ТРЕХЗВЕННЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ КРАН-МАНИПУЛЯТОР

Полезная модель относится к области подъемно-транспортного машиностроения, а именно к конструкциям и вариантам модернизации кранов-манипуляторов, совершающих погрузочно-разгрузочные работы со штучными грузами.
Известна конструкция трехзвенного гидравлического крана-манипулятора, состоящего из закрепленной на раме базового транспортного средства опорной конструкции, поворотной колонны, стрелы, рукояти с закрепленным на конце грузозахватным органом, а также силовыми гидроцилиндрами механизмов поворотного движения стрелы и рукояти, узлы крепления которых к металлоконструкции крана-манипулятора включают по две попарно неподвижно закрепленные на металлоконструкции проушины, изготовленные из толстостенного листового проката и имеющие соосные отверстия для установки в них соединительной оси для образования цилиндрического шарнирного соединения с корпусом гидроцилиндра [Суфтин, С.Г. Основы создания и развития автомобильных кранов-манипуляторов / С.Г. Суфтин. - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 303 с.].
Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели и принятой за ее прототип является трехзвенный гидравлический кран-манипулятор (Патент RU №153946, В66С 23/44, 2015 г.), состоящий из поворотной колонны, стрелы, рукояти и силовых гидроцилиндров механизмов поворотного движения стрелы и рукояти, узлы крепления которых к металлоконструкции крана-манипулятора включают по две попарно неподвижно закрепленные на металлоконструкции проушины, изготовленные из толстостенного листового проката и имеющие соосные отверстия для установки в них соединительной оси для образования цилиндрического шарнирного соединения с корпусом гидроцилиндра, причем со стороны одной из боковых плоскостей проушины в ее перемычках выполняется расположенный фиксированно радиально относительно отверстия паз глубиной не менее 2/3…3/4 толщины листового проката, который затем наплавляется заподлицо до восстановления исходной толщины проушины материалом, имеющим коэффициент ударной вязкости выше, чем коэффициент ударной вязкости основного материала проушины.
Существенным недостатком рассмотренного прототипа является возможность смещения в перемычке проушины сечения, в котором действуют наибольшие по величине напряжения и, таким образом, потенциально опасного с точки зрения возможности зарождения и дальнейшего развития трещин многоцикловой усталости вплоть до полного разрушения перемычки и аварийного выхода из строя проушины, за пределы расположенного фиксированно радиально относительно отверстия паза с повышенной трещиностойкостью вследствие изменения пространственного положения силового гидроцилиндра при выполнении относительного поворота сопряженных звеньев в процессе эксплуатации крана-манипулятора. Возможное образование трещин многоцикловой усталости за пределами паза (т.е. за пределами зоны материала проушины с повышенной трещиностойкостью) в процессе эксплуатации приведет к снижению коэффициента технического использования крана-манипулятора в целом. Повышение технико-экономических показателей работы крана-манипулятора требует повышение трещиностойкости проушин при любом возможном пространственном расположении силовых гидроцилиндров, т.е. по всему периметру отверстий под установку соединительных осей.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является увеличение долговечности узлов крепления силовых гидроцилиндров механизмов поворотного движения стрелы и рукояти трехзвенного гидравлического крана-манипулятора при любом возможном пространственном расположении силовых гидроцилиндров в процессе эксплуатации при выполнении поворотных движений, а, следовательно, повышение коэффициента технического использования крана-манипулятора в целом.
Для решения указанной технической задачи в трехзвенном гидравлическом кране-манипуляторе, состоящем из закрепленной на раме базового транспортного средства опорной конструкции, поворотной колонны, стрелы, рукояти с закрепленным на конце грузозахватным органом, а также силовыми гидроцилиндрами механизмов поворотного движения стрелы и рукояти, узлы крепления которых к металлоконструкции крана-манипулятора включают по две попарно неподвижно закрепленные на металлоконструкции проушины, изготовленные из толстостенного листового проката и имеющие соосные отверстия для установки в них соединительной оси для образования цилиндрического шарнирного соединения с корпусом гидроцилиндра, со стороны одной из боковых плоскостей проушины на части ее поверхности, в пределах которой полностью располагается отверстие для установки соединительной оси, выполняются углубления глубиной не менее 2/3…3/4 толщины листового проката, наплавляемые затем заподлицо до восстановления исходной толщины проушины материалом, имеющим коэффициент ударной вязкости выше, чем коэффициент ударной вязкости основного материала проушины. Как вариант исполнения, со стороны обеих боковых плоскостей проушины выполняются симметрично два углубления, имеющих одинаковую глубину, конфигурацию и размеры вдоль боковых поверхностей проушины, причем суммарная глубина обоих углублений составляет не менее 2/3…3/4 исходной толщины проушины.
Полезная модель поясняется более подробно с помощью чертежей. Все не требующиеся для непосредственного понимания полезной модели элементы исключены. На фиг. 1 показана исходная конструкция трехзвенного гидравлического крана-манипулятора для двух крайних положений рукояти относительно стрелы при ее повороте с помощью силового гидроцилиндра; на фиг. 2 - выносной элемент I (укрупненно) узла крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения рукояти к стреле для двух крайних положений рукояти относительно стрелы при ее повороте с помощью силового гидроцилиндра; на рис. 3 - модернизированный узел крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения стрелы к металлоконструкции поворотной колонны (вид сбоку); на фиг. 4 - модернизированный узел крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения стрелы к металлоконструкции поворотной колонны (вид сверху); на фиг. 5 - вариант модернизированного узла крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения стрелы к металлоконструкции поворотной колонны (вид сверху); на фиг. 6 - модернизированный узел крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения стрелы к металлоконструкции стрелы (вид сбоку); на фиг. 7 - модернизированный узел крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения стрелы к металлоконструкции стрелы (вид сверху); на фиг. 8 - вариант модернизированного узла крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения стрелы к металлоконструкции стрелы (вид сверху); на фиг. 9 - модернизированный узел крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения рукояти к металлоконструкции стрелы (вид сбоку); на фиг. 10 - модернизированный узел крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения рукояти к металлоконструкции стрелы (вид сверху); на фиг. 11 - вариант модернизированного узла крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения рукояти к металлоконструкции стрелы (вид сверху); на фиг. 12 - модернизированный узел крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения рукояти к металлоконструкции рукояти (вид сбоку); на фиг. 13 - модернизированный узел крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения рукояти к металлоконструкции рукояти (вид сверху); на фиг. 14 - вариант модернизированного узла крепления силового гидроцилиндра механизма поворотного движения рукояти к металлоконструкции рукояти (вид сверху).
Исходная конструкция трехзвенного гидравлического крана-манипулятора включает следующие элементы. На раме базового транспортного средства устанавливается опорная конструкция крана-манипулятора 1 (фиг. 1). На нее опирается поворотная колонна 2 (фиг. 1), на которой закреплена стрела 3 (фиг. 1). На стрелу 3 (фиг. 1) опирается рукоять 4 (фиг. 1) с закрепленным на конце грузозахватным органом 5 (фиг. 1). Рукоять 4 (фиг. 1) состоит из основной части 6 (фиг. 1) и рычага 7 (фиг. 1) для крепления силового гидроцилиндра 8 (фиг. 1). Стрела 3 (фиг. 1) состоит из основной части 9 (фиг. 1) и хвостовой части 10 (фиг. 1). Поворот стрелы 3 (фиг. 1) осуществляется с помощью силового гидроцилиндра 11 (фиг. 1). Поворот рукояти 4 (фиг. 1) осуществляется с помощью силового гидроцилиндра 8 (фиг. 1). Поворот поворотной колонны 2 (фиг. 1) осуществляется с помощью силового гидроцилиндра 12 (фиг. 1). Проушины 13 (фиг. 1) и 14 (фиг. 1) узлов крепления силового гидроцилиндра 11 (фиг. 1) механизма поворотного движения стрелы, представляющие собой цилиндрические шарниры, соединяют корпус и шток силового гидроцилиндра 11 (фиг. 1) с поворотной колонной 2 (фиг. 1) и стрелой 3 (фиг. 1) соответственно. Проушины 15 (фиг. 1) и 16 (фиг. 1) узлов крепления силового гидроцилиндра 8 (фиг. 1) механизма поворотного движения рукояти, представляющие собой цилиндрические шарниры, соединяют корпус и шток силового гидроцилиндра 8 (фиг. 1) со стрелой 3 (фиг. 1) и рукоятью 4 (фиг. 1) соответственно.
Нагрузки при эксплуатации трехзвенного крана-манипулятора, вызванные весом перемещаемого груза и собственным весом металлоконструкции звеньев, на проушины 13 (фиг. 1) и 14 (фиг. 1) узлов крепления силового гидроцилиндра 11 (фиг. 1) при поворотном движении стрелы 3 (фиг. 1) и на проушины 15 (фиг. 1) и 16 (фиг. 1) узлов крепления силового гидроцилиндра 8 (фиг. 1) при поворотном движении рукояти 4 (фиг. 1) приводят к образованию значительных напряжений в материале перемычек указанных проушин, что и является источником зарождения и дальнейшего развития в них (вплоть до полного разрушения) трещин многоцикловой усталости. При выполнении поворотных движений стрелы 3 (фиг. 1) и рукояти 4 (фиг. 1) пространственные положения силовых гидроцилиндров 11 (фиг. 1) и 8 (фиг. 1) соответственно изменяются. Это явление пояснено на фиг. 1 и фиг. 2 на примере поворотного движения рукояти 4 (фиг. 1). Рукоять 4 (фиг. 1) может перемещаться в интервале углов поворота α (фиг. 1) между двумя крайними положениями А (фиг. 1) и В (фиг. 1). При этом силовой гидроцилиндр 8 (фиг. 1, 2) относительно отверстия проушины 15 (фиг. 1, 2) поворачивается в пределах угла β (фиг. 1, 2) между двумя крайними положениями С (фиг. 1, 2) и D (фиг. 1, 2) соответственно. В результате, поперечное сечение 17 (фиг. 2) в перемычке проушины 15 (фиг. 1, 2), в котором возникают наибольшие напряжения, также перемещается вдоль периметра отверстия проушины 15 (фиг. 1, 2) в пределах угла β между крайними положениями Е (фиг. 2) и F (фиг. 2). Поэтому трещины многоцикловой усталости могут зародиться случайным образом в любом поперечном сечении перемычки проушины 15 (фиг. 1, 2) в пределах угла β между крайними положениями Е (фиг. 2) и F (фиг. 2). В реальных конструкциях трехзвенных кранов-манипуляторов угол β может достигать до 40…60°, т.е. протяженность зоны, в любом из поперечных сечений которой случайным образом могут зародиться трещины многоцикловой усталости, может достигать до 25…30% периметра отверстия проушины.
Суть полезной модели заключается в следующем. Со стороны одной из боковых плоскостей каждой из проушин 13 (фиг. 1, 3-5), 14 (фиг. 1, 6-8), 15 (фиг. 1, 9-11) и 16 (фиг. 1, 12-14) на части ее поверхности, в пределах которой полностью располагается отверстие для установки соединительной оси 18 (фиг. 3-5), 19 (фиг. 6-8), 20 (фиг. 9-11) и 21 (фиг. 12-14) соответственно выполняется углубление 22 (фиг. 3, 4), 23 (фиг. 6, 7), 24 (фиг. 9, 10) и 25 (фиг. 12, 13) соответственно глубиной не менее 2/3…3/4 толщины δ листового проката. Затем каждое из указанных углублений наплавляется заподлицо с боковой плоскостью проушины материалом 26 (фиг. 3, 4), 27 (фиг. 6, 7), 28 (фиг. 9, 10) и 29 (фиг. 12, 13) соответственно, имеющим коэффициент ударной вязкости выше, чем коэффициент ударной вязкости основного материала проушины.
Как вариант исполнения, со стороны обеих боковых плоскостей каждой из проушин 13 (фиг. 1, 3-5), 14 (фиг. 1, 6-8), 15 (фиг. 1, 9-11) и 16 (фиг. 1, 12-14) на части ее поверхности, в пределах которой полностью располагается отверстие для установки соединительной оси 18 (фиг. 3-5), 19 (фиг. 6-8), 20 (фиг. 9-11) и 21 (фиг. 12-14) соответственно выполняются по два углубления 22 (фиг. 5), 23 (фиг. 8), 24 (фиг. 11) и 25 (фиг. 14) соответственно, имеющие одинаковую глубину, конфигурацию и размеры вдоль боковых поверхностей проушины. Каждое из углублений имеет глубину не менее 1/3…3/8 толщины δ листового проката, так что суммарная глубина обоих углублений в одной проушине составляет не менее 2/3…3/4 толщины δ. Затем каждое из указанных углублений наплавляется заподлицо с боковой плоскостью проушины материалом 26 (фиг. 5), 27 (фиг. 8), 28 (фиг. 11) и 29 (фиг. 14) соответственно, имеющим коэффициент ударной вязкости выше, чем коэффициент ударной вязкости основного материала проушины.
Технико-экономический результат от внедрения полезной модели достигается за счет увеличения долговечности узлов крепления силовых гидроцилиндров механизмов поворотного движения стрелы и рукояти эксплуатируемого трехзвенного гидравлического крана-манипулятора вне зависимости от пространственного положения силовых гидроцилиндров при выполнении поворотного движения в процессе эксплуатации крана-манипулятора, а, следовательно, повышения коэффициента технического использования крана-манипулятора в целом. Это приводит к снижению материально-финансовых затрат при эксплуатации крана-манипулятора. Экономический эффект при использовании полезной модели при изготовлении или модернизации кранов-манипуляторов машин для сварки трубопроводов составит 0,2 млн. руб. на одну машину.