ГРУЗОЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО
LOAD-HANDLING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к грузозахватным устройствам и грейферам для подъема и перемещения грузов. В частности, данное изобретение относится к грузозахватным устройствам, приводимым в действие с помощью смонтированных на них исполнительных механизмов (например, двигателей). Данное изобретение может быть использовано, например, в области торговых, развлекательных и игровых автоматов для захвата, удержания и перемещения товара или игровых предметов, однако спектр применения изобретения этим не ограничен. Изобретение может также использоваться в тяжелой и легкой промышленности или строительстве на кранах или подъемных устройствах.
Описание уровня техники
Грейферы и грузозахватные устройства повсеместно используются для захвата и перемещения грузов. Типичное грузозахватное устройство выполнено в виде нескольких «челюстей» (захватов, ковшей), которые подвижно соединены с возможностью их смыкания и размыкания.
Из уровня техники известен, например, грейфер по патенту Российской Федерации на полезную модель №179997 (опубликовано: 30.05.2018; автор: Шерстюк Константин Юрьевич). Данный грейфер содержит челюсти, шарнирно прикрепленные к корпусу и штоку исполнительного механизма. Исполнительный механизм выполнен с возможностью перемещения штока вдоль его центральной оси в одну или другую сторону (т.е., с возможностью выталкивания или втягивания штока), что приводит к соответствующему открытию или закрытию челюстей. Данный грейфер предназначен для работы в жидких средах.
Иные грейферы (грузозахватные устройства) также известны из патента Российской Федерации на изобретение №2165386 (опубликовано: 20.04.2001; автор: Головань Василий Эдуардович), опубликованной заявки на выдачу патента Российской Федерации на изобретение №2002134033 (опубликовано: 20.06.2004; автор: Цинкер Леонид Маркович и др.), опубликованной международной патентной заявки РСТ № WO 2009/080897 (опубликовано: 02.07.2009; автор: Kalle Pohjola), патента США на изобретение № US 9898885 (опубликовано: 20.02.2018; автор: Chih-Chieh Wang), патента США на изобретение № US 6899337 (опубликовано: 05.31.2005; авторы: Leonard С.Fisher и др.), опубликованной патентной заявки США на изобретение № US 2005/0179273 (опубликовано: 18.08.2005; автор: Yi-Chiang Yang) и пр. Недостатком известных решений является недостаточная надежность раскрытия и закрытия челюстей и/или недостаточная устойчивость их работы. Например, в случае, когда известные грузозахватные устройства используются под наклоном для захвата груза, усилие, формируемое челюстями, может быть неравномерным, что ухудшает эксплуатационные характеристик и приводит к неустойчивой работе грузозахватных устройств.
За прототип настоящего изобретения выбрано грузозахватное устройство, описанное в патенте США на изобретение № US 6234487 (опубликовано: 22.05.2001; автор: Stephen P. Shoemaker, Jr.). Грузозахватное устройство по прототипу содержит основание (корпус), к которому шарнирно присоединена по меньшей мере одна челюсть для захвата, и исполнительный механизм, предназначенный для изменения положения челюстей. Исполнительный механизм представляет собой электромагнитную катушку, внутри которого подвижно размещен металлический шток. К штоку шарнирно присоединены челюсти захвата. При подаче соответствующего электрического напряжения на электромагнитную катушку, шток под действием электромагнитных сил втягивается внутрь катушки, что приводит в движение челюсти захвата для их смыкания. При остановке подачи напряжения на электромагнитную катушку, шток частично выпадает из катушки под действием силы тяжести, что приводит к размыканию челюстей захвата.
Аналогично описанным выше аналогам, недостаток прототипа заключается в неустойчивой работе грузозахватного устройства в определенных условиях. Например, при использовании прототипа под наклоном или горизонтально, размыкание челюстей захвата может быть затруднено поскольку оно основано на движении штока под действием силы тяжести. В иных обстоятельствах известно, что при такой конструкции грузозахватного устройства усилие, формируемое челюстями, может быть неравномерным. Кроме того, конструкция грузозахватного устройства по прототипу не позволяет надежно управлять скоростью и усилием захвата челюстями, а также не позволяет управлять величиной (шириной) раскрытия или закрытия челюстей.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на решение технической проблемы (задачи) по устранению недостатков прототипа и иных известных аналогов и направлена на решение проблемы по обеспечению грузозахватного устройства, которое выполнено с возможностью надежного функционирования в различных условиях (например, под наклоном, горизонтально и пр.), а также с возможностью управления скоростью открытия-закрытия челюстей захвата, усилием, формируемым челюстями захвата, и величиной (шириной) раскрытия или закрытия челюстей.
Техническая проблема изобретения решается путем создания грузозахватного устройства, которое содержит основание, к которому шарнирно присоединена по меньшей мере одна челюсть для захвата, и исполнительный механизм, предназначенный для изменения положения челюстей. Изобретение отличается от прототипа и иных аналогов тем, что исполнительный механизм имеет выходной вал и выполнен с возможностью вращения выходного вала вокруг свой воображаемой центральной оси. На выходном валу закреплен опорный элемент. Каждая челюсть шарнирно присоединена к опорному элементу при помощи тяги так, что при вращении выходного вала вокруг центральной оси в одну сторону, тяги приводят в движение челюсти так, что челюсти перемещаются в открытое положение, а при вращении выходного вала вокруг центральной оси в другую сторону, челюсти перемещаются в закрытое положение.
В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения, основание может представлять собой корпус или фрагмент корпуса, выполненный с возможностью симметричного шарнирного крепления челюстей вокруг воображаемой центральной оси вала. Основание может также быть отдельным крепежным средством. Исполнительный механизм может представлять собой электродвигатель или электрический привод. Каждая челюсть может быть выполнена в виде рычага-захвата, изгибающегося в сторону центральной оси выходного вала. В иных вариантах осуществления, каждая челюсть может быть выполнена в виде рычага-захвата, изгибающегося в сторону от центральной оси выходного вала. Кроме того, каждая челюсть может быть шарнирно присоединена к опорному элементу с помощью цапфы, закрепленной на опорном элементе, и сферического шарнира, присоединенного к тяге и предназначенного для приема (размещения) и подвижного удержания цапфы.
В соответствии с различными вариантами осуществления изобретения, грузозахватное устройство может дополнительно содержать блок управления (например, контроллер), предназначенный для управления работой исполнительного механизма. Например, блок управления может быть выполнен с возможностью управления скоростью открытия или закрытия челюстей за счет управления скоростью вращения выходного вала исполнительного механизма. Блок управления может быть также выполнен с возможностью управления величиной открытия или закрытия челюстей за счет управления угла поворота выходного вала исполнительного механизма. Кроме того, блок управления может быть выполнен с возможностью управления усилием захвата груза челюстями за счет управления крутящим моментом на выходном валу исполнительного механизма.
Все вышеперечисленные и иные элементы грузозахватного устройства данного изобретения конструктивно объединены в одно устройство, соединены между собой сборочными операциями и находятся в функционально-конструктивном единстве друг с другом.
Технический результат
Технический результат, обеспечиваемый существенными признаками изобретения, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик и надежности работы грузозахватного устройства, в том числе повышении надежности открытия и закрытия челюстей захвата в его различных пространственных положениях с возможностью управления скоростью, величиной и усилием захвата, формируемыми челюстями. Иные или дополнительные технические результаты будут очевидны из описания, приведенного ниже.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения далее поясняется фигурами, на которых представлено:
Фиг. 1А - схематичное изображение (продольный разрез) грузозахватного устройства с одной челюстью в «закрытом» состоянии согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 1В - вид снизу грузозахватного устройства по Фиг. 1А;
Фиг. 2А - схематичное изображение (вид сбоку) грузозахватного устройства с одной челюстью в «открытом» состоянии согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 2В - вид снизу грузозахватного устройства по Фиг. 2А;
Фиг. 3А - схематичное изображение (вид снизу) грузозахватного устройства с тремя челюстями в «открытом» состоянии согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 3В - схематичное изображение (вид снизу) грузозахватного устройства с тремя челюстями в «закрытом» состоянии согласно одному варианту осуществления;
Фиг. 4 - схематичное изображение в аксонометрической проекции прототипа грузозахватного устройства с челюстями в «закрытом» состоянии согласно одному варианту осуществления; и
Фиг. 5 - схематичное изображение прототипа грузозахватного устройства по Фиг. 4 с челюстями в «открытом» состоянии согласно одному варианту осуществления.
Обозначение позиций на чертежах
1 - основание
2 - челюсть (рычаг-захват)
3 - выходной вал электрического привода
4 - опорный элемент
5 - сферический шарнир
6 - блок управления
7 - исполнительный механизм (например, электрический привод)
8 - тяга (шатун)
9 - цапфа
10 – паз.
Описание вариантов осуществления
Устройство и принцип работы грузозахватного устройства (грейфера) данного изобретения поясняется на фигурах. Грузозахватное устройство имеет основание 1 и исполнительный механизм 7. В качестве исполнительного механизма 7 может использоваться электродвигатель, электродвигатель с редуктором, электрический (электромеханический) привод, пневматический привод или гидравлический привод. Исполнительный механизм 7 предназначен для осуществления его выходного вала 3 вокруг своей воображаемой центральной оси в любую из сторон. В качестве основания 1 может использоваться корпус (например, корпус исполнительного механизма 7) или фрагмент такого корпуса. Основание 1 может быть также выполнено в виде иного средства крепления, платформы, опоры, метиза, фланца, скобы, ребра крепления и пр. Основание 1 может также иметь единым элементом или иметь более одного элемента (например, основание 1 может быть выполнено в виде корпуса и специального средства крепления, включая например, сборочные единицы, как например, винты, болты, шарниры и пр.).
К основанию 1 шарнирно присоединены челюсти 2. Для данного соединения может быть использован обычный (простой) шарнир или сферический шарнир. Челюсти 2 присоединены к основанию 1 на одинаковом расстоянии друг от друга. В некоторых вариантах осуществления, челюсти 2 присоединены к основанию 1 симметрично. Кроме того, челюсти 2 могут быть радиально присоединены к основанию 1. Термин «челюсть» в данном документе означает захватный элемент грейфера и может быть также известен как «рычаг», «рычаг-захват», «захват», «клешня», «зажимные губки», «лапки» и т.п. В данном документе, перечисленные термины являются взаимозаменяемыми.
Каждая челюсть 2 представляет собой элемент, предназначенный для захвата груза. В связи с этим, форма и конструкция челюсти 2 может быть любой приемлемой. Например, челюсть 2 может представлять собой рычаг (рычаг-захват), клешню, ковш, крюк, зацеп или иной механизм для осуществления захвата груза. По форме, челюсть 2 может иметь С- или Г-образную форму. Челюсть 2 может быть изготовлена из одного или нескольких материалов, включая, например, металл, полимер (пластик), дерево, резину и пр. Захватываемым предметом может выступать любой приемлемый груз, включая, например, товар потребления, приз, игрушку, продукт питания или иной предмет, размещаемый в игровом или торговом автомате. Захватываемым предметом может быть также сыпучий или несыпучий материал, жидкость, строительные материалы, ископаемые материалы, производственные материалы и прочие грузы.
Как показано на фигурах, например на Фиг. 1А, челюсть 2 может представлять собой продолговатый и изогнутый рычаг. Согласно одному варианту осуществления, как показано на Фиг. 1А, челюсть 2 может иметь изгиб в сторону центральной оси вала 3. Однако, как показано пунктиром на Фиг. 1А, изгиб челюсти 2 может быть в сторону от центральной оси вала 3, что позволяет челюсти 2 осуществить подхват предметов через соответствующее отверстие или петлю в грузе (например, через петлю в призе игрового автомата).
На торце выходного вала 3 исполнительного механизма 7 закреплен опорный элемент 4. В качестве опорного элемента может использоваться крепежное устройство, например, планшайба, фланец, диск, крепежное ребро (ребра) и т.п. Опорный элемент 4 осуществляет вращение вокруг своей центральной оси симметрии при вращении выходного вала 3 исполнительного механизма 7.
Каждая челюсть 2 шарнирно (подвижно) соединена с опорным элементом 4. Соединение может быть осуществлено напрямую или посредством одной или нескольких тяг 8 (выполненных, например, в виде стержня, метиза, ребра, скобы и пр.). Каждая тяга 8 может иметь любую приемлемую форму, например, прямую в виде стержня (см., например, Фиг. 3А, 3В) или изогнутую (см., например, Фиг. 4, 5).
В опорном элементе 4 может быть закреплена одна или несколько цапф 9, по одной на каждую челюсть 2. Цапфа 9 может быть выполнена, например, как выступ, шток, болт, винт, стержень и т.п. В опорном элементе 4 может иметься радиальный паз 10, в котором устанавливается цапфа 9 с возможностью ее перемещения. Тяга 8 снабжена одним или несколькими шарнирами, например, сферическими шарнирами 5. Один из сферических шарниров 5 на тяге 8 соединен с цапфой 9 и обеспечивает шарнирное соединение тяги 8 к опорному элементу 4 и перемещение тяги 8 по отношению опорному элементу 4 в различных направлениях. Аналогично, другой из сферических шарниров 5 на тяге 8 соединен с челюстью 2. Для этого, как показано на Фиг. 1А, 2А, 4 и 5, челюсть 2 может иметь соответствующее крепежное средство или средства. Например, на челюсти 2 может быть установлена цапфа или стержень, предназначенная для соединения со сферическим шарниром 5 на тяге 8.
Для простоты изложения, на Фиг. 1А, 1B, 2А и 2В изображено грузозахватное устройство только с одной челюстью 2, однако количество челюстей 2 может быть любым. Например, грузозахватное устройство может иметь два, три, четыре, пять или более челюстей 2. При увеличении числа челюстей 2 соответственно увеличивается количество используемых в грузозахватном устройстве цапф 9 и тяг 8. Челюсти 2 могут быть размещены радиально и/или симметрично друг другу.
В состав грузозахватного устройства может также входить блок управления 6, выполненный в виде или содержащий контроллер, процессор, программируемое логическое устройство, или компьютерное устройство. Блок управления 6 функционально соединен с исполнительным механизмом 7 (например, через кабель). Блок управления 6 выполнен с возможностью (запрограммирован) для управления работой исполнительного механизма 7. Например, блок управления 6 может подавать управляющие сигналы исполнительному механизму 7 для осуществления и контроля вращением выходного вала 3 исполнительного механизма 7. Блок управления 6 может также управлять величиной и/или полярностью подаваемого электрического напряжения на исполнительный механизм 7. Блок управления 6 может быть также иметь интерфейс или устройство ввода для получения команд пользователя для управления работой исполнительного механизма 7. Например, при получении команды пользователя, сформированной при нажатии кнопки на игровом автомате, блок управления 6 осуществляет соответствующее управление работой исполнительного механизма 7 для перемещения челюстей 2.
Таким образом, блок управления 6 позволяет осуществлять управление скоростью раскрытия-закрытия челюстей 2 путем управления скоростью поворота выходного вала 3 исполнительного механизма 7. Например, при использовании электродвигателя в качестве исполнительного механизма 7, блок управления 6 может управлять скоростью вращения вала 3 за счет управления уровнем подаваемого напряжения или подачей соответствующих команд. Аналогично, блок управления 6 позволяет осуществлять управление усилием захвата челюстями 2 путем управления крутящим моментом на выходном валу 3 исполнительного механизма 7. Кроме того, блок управления 6 позволяет осуществлять управление величиной раскрытия-закрытия челюстей 2 путем управления угла поворота выходного вала 3 исполнительного механизма 7. Для этого, блок управления 6 может подавать управляющие сигналы или электрическое напряжение на исполнительный механизм 7 (например, электродвигатель) в/на предопределенное время.
Согласно одному варианту осуществления, грузозахватное устройство работает следующим образом. Как показано на фигурах поворот на некоторый угол (например, на ~180 градусов при использовании двух челюстей 2 или на ~120 градусов при использовании трех челюстей 2) выходного вала 3 и закрепленного на нем опорного элемента 4 с цапфой 9 посредством тяги 8 преобразуется в угловое перемещение челюсти 2. Сферические шарниры 5 служат для компенсации угловых смещений тяги 8 при ее смещении в процессе работы. Наибольшее перемещение челюсти 2 происходит при повороте опорного элемента 4 на 180 градусов.
Таким образом, допустим, челюсти 2 изначально находятся в закрытом состоянии (см. Фиг. 1А, 3В, 4). Блок управления 6 подает управляющий сигнал или электрическое напряжение заданных параметров на исполнительный механизм 7 так, что исполнительный механизм 7 осуществляет вращение выходного вала 3 вокруг своей оси. Вращение выходного вала 3 осуществляется на заданный угол. Вращение выходного вала 3 приводит к вращению опорного элемента 4, цапф 9 и тяг 8 (если использованы) вокруг или относительно центральной оси вала 3.
Таким образом, конструкция грузозахватного устройства настоящего изобретения, по сравнению с известными аналогами и прототипом, обеспечивает улучшенные эксплуатационные характеристики и надежность работы грузозахватного устройства, например, за счет обеспечения возможности осуществления захвата грузов в любом пространственном положении челюстей 2 (например, под наклоном, горизонтально, ориентированными вверх и т.п.). Это улучшение обусловлено в том числе и тем обстоятельством, что конструкция грузозахватного устройства позволяет осуществлять перемещение челюстей 2 только за счет работы исполнительного механизма 7, исключая использование силы тяжести для размыкания челюстей как это осуществлено в прототипе изобретения. Кроме того, улучшенные эксплуатационные характеристики грузозахватного устройства обеспечивается, например, за счет исполнительного механизма 7 и физической конструкции грузозахватного устройства, что позволяет управлять скоростью, величиной и усилием захвата груза, формируемыми челюстями 2.