ВЫНОСНАЯ ОПОРА ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к области подъемно-транспортного машиностроения, а именно к устройствам для опирания и анкеровки (закрепления) на грунтовой опорной поверхности, включая слабые грунты и не строго горизонтальные поверхности, металлоконструкций мобильных грузоподъемных и часто перемещаемых транспортирующих машин в процессе их эксплуатации.
Известна конструкция выносной опоры грузоподъемной машины, содержащая контактирующий с поверхностью грунта подъемно-опускной опорный элемент, приводящийся в движение с помощью приводного механизма, и анкерное устройство в виде винтового якоря, воспринимающее действующие на опорный элемент опрокидывающие нагрузки (Авторское свидетельство СССР №606804, В66С 23/78, 1978 г.).
Недостатками этой конструкции является низкая сопротивляемость горизонтальным нагрузкам особенно на слабых грунтах и незначительная глубина винтового якоря, что значительно ухудшает условия эксплуатации. Также конструкция выносной опоры не позволяет использовать ее без заглубления винтового якоря, что сужает область ее применения.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели и принятой за ее прототип является выносная опора землеройно-транспортной машины (Патент RU №61699, В66С 23/64, 2007 г.), содержащая опорное устройство в виде опорной плиты для передачи на грунт нагрузки от машины и цилиндрического корпуса, внутри которого размещено анкерное устройство в виде винтового якоря, приводящегося во вращательное движение до достижения им своего рабочего положения гидроприводом вращения.
Существенным недостатком рассмотренного прототипа является то, что винтовой якорь, установленный в грунте в вертикальном положении, не позволяет создать существенную удерживающую силу прижатия опорной плиты выносной опоры к поверхности грунта, особенно при установке на слабых грунтах (болотистых, песчаных, галечных и т.п.), способную надежно зафиксировать работающую машину от опрокидывания под действием возникающих при ее работе опрокидывающих и сдвиговых эксплуатационных нагрузок. Также гидропривод вращения, конструктивно выполняемый на основе гидромоторов или поворотных гидродвигателей, как правило, имеет более низкие показатели долговечности, безотказности и ремонтопригодности, чем гидропривод поступательного движения на основе гидроцилиндров. При приблизительно равных массо-габаритных характеристиках гидропривод вращения по сравнению с гидроприводом поступательного движения развивает меньшие рабочие усилия по внедрению якоря в грунт, что негативно сказывается как на глубине установки якоря в рабочем положении, особенно при работе с прочными фунтами, так и на возможности повышения анкеровочной способности якоря за счет увеличения его поперечного размера (диаметра).
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение общей устойчивости мобильных грузоподъемных и часто перемещаемых транспортирующих машин при их работе в условиях действия значительных опрокидывающих и сдвигающих эксплуатационных нагрузок за счет повышения создаваемой анкерным устройством удерживающей силы, особенно на слабых грунтах и не строго горизонтальной поверхности. Это также обуславливает повышение безопасности эксплуатации указанных машин.
Для решения указанной технической задачи в конструкции выносной опоры подъемно-транспортной машины, включающей смонтированный на раме машины кронштейн, снабженный подъемно-опускным с помощью приводного механизма опорным устройством для передачи на грунт нагрузки от машины и транспортируемого груза, и анкерное устройство для восприятия действующих на машину опрокидывающих и сдвиговых эксплуатационных нагрузок, рабочий элемент анкерного устройства выполнен в виде плоского ножа с прямолинейной продольной осью, который для установки в свое рабочее положение совершает прокалывающее поступательное движение в грунте при помощи приводного гидроцилиндра, причем плоскость рабочего элемента наклонна по отношению к поверхности грунта и в рабочем положении рабочий элемент находится под площадкой контакта опорного устройства с поверхностью грунта.
Полезная модель поясняется более подробно с помощью чертежей. Все не требующиеся для непосредственного понимания полезной модели элементы исключены.
На фиг. 1 показана схема установки выносной опоры при работе подъемно-транспортной машины (крана-манипулятора); на фиг. 2 - конструкция выносной опоры подъемно-транспортной машины в исходном (нерабочем) состоянии анкерного устройства (вид сбоку); на фиг. 3 - конструкция выносной опоры подъемно-транспортной машины (вид сверху); на фиг. 4 - конструкция выносной опоры подъемно-транспортной машины в рабочем состоянии анкерного устройства (вид сбоку); на фиг. 5 - схема, поясняющая принцип действия предлагаемой полезной модели.
Суть полезной модели заключается в следующем. На раме 1 (фиг. 1) подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1) установлены кронштейны 3 (фиг. 1) для крепления опорных устройств 4 (фиг. 1-4) и анкерных устройств 5 (фиг. 1-4) выносных опор. Опорные устройства 4 (фиг. 1-4) предназначены для передачи на грунт нагрузки от веса подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1) и транспортируемого груза. Для этого в конструкции опорного устройства 4 (фиг. 1-4) имеются корпус 6 (фиг. 1-4) и несущая стойка 7 (фиг. 1, 2, 4), способная совершать перемещение в вертикальном направлении с целью выставления рамы 1 (фиг. 1 ) подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1) в горизонтальное рабочее положение, а также опорная плита 8 (фиг. 1-4) для непосредственного опирания на грунт. Для перевода выносной опоры из нерабочего (транспортного) положения в рабочее положение, а также для подъема-опускания несущей стойки 7 (фиг. 1, 2, 4) каждый кронштейн 3 (фиг. 1) снабжен подъемно-опускным приводным механизмом 9 (фиг. 1).
К корпусу опорного устройства 6 (фиг. 1-4) крепится корпус анкерного устройства 10 (фиг. 1-4). Крепление выполняется с помощью двух пар удерживающих пластин 11 (фиг. 1-4), концы которых жестко закреплены на наружных поверхностях корпуса опорного устройства 6 (фиг. 1-4) и корпуса анкерного устройства 10 (фиг. 1-4) с помощью сварных соединений. Корпус анкерного устройства 10 (фиг. 1-4) расположен наклонно по отношению к корпусу опорного устройства 6 (фиг. 1-4), в результате чего продольная ось ДЕ (фиг. 2, 4, 5) корпуса анкерного устройства 10 (фиг. 1-4) располагается наклонно по отношению к поверхности грунта. Конструктивно анкерное устройство 5 (фиг. 1-4) выполнено в виде гидроцилиндра, причем в качестве штока гидроцилиндра выступает рабочий элемент 12 (фиг. 1-5) анкерного устройства. Рабочий элемент 12 (фиг. 1-5) выполнен в виде плоского ножа с прямолинейной продольной осью и имеет возможность линейного возвратно-поступательного перемещения вдоль продольной оси ДЕ (фиг. 2, 4, 5).
Полезная модель работает следующим образом. При переводе подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1) из транспортного в рабочее положение с помощью подъемно-опускного приводного механизма 9 (фиг. 1) выносная опора приводится в рабочее положение путем вертикального перемещения несущей стойки 7 (фиг. 1, 2, 4) до обеспечения плотного контакта опорной плиты 8 (фиг. 1-4) с грунтом и расположения рамы 1 (фиг. 1) в горизонтальной плоскости. Для этого рабочая жидкость из гидросистемы подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1) по трубопроводу (условно не показан) через верхний штуцер 13 (фиг. 2-4) подается в верхнюю полость опорного устройства 4 (фиг. 1), а рабочая жидкость из нижней полости опорного устройства 4 (фиг. 1) через нижний штуцер 14 (фиг. 2, 4) по трубопроводу (условно не показан) синхронно вытесняется в гидросистему подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1). Указанное состояние выносной опоры показано на фиг. 2. Затем выполняется перевод в рабочее положение анкерного устройства 5 (фиг. 1-4). Для этого рабочий элемент 12 (фиг. 1-5) перемещается вдоль продольной оси ДЕ (фиг. 2, 4, 5) в крайнее выдвинутое положение путем подачи рабочей жидкости под давлением из гидравлической системы подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1) в верхнюю рабочую полость корпуса анкерного устройства 10 (фиг. 1-4) по подводящему трубопроводу (условно не показан) через входной штуцер 15 (фиг. 2-4). Одновременно через выходной штуцер 16 (фиг. 2, 4) по отводящему трубопроводу (условно не показан) рабочая жидкость из нижней холостой полости корпуса анкерного устройства 10 (фиг. 1-4) подается в гидравлическую систему подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1). В процессе своего перемещения рабочий элемент 12 (фиг. 1-5) прокалывает грунт, для облечения чего он выполняется заостренным и подвергается при изготовлении упрочняющей (например, термохимической или термомеханической) обработке. Находясь в своем рабочем положении, рабочий элемент 12 (фиг. 1-5) находится под площадкой контакта опорной плиты 8 (фиг. 1-4) опорного устройства 4 (фиг. 1-4) с поверхностью грунта. Указанное состояние выносной опоры показано на фиг. 4.
Обратный перевод анкерного устройства 5 (фиг. 1-4) в нерабочее положение (оно показано на фиг. 2) выполняется путем подачи рабочей жидкости под давлением из гидравлической системы подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1) в нижнюю холостую полость корпуса анкерного устройства 10 (фиг. 1-4) по отводящему трубопроводу (условно не показан) через выходной штуцер 16 (фиг. 2, 4). Одновременно через входной штуцер 15 (фиг. 2-4) по подводящему трубопроводу (условно не показан) рабочая жидкость из верхней рабочей полости корпуса анкерного устройства 10 (фиг. 1-4) возвращается в гидравлическую систему подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1). При этом рабочий элемент 12 (фиг. 1-5) перемещается вдоль продольной оси ДЕ (фиг. 2, 4, 5) до своего максимально втянутого положения.
опр
вос
вос
опр
опр
вос.
вос.доп
опр
вос
вос.доп
Принцип действия полезной модели заключается в следующем. При работе подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1) перемещаемый груз вызывает появление опрокидывающего момента М=G·h (фиг. 1), который обуславливает снижение общей устойчивости подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1) и может привести к ее опрокидыванию относительно ребра опрокидывания - точки А (фиг. 1). Негативное влияние опрокидывающего момента нейтрализуется действием восстанавливающего момента, который в случае использования в конструкции подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1) только опорных устройств 4 (фиг. 1-4) составляет М=Q·1. Общая устойчивость подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1) обеспечивается, когда М>М. Соответственно, условие потери общей устойчивости подъемно-транспортной машины имеет вид: М>МВеличина опрокидывающего момента пропорциональна плечу h действия сосредоточенной силы от веса груза G, приложенной в его центре тяжести - точке Б (фиг. 1), а восстанавливающего - пропорциональна плечу 1 действия сосредоточенной силы от веса подъемно-транспортной машины в целом Q, приложенной в ее центре тяжести - точке В (фиг. 1). Поэтому подъемно-транспортные машины комплектуются выносными опорами, так они позволяют существенно уменьшить величину плеча h при одновременном равном увеличении плеча 1. При включении в конструкцию подъемно-транспортной машины 2 (фиг. 1) анкерных устройств 5 (фиг. 1-4) предлагаемой конструкции появляется дополнительный восстанавливающий момент М=F·m. В этом случае условие потери общей устойчивости подъемно-транспортной машиной принимает следующий вид: М>М+М, т.е. для ее опрокидывания требуется больший опрокидывающий момент. Величина дополнительного восстанавливающего момента прямо пропорционально зависит от создаваемой анкерным устройством силы F, приложенной в точке Г и направленной перпендикулярно передней поверхности 17 (фиг. 5) рабочего элемента 12 (фиг. 1-5), и плеча ее действия m относительно ребра опрокидывания - точки А (фиг. 1). Ненулевое значение плеча m действия силы F имеет место в случае наклонного расположения рабочего элемента 12 (фиг. 1-5) в грунте, причем оно увеличивается с увеличением угла наклона продольной оси ДЕ (фиг. 2, 4, 5 по отношению к нормали к поверхности грунта. Величина силы F, создаваемой анкерным устройством 5 (фиг. 1-4), зависит от прочностных свойств грунта и условий его разрушения при вырывании рабочего элемента 12 (фиг. 1-5) под действием опрокидывающего момента. Схема разрушения грунта показана на фиг. 5. При вырывании рабочий элемент 12 (фиг. 1-5) стремится перейти из штатного рабочего положения I (фиг. 5) в положение II (фиг. 5). При этом он своей передней поверхностью 17 (фиг. 5) воздействует на прилегающей к ней грунт, вследствие чего происходит последовательное разрушение грунта путем поочередного смещения его соседних слоев вдоль линий сдвига 1-1, 2-2,…8-8 (фиг. 5) с образованием характерного выпучивания первоначально ровной поверхности перед передней поверхностью 17 (фиг. 5) рабочего элемента 12 (фиг. 1-5), выражаемого линией ИЖ (фиг. 5). Угол наклона линий сдвига 1-1, 2-2,…8-8 (фиг. 5), приблизительно равный углу внутреннего трения в различных грунтах, и сила сопротивления сдвигу слоев грунта зависят от прочностных свойств грунта [Далматов, Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты / Б.И. Далматов. - Л.: Стройиздат, 1988. -415 с]. Наличие сопротивления сдвигу слоев грунта и формирует силу F, создаваемую анкерным устройством 5 (фиг. 1-4). При нахождении рабочего элемента 12 (фиг. 1-5) под площадкой контакта опорного устройства 4 (фиг. 1-4) с грунтом показанная на фиг. 5 схема разрушения изменяется, так как расположенная на площадке контакта опорная плита 8 (фиг. 1-4) препятствует свободному смещению соседних слоев грунта вдоль линий сдвига 1-1, 2-2,…8-8 (фиг. 5) и связанному с этим процессом выпучиванию грунта по линии ИЖ (фиг. 5). Как результат, плоский механизм свободного разрушение грунта путем смещения его слоев только вдоль одной совокупности линий сдвига 1-1, 2-2,…8-8 (фиг. 5) изменяется на более энергозатратный объемный механизм стесненного разрушения, так как параллельно во времени происходит также сложное пространственное смещение слоев грунта вдоль второй совокупности линий сдвига, расположенных приблизительно перпендикулярно к первой. Это обуславливает существенное повышение величины силы F, создаваемой анкерным устройством 5 (фиг. 1-4).
Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволяет:
- повысить безопасность выполнения погрузочно-разгрузочных, перегрузочных, транспортных и складских работ, выполняемых грузоподъемными и часто переставляемыми транспортирующими машинами, вследствие повышения коэффициента запаса общей устойчивости и снижения риска их опрокидывания в процессе эксплуатации;
- повысить грузо-высотные характеристики подъемно-транспортных машин, т.е. перемещать грузы большего веса в пределах большей по размерам рабочей зоны.
Технико-экономический результат от внедрения полезной модели достигается за счет повышения общей устойчивости мобильных грузоподъемных и часто перемещаемых транспортирующих машин и, таким образом, расширения условий их применения (по прочности грунтов и не горизонтальности установочной поверхности), при которых указанные машины можно безопасно эксплуатировать с максимальными паспортными грузо-высотными характеристиками. Это приводит к повышению общей производительности и безопасности работы мобильных грузоподъемных и часто перемещаемых транспортирующих машин.