Механизм подъема стрелы манипулятора
MECHANISM OF MANIPULATOR ARM LIFTING

Изобретение относится к стреловому оборудованию грузоподъемных кранов и манипуляторов.
Известен навесной универсальный манипулятор ЛВ-185, устройство для изменения вылета стрелы которого выполнено в виде гидроцилиндра, шарнирно соединенного со стрелой и основанием манипулятора.
Недостатком известного манипулятора являются повышенные энергозатраты, требующиеся для стрелы манипулятора, обусловленные необходимостью создания больших усилий со стороны исполнительного механизма, которым является гидроцилиндр, для обеспечения поворотов стрелы при подъеме или опускании груза. (Гидроманипуляторы и лесное технологическое оборудование. Монография / И.М. Бартенев, З.К. Емтыль, А.П. Татаренко, М.В. Драпалюк, П.И. Попиков, Л.Д. Бухтояров. М., 2011, 408 с.)
Известен механизм подъема стрелы (А.с. №468868; МПК В66С 23/82; опубл. 30.04.75), состоящий из гидроцилиндра, шарнирно закрепленного на опорной раме и на стреле, при этом шарнир крепления его к стреле помещен в пазу последней и при помощи двух шатунов связан с двумя двуплечими рычагами, поворачивающимися вокруг оси, закрепленной на стреле, и взаимодействующими с цапфами, которыми снабжен гидроцилиндр. Стрела снабжена направляющей с пазом, в котором расположен палец, соединяющий проушину гидроцилиндра со стрелой. Проушина имеет цапфы, которые входят также в отверстия, выполненные в форме пазов на концах двуплечих рычагов. Рычаги могут поворачиваться относительно неподвижной оси, закрепленной на стреле. К противоположным концам этих рычагов с помощью пальцев шарнирно прилеплены шатуны, которые также связаны при помощи пальца с проушиной гидроцилиндра.
Недостатком данного механизма подъема стрелы является то, что при изменении точки присоединения штока гидроцилиндра к стреле положение опорного шарнира не изменяется, но при этом изменяется угол подъема стрелы и растут энергозатраты, так как положения точек присоединения гидроцилиндра не совпадают с оптимальными, при которых энергозатраты имеют минимальные значения. Кроме того, наличие многозвенного рычажного механизма снижает надежность конструкции.
Известным является устройство для изменения вылета стрелы подъемно-транспортного средства (Пат. №2404113 РФ, МПК В66С 23/82; опубл. 20.11.2010), содержащий гидроцилиндр, шарнирно соединенный со штангой, один конец которой шарнирно закреплен на основании, а второй конец соединен с ползуном, выполненным с возможностью перемещения по направляющим, которые закреплены на стреле и выполнены с криволинейным профилем.
Недостатком данного устройства является то, что подъем стрелы происходит при переменной длине плеча и непостоянной угловой скорости, при этом возникают динамические нагрузки и растут энергозатраты.
Наиболее близким по технической сущности решением, принятым за прототип, является механизм подъема стрелы, содержащий гидроцилиндр, штангу, при этом гидроцилиндр подъема стрелы присоединен к колонне и стреле через ролики, с возможностью их качения в направляющих, закрепленных на колонне и стреле, и жестко соединен под прямым углом со штангой, имеющей ось поворота, совпадающую с осью шарнира, соединяющего колонну и стрелу, при этом длина штанги выбирается равной длине плеча усилия на штоке при оптимальном положении гидроцилиндра (Пат. №2613203; МПК В66С 23/82; опубл. 15.03.2017).
Недостатком прототипа является то, что подъем стрелы происходит на незначительный угол, что ограничивает технологические возможности механизма, кроме того, возможно заклинивание ролика в крайнем положении в направляющих, закрепленных на колонне, при нижнем положении стрелы.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности и расширение технологических возможностей механизма подъема стрелы манипулятора, заключающихся в увеличении угла подъема стрелы манипулятора.
ш
k
Это достигается тем, что в механизме подъема стрелы манипулятора, содержащем гидроцилиндр, штангу, при этом гидроцилиндр подъема стрелы присоединен к колонне и стреле через ролики, с возможностью их качения в направляющих, закрепленных на колонне и стреле, и жестко соединен под прямым углом со штангой, имеющей ось поворота, совпадающую с осью шарнира, соединяющего колонну и стрелу, при этом длина штанги выбирается равной длине плеча усилия на штоке при оптимальном положении гидроцилиндра, согласно изобретению, ролик, установленный в направляющих, закрепленных на колонне, шарнирно соединен со штоком дополнительного гидроцилиндра, штоковая и поршневая полости которого сообщаются с соответствующими полостями гидроцилиндра подъема стрелы и параллельно подсоединены посредством гидролиний к распределителю, причем направляющие имеют криволинейный профиль, закреплены на колонне и выполнены по окружности, центр которой совпадает с осью шарнирного соединения стрелы и поворотной колонны, а радиус окружности определяется по формуле , где l - длина штанги, l - длина участка гильзы гидроцилиндра от центра ролика до места крепления штанги к гидроцилиндру.
На фиг. 1 изображена гидрокинематическая схема механизма подъема стрелы манипулятора.
ш
k
Механизм подъема стрелы манипулятора состоит из гидроцилиндра 1, имеющего шарнирное соединение со стрелой 2 и колонной 3 через ролики 4 и 5 с возможностью их качения в направляющих 6 и 7, которые выполнены с криволинейным профилем и жестко закреплены на стреле и колонне, а корпус гидроцилиндра 1 жестко соединен под прямым углом со штангой 8, имеющей подвижное соединение с осью 9, совпадающей с осью шарнира, соединяющего колонну и стрелу, дополнительного гидроцилиндра 10, шток которого шарнирно соединен с роликом 5, а корпус шарнирно соединен с колонной 3, при этом штоковая и поршневая полости дополнительного гидроцилиндра 10 сообщаются с соответствующими полостями гидроцилиндра 1 подъема стрелы 2 и параллельно подсоединены к распределителю 11 посредством гидролиний 12 и 13, причем направляющие 6, закрепленные на колонне 3, имеют криволинейный профиль и выполнены по окружности, центр которой совпадает с осью шарнирного соединения стрелы 1 и поворотной колонны 3, а радиус окружности определяется по формуле , где l - длина штанги 8, l - длина участка гильзы гидроцилиндра 1 от центра ролика 5 до места крепления штанги к гидроцилиндру.
Механизм подъема стрелы манипулятора работает следующим образом. При выдвижении штоков гидроцилиндра 1 и дополнительного гидроцилиндра 10 стрела 2 поднимается, а ролики 4 и 5, соединенные с гидроцилиндром 1 и дополнительным гидроцилиндром 10, перемещаются в направляющих 6 и 7. Так как штоковые и поршневые полости гидроцилиндра 1 и дополнительного гидроцилиндра 10 параллельно подсоединены к распределителю посредством гидролиний 12 и 13, то в процессе подъема стрелы 2 давление рабочей жидкости в соответствующих полостях гидроцилиндров будет одинаковое, а гидроцилиндр 1 автоматически будет занимать оптимальное положение с минимальным усилием на штоке, поэтому снижаются энергозатраты механизма подъема манипулятора, обеспечивается подъем стрелы на заданный угол и исключается возможность заклинивания ролика в нижнем положении стрелы, что позволяет повысить надежность и расширить технологические возможности стрелового оборудования грузоподъемных кранов и манипуляторов.