УСТРОЙСТВО СТРОПЛЕНИЯ ДЕТАЛИ С КОМПЕНСАЦИЕЙ УСИЛИЯ И ПОДЪЕМНАЯ СИСТЕМА С ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ
DEVICE TO SLING PARTS WITH FORCE COMPENSATION AND LIFTING SYSTEM THEREWITH

Область техники
Настоящее изобретение касается устройства стропления детали с компенсацией усилия, в частности, предназначенного для использования с подъемной системой, такой как мостовой кран или мачтовый кран, поднимающий застропленные детали, а также подъемной системы, содержащей такое устройство.
В рамках позиционирования (установки в заданное положение) тяжелых элементов, таких как конструктивные элементы какого-либо собираемого устройства, обычно в качестве подъемных систем используют мостовые краны, подвешенные к несущим конструкциям сборочного цеха, а также стационарные или передвижные мачтовые краны.
Такие подъемные системы предназначены для перемещения элементов с массой, часто составляющей от сотни килограмм до нескольких десятков тонн, удерживаемых стропом, и обеспечивают высокую точность позиционирования вдоль вертикальной оси и в горизонтальной плоскости, что обычно требуется во время монтажа элементов зданий, судов, самолетов или других устройств, таких как электрические генераторы.
Их используют в качестве инструментов для получения точности позиционирования до одного миллиметра и даже порядка 1/10 мм, чтобы соединять элементы очень точно, избегая создания усилий или повреждения соединяемых конструкций.
Первой трудностью в сохранении точности позиционирования вдоль вертикальной оси является то, что подъемные системы или средства, учитывая их массу и массу поднимаемых, удерживаемых и перемещаемых грузов, создают усилие, которое действует на несущие конструкции и может привести к смещению этих конструкций или их опор.
Если используют только одно подъемное средство, смещения несущей конструкции под действием собственных движений не являются проблемными, но если с одной и той же несущей конструкцией соединены несколько подъемных средств, перемещение или нагрузка одного из этих подъемных средств может стать причиной колебания в позиционировании другого подъемного средства. Измерения, произведенные на комплексах из двух мостовых кранов, позволили выявить наведенные движения, которые могли достигать нескольких миллиметров, причем при скорости порядка 0,25 мм/с.
В случае, когда перемещение первого подъемного средства, такого как мостовой кран, происходит во время операции сборки на неподвижном элементе элемента, удерживаемого вторым мостовым краном, колебания высоты второго мостового крана, вызываемые перемещением первого крана, отрицательно сказываются на соединении деталей упомянутых элементов во время сборки.
Другой трудностью, не связанной с числом подъемных средств, является то, что упомянутые средства или конструкции, на которых они закреплены, являются чувствительными к ветру.
Действительно, ветер создает напряжения на несущих конструкциях сборочных цехов, например ангаров для сборки больших самолетов, и эти напряжения приводят к прогибам упомянутых несущих конструкций, вызывающим вертикальные перемещения лебедок, которые могут достигать нескольких сантиметров.
Сочетание воздействия ветра с последствиями взаимодействия между подъемными элементами может привести к значительным повреждениям элементов во время сборки, если в результате этих воздействий происходит вертикальное перемещение удерживаемого элемента относительно находящейся на полу конструкции, на которой его устанавливают.
Например, смещение вверх примерно на 50 мм элемента, соединяемого с неподвижным элементом, может привести к разрыву стропа, если соединяемый элемент уже частично закреплен на неподвижном элементе, или к очень серьезным повреждениям удерживаемого элемента или неподвижного элемента.
Известное решение состоит в использовании динамической системы управления положением мостовых кранов в зависимости от смещений несущей конструкции и соответствующем автоматическом регулировании лебедок подъемных средств.
Такое решение не является удовлетворительным ввиду сложности применяемой системы: устройства управления, датчики, средства автоматического регулирования положения, для работы которых, кроме всего прочего, требуется моментальное применение высокой электрической мощности.
Краткое изложение существа изобретения
Настоящее изобретение отталкивается от принципа, который состоит в использовании динамических усилий на уровне соединения лебедки с устанавливаемой деталью. Технической задачей настоящего изобретения является создание устройства стропления детали, позволяющее компенсировать усилия, действующие на подвешенную деталь, путем удлинения или укорачивания стропа между лебедкой и деталью за счет простого воздействия динамических усилий на устанавливаемую деталь.
Изобретение позволяет компенсировать колебания по высоте, возникающие при движениях несущей конструкции, путем удлинения или укорачивания стропа, причем как в случае, когда деталь уже находится в процессе соединения, так и в случае, когда усилие сопротивления противодействует движению застропленной детали.
Объектом настоящего изобретения является устройство стропления детали, характеризующееся тем, что содержит строп, имеющий нерастяжимую часть и секцию, содержащую пружинные средства, которые при нагрузке обеспечивают упругое удлинение или укорачивание стропа с определенной ограниченной амплитудой в ответ на определенное ограниченное изменение нагрузки на деталь.
Таким образом, согласно настоящему изобретению движение несущей конструкции вниз вдоль вертикальной оси, стремящееся опустить деталь, будет компенсировано сокращением расстояния от детали к лебедке в случае, когда деталь приходит в положение упора в элемент, неподвижный относительно пола, причем в заранее определенном диапазоне, таким образом, чтобы усилие, которым деталь действует на неподвижный элемент, сохранялось ниже достаточно небольшого предельного значения, чтобы избежать повреждений перемещаемой детали, неподвижного элемента или любого другого элемента, связанного с деталью и с неподвижным элементом или расположенного между деталью и неподвижным элементом.
Точно так же, движение несущей конструкции вверх вдоль вертикальной оси, стремящееся приподнять деталь, будет компенсировано увеличением расстояния от детали к лебедке в случае, когда деталь полностью или частично соединена с элементом, неподвижным относительно пола, чтобы усилие, с которым деталь действует на неподвижный элемент и на соединения, оставалось ниже предельного значения, чтобы избежать любых аналогичных повреждений.
Изобретение, которое содержит средства компенсации нагрузки, изменяющие расстояние между деталью и лебедкой в ответ на усилие, действующее на деталь вдоль вертикальной оси, позволяет корректировать положение детали, подвешенной к лебедке, при помощи подвесного троса вдоль вертикальной оси.
Предпочтительно устройство содержит средства регулирования амплитуды удлинения или укорачивания стропа в зависимости от нагрузки (F1, F2). Эти средства позволяют, в частности, адаптировать устройство к перемещаемым деталям разной массы.
Устройство компенсации нагрузки содержит также пружинные средства, изменяющие расстояние между деталью и лебедкой, к которой она подвешена, в ответ на усилие, действующее на деталь вдоль вертикальной оси стропа, содержащие раму, плавающую опору, и поддерживают плавающую опору в отсутствие действия усилия на деталь вдоль вертикальной оси в положении равновесия, центрированном вертикально относительно рамы под весом детали.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания неограничительного примера выполнения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает вид сбоку устройства стропления согласно изобретению;
Фиг.2А и 2В - схему устройства (вид спереди) под нагрузкой натяжения и под опорной нагрузкой соответственно согласно изобретению;
Фиг.3 - общий вид сбоку устройства компенсации нагрузки согласно изобретению;
Фиг.4 - общие виды элементов устройства, показанного на фиг.3 (частичные разрезы), согласно изобретению;
Фиг.5 - вид сбоку устройства, показанного на фиг.3, согласно изобретению;
Фиг.6 - вид сбоку в разрезе балансира компенсирующего устройства согласно изобретению;
Фиг.7А, 7В и 7С - вид сбоку другого варианта выполнения устройства согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Устройство стропления содержит лебедку 2 (фиг.1), перемещающуюся по рельсу и удерживающую деталь 1, подвешенную на стропе 3.
Лебедка 2 перемещается по рельсу под действием устройства управления (не показано). Строп может удлиняться или укорачиваться лебедкой таким образом, чтобы позиционировать подвешенную деталь перед напольной конструкцией, с которой ее необходимо соединить.
На практике эту лебедку можно заменить любым устройством подъема груза при помощи стропа.
Согласно изобретению строп 3 содержит первую нерастяжимую часть 3а над секцией 3с, снабженной пружинными средствами 10, 10', позволяющими под нагрузкой упруго удлинять или укорачивать строп 3 с определенной ограниченной амплитудой в ответ на определенное ограниченное колебание нагрузки на деталь 1. Согласно представленному примеру строп дополнительно содержит вторую нерастяжимую часть 3b под секцией 3с.
Пружинные средства 10, 10' входят в состав устройства 4 компенсации нагрузки, изменяющего расстояние между деталью и лебедкой 2, с которой соединен трос 3, в ответ на усилие F1, F2, действующее на деталь вдоль вертикальной оси А1 стропа 3.
Необходимо отметить, что в отсутствие компенсирующего устройства, сила F1 равна усилиям, действующим на строп в его части, связанной с лебедкой и с несущей конструкцией, причем эти усилия, не контролируемые по своей природе, могут превышать возможности стропа, а сила F2 равна весу соединяемой детали 1.
Компенсирующее устройство в основном состоит из рамы 5, плавающей опоры 6 и упомянутых пружинных средств 10, 10'.
Пружинные средства удерживают плавающую опору в положении равновесия, то есть предпочтительно в положении, в котором плавающая опора центрирована вертикально по отношению к раме 5 под весом детали 1 в отсутствие действия усилия на деталь вдоль вертикальной оси А1.
Предпочтительный пример работы устройства в соответствии с настоящим изобретением описан со ссылками на фиг.2а и 2b.
Как было указано выше, этот вариант предназначен для ограничения усилий, действующих на деталь и на напольную конструкцию в случае вертикального перемещения лебедки, связанного с прогибом несущей конструкции либо вниз, либо вверх.
Рама 5, плавающая опора 6 и пружинные средства 10 образуют систему, деформирующуюся при равновесии под действием веса детали. При равновесии систему предпочтительно регулируют таким образом, чтобы плавающая опора была центрирована вертикально относительно рамы 5.
Как показано на фиг.2а, несущая конструкция подвергается приподнимающему усилию Е, перемещающему лебедку вверх.
Деталь приподнимается и приходит в положение упора в элемент напольной конструкции S. Поскольку конструкция S останавливает деталь, усилие F1 передается на компенсирующее устройство 4 через плавающую опору, на которую действует усилие натяжения вниз. В результате этого усилия на пружину 10, которая в представленном примере является пружиной сжатия, действует усилие сжатия С1, С2, и она сжимается, позволяя плавающей опоре 6 опуститься относительно рамы 5, что ограничивает усилие, которым деталь действует на конструкцию.
Как показано на фиг.2b, несущая конструкция подвергается действию опускающего усилия А.
Когда деталь приходит в положение нижнего упора, конструкция S действует на деталь усилием F2 ответной реакции, при этом тяговое усилие на подвижную опору уменьшается, в результате чего пружина 10 разжимается и поднимает подвижную опору 6, уменьшая или ограничивая опорное усилие детали на конструкцию.
Как будет показано ниже со ссылками на фиг.6, устройство стропления содержит средства 16, 16' регулирования амплитуды удлинения или укорачивания стропа 4 в зависимости от удлинения или укорачивания пружинных средств 10 таким образом, чтобы получить возможность регулирования центральной точки плавающей опоры 6 в зависимости от веса удерживаемой детали 1.
Более детально пример устройства показан на фиг.3.
Рама 5 содержит корпус, содержащий переднюю сторону, при этом показаны только ее передние части 10, 20b, 20c, 20d на уровне осей элементов устройства, и заднюю сторону 19. Плавающая опора 6 установлена во внутреннем пространстве, ограниченном передней и задней сторонами.
Согласно изобретению либо рама 5, либо плавающая опора 6 содержат верхний конец 7 соединения с нерастяжимой частью 3а стропа 3, и тогда вторая из них содержит нижний конец, оборудованный средствами 7' удержания подвешенной детали.
Согласно представленному примеру, с нерастяжимой верхней частью 3а стропа соединена именно рама через ее верхний конец 7, а плавающая опора 6 оборудована средствами 7' удержания подвешенной детали.
Для обеспечения удлинения или укорачивания стропа плавающая опора 6 установлена с возможностью перемещения скольжением в раме 5 вдоль вертикальной оси А1 между направляющими средствами 8, 8', 9, 9'.
Направляющие средства 8, 8', 9, 9' содержат, по меньшей мере, одну вертикальную зубчатую рейку 8, 8', неподвижно соединенную с плавающей опорой 6 и входящую в зацепление с первой шестерней 9, 9', смещенной по отношению к плавающей опоре 6 вдоль оси, перпендикулярной к вертикальной оси А1.
Согласно примеру, показанному на фиг.3, устройство выполнено двойным и симметричным по отношению к плоскости, проходящей через ось А1 и перпендикулярной к задней стороне 19 рамы, при этом средства 8, 8', 9, 9' являются симметричными относительно вертикальной оси А1 и расположены по обе стороны от плавающей опоры 6. В рамках настоящего изобретения можно предусмотреть конфигурацию устройства, при которой плавающая опора 6 содержит только одну вертикальную зубчатую рейку и перемещается скольжением стороной, противоположной зубчатой рейке, по вертикальному рельсу.
Таким образом, направляющие средства содержат, по меньшей мере, одну зубчатую рейку 8 и шестерню 9, зацепляющуюся с зубчатой рейкой 8 и содержащую ось вращения 25, неподвижно соединенную с рамой 5 и перпендикулярную к вертикальной оси А1 и к передней и задней сторонам рамы, обеспечивая вертикальное перемещение плавающей опоры в раме.
В описываемом варианте воплощения пружинные средства 10, 10' неподвижно соединены со стойкой 15 балансира 11, установленной на валу 12, неподвижно соединенном с рамой 5 и параллельном оси вращения 25 шестерни 9, 9'.
Для приведения устройства в соответствие с данным диапазоном усилий пружинные средства 10, 10' соединяют с плавающей опорой 6 через устройство-демультипликатор, содержащее первую шестерню 9, 9', при этом средства 13, 13', 14, 14' зацепления приводят балансир 11, 11' во вращение на данном угловом секторе.
Устройство регулируют, чтобы ограничить усилие между деталью 1 и напольной конструкцией значением в 2% от номинальной нагрузки при нагрузке, находящейся в пределах от 2000 даН до 5000 даН, и в качестве пружинных средств 10 в нем используют газовые пружины, выполненные по известной технологии.
Рабочий диапазон, в частности значение максимальных усилий, можно менять, когда устройство приходит в положение механического упора, адаптируя характеристики используемых пружинных средств.
Предусмотрена также регулировка положения равновесия устройства.
Симметричное устройство содержит два балансира, приводимые во вращение в противоположных направлениях вокруг валов 12, 12', неподвижно соединенных с рамой, во время вертикальных перемещений плавающей опоры 6 относительно рамы 5, и пружинные средства 10, 10' подвешены своими двумя концами между стойками балансиров 11, 11'.
Во время вертикальных движений плавающей опоры под действием изменения нагрузки на уровне детали 1 демультипликаторы, симметричные по отношению к вертикальной оси А1, содержащие первые шестерни 9 и 9' и средства 13, 13', 14, 14' зацепления, приводят во вращение балансир 11, 11' в противоположных направлениях на данном угловом секторе.
Таким образом, приложение нагрузки F1, F2 на деталь приводит к перемещению плавающей опоры 6, приводящей во вращение стойки 15, 15' в противоположных направлениях до достижения нового положения равновесия плавающей опоры 6 под действием пружинных средств 10, 10', сжимающихся или разжимающихся в зависимости от направления нагрузки F1, F2, действующей на деталь.
Для обеспечения рычажного эффекта балансиры 11, 11' шарнирно соединены с рамой при помощи вала 12 на уровне первого конца стоек 15, 15', и каждый из них неподвижно соединен на этом конце с элементом 14, 14' зацепления, приводимым в действием одним из симметричных демультипликаторов и направленным перпендикулярно к стойкам.
Балансир показан на фиг.4, где показаны также элементы демультипликатора, содержащие зубчатые рейки 8, 8' на плавающей опоре 6, одну из шестерен 9, 9', входящую в зацепление с зубчатой рейкой, причем эта шестерня 9 является коаксиальной с зубчатым венцом 13, приводящим в действие элемент 14 зацепления балансира 11.
Для установки концов пружинных средств 10, 10' каждая из стоек 15, 15' содержит подвижную опору 17, 17', на которой установлены пружинные средства 10, 10' и которая оборудована средствами 16, 16' регулирования в виде червячной передачи 21, которая управляется маховиком 16, 16' и на которой установлена подвижная опора 17, 17'.
Средства регулирования позволяют уравновешивать устройство в зависимости от массы детали 1 для сообщения стойкам амплитуды перемещения в двух подобных направлениях (по часовой стрелке и против часовой стрелки).
Хотя это и не является обязательным для работы устройства, предпочтительно можно конструктивно предусмотреть, чтобы обе стойки 15, 15' были параллельными, когда на крюк 7' не действует никакое усилие.
Такая конструкция позволяет не сжимать пружинные средства 10, 10' во время регулирования положения подвижных опор 17, 17', что дает возможность производить регулирование без особого усилия на средства 16 и 16'.
Предпочтительно подвижные опоры 17 и 17' имеют идентичные положения соответственно на стойках 15 и 15'.
На фиг.7А показаны приводные средства 27, соединяющие червяки 21 стоек 15 и 15' и позволяющие регулировать одновременно положение подвижных опор 17 и 17', обеспечивая идентичное позиционирование опор в стойках 15 и 15'.
Такие приводные средства, которые в представленном примере выполнены в виде валов и карданных шарниров, в соответствии с настоящим изобретением могут быть выполнены также в виде цепей или гибких ремней, и такая модификация общедоступна специалистам.
Воздействие на маховики 16, 16' позволяет перемещать подвижную опору 17, 17' вдоль стойки 15 и, таким образом, приближать или удалять точку приложения усилия, создаваемого пружинными средствами 10, 10' шарнирного конца стоек.
Предпочтительно устройство выполняют таким образом, чтобы в положении равновесия под нагрузкой плавающая опора 6 имела диапазон смещения вверх, равный ее амплитуде смещения вниз между верхним упором 23 и нижним упором 24.
В варианте применения, описанном выше, положения упоров достигаются при максимальных значениях амплитуды смещения, например, величиной ±5 см вокруг значения равновесия, чтобы учитывать допустимые предельные случаи прогиба несущей конструкции.
Таким образом, при любом прогибе несущей конструкции с меньшей амплитудой напряжение, прилагаемое деталью 1 на конструкцию или любой элемент, находящийся между деталью и конструкцией, остается меньше определенного выше значения, то есть соответствует нагрузке ниже 100 даН.
Чтобы обеспечить легкое регулирование точки равновесия в зависимости от массы удерживаемых деталей 1, стрелка 22, неподвижно соединенная с каждой подвижной опорой 17, 17', перемещается напротив делений 26 на стойках 15, 15'.
Наконец, чтобы избежать колебаний деталей во время маневра мостового крана или лебедки, устройство выполнено таким образом, чтобы пружинные средства 10, 10' были установлены параллельно амортизирующим средствам 18, 18'.
В дополнительном варианте выполнения предусмотрены средства 28, 29, 30 измерения и/или обнаружения положения устройства.
В случае выполнения средств обнаружения положения предусмотрено средство обнаружения крайнего положения, например один или несколько датчиков 28 конца хода, что позволяет определить, достигло ли усилие определенного предела.
Устройство с датчиками 28 конца хода, соединенными с сигнальным устройством 33, показано на фиг.6.
Датчики 28 конца хода могут быть контактными, индуктивными или любыми другими.
На фиг.7А показан вариант выполнения, согласно которому датчики 28 конца хода расположены напротив упорных элементов 34, 36 на подвижной части устройства.
В случае, когда выбранный датчик является измерительным датчиком 29, обеспечивающим измерение положения подвижной части устройства, можно использовать датчик-потенциометр или оптическое кодирующее устройство, причем этот перечень можно продолжить. Пример позиционирования датчика-потенциометра показан на фиг.7С, где он установлен на конце опорной оси элемента 14 зацепления.
Предпочтительно датчики соединяют с устройствами, такими как устройства сигнализации и/или отслеживания изменения компенсации, при этом последние позволяют предупреждать операторов заранее, когда во время операции сборки изменение амплитуды компенсирующих движений превышает значение, установленное правилами безопасности.
Еще до достижения устройством физических упоров обнаружение нежелательного изменения амплитуды движения позволяет прекратить сборочные операции для восстановления безопасных условий работы.
В этом случае датчик или датчики обнаружения являются измерительными датчиками 29, выдающими сигнал, характеризующий положение в реальном масштабе времени подвижного элемента устройства, соединенного с системой сигнализации, содержащей средства измерения и отслеживания изменения амплитуды компенсирующих движений, содержащие средства обнаружения превышения порогового значения и выдачи сигнала о превышении порогового значения.
В случае, когда датчиками являются датчики 28 конца хода, система сигнализации, с которой они соединены, может содержать только простое средство, определяющее, что упор достигнут или близок к достижению, и выдающее сигнал о таком определении.
Согласно упрощенному варианту средства обнаружения выполнены в виде отметок, таких как визуальные индикаторы 30, по меньшей мере, на одной из деталей, находящихся в относительном движении (фиг.7В, 7С).
Например, стержень 31, соединенный с крюком 7' и перемещающийся скольжением в направляющей 24, может содержать в своей верхней и нижней частях цветные индикаторы, которые будут появляться или исчезать под направляющей 24 до того, как устройство достигнет физического упора.
Предпочтительно индикаторы 30 располагают на утопленных лысках, выполненных на цилиндрическом стержне, чтобы избежать возможности их истирания во время скольжения стержня в направляющей.
Аналогичным образом можно выполнять визуальные индикаторы 30 (фиг.7С), находящиеся напротив указателя 32, на шестернях или стойках.
Изобретение касается также подъемной системы, такой как мачтовый кран или мостовой кран, содержащий строп из двух частей 3а и 3b, между которыми находится устройство в соответствии с настоящим изобретением.
Изобретение не ограничивается представленным примером и может представлять собой асимметричное устройство, в котором один конец пружинных средств неподвижно соединен с рамой. Кроме того, в зависимости от требуемых характеристик для амплитуды смещения крюка и допустимых усилий можно адаптировать размеры и число ступеней шестерен, совмещающих движение стоек 15, 15' с движением плавающей опоры.