Механизм подъема стрелы манипулятора
MECHANISM FOR MANIPULATOR-BOOM LIFTING

Изобретение относится к стреловому оборудованию грузоподъемных кранов и манипуляторов.
Известен навесной универсальный манипулятор ЛВ-185, устройство для изменения вылета стрелы которого выполнено в виде гидроцилиндра, шарнирно соединенного со стрелой и основанием манипулятора (Гидроманипуляторы и лесное технологическое оборудование [Текст]: монография / И.М. Бартенев, З.К. Емтыль, А.П. Татаренко, М.В. Драпалюк, П.И. Попиков, Л.Д. Бухтояров; под ред. И.М. Бартенева. - М.: ФЛИНТА: Наука, 2011. - 408 с.).
Недостатком известного устройства являются повышенные энергозатраты, требующиеся для стрелы манипулятора, обусловленные необходимостью создания больших усилий со стороны исполнительного механизма, которым является гидроцилиндр, для обеспечения поворотов стрелы при подъеме или опускании груза.
Известен механизм подъема стрелы, состоящий из гидроцилиндра, шарнирно закрепленного на опорной раме и на стреле, при этом шарнир крепления его к стреле помещен в пазу последней и при помощи двух шатунов связан с двумя двуплечими рычагами, поворачивающимися вокруг оси, закрепленной на стреле, и взаимодействующими с цапфами, которыми снабжен гидроцилиндр. Стрела снабжена направляющей с пазом, в котором расположен палец, соединяющий проушину гидроцилиндра со стрелой. Проушина имеет цапфы, которые входят также в отверстия, выполненные в форме пазов на концах двуплечих рычагов. Рычаги могут поворачиваться относительно неподвижной оси, закрепленной на стреле. К противоположным концам этих рычагов с помощью пальцев шарнирно присоеденены шатуны, которые также связаны при помощи пальца с проушиной гидроцилиндра (а.с. №468868, В66С 23/82; опубл. 30.04.75, бюл. №16).
Недостатком данного устройства является то, что при изменении точки присоединения штока гидроцилиндра к стреле положение опорного шарнира не изменяется, но при этом изменяется угол подъема стрелы и растут энергозатраты, т.к. положение точек присоединения гидроцилиндра не совпадают с оптимальными, при которых энергозатраты имеют минимальные значения, кроме того, наличие многозвенного рычажного механизма снижает надежность конструкции.
Наиболее близким по технической сущности решением, принятым за прототип, является устройство для изменения вылета стрелы подъемно-транспортного средства, содержащее гидроцилиндр, шарнирно соединенный со штангой, один конец которой шарнирно закреплен на основании, а второй конец соединен с ползуном, выполненным с возможностью перемещения по направляющим, которые закреплены на стреле и выполнены с криволинейным профилем (патент №2404113, класс В66С 23/82; опубл. 20.11.2010 г., бюл. №32).
Недостатком прототипа является то, что подъем стрелы происходит при переменной длине плеча и непостоянной угловой скорости, при этом возникают динамические нагрузки и растут энергозатраты.
Задачей изобретения является снижение нагрузок и энергозатрат в процессе подъема груза, что достигается за счет того, что подъем стрелы происходит при постоянной длине плеча и постоянной угловой скорости, при которой не возникают угловые ускорения и соответственно не возникают динамические нагрузки. При этом гидроцилиндр, жестко соединенный со штангой, имеет возможность совершать вращательное движение вокруг оси шарнира, соединяющего колонну и стрелу, и совершать поступательное движение вдоль оси штока при его выдвижении, поэтому он автоматически занимает положение с минимальным усилием на штоке при подъеме стрелы на заданный угол, т.к. присоединен к колонне и стреле через ролики с возможностью их качения в направляющих, закрепленных на колонне и стреле. Это позволяет понизить нагрузки и энергозатраты механизма подъема стрелового оборудования грузоподъемных кранов и манипуляторов.
Для реализации задачи изобретения в механизме подъема стрелы, содержащем гидроцилиндр, штангу, ползуны, выполненные с возможностью перемещения по направляющим с криволинейным профилем, согласно изобретению, гидроцилиндр подъема присоединен к колонне и стреле через ролики с возможностью их качения в направляющих, закрепленных на колонне и стреле, и жестко соединен под прямым углом со штангой, имеющей ось поворота, совпадающую с осью шарнира, соединяющего колонну и стрелу, при этом длина штанги выбирается равной длине плеча усилия на штоке при оптимальном положении гидроцилиндра.
На фиг. 1 изображена кинематическая схема механизма подъема стрелы.
Механизм подъема стрелы состоит из гидроцилиндра 1, имеющего шарнирное соединение со стрелой 2 и колонной 3 через ролики 4 и 5 с возможностью их качения в направляющих 6 и 7, которые выполнены с криволинейным профилем и жестко закреплены на стреле и колонне, а корпус гидроцилиндра 1 жестко соединен под прямым углом со штангой 8, имеющей подвижное соединение с осью 9, совпадающей с осью шарнира, соединяющего колонну и стрелу.
Механизм подъема стрелы работает следующим образом. При выдвижении штока гидроцилиндра 1 стрела 2 поднимается, а ролики 4 и 5, соединенные с гидроцилиндром 1, перемещаются в направляющих 6 и 7. Так как гидроцилиндр в процессе подъема стрелы совершает вращательное движение вокруг оси шарнира, соединяющего колонну и стрелу, и поступательное движение вдоль оси штока, то он автоматически занимает оптимальное положение с минимальным усилием на штоке, поэтому снижаются энергозатраты механизма подъема. В процессе подъема стрелы плечо усилия гидроцилиндра относительно оси поворота стрелы 2, поскольку штанга 8 перпендикулярна оси штока гидроцилиндра, остается неизменной по длине. При постоянном плече угловая скорость поворота стрелы не изменяется, следовательно, не возникают угловые ускорения и инерционные (динамические) силы, что позволяет снизить нагрузки и повысить надежность стрелового оборудования грузоподъемных кранов и манипуляторов.