УНИВЕРСАЛЬНАЯ АВТОНОМНАЯ ГРУЗОПОДЪЕМНАЯ ПОВОРОТНАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СТРЕЛА

Полезная модель относится к подъемно-транспортному оборудованию, в частности, к грузоподъемным приспособлениям с гидравлическим приводом, и может быть использована в качестве автономного погрузчика или в качестве навесного рабочего органа для тракторных погрузчиков или для других сельскохозяйственных машин и грузовиков.
Известен погрузчик, содержащий основу, несущая на себе грузоподъемную стрелу, состоящую из ведущего и ведомого звеньев, приводимых в движение силовыми гидроцилиндрами, и гидросистему для управления гидроцилиндрами, причем основа в виде плоской треугольной рамы со съемными балками, несущими опорные башмаки, а у углах рамы установлены шарнирные узлы, один из которых связан с грузоподъемной стрелой, а два других - с силовыми гидроцилиндрами, причем противоположные концы цилиндров соединены между собой и со стрелою [см. а.с. СССР №555046 по классу B66F 9/12 опубликованное 25.04.1977 года в Бюл. №15].
Основным существенным недостатком известного погрузчика является несовершенство конструкции его грузоподъемной стрелы. Наличие этого недостатка обусловлено следующим. Грузоподъемная стрела известного погрузчика состоит из двух основных элементов: ведущего звена-стрелы и стрелы-рукоятки, прикрепленной шарнирно к консольному концу ведущего звена-стрелы. В центре ведущего звена-стрелы расположен шарнир, в который упираются три силовых цилиндра. Следовательно, этот шарнир испытывает довольно высокую нагрузку и для обеспечения его высокой надежности работы, он, естественно, должен быть достаточно массивным, что способствует увеличению грузоподъемной стрелы в целом со всеми вытекающими негативными последствиями (например, увеличения массы). Кроме того, отверстие, в которое установлен указанный шарнир, является концентратором напряжения, что повышает вероятность разрушения ведущего звена-стрелы в центре. Тоже самое можно сказать и о шарнире, соединяющем ведущее звено-стрелу со стрелою-рукояткою: он также должен быть массивным для обеспечения надежности крепления, поскольку «работает» на отрыв под влиянием силового гидроцилиндра, обеспечивающего поворот стрелы-рукоятки в вертикальной плоскости.
Этот недостаток устранен в гидравлической стреле, содержащей основу и непосредственно грузоподъемную стрелу, состоящую из ведущего и ведомого звеньев, приводимых в движение силовыми гидроцилиндрами, и гидросистему для управления гидроцилиндрами, причем основа выполнена в виде плоской вертикальной треугольной рамы с горизонтальными балками коаксиальной конструкции с выдвижными элементами, несущими опорные башмаки, при этом ведущее звено грузоподъемной стрелы выполнено в виде вертикальной балки, шарнирно прикрепленной к плоской вертикальной треугольной раме с возможностью поворота относительно указанного шарнира, а ведомое звено выполнено в виде телескопической балки коробчатого сечения и связано с одного конца с верхним концом ведущего звена с помощью шарнира [см. пат. Украины №45754 по классу B66F 9/12 опубликованный 25.11.2009 года в Бюл. №22].
Основным существенным недостатком этой гидравлической стрелы является неоправданное ограничение ее грузоподъемности вследствие расположения оси вертикального поворота стрелы на линии расположения опорных башмаков. Такое расположение опорных башмаков обеспечивает достаточную устойчивость грузоподъемной стрелы лишь при боковом ее расположении относительно линии опорных элементов (при повороте), однако при перпендикулярном ее расположении (вдоль линии трактора), такое расположение опорных башмаков не устраняет опрокидывающий момент. Кроме того, известная гидравлическая стрела имеет конструктивное ограничение выхода из балок опорных башмаков, что ограничивает ее устойчивость, ограничивает радиус обслуживания из-за неизменяемой длины ведомого звена, чрезмерную перегрузку гидроцилиндров из-за их нехватки, следовательно, и невозможности перераспределения нагрузки на каждый из них, невозможность хранения стрелы в вертикальном положении из-за отсутствия опорной площадки и другие конструктивные недостатки, например, отсутствует сцепка, дополнительные средства безопасности, что дает основание для вывода о конструктивном несовершенстве известной гидравлической стрелы.
Наиболее близкой по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемой за прототип, является универсальная автономная грузоподъемная поворотная гидравлическая стрела, содержащая основу, несущую на себе непосредственно грузоподъемную стрелу, состоящую из ведущего и ведомого звеньев, приводимых в действие силовыми гидроцилиндрами, и гидросистему для управления работой гидроцилиндров, причем основа выполнена в виде плоской вертикальной треугольной рамы, а также снизу вертикальная рама снабжена дополнительной горизонтальной плоской рамой, оснащенной на конце стандартной сцепкой и подпятником, и под которой расположена горизонтальная балка коробчатой конструкции, ширина отверстия в которой достаточно для размещения в ней параллельно двух выдвижных элементов, отделенных один от другого вертикальной перегородкой, закрепленной по всей длине внутри коробчатой балки, и предназначенных для удержания опорных башмаков, в вертикальных трубчатых (или сплошных) элементах которых выполнен набор последовательных отверстий для фиксирующего пальца, выполненных в шахматном порядке, для регулирования высоты расположения опорных башмаков, при этом ведущее звено грузозахватной стрелы выполнено в виде вертикальной балки, сочлененной с плоской вертикальной треугольной рамой с возможностью поворота относительно шарниров, выполненных в виде обычных дух соосных проушин, сочлененных между собой с помощью пальцев, установленных в соосные отверстия всех проушин, 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 с гидроцилиндром для изменения длины ведомого звена, для обеспечения дополнительного увеличения длины ведомого звена, к которому присоединен любой грузозахватный орган, например, крюк, при этом свободный конец корпуса указанного гидроцилиндра охвачен предохраняющей скобой, фиксирующей положение корпуса гидроцилиндра относительно первого коробчатого элемента телескопической балки ведомого звена, кроме того, шарнир, соединяющий звенья гидравлической стрелы, установлен на верхнем конце ведущего звена, а поворот в вертикальной плоскости ведомого звена обеспечивается двумя силовыми цилиндрами, свободные концы корпусов которых жестко связаны между собой планкой, к тому же, пульт управления гидросистемой гидрострелы смонтирован на поворотном Г-образном патрубке, фиксируемом в заданном положении, с задней стороны плоской вертикальной треугольной рамы [см. пат. Украины №107592 по классы B66F 9/12 опубликованный 10.06.2016 года в Бюл. №11].
Основным существенным недостатком этого известного технического решения является несовершенство, сложность и низкая надежность узла выдвижных опорных элементов. Этот узел выполнен в виде горизонтальной балки коробчатой конструкции с определенной шириной отверстия, в котором размещены параллельно два выдвижных элемента, отделенных друг от друга вертикальной перегородкой, закрепленной по всей длине внутри коробчатой балки. Коробчатая балка пронизана отверстиями для фиксации выдвижных элементов, которые также пронизаны отверстиями, которые ослабляют жесткость, как самой балки, так и ее выдвижных элементов. К тому же, ведущая балка стрелы опирается на поперечную балку, что делает ее перегруженной. С учетом ослабления этой балки отверстиями и значительной нагрузки, особенно, при удержании груза «на весу», балку необходимо изготавливать значительных размеров, чтобы она не прогнулась во время погрузочно-разгрузочных работ, а это, в свою очередь, значительно увеличивает вес всей конструкции, тем более, ее не функциональную часть, не принимающей непосредственно участия в работе стрелы, а является лишь опорой. То же самое можно сказать и об опорных башмаках, расположенных в трубчатых элементах с отверстиями в шахматном порядке. Все это вместе делает опорный узел ненадежным, технологическим словным в изготовлении и нецелесообразным с точки зрения функционального назначения.
Вторым существенным недостатком этого технического решения является несовершенство дополнительной плоской рамы, которое заключается в том, что она состоит из сваренных между собой элементов в треугольник, а сцепка не имеет возможности выдвигаться из-под стрелы в ее сложенном положении, что исключает возможность использования сцепки для буксировки стрелы, или требует увеличения длины дополнительной плоской горизонтальной рамы, что неоправданно с точки зрения отсутствия ее функциональных свойств непосредственного участия в выполнении погрузочно-разгрузочных работ.
Третьим существенным недостатком этого технического решения является ограниченность функциональных возможностей опорных выдвижных элементов, поскольку они расположены в одной линии с ведущим звеном стрелы, что ограничивает грузоподъемность стрелы, поскольку опорные элементы не способны создать надежную опору всей конструкции стрелы, когда она нагружена и находится повернутой вдоль трактора, и не может устранить значительный опрокидывающий момент, который достигает максимума именно в таком положении звеньев стрелы.
В основу полезной модели поставлена задача дальнейшего совершенствования конструкции универсальной автономной грузоподъемной поворотной гидравлической стрелы за счет повышения работоспособности ее отдельных узлов путем изменения конструкции опорных элементов и перераспределения нагрузки ведущего звена стрелы на горизонтальную плоскую раму и расширения функциональных возможностей последней.
Решение поставленной задачи достигается тем, что универсальная автономная грузоподъемная поворотная гидравлическая стрела, содержащая основу, несущую на себе непосредственно грузоподъемную стрелу, состоящую из ведущего и ведомого звеньев, приводимых в действие силовыми цилиндрами, и гидросистему управления силовыми гидроцилиндрами, причем основа выполнена в виде плоской вертикальной треугольной рамы, а также снизу вертикальная рама обеспечена дополнительной горизонтальной рамой, оснащенная на конце стандартной сцепкой и подпятником, а сама вертикальная рама оснащена опорными элементами, при этом ведущее звено грузозахватной стрелы выполнено в виде вертикальной балки, сочлененной с вертикальной треугольной рамой с возможностью поворота относительно шарниров, выполненных в виде парных двух соосных проушин, сочленяемых между собой с помощью пальцев, причем на нижней проушине 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 дополнительное звено не связанное с гидроцилиндром для изменения длины ведомого звена, для обеспечения дополнительного увеличения длины ведомого звена, к которой присоединен любой грузозахватный орган, например, крюк, при этом свободный конец корпуса гидроцилиндра на ведомом звене охвачен предохранительной скобой, фиксирующей положение корпуса гидроцилиндра относительно первого коробчатого элемента телескопической балки ведомого звена, кроме того, поворот в вертикальной плоскости ведомого звена обеспечивается двумя силовыми цилиндрами, свободные концы корпусов которых жестко связаны между собой планкой, к тому же, пульт управления гидросистемой стрелы смонтирован на поворотном Г-образном патрубке, фиксируемом в заданном положении, и с задней стороны плоской вертикальной треугольной рамы, согласно предложению, опорные элементы стрелы выполнены в виде гидрофицирован-ных аутригеров с возможностью ручного регулирования длины вылета опорных лап, причем аутригеры расположены под углом к треугольной вертикальной раме, направленным в сторону расположения самой гидравлической стрелы, а также сцепка, расположенная на горизонтальной раме, установлена на съемном удлинителе с возможностью изменения расстояния от поворотной колонны.
Благодаря использованию в конструкции гидравлической стрелы аутригеров позволяет обеспечить работу стрелы на минимальной близости к транспортному средству. Возможность ручной регулировки вылета опорных элементов, позволяет предельно упростить конструкцию опорного узла гидравлической стрелы.
Благодаря расположению аутригеров под углом к вертикальной раме, позволило расположить ось вращения вертикальной балки внутри воображаемого треугольника с вершинами: опорные элементы (башмаки) аутригеров 2 шт., навеска трактора - 1 шт., что дало техническую возможность оптимально распределить нагрузку на горизонтальный элемент вертикальной треугольной рамы (его разгрузить) при разных углах поворота стрелы.
Благодаря наличию удлинителя, на котором расположена сцепка на горизонтальной раме, появляется техническая возможность увеличить расстояние от поворотной вертикальной колонны до сцепки, что, в свою очередь создает возможность, при необходимости, буксирования прицепа.
Все эти конструктивные меры позволяют увеличить срок эксплуатации стрелы за счет перераспределения нагрузки на вертикальную треугольную раму, расширить функциональные возможности за счет использования выдвижной сцепки на горизонтальной раме узла сочленения, упростить конструкцию опорных элементов, уменьшить опрокидывающий момент за счет расположения опорных элементов (башмаков) под углом к вертикальной балке. Таким образом, вся совокупность существенных признаков предложенного технического решения, полученных благодаря целенаправленному внесению конструктивных изменений в опорный узел, смещение вертикальной колонны с треугольной вертикальной рамы, использования выдвижного элемента сочленения, придали стреле принципиально новые свойства, обеспечивающих достижение определенного технического результата.
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, в рабочем положении звеньев стрелы и опорных элементов; фиг. 2 - то же самое, вид в плане, в транспортном положении стрелы; фиг. 3 - то же самое, вид спереди, в транспортном положении; фиг. 4 - то же самое, вид сверху; фиг. 5 - то же самое, вид сверху, опорные элементы в рабочем положении, звенья стрелы в транспортном положении.
Предложенная универсальная автономная грузоподъемная поворотная гидравлическая стрела содержит основу, выполненную в виде плоской вертикальной треугольной рамы 1, в верхней и нижней частях которой закреплены соосные проушины 2, к которым прикрепляется с возможностью поворота, ведущее звено 3 гидравлической стрелы, выполненное в виде вертикальной поворотной балки. Верхний конец ведущего звена 3, с помощью шарнира 4 связан с ведомым звеном 5 гидравлической стрелы через щеки 6, которые прикреплены неразъемно к ведомому звену 5. Ведомое звено 5 выполнено в виде телескопической балки коробчатого сечения,, состоящей из первого неподвижного элемента 7, на котором размещен силовой цилиндр 8, конец корпуса или штока которого охвачен предохранительной скобой 9, и второго подвижного элемента 1-, с которым связан шток гидроцилиндра 8, на внешнем консольном конце которого установлена дополнительное выдвижное звено 11, положение которого фиксируется с помощью пальца 12, на конце которого установлен сменный рабочий грузозахватный орган, например, грейфер, челюстной захват, ковш экскаватора, крюк, электромагнит и т.д. (не показаны из-за общеизвестности).
Подъем и опускание ведомого звена 5 осуществляется с помощью двух силовых гидроцилиндров 13, корпусы которых шарнирно связаны с ведущим звеном 3, а штоки - шарнирно связаны с первым элементом 7 ведомого звена 5. При работе силовых цилиндров 13 ведомое звено 5 может поворачиваться в вертикальной плоскости относительно шарнира 4. Для изменения длины ведущего звена 5 используется силовой гидроцилиндр 8. При работе силового гидроцилиндра 8 ведомое звено 5 изменяет свою длину за счет выдвижения-втягивания второго подвижного элемента 10 во внутрь неподвижного элемента 7. Если необходимо еще увеличить длину ведомого звена 5, со второго подвижного элемента 10 выдвигают на необходимую длину дополнительное выдвижное звено 11 и выбранное его положение фиксируют пальцем 12. Для поворота ведущего звена вправо-влево используют силовые гидроцилиндры 14, корпусы которых шарнирно прикреплены к плоской вертикальной треугольной раме 1, а штоки - к ведущему звену 3, выполненному в виде вертикальной колонны. Все силовые гидроцилиндры 8, 13 и 14 связаны с гидросистемой трактора (по причине общеизвестности, не показана. Силовые гидроцилиндры 8, 13 и 14, в совокупности, обеспечивают изменение пространственного положения ведомого звена 5 в трех направлениях.
К нижней части треугольной вертикальной рамы 1 прикреплена горизонтальная плоская рама 15, на которую опирается ведущее звено 3, а на конце этой рамы 15 установлена на удлинителе 16 сцепка 17, под которой установлен подпятник 18. Центр вращения ведущего звена 3 гидравлической стрелы находится на горизонтальной плоской раме 15, на высоте воображаемого равнобедренного треугольника, образованного опорными элементами 22 узлом крепления стрелы к трактору (навеской).
К нижним вершинам треугольной вертикальной рамы 1 под углом прикреплены поворотные опорные узлы, приводимые в действие с помощью гидроцилиндров 19. Аутригер состоит из коробчатой балки 20, в которой расположена выдвижная балка 21, на конце которой смонтирован опорный элемент 22 (опорная лапа, башмак). Выдвижная балка 21 из коробчатой балки 20 выдвигается ручным способом на требуемую длину. При опускании коробчатых балок 20 с помощью гидравлических цилиндров 19, опорные элементы 22 располагаются под углом к треугольной вертикальной раме 1, противодействуя перекидывающему моменту. Благодаря наличию двух силовых гидроцилиндров 19, каждый опорный элемент 22 может устанавливаться независимо от второго, то есть учитывать рельеф местности.
Важно то, что центр вращения ведущего звена 3 гидравлической стрелы находится на горизонтальной дополнительной плоской раме 15, на высоте воображаемого равнобедренного треугольника, образованного опорными элементами 22 и навеской трактора (не показана), что позволило сместить ось вращения ведущего звена 3 в сторону от треугольной вертикальной рамы 1, и именно таким образом, эту раму 1 разгрузить, то есть перераспределить нагрузку на конструкцию, следовательно, увеличить ресурс работы гидравлической стрелы за счет повышения надежности конструкции. Смещение центра вращения ведущего звена 3 хорошо видно на фиг. 5.
Пульт управления 23 работой гидравлической стрелы установлен на Г-образном поворотном патрубке, прикрепленном шарнирно к задней части вертикальной треугольной рамы 1.
Корпусы двух силовых гидроцилиндров 13 жестко связаны между собой перемычкой 24 и разнесены на расстояние, не меньшее толщины ведущего звена 3 универсальной гидравлической стрелы.
Предложенную универсальную автономную грузоподъемную поворотную гидравлическую стрелу используют следующим образом.
Трактор подъезжает к месту стационарного хранения универсальной автономной грузоподъемной поворотной гидравлической стрелы в вертикальном положении. Гидравлическую стрелу прикрепляют к навеске трактора с помощью набора петель (не показаны), что позволяет учитывать тип навески трактора. С помощью гидросистемы трактора навеску поднимают вверх и трактор вместе с гидрострелой перемещается к месту выполения погрузочно-разгрузочных работ. Опускаю вниз аутригеры и опирают опорные элементы 22 на почву. Трактор в данном случае выполняет функцию противовеса и источника энергии для силовых гидроцилиндров 8, 13, 14 и 19. Гидравлическая стрела к эксплуатации подготовлена. При работе силовых гидроцилиндров 13 ведомое звено 5 гидравлической стрелы поворачивается в вертикальной плоскости, поднимая или опуская рабочий орган. При работе силового гидроцилиндра 8 ведомое звено 5 изменяется по длине, перемещая дальше или ближе рабочий орган. При работе силовых гидроцилиндров 14, ведущее звено 3 поворачивается, перемещая рабочий грузозахватный орган на требуемый угол. Таким образом, при одновременной или раздельной работе силовых гидроцилиндров 8, 13 и 14, рабочий грузозахватный орган переносится в любое требуемое положение.
Предложенная универсальная автономная грузоподъемная поворотная гидравлическая стрела, кроме трактора, может быть закреплена как в кузове грузового автомобиля, так и стационарно, в частности, на стене помещения, например, в мастерской, и использоваться как обычный консольно-поворотный подъемный кран. Таким образом, предложенная гидравлическая стрела, по сути, является автономным универсальным погрузочно-разгрузочным средством.
Предложенное техническое решение проверено на практике, состоит из обычных и известных узлов, не содержит ни каких элементов, деталей или узлов, которые невозможно было бы воспроизвести на современном этапе развития науки и техники, в частности, в машиностроении, следовательно, промышленно применимо, имеет преимущества перед известными погрузочно-разгрузочными средствами аналогичного назначения благодаря предложенным конструктивным изменениям, что подтверждает возможность достижения технического результата заявляемым объектом. В известных источниках информации не выявлено подобных универсальных гидравлических стрел с указанными в предложении совокупностью существенных признаков, следовательно, считается таковой, что может получить правовую охрану.
К техническим преимуществам предложенного технического решения, в сравнении с прототипом, можно отнести следующее:
- упрощение конструкции за счет использования аутригеров в качества опорного узла стрелы;
- повышение надежности работы за счет перераспределения нагрузки с треугольной вертикальной рамы, благодаря переносу оси вращения ведущего звена на горизонтальную дополнительную раму;
- повышение устойчивости стрелы за счет того, что аутригеры расположены под углом к треугольной вертикальной раме;
- техническая возможность присоединять к стреле прицеп или ее буксировать за счет того, что узел сочленения расположен на выдвижном удлинителе.
Социальный эффект от внедрения предложенного технического решения, в сравнении с использованием прототипа, получают за счет улучшения условий эксплуатации, повышения безопасности и повышения удобства обслуживания универсальной автономной грузоподъемной поворотной гидравлической стрелы.
Экономический эффект от внедрения предложенного технического решения, в сравнении с использованием прототипа, получают за счет снижения общей стоимости универсальной автономной грузоподъемной поворотной гидравлической стрелы.