УНИВЕРСАЛЬНАЯ АВТОНОМНАЯ ГРУЗОПОДЪЕМНАЯ ПОВОРОТНАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СТРЕЛА

Полезная модель относится к области подъемно-транспортного оборудования, в частности, к грузоподъемным устройствам с гидравлическим приводом, и может быть использована как в качестве автономного погрузчика, так в качестве навесного рабочего органа для тракторных погрузчиков или иных сельскохозяйственных машин и грузовиков.
Известно грузозахватное оборудование к погрузчику с подъемно-поворотной стрелой, содержащее раму пространственной конструкции, обхватывающую остов трактора и выносные опоры. Для поворота стрелы в горизонтальной плоскости данное грузозахватное оборудование оснащено опорно-поворотным устройством и механизмом поворота стрелы [см. книгу: Борисов A.M. и др. Сельскохозяйственные погрузочно-разгрузочные машины. - М.: Машиностроение, 1973 г.].
Такие традиционные схемы погрузчиков характеризуются повышенной металлоемкостью и сложностью конструкции, из-за чего не могут быть использованы по прямому назначению в составе других машин. Наряду с этим, используемый принцип монтажа грузозахватного оборудования, исключает возможность использования штатной гидронавески трактора для преобразования его в погрузчик.
Известен также погрузчик, содержащий основание, несущее на себе грузоподъемную стрелу, состоящую из ведомого и ведущего звена, приводимую в действие силовыми гидроцилиндрами, и гидросистему для управления цилиндрами, причем основание выполнено в виде плоской треугольной рамы со съемными балками, несущими опорные башмаки, а на углах рамы установлены шарнирные узлы, один из которых соединен с грузоподъемной стрелой, а два других - с силовыми гидроцилиндрами, причем противоположные концы цилиндров соединены между собой и со стрелой [см. а.с. СССР №555046 по классу B66F 9/12 опубликованное 25.04.1977 года в Бюл. №15].
Основным существенным недостатком этого известного технического решения является несовершенство его грузоподъемной стрелы. Наличие этого недостатка обусловлено следующим. Грузоподъемная стрела известного погрузчика состоит из двух основных элементов: ведущего звена-стрелы и стрелы-рукояти, прикрепленной шарнирно к консольному концу ведущего звена-стрелы. В центре ведущего звена-стрелы расположен шарнир, в который упираются три силовых гидроцилиндра. Следовательно, этот шарнир испытывает довольно большую нагрузку и для обеспечения его высокой надежности работы, он, естественно, должен быть достаточно массивным, что влечет за собой увеличение габаритов грузозахватной стрелы в целом со всеми вытекающими последствиями (например, увеличение массы). Кроме того, отверстия, в которые установлен упомянутый шарнир, является концентратором опасных растягивающих напряжений, повышающих вероятность разрушение ведущего звена-стрелы в центре. То же самое можно сказать и о шарнире, соединяющим ведущее звено-стрелу со стрелой-рукоятью: он тоже должен быть массивным для обеспечения надежности крепления, поскольку «работает» на отрыв под воздействием силового гидроцилиндра, обеспечивающего поворот стрелы-рукояти в вертикальной плоскости.
Этот недостаток устранен в гидравлической стреле, содержащей основание, несущее на себе грузоподъемную стрелу, состоящую из ведущего и ведомого звеньев, приводимую в действие силовыми гидроцилиндрами, и гидросистему для управления гидроцилиндрами, причем основание выполнено в виде плоской вертикальной треугольной рамы с горизонтальными балками коаксиальной конструкции с выдвижными элементами, несущими опорные башмаки, при этом ведущее звено грузозахватной стрелы выполнено в виде вертикальной балки, шарнирно прикрепленной к плоской вертикальной треугольной раме с возможностью поворота относительно указанных шарниров, а ведомое звено выполнено в виде телескопической балки коробчатого сечения и связано с одного конца с верхним концом ведущего звена посредством шарнира [см. пат. Украины №45754 по классу B66F 9/12 опубликованный 25.11.2009 года в Бюл. №22].
Основным существенным недостатком этой известной гидравлической стрелы является неоправданная ограниченность ее грузоподъемности вследствие расположения оси вертикального поворота гидрострелы на линии расположения опорных башмаков. Такое расположение опорных башмаков обеспечивает достаточную устойчивость гидрострелы лишь при боковом ее расположении относительно линии опорных башмаков (при повороте), однако при перпендикулярном расположении гидрострелы (вдоль линии трактора), такое расположение опорных башмаков не устраняет опрокидывающий момент. Кроме того, известная гидравлическая стрела имеет конструктивное ограничение длины выхода из балок опорных башмаков, что ограничивает возможность обеспечения ее надежной устойчивости, ограничение радиуса зоны обслуживания из-за неизменной длины ведомого звена, чрезмерную нагрузку на имеющиеся гидроцилиндры из-за их недостатка, а потому, и невозможности перераспределения нагрузки между ними, невозможность хранения гидравлической стрелы в вертикальном положении из-за отсутствия в ее конструкции опорной площадки и другие конструктивные недостатки, например, отсутствия сцепки, дополнительных средств безопасности эксплуатации, что дает основание для вывода о конструктивном несовершенстве известной гидравлической стрелы как грузоподъемного средства.
Наиболее близкой по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемой за прототип, является универсальная автономная гидравлическая стрела, содержащая основание, несущее на себе грузоподъемную стрелу, состоящую из ведущего и ведомого звеньев, соединенных между собой осевым шарниром, выполненным в виде соединительного пальца, приводимым в действие силовыми гидроцилиндрами, и гидросистему для управления работой гидроцилиндров, причем основание выполнено в виде вертикальной треугольной рамы высотой, соответствующей длине ведущего звена стрелы, а также снизу вертикальная треугольная рама оснащена дополнительной горизонтальной плоской рамой, оснащенной на конце стандартной сцепкой и нерегулируемым по высоте подпятником, и под которой расположена горизонтальная поперечная балка коаксиальной конструкции, ширина прямоугольного отверстия в которой достаточна для размещения в ней параллельно двух выдвижных элементов, отделенных друг от друга вертикальной перегородкой, закрепленной внутри коаксиальной балки по всей ее длине, и предназначенных для удержания опорных башмаков, в вертикальных трубчатых (или сплошных) элементах которых выполнен набор последовательных отверстий для фиксирующего пальца, размещенных в шахматном порядке для возможности регулирования высоты расположения опорных башмаков, при этом ведущее звено гидравлической стрелы выполнено в виде вертикальной балки, сочлененной с плоской вертикальной треугольной рамой с возможностью поворота относительно шарниров, выполненных в виде обычных двух соосных (на раме) и одной (на балке) проушин, сочлененных между собой с помощью пальцев, устанавливаемых в соосные отверстия всех проушин, причем под проушиной вертикального ведущего звена расположен радиально-упорный подшипник, а ведомое звено выполнено в виде телескопической балки коробчатого сечения и связано с одного конца с верхним концом ведущего звена с помощью шарнира, причем в последнем коробчатом элементе телескопической балки ведомого звена установлено подвижно с возможностью фиксации пальцем дополнительное звено не связанное кинематически с гидроцилиндром для изменения длины ведомого звена, служащего для обеспечения дополнительного удлинения ведомого звена, к которому присоединен любой грузозахватный орган, например, крюк, при этом свободный конец корпуса указанного гидроцилиндра охвачен предохранительной скобой, фиксирующей положение корпуса гидроцилиндра относительно первого коробчатого элемента телескопической балки ведомого звена, кроме того, осевой шарнир в виде пальца, соединяющий звенья гидравлической стрелы между собой, установлен на верхнем конце ведущего звена, а поворот в вертикальной плоскости ведущего звена обеспечивается двумя силовыми гидроцилиндрами, свободные концы корпусов которых связаны между собой планкой, к тому же, пульт управления гидросистемой гидравлической стрелы смонтирован на поворотном Г-образном патрубке, фиксируемом в заданном положении, с задней стороны плоской вертикальной треугольной рамы [см. пат. Украины №60114 по классу B66F 19/00 опубликованный 10.06.2011 года в Бюл. №11].
Основным существенным недостатком известной универсальной автономной грузоподъемной поворотной гидравлической стрелы является то, что ее дополнительная горизонтальная плоская рама оснащена на конце подпятником, выполненным в виде обычного опорного элемента нерегулируемого по высоте. Сущность этого недостатка поясняется следующим. В соответствии с описанием известной гидрострелы, для возможности хранения ее в вертикальном положении, она оснащена дополнительной горизонтальной плоской рамой с подпятником на конце, который выполняет функцию опорного элемента (третья точка опоры, первая и вторая точки опоры - опорные башмаки). Поскольку никакой другой функции подпятник не выполняет, понятно, что высота этого опорного элемента должна быть минимальной, чтобы он не мешал при транспортировке стрелы к месту дислокации или выполнения погрузочно-разгрузочных работ. Для подготовки гидрострелы к эксплуатации по прямому назначению, из балки, разделенной вертикальной перегородкой, высовывают ее подвижные элементы и регулируют высоту опорных башмаков с помощью вертикальных трубчатых элементов, после чего навеска трактора опускается вниз до упора башмаков в грунт. Поскольку высота установки опорных башмаков увеличилась, подпятник, понятно, до земли не достает, оставаясь в воздухе, то есть полностью утрачивает свои опорные свойства. Но если бы подпятник упирался в грунт, он мог бы стать дополнительной вынесенной вперед точкой опоры, которая бы позволила увеличить грузоподъемность гидрострелы благодаря устранению опрокидывающего момента, а также повысить безопасность выполнения погрузочно-разгрузочных работ. В простом увеличении высоты сплошного нерегулируемого подпятника нет смысла, поскольку, во-первых, он будет мешать транспортировке гидрострелы к месту стационарного хранения, а, во-вторых, и это главное, на практике обычно никогда не встречается абсолютно ровной опорной поверхности и каждый раз высоту даже каждого опорного башмака необходимо регулировать.
Таким образом, невозможность надежно опирать гидрострелу на грунт с произвольным рельефом на три точки опоры, одна из которых (подпятник) нерегулируема по высоте, но пространственно вынесена в сторону груза и могла бы предупреждать возникновение опрокидывающего момента в случае упора ее в грунт, существенно ограничивает грузоподъемность и повышает опасность погрузочно-разгрузочных работ, что и является существенным недостатком известной гидрострелы.
В основу полезной модели поставлена задача дальнейшего совершенствования конструкции универсальной автономной грузоподъемной поворотной гидравлической стрелы за счет повышения устойчивости, ее грузоподъемности и безопасности выполнения погрузочно-разгрузочных работ, путем устранения опрокидывающего момента благодаря использованию подпятника в качестве вынесенной вперед дополнительной регулируемой опоры.
Решение поставленной задачи достигается тем, что универсальная автономная грузоподъемная поворотная гидравлическая стрела, содержащая основание, несущее на себе грузоподъемную стрелу, состоящую из ведущего и ведомого звеньев, соединенных между собой осевым шарниром, выполненным в виде соединительного пальца, приводимым в действие силовыми гидроцилиндрами, и гидросистему для управления работой гидроцилиндров, причем основание выполнено в виде вертикальной треугольной рамы высотой, соответствующей длине ведущего звена стрелы, а также снизу вертикальная треугольная рама оснащена дополнительной горизонтальной плоской рамой, оснащенной на конце стандартной сцепкой и подпятником, и под которой расположена горизонтальная поперечная балка коаксиальной конструкции, ширина прямоугольного отверстия в которой достаточна для размещения в ней параллельно двух выдвижных элементов, отделенных друг от друга вертикальной перегородкой, закрепленной внутри коаксиальной балки по всей ее длине, и предназначенных для удержания опорных башмаков, в вертикальных трубчатых (или сплошных) элементах которых выполнен набор последовательных отверстий для фиксирующего пальца, размещенных в шахматном порядке для возможности регулирования высоты расположения опорных башмаков, при этом ведущее звено гидравлической стрелы выполнено в виде вертикальной балки, сочлененной с плоской вертикальной треугольной рамой с возможностью поворота относительно шарниров, выполненных в виде обычных двух соосных (на раме) и одной (на балке) проушин, сочлененных между собой с помощью пальцев, устанавливаемых в соосные отверстия всех проушин, причем под проушиной вертикального ведущего звена расположен радиально-упорный подшипник, а ведомое звено выполнено в виде телескопической балки коробчатого сечения и связано с одного конца с верхним концом ведущего звена с помощью шарнира, причем в последнем коробчатом элементе телескопической балки ведомого звена установлено подвижно с возможностью фиксации пальцем дополнительное звено не связанное кинематически с гидроцилиндром для изменения длины ведомого звена, служащего для обеспечения дополнительного удлинения ведомого звена, к которому присоединен любой грузозахватный орган, например, крюк, при этом свободный конец корпуса указанного гидроцилиндра охвачен предохранительной скобой, фиксирующей положение корпуса гидроцилиндра относительно первого коробчатого элемента телескопической балки ведомого звена, кроме того, осевой шарнир в виде пальца, соединяющий звенья гидравлической стрелы между собой, установлен на верхнем конце ведущего звена, а поворот в вертикальной плоскости ведущего звена обеспечивается двумя силовыми гидроцилиндрами, свободные концы корпусов которых связаны между собой планкой, к тому же, пульт управления гидросистемой гидравлической стрелы смонтирован на поворотном Г-образном патрубке, фиксируемом в заданном положении, с задней стороны плоской вертикальной треугольной рамы, согласно предложению, подпятник выполнен подвижным в вертикальном направлении, благодаря его установке его в конец горизонтальной плоской рамы с возможностью фиксированного перемещения и имеет конструкцию и размеры, аналогичные конструкции и размерам опорного башмака, а также аналогичный механизм регулирования высоты относительно горизонтальной плоской рамы, выполненным в виде вертикального трубчатого или сплошного элемента с набором последовательных отверстий для фиксирующего пальца, расположенных в шахматном порядке.
Благодаря использованию передвижного по высоте подпятника, имеющего конструкцию и размеры, аналогичные конструкции и размерам опорного башмака, он преобразуется в регулируемую опору, которая независимо от рельефа грунта, всегда может надежно опираться на него, что позволяет устранить опрокидывающий момент, следовательно, - увеличить грузоподъемность гидрострелы, повысить безопасность ее эксплуатации. Одинаковые конструкции и размеры всех трех опорных элементов придают универсальность конструкции гидрострелы.
Понятно, механизм регулирования высоты расположения опорных башмаков может быть любым из числа известных, например, механический (винтовой, реечный, домкратный), пневматический, гидравлический и т.п. От этого сущность предложения не меняется. Однако, описанный выше является наиболее простым и не менее надежным, легко изготавливаемым, что делает его более конкурентным.
Таким образом, совокупность всех существенных признаков предложенного технического решения относительно использования подпятника, высоту расположения которого можно регулировать, благодаря внесенным конструктивным изменениям в его конструкцию, придали гидрастреле принципиально новые качества (увеличение грузоподъемности и безопасности эксплуатации без использования других технических средств и увеличения мощности гидроцилиндров) и обеспечивает достижение технического результата, сформулированного в постановке решаемой задачи.
Дальнейшая сущность предложенного технического решения поясняется совместно с иллюстративным материалом, на котором изображено следующее: фиг. 1 - конструктивная схема предложенной универсальной автономной грузоподъемной поворотной гидравлической стрелы, вид сбоку; фиг. 2 - то же самое, вид сверху; фиг. 3 - конструктивная схема дополнительной горизонтальной плоской рамы с всеми опорными элементами, вид в плане.
Предложенная универсальная автономная грузоподъемная гидравлическая стрела содержит основу, выполненную в виде плоской вертикальной треугольной рамы 1, в верхней и нижней части которой закреплены соосно двойные проушины 2, к которым прикрепляется с возможностью поворота ведущее звено 3 гидравлической стрелы, выполненное в виде вертикальной поворотной балки (колонны). Ведущее звено 3 гидравлической стрелы снабжено ответными одинарными проушинами 4. Сочленение двойных проушин 2 с одинарной проушиной 4 осуществляется с помощью соединительного пальца 5, образующего осевой шарнир между плоской вертикальной треугольной рамой 1 и ведущим звеном 3 для обеспечения возможности поворота последней относительно плоской вертикальной треугольной рамы 1. Верхний конец ведущего звена 3, с помощью шарнира 6 связан с ведомым звеном 7 гидравлической стрелы посредством щек 8, прикрепленных неразъемно к ведомому звену 7. Ведомое звено 7 выполнено в виде телескопической балки коробчатого сечения, состоящей из первого неподвижного элемента 9, к которому прикреплены щеки 8 и на котором установлен силовой гидроцилиндр 10, конец корпуса которого охвачен предохранительной скобой 11, и второго подвижного элемента 12, с которым связан шток гидроцилиндра 10, на внешнем консольном конце которого установлен дополнительное выдвижное звено 13, положение которого фиксируется с помощью пальца 14, и на конце которого установлен сменный рабочий орган, например, крюк 15 (грейфер, челюстной захват, электромагнит, ковш экскаватора и т.п.).
Подъем и опускание ведомого звена 7 осуществляется с помощью двух силовых гидроцилиндров 16, корпусы которых шарнирно связаны с ведущим звеном 3, а штоки - шарнирно связаны с первым элементом 9 ведомого звена 7. При работе силовых гидроцилиндров 16 ведомое звено 7 может поворачиваться в вертикальной плоскости относительно шарнира 6. Для изменения длины ведомого звена 7 используется силовой гидроцилиндр 10. При работе силового гидроцилиндра 10 ведомое звено 7 изменяет свою длину за счет выдвижения-втягивания второго подвижного элемента 12 во внутрь первого неподвижного элемента 9. Если необходимо дополнительно увеличить длину ведомого звена 7, из второго подвижного элемента 12 высовывают на необходимую длину дополнительное выдвижное звено 13 и выбранное положение фиксируют пальцем 14. Для поворота ведущего звена 3 вправо-влево использую силовые гидроцилиндры 17, корпусы которых шарнирно прикреплены к плоской вертикальной треугольной раме 1, а штоки - к ведущему звену 3. Все силовые гидроцилиндры 10, 16 и 17 связаны со штатной гидросистемой трактора (в виду общеизвестности, не показана). Силовые гидроцилиндры 10, 16 и 17, в совокупности, обеспечивают изменение пространственного положения ведомого звена 7 в трех направлениях.
К нижней части плоской вертикальной треугольной рамы 1 прикреплена дополнительная горизонтальная плоская рама 18, на конке которой закреплена сцепка 19, под которой установлен подвижный в вертикальном направлении подпятник 20. Под плоской горизонтальной рамой 18 расположена горизонтальная поперечная балка 21 коробчатой коаксиальной конструкции, на консольных концах внутренних подвижных элементах 22 которых, установлены опорные башмаки 23. Коробчатое сечение балки 21 исключает самопроизвольный поворот в ней подвижных ее элементов 22 с опорными башмаками 23, а коаксиальная конструкция - делает балку 21 компактной. В вертикальных трубчатых (или сплошных) элементах 24 для регулирования высоты опорных башмаков 23 выполнен набор последовательных отверстий 25 для фиксирующего пальца выполненных в шахматном порядке.
Подпятник 20 имеет конструкцию и размеры, аналогичные конструкции и размерам опорного башмака 23, а также аналогичный механизм регулирования высоты, выполненный в виде вертикальных трубчатых или сплошных элементов 24 с набором последовательных отверстий 25, выполненных в шахматном порядке.
Пульт управления 26 работой гидравлической стрелы установлен на Г-образном поворотном патрубке 27, прикрепленном шарнирно к задней части плоской вертикальной треугольной рамы 1.
Корпусы двух силовых гидроцилиндров 16 жестко связаны между собой перемычкой 28 и разнесены на расстояние, не меньшее толщины ведущего звена 3 универсальной гидравлической стрелы.
Предложенная универсальная автономная грузоподъемная поворотная гидравлическая стрела работает следующим образом.
Транспортное средство, например, трактор, подъезжает к месту стационарного хранения универсальной автономной грузоподъемной гидравлической стрелы в вертикальном положении. Гидравлическую стрелу присоединяют к штатной навеске трактора посредством набора петель 29, позволяющих учитывать тип подвески. С помощью гидросистемы трактора навеску поднимают вверх и трактор вместе с гидравлической стрелой перемещается к месту выполнения погрузочно-разгрузочных работ. По прибытию к месту выполнения работ, из балки 21, разделенной вертикальной перегородкой 30, выдвигают ее подвижные элементы 22 и регулируют высоту опорных башмаков 23 с помощью вертикальных трубчатых элементов 24, после чего навеска трактора опускается вниз до упора башмаков 23 в грунт. Аналогичным способом регулируют высоту подпятника 20. После этого навеска трактора опускается вниз до упора башмаков 23 и подпятника 20 в грунт. При необходимости, высоту каждого башмака 23 и подпятника 20 подрегулируют отдельно, добиваясь полной устойчивости гидрострелы. Трактор в данном случае выполняет функцию противовеса и источника энергии для силовых гидроцилиндров 10, 16 и 17. Гидравлическая стрела к эксплуатации готова. При работе силового гидроцилиндров 16 ведомое звено 7 гидравлической стрелы поворачивается в вертикальной плоскости, поднимая или опуская крюк 15. При работе силового гидроцилиндра 10 ведомое звено 7 изменяется по длине, перемещая дальше или ближе крюк 15. При работе силовых гидроцилиндров 17, ведущее звено 3 поворачивается, перемещая крюк 15 на требуемый угол. Таким образом, при одновременной или раздельной работе силовых гидроцилиндров 10, 16 и 17, крюк 15 переносится в любое требуемое положение. При этом опорные башмаки 23 и подпятник 20 создают идеальную опорную поверхность независимо от рельефа грунта та предупреждают возникновение опрокидывающего момента с любой стороны.
Предложенная универсальная автономная грузоподъемная гидравлическая стрела может быть закреплена как в кузове грузового автомобиля, так и стационарно, в частности на стене помещения, например, в мастерской, в цехе, и использоваться в качестве обычного консольно-поворотного крана. Таким образом, предлагаемая гидрострела, по существу, является автономным универсальным погрузочно-разгрузочным средством.
Предложенное техническое решение проверено на практике. Автономная универсальная грузоподъемная гидравлическая стрела имеет традиционную компоновочную схему, не содержит никаких элементов, деталей или узлов, которые невозможно было бы воспроизвести на современном этапе развития науки и техники, в частности, в области подъемно-транспортного машиностроения, следовательно, приемлемо для промышленного применения, имеет определенные преимущества перед известными погрузочно-разгрузочными средствами аналогичного назначения, благодаря предложенным конструктивным изменениям, что подтверждает возможность достижения технического результата заявляемым объектом. В известных источниках патентной документации и иной научно-технической информации не обнаружены подобные универсальные гидравлические стрелы с указанными в предложении существенными признаками, а потому, считается таковой, что может получить правовую защиту.
К техническим преимуществам предложенного технического решения, в сравнении с прототипом, можно отнести следующее:
- расширение функциональных возможностей подпятника за счет возможности регулирования его высоты и, тем самым, использования в качестве дополнительного опорного элемента, вынесенного в сторону груза;
- увеличение грузоподъемности гидрострелы без увеличения мощности гидроцилиндров за счет уменьшения опрокидывающего момента;
- повышение безопасности эксплуатации по той же причине;
- универсальность опорных элементов за счет того, что подпятник имеет такую же конструкцию и размеры, что и опорные башмаки.
Социальный эффект от внедрения предложенного технического решения, по сравнению с использованием прототипа, получают за счет повышения безопасности эксплуатации гидрострелы.
Экономический эффект от внедрения предложенного технического решения, по сравнению с использованием прототипа, получают за счет сокращения времени выполнения погрузочно-разгрузочных работ вследствие увеличения грузоподъемности гидрострелы.