Раскладная конструкция для многоярусного размещения оборудования с компенсацией гравитационного усилия на складывание и раскладывание шарнирно-рычажного механизма, раскрывающегося в вертикальной плоскости
FOLDING STRUCTURE FOR MULTI-TIER ARRANGEMENT OF EQUIPMENT WITH COMPENSATION OF GRAVITATIONAL FORCE FOR FOLDING AND UNFOLDING OF HINGE-LEVER MECHANISM, OPENING IN VERTICAL PLANE

Изобретение относится к подъемно-транспортному оборудованию, в частности к подъемникам с механизмами пантографного типа и может быть использовано в качестве раздвижного каркаса для создания стационарных или передвижных устройств с многоярусным размещением оборудования в вертикальной плоскости.
Конструкция содержит многосекционный шарнирно-рычажный механизм пантографного типа раскрывающийся в вертикальной плоскости.
Основу шарнирно-рычажного механизма составляет шарнирно-рычажная группа. Единая многосекционная шарнирно-рычажная группа пантографного (ножничного) типа состоит из однотипных рычагов, шарнирно соединенных в середине и на концах таким образом, что они могут вращаться относительно друг друга, образуя единый ножничный параллелограммный механизм. Многосекционность шарнирно-рычажной группы формирует многоярусность шарнирно-рычажного механизма.
Шарнирные соединения, находящиеся по центру шарнирно-рычажной группы в плоскости перпендикулярной оси раскрытия, соединяют шарнирно-рычажную группу с основанием через оси этих шарнирных соединений. В результате соединения с основанием, оси указанных шарнирных соединений несут на себе весь вес шарнирно-рычажной группы, то есть шарнирно-рычажная группа опирается на эти оси (назовем их опорными осями шарнирно-рычажной группы). Одна опорная ось жестко связывает шарнирно рычажный механизм с основанием конструкции, то есть является неподвижной относительно основание конструкции и будет являться основной опорной осью. Остальные опорные оси, должны линейно перемещаться относительно основания конструкции. Сделать их неподвижными нельзя, поскольку в процессе раскрытия расстояние между шарнирными соединениями шарнирно-рычажной группы изменяется. Для обеспечения подвижности такие опорные оси устанавливаются на подвижных элементах (на подвижные опорные элементы), которые перемещаются по линейным направляющим. Направляющие устанавливаются на основание конструкции так, что шарнирно-рычажная группа может беспрепятственно раскрываться и складываться.
При вертикальном раскрытии верхняя половина шарнирно-рычажной группы опирается на опорные оси и стоит на них, в то время как нижняя часть, подвешена на этих же опорных осях. Верхняя часть шарнирно-рычажной группы под действием гравитации стремится сложиться, в то время как нижняя раскрыться, а, поскольку это единая шарнирно-рычажная группа, начинает работать принцип качелей: две половинки взаимно компенсируют и уравновешивают друг друга - таким образом, производится компенсация гравитационного усилия на складывание и раскладывание шарнирно-рычажного механизма раскрывающегося в вертикальной плоскости. Получаются вертикальные гравитационные качели: если попеременно увеличивать вес то верхней, то нижней части, шарнирно-рычажная группа будет отвечать на гравитационную асимметрию вертикальным раскачиванием - попеременно складываясь и раскрываясь. Как уже было сказано, на шарнирно-рычажную группу в процессе работы одновременно действуют два конкурирующих усилия на складывание и на раскрытие, какое из приложенных усилий больше, в ту сторону и будет стремиться шарнирно-рычажная группа.
В случае, если шарнирно-рычажный механизм состоит из нескольких шарнирно-рычажных групп, то для выравнивания степени их раскрытия используются рычаги синхронизации. Рычаги синхронизации позволяют выстроить из нескольких шарнирно-рычажных групп единый пространственно-распределенный опорный элемент, то есть единый шарнирно-рычажный механизм. Вес рычагов синхронизации также влияет на гравитационное равновесие шарнирно-рычажного механизма, что означает необходимость в учете веса рычагов синхронизации над опорными осями и под опорными осями, принимая во внимание зеркальную симметрию относительно горизонтальной плоскости, проходящей через неподвижную опорную ось.
Далее по тексту будет говориться о шарнирно-рычажном механизме, как о совокупности синхронных шарнирно-рычажных групп, его составляющих. Большого значения не имеет, сколько шарнирно-рычажных групп входит в состав шарнирно-рычажного механизма, во многом работа одной шарнирно-рычажной группы и работа всего шарнирно-рычажного механизма схожи, однако когда необходимо будет выделить отличия, речь снова будет идти о шарнирно-рычажной группе.
Перераспределение веса шарнирно-рычажного механизма выше опорных осей (в верхнюю часть) препятствует раскрытию, а перераспределение веса в нижнюю часть шарнирно-рычажного механизма способствует раскрытию шарнирно-рычажного механизма. При перераспределении веса необходимо учитывать не только вес элементов конструкции, но и перераспределение веса установленного оборудования, вспомогательного, коммуникационного оборудования и любых других элементов, прикрепленных к подвижной части конструкции (к шарнирно-рычажному механизму).
Если часть шарнирно-рычажного механизма над неподвижными опорными осями, зеркально симметрична, части шарнирно-рычажного механизма под неподвижными опорными осями, то такой шарнирно-рычажный механизм находится в устойчивом равновесии независимо от степени раскрытия. Назовем этот механизм гравитационно-симметричным. Пример конструкции с таким механизмом изображен на фиг. 1-3. Гравитационно-симметричный шарнирно-рычажный механизм может сохранять степень раскрытия, при отсутствии внешних воздействий, неопределенно продолжительное время. Использование гравитационно-симметричного шарнирно-рычажного механизма позволяет создать раскладную конструкцию со значительным снижением усилия на раскрытие и складывание шарнирно-рычажного механизма, по сравнению с традиционными ассиметричными конструкциями на основе шарнирно-рычажного механизма пантографного типа, где основание и опорные оси, несущие весь вес подвижной части конструкции, располагаются только с одной стороны шарнирно-рычажного механизма. Данное изобретение позволяет решить проблему создания раскладной конструкции с механизмом раскрытия, обладающим практически максимальной энергоэффективностью за счет гравитационной симметрии подвижной части, что приводит к значительному снижению усилий на раскладывание и складывание конструкции.
Для изменения степени раскрытия гравитационно-симметричного шарнирно-рычажного механизма достаточно приложение усилия, превышающего силу трения в шарнирах и узлах скольжения подвижной части конструкции и превышающего силу инерции. Сила инерции подвижной части конструкции оказывает влияние на ускорение при раскрытии и складывании конструкции. В случаях малых скоростей перемещения шарнирно-рычажного механизма, то есть при достаточно малых ускорениях, усилием на раскрытие или закрытие механизма конструкции, затрачиваемое на преодоление силы инерции, можно пренебречь. Однако совсем не учитывать силу инерции нельзя, поскольку конструкция с установленным на нем оборудованием может иметь значительную массу, и с увеличением количества ярусов, воздействие силы инерции будет только возрастать. Ограничить воздействие силы инерции на элементы конструкции можно путем установки линейных демпферов, ограничивающих ускорение. Демпферы работают по принципу - чем больше скорость, тем выше сопротивление перемещению. При малых скоростях действие такого демпфера практически не ощутимо.
Стабилизация шарнирно-рычажной группы относительно основания формирует раскладную конструкцию с устойчивой (стабильной) осью раскрытия в пространстве.
Шарнирно-рычажная группа, прикрепленная только одной опорной осью к основанию без дополнительных элементов стабилизации, может вращаться вокруг этой опорной оси.
Для фиксации оси раскрытия шарнирно-рычажной группы достаточно ограничить перемещение шарнирных соединений рычагов средней (центральной) секции шарнирно-рычажной группы, находящихся в плоскости опорных осей, в пределах плоскости перпендикулярной оси раскрытия. Для этого необходимо обеспечить поступательное движение фиксируемого шарнирного соединения шарнирно-рычажной группы по линейной траектории, не препятствуя вращательному движению рычагов на шарнирном соединении.
Как уже было сказано, для стабилизации шарнирно-рычажного механизма в пространстве, используются подвижные опорные элементы, перемещающиеся по линейным направляющим.
Назовем деталь, состоящую из подвижной оси шарнирного соединения, установленной на подвижный опорный элемент, перемещающийся по линейной направляющей, как линейно-подвижная опора.
Линейно-подвижные опоры соединяются с шарнирно-рычажной группой в месте фиксируемых шарнирных соединений рычагов шарнирно-рычажных групп через удлиненную ось вращения этих рычагов и перемещаются по направляющим, жестко закрепленным на основании конструкции. Направляющие линейно-подвижных опор устанавливаются перпендикулярно оси раскрытия шарнирно-рычажных групп или параллельно оси раскрытия таким образом, чтобы обеспечивалось линейное перемещение фиксируемого шарнирного соединения шарнирно-рычажной группы и было возможно вращательное движение рычагов в шарнирном соединении. Линейно-подвижные опоры обеспечивают линейное перемещение опорных осей относительно основания, что реализует линейное раскрытие шарнирно-рычажной группы строго в одной плоскости без нежелательных вращений оси раскрытия. Таким образом, можно стабилизировать механизм, состоящий из одной (фиг. 1-3) или нескольких соосных шарнирно-рычажных групп (фиг. 4-6). Соосными шарнирно-рычажными группами в данном случае называются одинаковые шарнирно-рычажные группы, имеющие опорные оси, расположенные на одной прямой, раскрывающиеся в параллельных плоскостях. Вариант конструкции с соосными шарнирно-рычажными группами представлен в Примере 2 (фиг. 4-6), где изображена вертикальная раздвижная солнечная батарея. В указанном примере (фиг. 4-6) выравнивание степени раскрытия шарнирно-рычажных групп осуществляется за счет установленного на них оборудования (каркаса солнечной батареи), тем не менее, если необходимо обеспечить дополнительную жесткость, между шарнирно-рычажными группами потребуется установить жесткие рычаги синхронизации. Жесткие рычаги синхронизации позволяют объединить соответствующие рычаги соосных шарнирно-рычажных групп в единый конструктивный элемент.
Для шарнирно-рычажного механизма, состоящего из нескольких шарнирно-рычажных групп, имеющих разнесенные (перпендикулярно сдвинутые) неподвижные оси крепления к основанию, необходимо использовать подвижные рычаги синхронизации, закрепленные шарнирно на рычагах или на шарнирах шарнирно-рычажных групп, таким образом, чтобы происходило синхронное раскрытие всех шарнирно-рычажных групп. Раскрывающее усилие от одной шарнирно-рычажной группы передается другой шарнирно-рычажной группе через рычаги синхронизации, выравнивая степень раскрытия шарнирно-рычажных групп. Вариант конструкции с разнесенными шарнирно-рычажными группами представлен в Примере 3 (фиг. 7-9), где изображена раскладная конструкция для проведения осмотра на складе. В указанном примере крайние шарнирно-рычажные группы соосны, а средняя шарнирно-рычажная группа сдвинута, образуя дополнительную опору конструкции с разнесенными шарнирно-рычажными группами.
Для создания конструкций с заданными свойствами можно преднамеренно вносить гравитационную асимметрию в гравитационно-симметричную конструкцию.
Поскольку в процессе движения от сложенного состояния к раскрытому или обратно, различные части шарнирно-рычажного механизма проходят разный путь, то работа на их перемещение будет различной, и их вклад в усилие, раскрывающее или закрывающее шарнирно-рычажный механизм, будет различным. Прослеживается следующая закономерность: чем ближе к опорной оси закреплен груз, вызывающий гравитационную асимметрию шарнирно-рычажного механизма, тем меньшая работа с ним связана, и меньшее воздействие он будет оказывать на поведение механизма.
Принцип гравитационной компенсации был описан ранее. Идея состоит в том, чтобы создать гравитационно-симметричную конструкцию, а потом добавить элементы приводящие к гравитационной асимметрии: если нужно чтобы конструкция сама закрывалась - груз добавляется в верхнюю часть шарнирно-рычажного механизма, а если нужно, чтобы раскрывалась - то в нижнюю часть. Сказанное проиллюстрировано в примерах конструкций:
Гравитационно-симметричная конструкция - Пример 1. Раздвижной светодиодный фонарь (фиг. 1-3).
Самоскладывающаяся конструкция - Пример 2. Вертикальная раздвижная солнечная батарея (фиг. 4-6). В самом верхнем ярусе установлен дополнительный груз, в результате шарнирно-рычажный механизм стремится сложиться. Для фиксации в открытом состоянии используется дополнительный удерживающий элемент - крюк, за который цепляется рукоятка для раскрытия конструкции.
Самораскрывающаяся конструкция - Пример 3. Раскладная конструкция для проведения осмотра на складе (фиг. 7-9). На нижнем ярусе конструкции установлены транспортировочные колеса, вызывающие утяжеление нижней части конструкции. В результате чего в поднятом состоянии конструкция стремится раскрыться.
Основание конструкции призвано обеспечить жесткость и безопасность использования раскладной конструкции. Пространственная конструкция основания, должна обеспечивать надежность фиксации неподвижных опорных осей, надежность установки направляющих линейно-подвижных опор и обеспечивать беспрепятственную работу шарнирно-рычажного механизма вместе с установленным оборудованием. Весь вес конструкции передается на основание через опорные оси и направляющие линейно-подвижных опор, а от основания на опорную поверхность. Независимо от того стационарная конструкция или передвижная, должна обеспечиваться надежность фиксации основания на опорной поверхности.
Конструкция основания может быть различной, главное, чтобы неподвижные опорные оси шарнирно-рычажных групп и направляющие для линейно-подвижных опор с подвижными опорными осями располагались в средней части шарнирно-рычажного механизма - именно эта конфигурация позволяет выстроить раскладную конструкцию с гравитационной компенсацией усилия на складывание и раскладывание шарнирно-рычажного механизма. Установка линейных демпферов, ограничивающих скорости перемещения шарнирно-рычажного механизма, может быть совмещена с установкой линейно-подвижных опор.
При конструировании и расположении основания необходимо учитывать, что для приведения в рабочее состояние конструкции, опорные оси должны быть подняты над поверхностью, чтобы образовалось достаточное пространство для раскрытия механизма вниз, при этом пространство над опорными осями не должно препятствовать движению механизма вверх.
Настоящее изобретение предназначено для создания раскладной конструкции, по всей длине которой с заданными интервалами можно разместить оборудование. Интервалы размещения оборудования соответствуют размеру секции шарнирно-рычажного механизма. Многоярусность шарнирно-рычажного механизма позволяет устанавливать однотипные группы оборудования на каждом ярусе, в результате чего формируется управляемая пространственная матрица размещения однотипного оборудования. Например, при создании осветительных конструкций, раздвижных платформ для установки солнечных батарей, конструкций для инспекционных осмотров в узких пространствах, конструкций для окраски или обрызгивания больших поверхностей, и т.п. Часть указанных примеров проиллюстрирована (фиг. 1-9).
При установке оборудования необходимо учитывать вес и зеркальную гравитационную симметрию шарнирно-рычажного механизма относительно опорных осей.
Оборудование может крепиться как непосредственно к рычагам шарнирно-рычажных групп (фиг. 1-6), так и к рычагам синхронизации (фиг. 7-9).
Вертикальное расстояние между однотипными группами оборудования меняется по мере раскрытия шарнирно-рычажного механизма. При установке на рычагах шарнирно-рычажных групп, оборудование будет совершать вращательное движение при изменении положения этих рычагов. Если оборудование установлено на рычагах синхронизации разнесенных шарнирно-рычажных групп, то его перемещение будет параллельным, а вращение при раскрытии будет отсутствовать.
Известно несколько изобретений, а именно US 20120313059 A1, FR 2180511 А1, US 5207333 SU, SU 536121 A1 которые являются подъемниками с шарнирно-рычажными механизмами пантографного типа. Несмотря на то, что многие из указанных изобретений имеют внешнее сходство по форме шарнирно-рычажного механизма, сходство по компоновке шарнирно-рычажных групп, некоторые изобретения обладают ярусным размещением полезной нагрузки, имеется одно существенное отличие, а именно: у всех этих подъемников опорные оси, несущие вес подвижной части конструкции, расположены в нижней части шарнирно-рычажного механизма. В случае с указанными изобретениями весь шарнирно-рычажный механизм стоит на опорных осях соединяющих подвижную часть конструкции с основанием. Часть шарнирно-рычажного механизма, весящая на этой же опорной оси отсутствует, по этой причине невозможна компенсация веса одной подвижной части подъемника другой подвижной частью относительно опорных осей соединяющих шарнирно-рычажный механизм с основанием, поскольку конструкция этих подъемников ассиметрична относительно опорных осей. Недостатком указанной конструкции подъемников является, что для приведения в рабочее (разложенное) положение, в составе подъемников необходимы механизмы, способные развивать значительные усилия, направленные на поднятие не только полезной нагрузки, но и веса самих шарнирно-рычажных механизмов с раздвижными механизмами этих подъемников. Кроме этого фиксаторы положения подъемника должны удерживать как минимум полный вес подвижной части.
Известны пространственные конструкции, описанные в изобретении US 20180155922 A1, предназначенные для перекрытия большого пространства. Данное изобретение имеет сходство формой шарнирно-рычажного механизма, рассмотрены способы стабилизации шарнирно-рычажного механизма в пространстве, даже описан случай, когда шарнирно-рычажные группы могут сформировать опорную колонну. Недостатком является отсутствие решения вопроса с размещением основного опорного элемента (основания) конструкции и ничего не говориться о компенсации гравитационных усилий на раскрытие и закрытие конструкций, не затронут вопрос с размещением полезной нагрузки.
Известно изобретение US 2019264438 A1 имеющее сходство по расположению полезной нагрузки на элементах шарнирно-рычажного механизма, также состоящего из нескольких соосных шарнирно-рычажных групп, которые, как и в предложенном изобретении, позволяют сохранять одинаковое расстояние между элементами полезной нагрузки при изменении раскрытия шарнирно-рычажного механизма. Отличия заключаются в работе и функциональном предназначении: изобретение US 2019264438 A1 рассматривается как соединительный элемент, предназначенный только для выравнивания расстояния между элементами полезной нагрузки, работающий в горизонтальной плоскости между подвижными опорами (между двумя подвижными основаниями), расположенными с противоположных сторон шарнирно-рычажного механизма. Стабилизация положения оси раскрытия осуществляется путем поддержки шарнирно-рычажной группы с противоположных сторон. Вопросы компенсации усилий на раскрытие и закрытие данного механизма не рассматриваются. Недостатком является то, что изобретение US 2019264438 A1 не может использоваться как несущая конструкция, работающая в вертикальной плоскости, имеющая крепление к единственному основанию.
Источники информации о технических решениях, идентичных настоящей заявке, Заявителем не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
Изобретение обеспечивает достижение следующего результата:
1. Значительное снижение усилия для раскрытия и закрытия конструкции за счет компенсации гравитационной составляющей усилия на складывание и раскладывание шарнирно-рычажного механизма.
Традиционно при создании подъемников пантографного типа или раскладных мачт, в том числе и передвижных, основание располагается в самом низу, а раскрытие механизма происходит вверх от основания, что требует довольно больших усилий на преодоление гравитационной составляющей. В данной конструкции основание расположено так, что механизм раскрывается от него в разные стороны. Это позволяет создавать конструкции с компенсацией гравитационного усилия на раскрытие и закрытие механизма, в том числе и гравитационно-симметричный (уравновешенный) механизм для раскрытия или закрытия которого достаточно приложить небольшую силу, превышающую силу трения подвижных элементов конструкции.
2. Простота конструкции.
Возможность создания устройств без использования сложных раскрывающих механизмов: например без привода с червячной передачей и без иных приводов и подъемных механизмов.
3. Возможность гравитационного управления поведением механизма.
Внесение гравитационной асимметрии, то есть, утяжелением верхней или нижней части, можно задать требуемое поведение механизма. Например, для создания самораскрывающегося механизма утяжеляется нижняя часть, так чтобы преодолеть силу трения подвижных элементов конструкции. Для создания самоскладывающейся конструкции - утяжеляется верхняя часть механизма. Складывать или раскрывать конструкцию возможно даже путем перемещения груза на рычагах, например, перекачивая жидкость между резервуарами, закрепленными в верхней и нижней части механизма.
4. Небольшие усилия для фиксации состояния механизма.
Поскольку конструкция предусматривает компенсацию гравитационного усилия на складывание и раскладывание шарнирно-рычажного механизма, раскрывающегося в вертикальной плоскости, то для фиксации в заданном положении требуется приложение усилий, превышающих гравитационную асимметрию механизма и возможные внешние возмущающие воздействия. Допустимо применение облегченных (упрощенных) фиксаторов удержания раскрытия шарнирно-рычажного механизма. Удерживать вес всего механизма в зафиксированном состоянии не требуется. В случае самораскрывающейся конструкции можно обойтись без фиксатора состояния механизма (без стопорного механизма).
5. Увеличенная жесткость, за счет уменьшения длины раздвижных частей. Увеличение жесткости раздвижных частей, вызванной люфтами и упругой деформацией рычагов механизма, при перемещении основания в центр конструкции, происходит за счет уменьшения высоты выдвинутой (незакрепленной) относительно основания части механизма. Раздвижная мачта с основанием снизу высотой с развернутую конструкцию, выполненная аналогичным образом будет иметь вдвое большую длину раздвижной части и, как следствие, уменьшение жесткости только за счет общей длины. В это же время предложенная конструкция будет сопоставима по характеристикам жесткости с мачтой половинной длины.
6. Гибкость регулировки при использовании.
Изменяя степень раскрытия шарнирно-рычажного механизма можно регулировать расстояние между установленными группами оборудования: от минимального (когда конструкция сложена) до максимального (когда конструкция полностью разложена). Все промежуточные расстояния можно установить, фиксируя степень раскрытия конструкции.
7. Компактность в сложенном виде.
В сложенном виде конструкция может иметь высоту, ограниченную только высотой поперечного профиля рычагов шарнирно-рычажного механизма и габаритами установленного оборудования, что влечет удобство хранения, удобство транспортировки, обеспечение большей сохранности, если оборудование не используется, а также удобство облуживания оборудования без необходимости дополнительного использования подъемного оборудования.
8. В разложенном виде возможность создания протяженных опорных конструкций. В полностью разложенном виде конструкция может создавать протяженные опорные элементы пригодные для размещения различного вида оборудования.
9. Экономический эффект.
Возможность создания средств повышающих качественные и количественные результаты выполняемой работы. С помощью конструкции описанной в данном изобретении возможно объединение однотипного оборудования в единую функциональную группу (в единую функциональную матрицу), что позволяет обойти ограничения единичных экземпляров оборудования, переводя на новый качественный уровень результат выполняемой работы. Повышается объем выполняемой работы, скорость, достоверность и качество полученного результата. В ряде случаев открываются новые возможности для автоматизации, ранее недоступные с использованием традиционных методов исполнения, значительно снижается трудоемкость и себестоимость выполненных работ.
Изобретение поясняется чертежами с примерами реализации изобретения в различных устройствах (фиг. 1-9).
В первом примере приведена аксонометрия раздвижного светодиодного фонаря в трех состояниях: где на фиг. 1 представлен общий вид смонтированного устройства в сложенном виде, на фиг. 2 - устройство с раскрытым на 45° шарнирно-рычажным механизмом, на фиг. 3 - устройство в полностью разложенном виде.
При создании раздвижного фонаря решалась техническая задача размещения большого количества линейных светодиодных элементов на одном линейном светильнике. Раздвижной светильник применим для создания равномерного вертикального освещения архитектурных объектов, строительных объектов, больших вертикальных поверхностей.
В сложенном виде данный светильник компактен и удобен для транспортировки. Для монтажа, достаточно закрепить основание 1 на опорной поверхности и подключить светильник к системе электроснабжения. Приведение в рабочее состояние производится с помощью гибкого троса 6, перемещающего линейно-подвижную опору 4 шарнирно рычажного механизма по линейной направляющей, подобно тому, как поднимают флаг на флагштоке.
Шарнирно-рычажный механизм светильника выполнен по гравитационно-симметричной схеме и состоит из одной шарнирно рычажной группы 2, в которой по центру с одной стороны от оси раскрытия находится неподвижная опорная ось 3, а с другой линейно-подвижная опора 4.
Шарнирно-рычажная группа выполнена с учетом принципов зеркальной симметрии. В плоскости зеркальной симметрии находятся направляющая линейно-подвижной опоры 4 и ось неподвижной опоры шарнирно-рычажной группы 3. Для соблюдения гравитационной симметрии, при монтаже светильника необходимо обеспечить горизонтальное расположение направляющей линейно-подвижной опоры 4. Линейные светодиодные элементы 5 установлены на рычаги шарнирно-рычажного механизма так же по правилу зеркальной симметрии и при неполном раскрытии формируют в пространстве английскую букву «W» написанную вертикально.
При правильном монтаже, необходимость в фиксаторах состояния отсутствует, поскольку гравитационно-симметричный шарнирно-рычажный механизм светильника может сохранять степень раскрытия неопределенно продолжительное время. В случае вероятных ветровых нагрузок зафиксировать состояние можно путем фиксации гибкого троса 6 механизма раскрытия.
Светильник предусматривает возможность увеличения количества линейных светодиодных элементов за счет увеличения секций шарнирно-рычажного механизма. Секции должны добавляться парно сверху и снизу шарнирно-рычажного механизма.
Обозначение элементов на чертеже (фиг. 2):
1 - основание конструкции;
2 - шарнирно-рычажная группа шарнирно-рычажного механизма;
3 - место установки неподвижной опорной оси;
4 - место установки линейно-подвижной опоры;
5 - полезная нагрузка - линейные светодиодные элементы;
6 - элементы механизма раскрытия светодиодного светильника.
Второй пример - аксонометрия трех состояний вертикальной раздвижной солнечной батареи: где на фиг. 4 представлен общий вид смонтированного устройства в сложенном виде, на фиг. 5 - устройство с раскрытым на 45° шарнирно-рычажным механизмом, на фиг. 6 - устройство в полностью разложенном виде.
При создании раздвижной солнечной батареи решалась техническая задача создания солнечной батареи увеличенной мощности, за счет объединения нескольких панелей солнечных батарей в одном раздвижном техническом устройстве, пригодном для монтажа на вертикальные поверхности архитектурных сооружений.
Основой раздвижной солнечной батареи является шарнирно-рычажный механизм состоящий из двух соосных шарнирно-рычажных групп объединенных панелями солнечных батарей, так, что обе шарнирно-рычажные группы работают синхронно, как одна шарнирно-рычажная группа с рычагами большой ширины (ширина определяется шириной панелей солнечных батарей).
Шарнирно-рычажные группы 2 установлены по гравитационно-симметричной схеме. Неподвижные опорные оси 3 шарнирно-рычажного механизма установлены как можно ближе к опорной поверхности, на которой закреплено основание конструкции 1. Линейно-подвижные опоры 4, обеспечивающие стабилизацию шарнирно-рычажного механизма в пространстве, крепятся к шарнирам средней секции шарнирно-рычажного механизма, удаленной от опорной поверхности, на которой закреплено основание 1. Направляющие линейно-подвижных опор расположены в центре шарнирно-рычажного механизма в плоскости, перпендикулярной оси раскрытия. При вертикальном раскрытии происходит прижатие раскрытых солнечных батарей к опорной поверхности (например, к стене здания), что уменьшает влияние ветровой нагрузки и повышает стабильность раскрытой конструкции.
Полезная нагрузка в виде панелей солнечных батарей 7 крепится непосредственно к рычагам 2 шарнирно-рычажного механизма. В результате такого крепления две соосные шарнирно-рычажные группы 2 работают как одна шарнирно-рычажная группа с рычагами увеличенной ширины.
В верхней части шарнирно-рычажного механизма установлен груз 8, вызывающий гравитационную асимметрию, который позволяет создать самоскладывающуюся конструкцию. Поскольку вес верхней половины шарнирно-рычажного механизма будет больше нижней, будет возникать постоянное усилие, направленное на складывание шарнирно-рычажного механизма 2 вместе с установленными на нем панелями солнечных батарей 7. При отсутствии удерживающего усилия устройство будет складываться, и оставаться в сложенном состоянии пока не произойдет утяжеление нижней части.
Для раскрытия раздвижной солнечной батареи в самой нижней точке шарнирно-рычажного механизма между рычагами противоположных шарнирно-рычажных групп 2 расположена гибкая рукоятка 6, за которую производится раскрытие. Человек тянет за эту рукоятку 6 и создает усилие, превышающее вес груза 8 установленного в верхней части шарнирно-рычажного механизма. Под воздействием мускульной силы производится раскрытие раздвижной солнечной батареи. Если высота установки не позволяет дотянуться, ручку 6 можно удлинить. Для фиксации в раскрытом состоянии ручка 6 зацепляется за крюк 6.
Обозначение элементов на чертеже (фиг. 5):
1 - основание конструкции;
2 - шарнирно-рычажная группа шарнирно-рычажного механизма;
3 - место установки неподвижной опорной оси;
4 - место установки линейно-подвижной опоры;
6 - элементы механизма раскрытия;
7 - панели элементов солнечных батарей;
8 - груз, установленный для создания самоскладывающейся конструкции;
Третий пример - аксонометрия раздвижной конструкции для проведения осмотра на складе: где на фиг. 7 представлен общий вид устройства в сложенном состоянии на погрузчике, на фиг. 8 - устройство с раскрытым на 45° шарнирно-рычажным механизмом, на фиг. 9 - устройство в рабочем положение (в полностью разложенном виде) на погрузчике.
При создании раздвижной конструкции для проведения осмотра на складе решалась задача по созданию устройства способного автоматизировать операции осмотра товарных запасов в условиях крупного склада, оборудованного многоярусными стеллажами для хранения, имеющего узкие проходы между рядами стеллажей.
Основой конструкции для проведения осмотра на складе является шарнирно-рычажный механизм 2, установленный по гравитационно-симметричной схеме на плоском основании 1, с прорезями, обеспечивающими сквозное движение шарнирно-рычажных групп. Плоская форма основания и Ш-образная компоновка рычагов синхронизации 9, объединяющих шарнирно-рычажные группы 2, позволяет поднимать конструкцию с помощью вилочного погрузчика.
В состав шарнирно-рычажного механизма входят три шарнирно-рычажные группы 2, в разложенном виде формирующие колонны шарнирно связанные рычагами синхронизации 9. Крайние шарнирно-рычажные группы 2 являются соосными, а средняя шарнирно-рычажная группа 2 сдвинута в плоскости основания перпендикулярно неподвижной опорной оси 3 соосных шарнирно-рычажных групп так, чтобы образовалась дополнительная опора конструкции с разнесенными шарнирно-рычажными группами.
Конструкция данного шарнирно-рычажного механизма предусматривает установку линейно-подвижных опор 4 на шарнирные соединения крайних шарнирно-рычажных групп 2. Направляющие линейно-подвижных опор 4 располагаются в плоскости основания 1. В примере (фиг. 8) указаны места установки линейно-подвижных опор 4.
Оборудование позволяющее производить визуальный осмотр 10, устанавливается на рычагах синхронизации 9 шарнирно-рычажного механизма. Для работы в условиях склада, где стеллажи располагаются по обеим сторонам прохода, оборудование устанавливается парами и направляется в разные стороны перпендикулярно движению.
Для реализации самораскрывающейся конструкции на нижней части шарнирно-рычажного механизма 2 размещены транспортировочные колеса 11.
Указанная в примере конструкция будет функционировать следующим образом. Погрузчик заводит вилы под основание конструкции 1 и начинает подъем вил. По мере подъема, за счет утяжеления нижней части транспортировочными колесами 11 будет происходить раскрытие шарнирно-рычажного механизма 2. При этом рычаги синхронизации 9 обеспечивают выравнивание степени раскрытия рычагов шарнирно-рычажного механизма 2. Раскрытие шарнирно-рычажного механизма происходит до того момента, пока транспортировочные колеса 11 не поднимутся над поверхностью пола. В момент отрыва транспортировочных колес 11 шарнирно-рычажный механизм 2 будет полностью раскрыт. При раскрытии шарнирно-рычажного механизма происходит смещение центра масс конструкции в сторону погрузчика, что положительно влияет на устойчивость в рабочем положении. В разложенном виде конструкция устойчива и готова к использованию. Погрузчик перемещает конструкцию в поднятом состоянии по намеченной траектории. В это время установленное оборудование может выполнять полезную работу. По завершению работы погрузчик опускает вилы и, с момента касания транспортировочными колесами 11 пола, будет происходить складывание шарнирно-рычажного механизма 2, пока все рычаги не займут устойчивое сложенное положение. После этого погрузчик может освободить вилы - конструкция будет находиться в сложенном виде.
Обозначение элементов на чертеже (фиг. 5):
1 - основание конструкции;
2 - шарнирно-рычажная группа шарнирно-рычажного механизма;
3 - место установки неподвижной опорной оси;
4 - место установки линейно-подвижной опоры;
9 - элементы рычага синхронизации;
10 - оборудование, позволяющее производить визуальный осмотр;
11 - транспортировочные колеса.
Приведенные варианты реализации настоящего изобретения не ограничиваются только указанными примерами - все зависит от условий применения и особенностей размещаемого оборудования.