Подъемник блока судна
VESSEL BLOCK LIFT

Изобретение относится к области подъемно-транспортного оборудования,  а именно к подъемникам блока судна, и может быть использовано в судостроительной промышленности при создании новых и модернизации существующих подъемников блока судна, предназначенных для осуществления совмещения краев частей судна с целью их последующего соединения путем, например, сварки.
Известен подъемник, представляющий собой гидравлический домкрат, содержащий гидроцилиндр, состоящий из корпуса с непроходной и проходной крышками и центральным отверстием, в котором установлены силовой поршень со штоком, при этом непроходную крышку корпуса  гидроцилиндра используют в качестве опорной, а на штоке гидроцилиндра установлена переходная плита со сферическим вкладышем для взаимодействия с подлежащим перемещению объектом [1].
Основным недостатком известного подъемника являются его ограниченные функциональные возможности, поскольку с помощью его возможно изменение положения подлежащего перемещению объекта только в одном направлении, а именно: в осевой направлении гидроцилиндра.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является принятый в качестве прототипа подъемник блока судна, содержащий силовую раму, установленную на убирающиеся колеса, вертикальный гидроцилиндр, состоящий из корпуса с верхней и нижней крышками и центральным отверстием, в котором установлен силовой поршень со штоком, при этом вертикальный гидроцилиндр нижней крышкой оперт на плоскую поверхность с антифрикционным покрытием силовой рамы, а на его штоке установлена переходная плита со сферическим вкладышем для взаимодействия с блоком судна, два горизонтальных поршневых гидроцилиндра двухстороннего действия, оси которых перекрещены под прямым углом, причем корпус каждого из горизонтальных  гидроцилиндров шарнирно соединен с силовой рамой, а шток шарнирно соединен с корпусом вертикального гидроцилиндра, насосную установку с гидроаппаратурой и пульт для управления гидродвигателями, входящими в состав подъемника [2].
Данный подъемник блока судна обеспечивает возможность перемещения установленного на него блока в двух взаимно перпендикулярных направлениях (как по отдельности, так и одновременно) в горизонтальной плоскости и в вертикальном направлении.
Однако, при работе известного подъемника поперечные силы со стороны удерживаемого блока (обусловленные, например: ветровой нагрузкой, наличием уклона опорной поверхности, на которой установлен подъемник, фасонной поверхностью блока, с которой взаимодействует сферический вкладыш вертикального гидроцилиндра) передаются на корпус вертикального гидроцилиндра через его шток, что приводит к износу штока и его направляющей втулки и повышает вероятность выхода из строя уплотнений гидроцилиндра. Кроме того, конструкция известного подъемника не предотвращает проседание поршня вертикального гидроцилиндра под действием веса удерживаемого им блока при нарушении герметичности указанного гидроцилиндра (например, из-за выхода из строя уплотнений), в результате чего возможно возникновение аварийной ситуации в связи с изменением положения поднятого блока в пространстве. Таким образом, известный подъемник не отвечает требованиям надежной и безопасной эксплуатации, что является его недостатком.
Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности подъемника блока судна и безопасности его эксплуатации путем снижения поперечных нагрузок на шток и исключения возможности проседания поршня вертикального гидроцилиндра под действием веса удерживаемого им блока при нарушении герметичности указанного гидроцилиндра, за счет использования в конструкции подъемника дополнительных механических связей.
Для решения поставленной задачи в известном подъемнике блока судна, содержащем силовую раму, установленную на убирающиеся колеса, вертикальный гидроцилиндр, состоящий из корпуса с верхней и нижней крышками и центральным отверстием, в котором установлен силовой поршень со штоком, при этом вертикальный гидроцилиндр нижней крышкой оперт на плоскую поверхность с антифрикционным покрытием силовой рамы, а на его штоке установлена переходная плита со сферическим вкладышем для взаимодействия с блоком судна, два горизонтальных поршневых гидроцилиндра двухстороннего действия, оси которых перекрещены под прямым углом, причем корпус каждого из горизонтальных  гидроцилиндров шарнирно соединен с силовой рамой, а шток шарнирно соединен с корпусом вертикального гидроцилиндра, насосную установку с гидроаппаратурой и пульт для управления гидродвигателями, входящими в состав подъемника, согласно изобретению, шток силового поршня вертикального гидроцилиндра выполнен с резьбой и на этом штоке между верхней крышкой и переходной плитой навернута гайка, на наружной поверхности которой выполнено зубчатое зацепление, привод гайки выполнен от гидромотора, установленного на переходной плите, посредством промежуточного вала, соединенного с валом гидромотора и установленного с возможностью осевого перемещения в направляющем кронштейне, соединенном с корпусом гидроцилиндра, а в корпусе вертикального гидроцилиндра на равных расстояниях по окружности выполнено четное число отверстий, оси которых параллельны оси центрального отверстия, при этом в двух диаметрально расположенных  отверстиях из числа этих отверстий установлены поршни со штоками возвратных гидроцилиндров, а в остальных отверстиях установлены цилиндрические направляющие стержни, при этом цилиндрические направляющие стержни жестко соединены с переходной плитой, а соединение всех штоков с переходной плитой выполнено подвижным без зазора в осевом направлении штоков.
В частных случаях исполнения подъемник блока судна характеризуется следующими отличительными признаками.
С о г л а с н о изобретению промежуточный вал выполнен в виде вала-шестерни, находящегося в зацеплении с гайкой.
С о г л а с н о изобретению промежуточный вал выполнен в виде цилиндрического стержня со шпонкой, на нем с возможностью перемещения вдоль указанного вала установлена шестерня, находящаяся в зацеплении с гайкой и зафиксированная относительно гайки в осевом направлении.
С о г л а с н о изобретению  резьба на штоке силового поршня выполнена трапециидальной.
С о г л а с н о изобретению резьба на штоке силового поршня выполнена метрической.
Отличительные особенности изобретения, заключающиеся в том, что шток силового поршня вертикального гидроцилиндра выполнен с резьбой и на этом штоке между верхней крышкой и переходной плитой навернута гайка, на наружной поверхности которой выполнено зубчатое зацепление, привод гайки выполнен от гидромотора, установленного на переходной плите, посредством промежуточного вала, соединенного с валом гидромотора и установленного с возможностью осевого перемещения в направляющем кронштейне, соединенном с корпусом гидроцилиндра, а в корпусе вертикального гидроцилиндра на равных расстояниях по окружности выполнено четное число отверстий, оси которых параллельны оси центрального отверстия, при этом в двух диаметрально расположенных  отверстиях  из числа этих отверстий установлены поршни со штоками возвратных гидроцилиндров, а в остальных отверстиях установлены цилиндрические направляющие стержни, при этом цилиндрические направляющие стержни жестко соединены с переходной плитой, а соединение всех штоков с переходной плитой выполнено подвижным без зазора в осевом направлении штоков, позволяет обеспечить передачу основной части поперечных сил со стороны удерживаемого блока на корпус вертикального гидроцилиндра подъемника через направляющие стержни и исключить просадку силового поршня вертикального гидроцилиндра при нарушении его герметичности  с помощью гайки,  накручиваемой (после подъема блока судна на необходимую высоту) на шток силового поршня до упора в верхнюю крышку, что повышает надежность подъемника блока судна и безопасность его эксплуатации. Следует отметить, что перемещение гайки на штоке силового поршня вертикального гидроцилиндра посредством гидромотора позволяет исключить необходимость нахождения человека под блоком судна, удерживаемым на подъемнике, для изменения положения гайки, что также направлено на повышение безопасности эксплуатации подъемника.
При исполнении промежуточного вала в виде вала-шестерни, находящегося в зацеплении с гайкой, механическая часть привода гайки характеризуется наименьшим числом деталей. Однако, реализация данной конструкции требует изготовления на промежуточном валу зубчатого зацепления большой длины (не менее хода силового поршня вертикального гидроцилиндра), что не рационально с технологической точки зрения.
Исполнение промежуточного вала в виде цилиндрического стержня со шпонкой, установка на нем с возможностью перемещения вдоль указанного вала шестерни, находящейся в зацеплении с гайкой и зафиксированной относительно гайки в осевом направлении, упрощает изготовление промежуточного вала и снижает затраты на изготовление механической части привода гайки.
При этом резьба на штоке силового поршня и, соответственно, на гайке может быть трапециидальной или метрической.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых упрощенно изображены: на фиг. 1 ⎯ общий вид подъемника блока судна сбоку (со стороны вертикального гидроцилиндра);   на  фиг. 2 ⎯ общий вид подъемника блока судна спереди (со стороны пульта управления);      на фиг. 3 ⎯ разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 4 ⎯ разрез по Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5  ⎯ разрез по В-В на фиг. 3; на фиг. 6 ⎯ разрез по Г-Г на фиг. 3 при выполнении промежуточного вала в виде вала-шестерни;   на фиг. 7 ⎯ разрез по Г-Г на фиг. 3  при выполнении промежуточного вала в виде стержня со шпонкой; на фиг. 8  ⎯ конструктивная схема подвижного без зазора в осевом направлении соединения штока с переходной плитой.
Подъемник блока судна содержит силовую раму 1, установленную на убирающиеся колеса 2, 3 (на фиг. 1, 2 колеса 2, 3 показаны в убранном состоянии), вертикальный гидроцилиндр 4, горизонтальные гидроцилиндры 5, 6, оси которых перекрещены под прямым углом, насосную установку 7 с гидроаппаратурой управления (гидроаппаратура управления на чертежах не показана), пульт управления 8 и переходную плиту 9 со сферическим вкладышем 10 для взаимодействия с блоком судна (на чертежах блок судна не показан).
В корпусе 11 вертикального гидроцилиндра 4 выполнены: центральное отверстие, в котором установлен силовой поршень 12 со штоком 13, и  на равных расстояниях по окружности четное число отверстий. При этом в двух диаметрально расположенных отверстиях из числа этих отверстий установлены поршни 14 и 15 со штоками соответственно 16 и 17 возвратных гидроцилиндров, а в остальных отверстиях (на чертежах таких отверстий показано два) установлены цилиндрические направляющие стержни 18 и 19.
Сверху и снизу к корпусу 11 с использованием уплотнений с помощью крепежных деталей (крепежные детали на чертежах не показаны) прикреплены соответственно верхняя 20 и нижняя 21 крышки с образованием между нижней крышкой 21 и поршнями 12, 14 и 15 поршневых рабочих полостей соответственно 22, 23 и 24, а между верхней крышкой 20 и поршнями 14 и 15 и их штоками 16, 17 — штоковых рабочих полостей соответственно 25 и 26.
Поршневые рабочие полости 22, 23, 24 соединены между собой и с одним из исполнительных каналов гидрораспределителя с пропорциональным электрическим управлением, входящего в состав насосной установки 7, а штоковые  рабочие полости 25 и 26 соединены между собой и с другим исполнительным каналом указанного гидрораспределителя (на чертежах гидрораспределитель и перечисленные соединения не показаны).
Цилиндрические направляющие стержни 18 и 19 жестко соединены с переходной плитой 9, а соединение всех штоков 13, 16, 17 с переходной плитой 9 выполнено подвижным без зазора в осевом направлении штоков.
Такое соединение, например, состоит из подпятника 27 со сферической поверхностью, хвостовика 28 с ответной сферической поверхностью, который ввернут со стороны своего второго конца в шток, сферической шайбы 29 и дистанционной шайбы 30, которые без зазора в осевом направлении (благодаря соответствующему подбору толщины дистанционной шайбы 30) прижаты посредством круглой крышки 31 и винтов 32 к плоскому дну цилиндрической расточки,  выполненной снизу в переходной плите 9. При этом диаметры наружных поверхностей подпятника 27, хвостовика 28 и сферической шайбы 29 имеют значения, меньшие диаметров ответных внутренних поверхностей переходной плиты 9, крышки 31 и дистанционной шайбы 30 для обеспечения в определенных пределах возможности компенсации смещения и перекоса оси штока относительно оси крышки 31.
Шток 13 силового поршня 12 вертикального гидроцилиндра 4 выполнен с резьбой,  и на этом штоке между верхней крышкой 20 и переходной плитой 9 навернута гайка 33, на наружной поверхности которой выполнено зубчатое зацепление.
При этом резьба на штоке 13 силового поршня 12 и, соответственно, на гайке 33 может быть трапециидальной или метрической.
Наружный диаметр резьбы, выполненной на штоке 13, меньше диаметра отверстия под этот шток, выполненного в верхней крышке 20 гидроцилиндра 4.
Вертикальный гидроцилиндр 4 своею нижней крышкой 21 оперт на плоскую поверхность 34 силовой рамы 1, выполненную с антифрикционным покрытием, с возможностью перемещения по этой поверхности.
Корпус каждого из горизонтальных гидроцилиндров 5, 6 шарнирно соединен с силовой рамой 1, а его шток шарнирно соединен с корпусом 11 вертикального гидроцилиндра 4.
Для контроля положения поршня 12 вертикального гидроцилиндра 4 и поршней горизонтальных гидроцилиндров 5 и 6 каждый из указанных гидроцилиндров снабжен датчиком положения поршня (на чертежах датчики положения не показаны).
Рабочие полости каждого из горизонтальных гидроцилиндров 5 и 6 соединены с исполнительными каналами соответствующего  индивидуального гидрораспределителя с пропорциональным электрическим управлением, входящего в состав насосной установки 7 (на чертежах эти гидрораспределители и указанные соединения не показаны).
Привод гайки 33 выполнен от гидромотора 35, установленного на переходной плите 9, посредством промежуточного вала, соединенного с валом гидромотора 35 и установленного с возможностью осевого перемещения в направляющем кронштейне 36, соединенном с корпусом 11 вертикального гидроцилиндра 4.
Рабочие каналы гидромотора 35 соединены с исполнительными каналами соответствующего  индивидуального гидрораспределителя, входящего в состав насосной установки 7 (на чертежах этот гидрораспределитель и указанные соединения не показаны).
По одному из вариантов исполнения подъемника промежуточный вал  выполнен в виде вала-шестерни 37, находящегося в зацеплении с гайкой 33 (см. фиг. 1, 2, 3, 6), а по другому варианту — в виде цилиндрического стержня 38 со шпонкой 39 (см. фиг. 7). Во втором случае на стержне 38 со шпонкой 39 с возможностью перемещения вдоль указанного стержня установлена шестерня 40, находящаяся в зацеплении с гайкой 33 и зафиксированная относительно гайки 33 в осевом направлении посредством закрепленных на шестерне 40 кольцеобразных дисков 41 и 42, охватывающих сверху и снизу край гайки 33 (см. фиг. 7).
Для контроля перемещения гайки 33 до соприкосновения с переходной плитой 9 и с верхней крышкой 20 вертикального гидроцилиндра 4 предназначены концевые выключатели, установленные на плите 9 и на крышке 20 (на чертежах концевые выключатели не показаны).
Подъемник блока судна работает следующим образом.
В исходном состоянии подъемника гайка 33 скручена со штока 13 силового поршня 12 до упора в переходную плиту 9, переходная плита 9 опущена в свои нижнее положение (штоки 13, 16, 17 втянуты в корпус 11 до упора поршней 12, 14, 15 в нижнюю крышку 21 вертикального гидроцилиндра 4 или до упора гайки 33 в верхнюю крышку 20 этого гидроцилиндра в зависимости от соотношения геометрических размеров конструкции подъемника), а поршни со штоками горизонтальных гидроцилиндров 5, 6 установлены в среднее положение (положение, соответствующее половине их полного хода).
На выдвинутых колесах 2, 3 поъемник передвигают в необходимое место под предварительно вывешенным на вспомогательных опорах блоком судна, подлежащим последующему подъему и перемещению (на чертежах блок судна и вспомогательные опоры не показаны).
После установки подъемника в необходимое место колеса 2, 3 переводят в положение внутри силовой рамы 1 подъемника, вследствие чего силовая рама  1 своей нижней поверхностью приходит в соприкосновение с опорной поверхностью, на которой располагается подъемник.
Далее подают управляющий сигнал на подъем переходной плиты 9 со сферическим вкладышем 10 на заданную величину. В результате отработки указанного сигнала рабочая жидкость от насосной установки 7 под давлением поступает в поршневые рабочие полости 22, 23 и 24 вертикального гидроцилиндра 4, вызывая выдвижение штоков 13, 16, 17 из корпуса 11 этого гидроцилиндра. При этом из штоковых рабочих полостей 25, 26 рабочая жидкость вытесняется в гидробак насосной установки 7 (на чертежах гидробак не показан). После подъема переходной плиты 9 на заданную величину, что контролируется на основании сигнала датчика положения силового поршня 12 вертикального гидроцилиндра 4 (на чертежах датчик положения не показан), рабочие полости гидроцилиндра запираются (например, посредством гидрозамков; гидрозамки на чертежах не показаны), и подают управляющий сигнал на перемещение гайки 33 в направлении верхней крышки 20 гидроцилиндра 4.  В результате отработки указанного сигнала рабочая жидкость от насосной установки 7 под давлением поступает в соответствующий рабочий канал гидромотора 35 при соединении второго рабочего канала гидромотора с гидробаком насосной установки 7, и вал гидромотора 35 вместе с промежуточным валом приходит во вращение в направлении, при котором происходит накручивание гайки 33 на шток 13 силового поршня 12.
Если промежуточный вал выполнен в виде вала-шестерни 37, то вращение промежуточного вала вызывает вращение гайки 33 непосредственно через их зубчатое зацепление. При вращении гайки 33 ее зубъя одновременно смещаются вдоль зубъев вала-шестерни 37 в направлении, параллельном их осям.
Если промежуточный вал выполнен в виде цилиндрического стержня 38 со шпонкой 39, то вращение стержня 38 через шпонку 39 вызывает вращение шестерни 40, установленной на стержне  38, а уже вращение шестерни 40 приводит к вращению гайки 33. При этом шестерня 40, вращаясь, перемещается вместе с гайкой 33, скользя по стержню 38 и шпонке 39, под воздействием силы, которая передается на нее со стороны гайки 33 через кольцеобразный диск 42.
После перемещения гайки 33 до соприкосновения с верхней крышкой 20 вертикального гидроцилиндра 4 срабатывает соответствующий концевой выключатель, установленный на крышке 20 (на чертежах концевой выключатель не показан), на основании сигнала этого концевого выключателя рабочие каналы гидромотора 35 автоматически запираются и, соответственно, вращение вала гидромотора прекращается.
Гайка 33, накрученная на шток 13 силового поршня 12 вертикального гидроцилиндра 4 до упора в верхнюю крышку 20 исключает просадку штока 13 силового поршня 12 при нарушении герметичности вертикального гидроцилиндра 4, что обеспечивает высокую надежность работы подъемника блока судна и безопасность его эксплуатации.
Перемещение гайки на штоке 13 силового поршня 12 вертикального гидроцилиндра 4 посредством гидромотора 35 позволяет исключить необходимость нахождения человека под блоком судна, удерживаемым на подъемнике, для изменения положения гайки 33, что также обеспечивает повышеннную безопасность эксплуатации подъемника.
Перемещение вертикального гидроцилиндра 4 по его опорной поверхности 34 в необходимое положение в горизонтальной плоскости осуществляют посредством горизонтальных гидроцилиндров 5, 6. Возможно использование гидроцилиндров 5 и 6 как совместно, так и по отдельности. Контроль за изменением положения вертикального гидроцилиндра 4 в горизонтальной плоскости производят на основании сигналов датчиков положения поршней гидроцилиндров 5, 6 (на чертежах датчики положения не показаны).
На любом этапе работы подъемника горизонтальные силы, передающиеся со стороны удерживаемого на подъемнике блока судна через сферический вкладыш 10 на переходную плиту 9, практически полностью воспринимаются направляющими стержнями 18 и 19, и передаются с них на силовую раму 1  через корпус 11 вертикального гидроцилиндра 4 и горизонтальные гидроцилиндры 5, 6.
Поперечные нагрузки, действующие на штоки 13, 16, 17, при работе подъемника ограничиваются силами трения в беззазорном в осевом направлении соединении этих штоков с переходной плитой 9 (см. фиг. 8) и являются незначительными, что способствует повышению надежности вертикального гидроцилиндра 4 и, соответственно, подъемника в целом.
После завершения необходимых технологических операций с блоком судна, удерживаемым на подъемнике, при отсутствии необходимости удержания блока судна на подъемнике подают управляющий сигнал на перемещение гайки 33 в направлении переходной плиты 9. В результате отработки указанного сигнала осуществляется скручивание гайки 33 со штока 13 с использованием гидромотора 35.
После перемещения гайки 33 до соприкосновения с переходной плитой 9  срабатывает соответствующий концевой выключатель, установленный на переходной плите 9 (на чертежах концевой выключатель не показан), на основании сигнала этого концевого выключателя рабочие каналы гидромотора 35 автоматически запираются и, соответственно, вращение вала гидромотора прекращается.
Затем подают управляющий сигнал на опускание переходной плиты 9. В результате отработки данного сигнала рабочая жидкость от насосной установки 7 под давлением поступает в штоковые рабочие полости 25 и 26 возвратных гидроцилиндров в составе вертикального гидроцилиндра 4, вызывая втягивание штоков 13, 16, 17 этого гидроцилиндра (штоки 16 и 17 тянут вниз переходную плиту 9, а через нее и шток 13). При этом из поршневых рабочих полостей 22, 23 и 24 рабочая жидкость вытесняется в гидробак насосной установки 7 (на чертежах гидробак не показан). После опускания переходной плиты 9 до необходимого уровня, что контролируется на основании сигнала датчика положения силового поршня 12 вертикального гидроцилиндра 4 (на чертежах датчик положения не показан), рабочие полости гидроцилиндра запираются. Если на подъемнике был блок судна, то при опускании переходной плиты он встает на вспомогательные опоры.
После этого  выдвигают колеса 2, 3 и на них перемещают  подъемник  на место его хранения или на место следующего использования.
Все упомянутые выше управляющие сигналы для подъемника могут подаваться с пульта дистанционного управления (на чертежах пульт дистанционного управления не показан), если подъемник находится под блоком судна, или со встроенного пульта управления 8 подъемника, если подъемник находится за пределами опасной зоны.
Как следует из вышеприведенного описания устройства и работы,  предлагаемый подъемник блока судна обладает повышенными надежностью и безопасностью в эксплуатации.
Литературные источники
1. Домкраты гидравлические серии ДГ-200: Руководство по эксплуатации ДКУБ026.00.00.000 РЭ. ― Ногинск: ОАО «ЭТАЛОН». ― 7 с.
https://etalon100.ru/docs/dg-200.pdf
2. Instructions of operation & maintenance for  TZ-400T, TZ-200TT, TZ-200T block lifter. ― HEJIAN-KATTOR INDUSTRIAL CO., LTD. ― 2020. ― 33 с.