting the base and the base turning hydraulic cylinder, which reduces the mounting ability of the equipment; insufficiently high level of rational unification of parts and assemblies due to significantly different loads perceived by hydraulic cylinders and different performance of articulated joints in systems for turning the base and moving cargo with three hydraulic cylinders.

Задача изобретения расширение зоны действия, повышение монтажеспособности и уровня рациональной унификации. The objective of the invention is the expansion of the coverage area, increasing the mounting ability and the level of rational unification.

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. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is expressed in expanding the capabilities of the device: the high mounting ability of the equipment turns the proposed device into a hinged removable working equipment, and the extremely high level of unification is based on a more uniform loading of all hydraulic cylinders and the presence of functionally similar joints. In the end, the prerequisites for creating an original crane-manipulator, which is characterized by high maneuverability and low specific material consumption, are created.

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. This is achieved by the fact that in the crane, the base of one of the peaks is mounted on the vehicle with the possibility of rotation in a horizontal plane, while for turning the base there is a second hydraulic cylinder, which is angled with respect to the first rotation cylinder of the base, and the rods of these cylinders are connected between each other and with the side of the base opposite the top fixed to the vehicle. The hydraulic cylinder rods for rotation of the base are interconnected by an axis placed in the walls of the hollow ball joint, which is movably mounted on the indicated side of the base, and the cylinder bodies are pivotally mounted respectively on the base and on the vehicle by means of a fork, the extension of which is an earring with a hole whose axis is perpendicular to the axis placed in a fork.

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. In FIG. 1 shows a crane; figure 2 view a in figure 1; figure 3 section BB in figure 1; figure 4 section bb in figure 1; 5, node I in FIG. 1; in Fig.6 view G in Fig.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. The basis of the working equipment of the crane is three hydraulic power cylinders 1, 2 and 3. The bodies of these cylinders with hinges 4 having two degrees of freedom are fixed on the tops of the base 5. The opposite ends (rods) of all three cylinders are brought together using a special hinge 6, bearing the function of the head beam, to which a load-gripping organ is also attached 7. The base is made in the form of a flat triangular shape. The base of one of the peaks is mounted on the vehicle using a pivot joint 8. The latter is mounted on a standard (belonging to the vehicle, mainly tractor self-propelled chassis) transverse beam 9. The joint 8 contains a vertical 10 and a horizontal 11 mutually perpendicular to the axis of rotation.

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. To rotate the base, two hydraulic cylinders 12 and 13 are provided. The bodies of these cylinders are hinged 14 with two degrees of freedom fixed to the standard (vehicle-owned) longitudinal beams (side members) 15. Cylinders 12 and 13 are located at an angle to each other, their opposite ends (rods) using a special hinge 16 are interconnected and with the side of the base 5, the opposite mounted on the vehicle top.

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. In a special hinge 16, the rods of the hydraulic cylinders 12 and 13 end respectively with an eye and a fork, which are interconnected by an axis 17 placed in the walls of the hollow ball joint 18. The latter is enclosed in a cage 19, which is mounted on the indicated side of the base 5. A special hinge also contains similar parts 6, connecting the rods of the hydraulic cylinders 1, 2 and 3 and the bearing load-gripping body 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. The hinges 4 for mounting the bodies of the hydraulic cylinders 1, 2, 3 and the hinges 14 of the hydraulic cylinders 12, 13 include a plug 20, the continuation of which is an earring 21. The plug 20 is connected to the eye of the cylinder body using an axis 22. The earring 21 through its axis 23 is connected to a support, fixed respectively on the base 5 and on the longitudinal beams 15 of the vehicle. The axis of symmetry of the axes 22 and 23 (and the holes for these axes) are perpendicular to each other.

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). To limit the inclination of the transverse beam 9 of the chassis relative to the front axle 24 during lifting and transport operations there are movable stops 25. The latter can be made in the form of screw jacks built into the bridge. The structure of the crane equipment also includes a hydraulic power unit, distribution hydraulic equipment and controls (not shown).

Кран-манипулятор работает следующим образом. The crane manipulator operates as follows.

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). With a change in the length of displacements of the rod with the piston of at least one hydraulic cylinder 1, 2 or 3, the geometric shape of the spatial structure formed by these cylinders and the base 5 changes. As a result, the top of the spatial structure of its hinge (head beam) 6 begins to move, dragging the load-gripping organ 7. By manipulating the operation of one, two or all three cylinders, the head crosshead is brought to a predetermined position in space (characteristic positions are shown in FIGS. 1 and 2 by dash-dotted lines; into the conveyor Mr. position indicated by TP arm minimizes the size).

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 α 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 α может быть меньше 90^о; угол β 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.When the hydraulic cylinders 12 and 13 are turned on, the base 5, together with the hydraulic cylinders 1, 2 and 3 fixed to it, additional mobilities are reported. With a simultaneous change in the length of the movement of the rod with the piston of both hydraulic cylinders 12 and 13, the base 5 with the equipment is deployed in a vertical plane. In this case, the base is deployed relative to the horizontal axis of rotation 11 of the pivot joint 8. When one of the hydraulic cylinders 12 or 13 is in operation, combined movement is simultaneously communicated to the base 5 with equipment simultaneously in the vertical and horizontal planes. In this case, the base rotates simultaneously relative to the vertical 10 and horizontal 11 rotation axes of the hinge 8. Other combinations of the hydraulic cylinders 12 and 13 are possible, while the working angle α of rotation of the base in the vertical plane (Fig. 1) should be more than 90 ^° ; when transferring equipment to the transport position (TR) in the absence of rotation of the base in the horizontal plane, the angle α can be less than 90 ^about ; the angle β of the horizontal turn of the base is ± 45.60 ^about (both angles are provided by the ratio of the size of the system). The ability to rotate the base 5 with the equipment in a horizontal plane expands the range of the crane and increases its maneuverability; the number of degrees of freedom of the system reaches five.

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. Before starting lifting and transporting operations, the inclination of the transverse beam 9 of the self-propelled chassis relative to the front axle 24 is blocked by extending the movable stops 25. As a result, the unit works without outriggers and additional mobility is reported to the system as a whole due to the movement of the chassis using its chassis.

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. When changing the geometry of the spatial structure formed by hydraulic cylinders 12, 13 and base 5, the rods of these cylinders their eye and fork rotate relative to each other on the axis 17 of the hinge 16. In addition, the hollow ball bearing 18 of the same hinge together with the axis 17 and, therefore, with the rods of the cylinders 12 and 13 is rotated relative to the cage 19, mounted on the base. Similarly, using the hinge 6 provides the necessary mobility when changing the geometry of the spatial structure formed by hydraulic cylinders 1, 2, 3 and base 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. During the operation of the crane, the bodies of the hydraulic cylinders 1,2,3,12 and 13 are rotated, respectively, with respect to the base 5 and the longitudinal beams 15 of the chassis in the general case in two mutually perpendicular directions. In this case, in hinges 4 and 14 with two degrees of freedom, the cylinder body rotates relative to the yoke 20 on the axis 22, and the yoke 20 together with the earring 21 rotates in the perpendicular direction relative to the hinge support on the axis 23. The hinges 4 and 14 satisfy the kinematics of the crane and ensure its operability when the cylinder-hinge system is in an indefinite position on one axis. On the other hand, all hinges for securing the cylinder bodies are unified among themselves.

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. Since the base 5 is mounted on the chassis of one of its peaks, the hydraulic cylinder 1 mounted on this peak accepts only compressive loads. Tensile loads less favorable for hydraulic cylinders are perceived by pairs of cylinders 2, 3 and 12, 13, the presence of two cylinders for turning the base eliminates their overload. As a result, a more uniform loading of all cylinders is achieved. In combination with the same type of hinges of two sizes for mounting the cylinder body and connecting their rods, the prerequisites for a rationally high unification of parts and assemblies are created. The loader crane has three attachment points on the self-propelled chassis: on the transverse beam 9, the housing of the slewing-rotary hinge 8 is attached, on the longitudinal beams 13 of the hinge support 14. The initial preparation of the chassis for mounting the equipment consists only in drilling the corresponding holes on the specified beams that are the accessory of the chassis . Due to this, the crane is characterized by high mounting ability.

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. The invention is intended for use in industry when carrying out loading, unloading, installation, repair, utility and other works, carried out mainly by mobile units of limited carrying capacity, and is implemented using known means and methods.

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. The proposed crane-manipulator possesses extremely high maneuverability, achieved both by means of the kinematics of the manipulator itself and by moving the entire system with the help of a transport base; as a result, it is possible to mechanize a number of operations and work that are not available to conventional hoisting-and-transport units. The technical result is achieved with simplicity of design, low specific material consumption, a high degree of unification and increased mounting ability.

Таким образом, изобретение соответствует требованию "промышленная применимость". Thus, the invention meets the requirement of "industrial applicability".

Claims (3)

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. 1. CRAN-MANIPULATOR containing a vehicle mounted on a vehicle rotatable in a vertical plane base in the form of a flat triangular truss and three hydraulic cylinders, the hulls of which are pivotally mounted on the tops of the base, and the rods of all three cylinders are connected to each other and to a load-gripping body containing a hydraulic cylinder for turning base, characterized in that the base of one of its peaks is mounted on a vehicle with the possibility of rotation in a horizontal plane, while for rotation of the base Motrya second hydraulic cylinder, which relative to the first base pivot cylinder is angled and rods of these cylinders are connected to each other and to the base side, opposite fixed on top of the vehicle. 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. 2. The crane according to claim 1, characterized in that the hydraulic cylinder rods for rotation of the base are interconnected by an axis placed in the walls of the hollow ball joint, which is movably mounted on the specified side of the base. 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. 3. The crane according to claim 1, characterized in that the cylinder bodies are pivotally mounted respectively on the base and on the vehicle by means of a fork, the continuation of which is an earring with a hole, the axis of which is perpendicular to the axis placed in the fork.

Images