ГРЕЙФЕР
GRAPPLE

Изобретение имеет отношение к грейферам для поднятия и опускания грузов. При нормальных условиях работы груз и грейфер находятся в поле зрения оператора, вследствие чего использование грейфера, то есть присоединение груза и его отсоединение или высвобождение в момент его расположения на поверхности желаемым образом, не представляет собой затруднений. Ситуация иная, если условия работы не позволяют наблюдать за процессами присоединения и отсоединения груза. Такие условия часто встречаются при выполнении задач по транспортировке на атомных электростанциях, например при перемещении, т.е. опускании или поднятии груза в бассейне-хранилище топливных элементов, который достигает 12 м в высоту и наполнен водой. Если в дополнение к этому также ограничено рабочее пространство, визуальное управление исключено. Такая ситуация наблюдается, например, в случае необходимости герметизации трещин в стенке бассейна-хранилища топливных элементов, когда хранящиеся в стеллажах топливные элементы располагают непосредственно перед этой стенкой таким образом, что между ними остается лишь узкая щель.
Таким образом, задачей изобретения является разработка грейфера вышеуказанного типа, с помощью которого можно будет размещать грузы в заранее заданных по высоте положениях в визуально неконтролируемых условиях.
Данная задача решена благодаря созданию грейфера, обладающего признаками согласно п. 1 формулы изобретения. Он включает присоединяющую часть для присоединения груза и соединительную часть для соединения с такелажным оборудованием, например с тросом или рейкой. Две части в данном случае не соединены друг с другом жестко. Напротив, соединительная часть установлена на присоединяющей части с обеспечением возможности осуществления при поднятии или опускании грузов направляемого перемещения вдоль оси перемещения, которая проходит вертикально, между первым предельным положением и вторым предельным положением. В первом предельном положении направленные в противоположные стороны концы присоединяющей и соединительной частей находятся друг от друга дальше, чем во втором предельном положении.
Для обеспечения возможности прикрепления груза к грейферу на присоединяющей части расположены по меньшей мере два фиксатора, которые могут перемещаться между захватывающим положением, в котором они захватывают обратным хватом контрэлемент груза задней упорной поверхностью, и разомкнутым положением, в котором они высвобождают или не захватывают обратным хватом контрэлемент груза. Осевая подвижность соединительной части или относительная подвижность соединительной части и присоединяющей части используется для приведения фиксаторов в действие. Соединительная часть подсоединяется или присоединяется по меньшей мере к одному фиксатору по меньшей мере через один передаточный механизм таким образом, что в первом предельном положении соединительной части фиксаторы находятся в захватывающем положении, а во втором предельном положении соединительной части фиксаторы находятся в разомкнутом положении.
Чтобы как можно более равномерно распределить вес груза на грейфере указанные по меньшей мере два фиксатора расположены на строго равных расстояниях друг от друга по окружности воображаемого круга вокруг центральной продольной оси грейфера, которая проходит параллельно оси перемещения.
Кроме того, в захватывающем положении расстояние между фиксаторами и центральной продольной осью больше, чем в разомкнутом положении. Подвижное соединение соединительной и присоединяющей частей обеспечивает то, что фиксаторы могут перемещаться в захватывающее положение и разомкнутое положение. Чтобы было возможно присоединять и отсоединять груз, перемещение фиксаторов должно осуществляться поперечно относительно оси перемещения соединительной части или хотя бы иметь компоненту перемещения, направленную данным образом. Другими словами, в захватывающем положении и в разомкнутом положении фиксаторы находятся в различных радиальных положениях относительно центральной продольной оси. Таким образом, они перемещаются от центральной продольной оси, когда они устанавливаются в захватывающее положение. Соответствующим элементом груза, с которым взаимодействуют фиксаторы, является, например, край приемного отверстия, расположенного с верхней стороны груза. Когда Фиксаторы расположены ближе к центральной продольной оси, они находятся в разомкнутом положении, а не в захватывающем положении, поэтому когда ширина или диаметр приемного отверстия подобраны соответствующим образом, присоединяющую часть с фиксаторами в разомкнутом положении можно вынуть из приемного отверстия, и наоборот, в случае присоединения грейфера к грузу, вставить в приемное отверстие, в этом случае фиксаторы затем перемещаются в захватывающее положение, в котором они захватывают задней упорной поверхностью край отверстия с той его стороны, которая обращена вниз.
Описанная конструкция позволяет грейферу автоматически переходить в разомкнутое положение, когда груз размещается на поверхности, иными словами, достигает желаемого положения. Для этого необходимо просто обеспечить перемещение соединительной части вертикально по направлению к присоединяющей части, благодаря чему указанные по меньшей мере два фиксатора присоединяющей части перемещаются в свое разомкнутое положение. Таким образом, не требуются меры по определению заданного положения груза, например, путем наблюдения с помощью камер или датчиков контроля положения, которые требуются при дистанционном управлении грейфером, например, через беспроводное или проводное соединение.
Ввод присоединяющей части в приемное отверстие также облегчается благодаря тому, что концевая часть присоединяющей части, направленная от соединительной части, выполнена в форме центрирующего стержня, сужающегося в сторону своего свободного конца и выступающего по направлению центральной продольной оси за пределы концевых частей фиксаторов, снабженных выступом.
В одном из предпочтительных исполнений центрирующий стержень имеет расположенные по окружности выемки, в каждую из которых по меньшей мере частично входит один из фиксаторов, когда он находится в разомкнутом состоянии.
В предпочтительном исполнении на соединительную часть действует предварительное напряжение в направлении своего первого предельного положения. Таким образом, указанные по меньшей мере два фиксатора надежно удерживаются в своем захватывающем положении. Для того, чтобы они могли перейти в разомкнутое положение, предварительное напряжение должно быть преодолено. Необходимая для этого сила может быть приложена благодаря весу соединительной части, то есть вес соединительной части должен быть выбран таким образом, чтобы сила веса этой части, включая такелажное оборудование, например, трос и т.п., действующая в направлении оси перемещения или центральной продольной оси грейфера, была больше, чем сила предварительного напряжения. Однако также возможно, что соединительная часть прикреплена к жесткому элементу такелажного оборудования, например, к рейке, так что сила преодоления предварительного напряжения действует на соединительную часть через этот жесткий элемент. Предварительное напряжение достигается, желательно, с помощью пружины, предпочтительно, спиральной пружины сжатия, которая с одной стороны крепится к присоединяющей части, а с другой стороны к соединительной части.
Относительное перемещение соединительной и присоединяющей части в случае высвобождения груза требует того, чтобы присоединяющая часть прочно удерживалась в осевом направлении. С этой целью в предпочитаемом исполнении на присоединяющей части выполнен ограничитель хода с упорной поверхностью. Данный ограничитель хода сконструирован и размещен таким образом, что в случае, когда груз уже установлен на поверхность, а грейфер продолжает свое перемещение вниз, ограничитель хода упирается в груз своей упорной поверхностью. С этого момента присоединяющая часть оказывается зафиксирована продольно относительно соединительной части, так что соединительная часть при перемещении вниз по направлению оси перемещения в свое второе предельное положение перемещает указанные по меньшей мере два фиксатора в их разомкнутое положение. Размыкание происходит, таким образом, автоматически, когда груз установлен на поверхность в месте его назначения, при незначительном дальнейшем перемещении грейфера вертикально вниз.
В другом предпочтительном исполнении присоединение упрощается за счет того, что у фиксаторов на том конце, который обращен от соединительной части, имеется нажимной скос, выполненный таким образом, что при воздействии на него силы, направленной вверх по оси перемещения, фиксаторы перемещаются в разомкнутое положение. В случае наличия приемного отверстия, в которое должна быть вставлена присоединяющая часть, то есть ее фиксаторы, сила прикладывается тогда, когда нажимные скосы достигают края приемного отверстия.
Передаточный механизм, обеспечивающий подвижное соединение соединительной части и фиксатора, который желательно должен находиться между каждым фиксатором и соединительной частью, сконструирован таким образом, что линейное перемещение соединительной части преобразуется в перемещение рычагов фиксатора, которое осуществляется поперечно к оси перемещения или центральной продольной оси грейфера или которое имеет компоненту перемещения в этом направлении, в особенности, в случае поворотного перемещения. Для этих целей особенно хорошо подходят сопрягающий передаточный механизм или рычажный передаточный механизм. В случае поворотного перемещения фиксаторов подобный механизм образует совместно с соединительной частью кривошипно-шатунный передаточный механизм.
В случае конфигурации, облегчающей манипулирование грейфером, предусмотрен затвор, который разъемно прикрепляет соединительную часть к присоединяющей части в ее втором предельном положении. Иными словами, соединительная часть разъемно крепится к присоединяющей части в осевом направлении. Когда груз установлен на поверхности, сначала необходимо, для отсоединения грейфера от груза, надавить соединительной частью по направлению груза, чтобы фиксаторы перешли в разомкнутое положение. При этом осуществляется упомянутая выше фиксация затвора. Затем грейфер может быть снят с груза, путем его перемещения вертикально вверх. Затвор содержит блокирующий элемент, который устанавливается на присоединяющую часть или на соединительную часть таким образом, чтобы он мог передвигаться поперечно по отношению к центральной продольной оси грейфера или по отношению к оси перемещения, и который во втором предельном положении входит в углубление соответствующей части. При этом в предпочтительных вариантах исполнения блокирующий элемент предварительно напряжен в направлении срабатывания. При этом преимущество состоит в том, что фиксаторы блокируются в их разомкнутом положении полностью автоматически, в связи с чем не требуются дополнительные меры контроля и наблюдения, такие как камеры или система позиционных датчиков.
Другие преимущества конфигурации, указанные в дальнейших зависимых пунктах, будут представлены в данном описании изобретения, со ссылкой на приложенные чертежи, включающие:
Фиг. 1: изображение грейфера в перспективе;
Фиг. 2: продольное сечение по линии II-II на фиг. 4, в состоянии, когда грейфер присоединен к грузу;
Фиг. 3: изображение, аналогичное фиг. 2, с той разницей, что грейфер показан в тот момент, когда он высвобождает груз;
Фиг. 4: вид сверху по направлению стрелки IV на фиг. 1; и
Фиг. 5 изображает салазки, которые могут быть использованы при ремонте трещин в бассейнах-хранилищах топливных элементов, как пример груза.
Грейфер 1, представленный на чертежах, включает присоединяющую часть 3 для присоединения груза 2 и соединительную часть 4 для соединения с такелажным оборудованием, например, с тросом или рейкой. Для этого на свободном конце соединительной части 4 предусмотрено отверстие 11 стержневой формы. Две части могут свободно перемещаться относительно друг друга вдоль оси 5 перемещения, между первым предельным положением Е1 и вторым предельным положением Е2. Для простоты далее по тексту говорится, что соединительная часть перемещается относительно присоединяющей части, например перемещается по присоединяющей части как по направляющей. При работе, то есть при подъеме или опускании груза 2, ось 5 проходит в вертикальном направлении. Конечно, существуют многочисленные параллельные оси перемещения. Для наглядности на чертежах в качестве примера выбрана ось 5 перемещения, совпадающая с центральной продольной осью 6. Таким образом, обе оси представлены на рисунках единой линией, и ось 5 в данном примере исполнения одновременно является центральной продольной осью 6 грейфера 1. В первом предельном положении Е1 общая длина грейфера больше, чем во втором предельном положении Е2 соединительной части 4. Иными словами, в первом предельном положении Е1 те концы соединительной и присоединяющей частей, которые направлены друг от друга, расположены дальше друг от друга, нежели во втором предельном положении Е2.
На присоединяющей части 3 расположены три фиксатора 7, которые могут передвигаться между захватывающим положением (фиг. 1, 2) и разомкнутым положением F (фиг. 3). В захватывающем положении фиксаторы 7 захватывают обратным хватом контрэлемент 9 груза 2 задней упорной поверхностью 8. В разомкнутом положении F они высвобождают контрэлемент 9 груза 2, то есть грейфер 1 может быть снят с груза 2, когда тот установлен на поверхность, иными словами, достиг требуемого положения S.
Каждый из Фиксаторов 7 соединен с соединительной частью 4 через передаточный механизм 10 с обеспечением подвижного присоединения таким образом, что в первом предельном положении Е1 фиксаторы 7 находятся в их захватывающем положении G, а во втором предельном положении Е2 фиксаторы находятся в разомкнутом положении F.
Фиксаторы 7 подвижно присоединены к присоединяющей части 3 таким образом, что они соответственно имеют одинаковое осевое положение и одинаково удалены от оси 6 или оси 5. Если рассматривать воображаемую окружность 13, описанную вокруг центральной продольной оси 6, фиксаторы расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности 13. Кроме того, фиксаторы 7 установлены на присоединяющей части 3 таким образом, что в захватывающем положении G расстояние 14 между фиксаторами и центральной продольной осью 6 больше, чем в разомкнутом положении F. Иными словами, перемещаясь из разомкнутого положения F (фиг. 3) в захватывающее положение (G) фиксаторы 7 двигаются поперечно по направлению от центральной продольной оси 6, иными словами, в сторону от нее. Благодаря такой конструкции грейфер легко вставить в приемное отверстие 15 груза 2 с помощью присоединяющей части 3, при этом край 16 или область вокруг края, ограничивающая собой упомянутое выше отверстие, образует собой контрэлемент 9. Фиксаторы 7 захватывают обратным хватом края 16 отверстия на той его стороне 17, которая при работе направлена вертикально вниз. Задние упорные поверхности 8 фиксаторов 7 при этом упираются в сторону 17.
В первом предельном положении Е1 соединительная часть 4 предварительно напряжена пружинным элементом, предпочтительно, спиральной пружиной сжатия 12, которая с одной стороны создает давление на присоединяющую часть 3, а с другой стороны на соединительную часть 4. Чтобы передаточный механизм 10 мог эффективно работать, и фиксаторы 7 могли перемещаться из захватывающего положения G в разомкнутое положение F, необходимо преодолеть силу пружинного элемента. Для этого сначала необходимо прочно зафиксировать присоединяющую часть 3 в осевом направлении относительно оси 5 перемещения или центральной продольной оси 6. С этой целью на присоединяющей части установлен ограничитель хода 19 с упорной поверхностью 18. Ограничитель хода 19 сконструирован и размещен таким образом, что в случае, когда груз 2 уже установлен на требуемую поверхность, а грейфер 1 продолжает двигаться вниз, ограничитель хода упирается в груз 2 своей упорной поверхностью 18. Когда в приемное отверстие 15 входит передняя часть присоединяющей части 3, упорная поверхность 18 выдвигается в радиальном направлении наружу по отношению к центральной продольной оси 6 до тех пор, пока она не перекроет край отверстия 16 и не упрется в его верхнюю сторону 20, которая при работе обращена вверх (см. фиг. 3).
Когда ограничитель хода 19 упирается в контрэлемент 9, вертикальное перемещение соединительной части 4 вниз перемещает фиксаторы 7 через передаточный механизм 10 в разомкнутое положение. В этом положении, как уже отмечено, расстояние до центральной продольной оси 6 уменьшается по сравнению с захватывающим положением G, так что фиксаторы 7, в данном случае их задние упорные поверхности 8, оказываются расположены внутри окружности 23, которая описана вокруг фиксаторов 7 и диаметр которой меньше, чем диаметр приемного отверстия 15. В данном положении грейфер 1 или его присоединяющая часть 3 может быть вынут вверх наружу из приемного отверстия 15. При этом присоединяющая часть 3 должна удерживаться во втором предельном положении Е2, что можно сделать различными способами, в частности, с использованием затвора 24, который разъемно фиксирует соединительную часть 4 в ее втором предельном положении Е2.
Затвор 24, прикрепленный к присоединяющей части 3, содержит блокирующий элемент 25, который может двигаться поперечно к оси 5 или центральной продольной оси 6, и который во втором предельном положении Е2 соединительной части 4 входит в углубление 2 6 соединительной части 4.
Грейфер 1 присоединяется к грузу 2 с помощью фиксаторов 7, которые переходят в разомкнутое состояние F, когда передняя часть присоединяющей части 3 входит в приемное отверстие 15 груза. При этом фиксаторы закреплены в разомкнутом положении с помощью затвора 24. Когда ограничитель хода 19 упирается в контрэлемент 9, фиксация затвором 24 раскрепляется, при этом соединительная часть 4 перемещается вертикально вверх под действием пружинного элемента, т.е. спиральной пружины 12 сжатия, в первое предельное положение E1, а фиксаторы 7 переходят в захватывающее положение G. Грейфер находится в положении, изображенном на фиг. 2. Подобная процедура целесообразна в случаях, когда груз 2, который необходимо поднять, размещен таким образом, что его положение крайне затруднительно наблюдать.
Возможен также вариант присоединения, при котором соединительная часть 4 находится в первом предельном положении Е1, то есть фиксаторы 7 находятся в захватывающем положении G, блокирующий элемент 25, на который действует предварительное напряжение в направлении его ввода в углубление 42, упирается в поверхность соединительной части, но не зафиксирован в углублении 26. Чтобы упростить ввод присоединяющей части 3 в приемное отверстие 15 груза 2, фиксаторы 7 оснащены нажимным скосом 27. Наклон нажимного скоса выбирается таким образом, что при воздействии на него силы 41, направленной вертикально вверх, что происходит в случае упора нажимного скоса в край 16 приемного отверстия 15, фиксаторы 7 перемещаются поперечно внутрь в разомкнутое положение.
Ввод присоединяющей части в приемное отверстие 16 также облегчается тем, что концевая часть 28 присоединяющей части 3, направленная от соединительной части, выполнена в форме центрирующего стержня 30, сужающегося в сторону своего свободного конца и выступающего в осевом направлении, по оси 5 перемещения за пределы фиксаторов 7 с выступом 29. Выемки 33, в которые по меньшей мере частично входит один из фиксаторов в разомкнутом состоянии F, распределены по окружности на центрирующем стержне 30.
Присоединяющая часть 3 и соединительная часть 4 подвижно прикреплены друг к другу с помощью телескопически раздвижной направляющей. Для этого на конце соединительная части 4, направленном в сторону присоединяющей части 3, есть цилиндрическая направляющая секция 34. На конце присоединяющей части 3, направленном в сторону соединительной части 4, расположено углубление 35, спроектированное таким образом, чтобы соответствовать направляющей секции 34 и обеспечить ее удержание в нем и осевое перемещение. В направляющей секции 34 имеется центральное отверстие 37 под пружину, открытое с торцевой стороны 36, которая при работе обращена вниз, и в данном отверстии под пружину располагается спиральная пружина 12 сжатия. Углубление 35 переходит в глухое отверстие 38, проходящее до нижнего края присоединяющей части 3. Данное глухое отверстие уже углубления 35, и при этом между ним и углублением 35 предусмотрен направленный вверх радиальный выступ 39. На данном радиальном выступе размещен поддерживающий диск 40, на который опирается один конец пружины 12. Другой конец пружины 12 упирается в основание углубления 35.
Передаточные механизмы 10 сконструированы как сопрягающие механизмы, в частности, как шарнирно-рычажные механизмы. Они содержат одноплечий рычаг 43, который с одной стороны соединен с соединительной частью 4 через первое соединение 45, и двуплечий рычаг 44, соединенный с присоединяющей частью 3 через второе соединение 46. Двуплечий рычаг 44 имеет силовое плечо 47, свободный конец которого соединен с другим концом одноплечего рычага 43 через третье соединение 48, и нагружаемое плечо 49, на свободном конце которого расположен один фиксатор 7, выполненный за одно целое с ним. Углубления 33, в которые входят фиксаторы 7 в разомкнутом положении F, имеют такие размеры, чтобы они могли вместить плечи 49 с расположенными на них фиксаторами 7. Одноплечий рычаг 43 и силовое плечо 47 образуют тупой угол менее 180 градусов, открывающийся в направлении центральной продольной оси 6. Если при опускании груза 2 последний достигает требуемого положения, но соединительная часть продолжает двигаться вниз, ограничитель хода 19 упирается в контрэлемент 9 груза 2 упорной поверхностью 18. Вследствие этого нагружаемое плечо 4 9 поворачивается в сторону центральной продольной оси 6 (отмечено стрелкой 50 на фиг. 2).
Первые соединения 45 и вторые соединения 46 соответственно расположены на хомутах 53а и 53b, которые охватывают с зажатием соединительную часть 4 или, соответственно, присоединяющую часть 3 по внешнему периметру. Каждый хомут 53а, b имеет три выступа 54, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности и на которых расположены первое и второе соединения 45 и 46. Хомуты 53а, b состоят из трех перемычек 55, свободные концы которых образуют выступы 54 и образуют угол β, направленный от центральной продольной оси 6, равный приблизительно 120 градусам. На каждом из двух соседних по окружности выступах 54 установлен, в случае хомута 53а, тот конец одноплечего рычага 43, который направлен от двуплечего рычага 44, и в случае хомута 53b - центральная часть одного двуплечего рычага 44. Соединения 45, 46 и 48 являются шарнирными соединениями. У них есть шарнирный болт 56, проходящий через выступы 54 и рычаги 43 и 44.
Затвор 24 содержит цилиндрический корпус 58, который размещен на присоединяющей части и в котором подвижно установлен стержнеобразный блокирующий элемент 25 таким образом, что его перемещение направлено поперечно к центральной продольной оси 6 или оси перемещения 5. Предварительное напряжение в направлении 42 срабатывания достигается с помощью спиральной пружины сжатия 59, которая коаксиально окружает блокирующий элемент 25. Тот конец пружины, который направлен поперечно от центральной продольной оси 6, упирается в закругленный буртик 60 корпуса 58. Другой конец пружины 59 действует на фланец 63, который выдается за пределы внешнего периметра блокирующего элемента 25. Направленный поперечно наружу конец блокирующего элемента 25 соединен с поворотным рычагом 63, который проходит перпендикулярно к оси перемещения блокирующего элемента. Рычаг 63 взаимодействует с наклонной направляющей 64 на конце корпуса 58, направленном поперечно в сторону. На фиг. 3 представлено положение, в котором рычаг 63 направлен вниз. Если в данном угловом положении соединительная часть 4 находится в первом предельном положении (фиг. 1), блокирующий элемент 25 упирается своим направленным поперечно внутрь концом в область направляющей секции 34, расположенную ниже углубления 26. Если соединительная часть 4 установлена во втором предельном положении Е2, блокирующий элемент 25 автоматически входит в углубление 26 путем воздействия на него пружины 59. Если вращающийся рычаг направлен вверх (фиг. 1 и 2), блокирующий элемент 25 закреплен в положении, в котором его направленный поперечно внутрь конец радиально отделен от направляющей секции 34 и, соответственно, не упирается в нее. Соединительная часть 4, таким образом, автоматически не фиксируется во втором предельном положении Е2.