CN110562274A - 多自由度轨道式支架运输车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多自由度轨道式支架运输车，包括车体、升降机构、横移机构、滚转机构和托架，所述的横移机构安装在车体上，通过电机驱动安装平台沿导轨移动，带动安装平台在水平面上垂直于车辆前进方向移动；所述的升降机构固连在安装平台上，采用电机驱动螺旋升降机，带动上基板在垂直方向完成升降；所述的上基板能够绕自身回转中心旋转；装载的筒形构件放置在托架上并固定；托架安装在上基板上，在电机驱动下绕自身轴线旋转，进而带动装载的筒形构件旋转。本发明用于装载、运送大中型筒状构件，具备精准的垂向、横向及滚转姿态调节能力，能够满足工件内各分段的精准对接和调测试验要求。

Description

多自由度轨道式支架运输车

技术领域

本发明属于运输设备领域，涉及一种特种运输车辆。

背景技术

大中型筒形装置在安装、调整、试验过程中，经常需要转换工作和存放地点，而 且还可能需要对姿态和位置进行精准调节，这需要装载和运输设备来完成这一任务。 这种设备有大型一体化运载车和多车共担的小型载车两种形式。大型载车虽然运载能 力强，运送速度快，但体积大，成本高，运用不便。在工厂、仓库、试验区等场合多 使用沿轨道行驶的小型载车组合来完成此任务。

目前使用的小型运载车以无动力的轨道车辆为主，以人力推动或外界动力牵引行走。这种载车成本低，体积小，但运动性能差。其后某单位在某型装置生产调试中使 用了一种电机驱动行走的小型运载车，多车以串联形式运载纵长物件。此型车辆设置 了高向调节机构，可以手动调节承载托架的高度，并进而调节运载物的仰角和高程； 另外，此车还设置了手动滚转调节机构。这为装载物的运输和状态调节提供了诸多便 利。但是，这种设备的行走用普通电机驱动，调速困难，无法精准控制，而且高度和 滚转调节需要手动完成，劳动强度大，调节量无法控制，还不具备横向调节功能。另 外这种载车也不具备多车联动下的协调运动功能。

目前实际运用中尚未有可自主行驶、同时具有高度、横向、滚转的电动调节功能、全步进电机驱动、可多车联动、体形小巧使用方便的，用于纵长型筒形工件运送和调 姿的小型工艺车辆。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多自由度轨道式支架运输车，电力驱动，标准轨道行驶，用于装载、运送大中型筒状构件，并具备精准的垂向、横向及滚 转姿态调节能力以满足工件内各分段的精准对接和调测试验要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多自由度轨道式支架运输车，包括车体、升降机构、横移机构、滚转机构和托架。

所述的横移机构安装在车体上，通过电机驱动安装平台沿导轨移动，带动安装平台在水平面上垂直于车辆前进方向移动；所述的升降机构固连在安装平台上，采用电 机驱动螺旋升降机，带动上基板在垂直方向完成升降；所述的上基板能够绕自身回转 中心旋转；装载的筒形构件放置在托架上并固定；托架安装在上基板上，在电机驱动 下绕自身轴线旋转，进而带动装载的筒形构件旋转。

所述的多自由度轨道式支架运输车以两台或两台以上组成阵列装载横卧状态的大 中型筒形构件。

所述的车体用钢板焊接形成盒段结构，车体内安装驱动电机，驱动电机通过带电磁制动的减速机和离合器驱动车轮；通过离合器能够分离驱动电机和车轮，进而通过 人力推移或外部动力拖曳行进。

所述驱动电机的输出轴上设有旋转编码器，对实际车速和行进距离进行实时监控。

所述的横移机构包括横移导轨和横移驱动机构，在两条平行的横移导轨上分别安装两个滑块，横移导轨两端安装有限位挡块，安装平台固定在四个滑块上；横移驱动 机构的电机通过减速机带动螺杆旋转，螺杆与固连安装平台的螺母配合，带动安装平 台沿横移导轨运动。

所述的升降机构包括螺旋升降机、电机、垂直导向柱和上基板，两台螺旋升降机在电机驱动下带动上基板沿垂直导向柱上下运动，或者在连接摇把的丝杠驱动下带动 上基板沿垂直导向柱上下运动；所述的上基板能够绕垂直导向柱轴心回转，以适应带 载转弯时的摆动要求。

所述的托架包括上托架和下托架，其中，下托架固定在上基板上，上端面为弧形，沿上端面设置一排托滚，托滚的轴向与上端面的弧形轴向平行；所述的上托架的上下 端面均为弧形，下端面骑坐在下托架上，通过托滚连接下托架，上托架上端面通过柔 性缓冲层连接装载的筒形构件；驱动电机通过减速机带动丝杠旋转，丝杠上的螺母与 拨叉固连，通过拨叉带动上托架及装载的筒形构件旋转。

所述的拨叉下部设滑块，滑块沿固定在上基板上的下导轨滑移。

本发明的有益效果是：

1)有良好的轨道行驶性能，运动平稳，调速方便，具备软硬两种减速-制动方式，运行安全；

2)上部承载支架具有横向、垂向、滚转等多个自由度的运动功能，可满足特种环境的使用要求；

3)承载支架可绕运载车中心垂直轴摆动，多车串联装载大型货物通过弯道时可避免承载机构产生过大内应力甚至侧翻，增大了运输的灵活性和安全性；

4)采用拨叉(图9中件42)机构实现装载物的纵向滚转；由限位销和同数量的 弧形槽构成弧形托座(图9中件44)限位防脱和防摆动越限机构。结构简单、精巧， 工作可靠；

5)采用车载蓄电池供电，不依赖外界动力源，不污染环境，噪音低；

6)所有动作均由步进电机或伺服电机驱动，运动过程可实现精确控制，也便于调整运行速度；

7)所有动作均有电动和手动两种运行模式，正常状态下各动作均由电机驱动，紧急情况下经简单转换即可实现人力驱动，使用灵活，应变能力强；

8)车体结构和运动机构具有足够的结构强度，具备大载荷承载能力；

9)车体结构和各运动机构外形精巧，高度小，重心低，运行安全；

10)设备运行可通过现地按钮操作、远程按钮操作、预设程序控制等完成，灵活 度高，便利性好。

图说明

图1是本发明的工作状态示意图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明的前视图；

图4是本发明的俯视图(去掉电控箱其上面板)；

图5是本发明的行走驱动系统示意图；

图6是本发明的升降机构示意图；

图7是本发明的升降单元手动驱动机构示意图；

图8是本发明的横移机构示意图；

图9是本发明的装载物支护与滚转机构示意图；

图中，1-行走驱动机构，2-车轮组，3-车体，4-升降机构，5-横移导轨，6-手动升 降机构，7-电控箱，8-垂直导向杆，9-横移驱动机构，10-上基板，11-滚转机构，12- 托架，13-蓄电池组，15-驱动电机及减速机，16-支架，17-离合器，18-轴承，19-传动 齿轮组，20-螺杆，21-电机，22-底板，23-螺旋升降机，24-螺杆顶帽，25-摇把，26- 连接轴，27-伞齿轮箱，28-横移驱动电机及减速机，29-连轴器，30-轴承座，31-螺杆， 32-螺母，33-驱动电机减速机，34-连轴器，35-丝杆支承座，36-丝杆，37-下导轨，38- 编码器，39-绑扎带环，40-限位销，41-托滚，42-拨叉，43-下托架，44-上托架。

具体实施方式

下面结合图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

为了满足大中型纵长类筒形构件在生产车间、试验场地、分段贮存-组装使用库房等区域进行安装、测试、启封对接作业时面临的中短距输送、姿态精确调节等实际要 求，需要一种结构精巧、动作灵活、有极强的承载能力、可带载在多个自由度方向进 行姿态调整、全部动作(含行驶和调姿)由蓄电池/电机驱动、沿标准轨道行驶、有良 好的转向和爬坡能力的转运车辆。本发明既是为满足此项需要而开发的。本发明提供 了一种行驶在标准轨道上的高承载力、多自由度、速度和位置可精确调节的特种运输 设备，用于在安装、调整、试验、贮存过程中输送、对接大中型筒形装置。

本发明提供的多自由度轨道式支架运输车(以下简称支架运输车)是一个行驶在标准宽度轨道上、四轮行走、单轴驱动、车载弧形托架可电动/手动升降并可承受大质 量垂直载荷、可由电机驱动实现承载结构横向移动和弧形托架绕装载物芯轴的转动、 装载物托架可绕托架中心垂直轴转动的特种车辆，且各自由度方向均有足够的运行和 定位精度。该车以车载蓄电池/外接电源两种动力源工作，并可在必要时用人力推动/ 摇动平移或升降。以三台为一组，可以遥控，可以连动或单独动作。

支架运输车通常以两台或两台以上组成阵列装载横卧状态的大中型筒形构件，如图1所示。

单台支架运输车主要由车体3、行走驱动机构1、车轮组2(含车轮及轮轴)、升降 机构4、横移机构、托架12、滚转机构11、蓄电池组13、电控系统及工具箱等部分组成。

装载物(筒形构件)放置在托架12上，并用扎带箍紧。

车体用钢板焊接而成，这种盒段结构具有良好的承载能力，并便于内外设备的安装。

车轮圆周面采用带凸缘的标准车轮结构，直径则与驱动机构参数相协调。

行走驱动机构由驱动电机及减速机15(带电磁制动)、支架16、离合器17、轴承18、传动齿轮组19等组成。

行走驱动机构安装在小车主动轴一侧的盒段内，通过支架固定在盒段壁板上。盒段顶部开设检查口，平时用盖板封堵。

小车通过电机驱动(单轴驱动)完成行走，电机动力用齿轮传递至车轴上。

驱动装置选用带电磁制动的步进电机。电机后配置减速机用以调节小车运行速度。 减速机之后连接离合器，可在必要时分离驱动电机，便于人力推移或外部动力拖曳行进。

本车电动驱动行进时，采用反接制动+电磁制动(电机自带)方式实现减速、制动。

行走驱动轴上设有旋转编码器，可对实际车速和行进距离进行实时监控，方便多车联动时的协调控制。

支架运输车升降机构4由螺旋升降机23、驱动电机及减速机21、底板22、螺杆20、螺杆顶帽24等组成，详见图6。

升降机构采用电机驱动螺旋升降机完成升降，升降平台由两台螺旋升降机的两根丝杠支承，双电机驱动，每台电机驱动一台螺旋升降机。螺旋升降机要求能够满足要 求的承载能力和工作行程，结构紧凑便于布置。

升降机构驱动装置可选用步进电机或伺服电机，便于实现调速、同步和精确定位。

螺母丝杠和螺旋升降机中的涡轮蜗杆机构均可实现自锁，因此升降单元具备良好的自稳定性。

两台升降机之间设一个垂直导向柱8，作为上部各件的水平向定位基础。

升降机构中的螺杆顶帽24与上基板10间上下搭接而不固定，上基板10可以绕垂直导向柱8水平回转，这样支架运输车弯道行车时可通过托座摆动来避免横摆产生的内应力。

升降机构设有一套手动操作装置6，在电动系统不能正常工作时，可使用本装置通过人工方式实现机构的升降运动。手动操作机构包含两台换向伞齿轮箱27、连接轴26、 连轴器、摇把25、轴固定套等，连接轴将两个升降机连成一体，可用一个摇把进行升 降。两个升降机连接轴通过内外套筒+横销方式连接。电动升降时，抽出横销，两台升 降机即可相互分离。

筒弹支架车上的横移机构用来实现上托架及装载物在垂直于轨道方向的运动。

横移机构由横移导轨5和横移驱动机构9组成，其中横移导轨由两根直线导轨、四个滑块、端部限位挡块及上部安装平台构成，作为上部机构和装载物横向移动的导向、 承载机构；横移驱动机构由驱动电机及减速机28、连轴器29、轴承座30、螺杆31、螺 母32等组成。具体结构见图8。

横移驱动机构由驱动电机(可选步进电机或伺服电机)带动减速机及螺杆旋转，再带动套在螺杆上的螺母作水平运动，进而带动与螺母固联在一起的基板与上部机构 横向移动。

由于螺母丝杆机构具有自锁性能，横移机构运动到位后，上部机构将不会因外载作用而偏移。

托架12是一个设置在上基板10之上、用以承放目标装载物的弧形构件。托架由上托架44和下托架43组成，其中下托架上端面成弧形，断面为向上开口的槽形，上设置 了一排托滚41并依下托架也成弧形分布。上托架为上端面也呈弧形、断面为向下开口 的槽形，向下骑坐在下托架上，其下端面承接在托滚上，并可沿左右摆动。上托架上 端面设置柔性缓冲层，侧板下部开有弧形槽，与下托架上的四个限位销配对，一起构 成滚转限位和垂向约束单元。下托架两端面设有固定装载体的绑扎带环39。详见图9。

上基板是托架与升降机构连接的过渡件，与导向套中的导杆刚性连接，同时可绕导杆轴心回转，以适应带载转弯时的摆动要求。

上托架及所承载装载体的滚转由电机带动丝杆-螺母-拨叉驱动。滚转机构11由驱动电机减速机33、连轴器34、丝杆支承座35、丝杆36、下导轨37、拨叉42等组成。其 中驱动电机选用步进电机，后置配套的行星轮减速机，丝杆36上套装带拨叉42的螺母， 拨叉带动下托架43上的销轴并进而带动上托架及装载物一起转动。为防拨叉翻转，其 下部设滑块，于固定在上基板上的下导轨上37滑移。

滚转速度可通过改变步进电机转速来调节。

通过螺母-丝杆机构实现滚转机构的自稳定。

支架运输车上的电气控制单元布置在支架车上平台上的电气控制箱内。

支架运输车采用自带电池组作为电源，带动电机运转，实现小车行走、横移、举升、滚转4个方向的运动。

电气控制系统由电源管理和变送单元、状态检测单元、中央处理单元、通讯单元、操作界面等组成。

电源管理和变送单元由蓄电池及其状态检测和充放电、电源逆变、分配、安保等器件组成；状态检测单元包括各运动驱动单元的转速、电流，小车运动速度，升降、 横移距离、滚动角、各车间距等参数中部分或全部的检测。中央处理单元选用环境适 应能力强、运算速度快、能处理多路模拟量、界面友好的PLC作为系统的中央处理器。 系统中可选配遥控盒与车载操作台一起作为操作界面。

本发明提出的支架运输车使得大中型筒形构件的安装、对接、调试有了更方便、精确、更得力的手段，可以缩短工作时间，减小劳动强度，提高工作效率，为此类设 备的建造和装备创造了极大的便利，将在此领域得到良好的应用。

本发明的实施例首先按照图1～9设计制造包括车体、车轮、行走驱动机构、横移机构、升降机构、滚转机构在内的各机械结构部件，选择、采购包括电机、减速机、 升降机、轴承座、连轴器、直线导轨等外购件，并完成组装。之后，在各动作环节安 装相应的转速、位移传感器用以检测设备状态，再按照驱动要求设计、制作动力传动 系统。

电气控制系统是本装置的重要组成部分。电控单元包括控制箱(或/及台、柜)、 中央控制器、信号检测和传输器件、操作面板、步进电机控制与驱动单元、现场视频 检控显示单元等部分，有分步操作和程序控制两种操作方式。需要在仔细分析各工序 各工况工作机理的情况下，编制具体的控制软件。

本装置的操作设在与主车分离的手操盒和车上的电控箱上，可进行远程操控和本地操作。

Claims (8)

1.一种多自由度轨道式支架运输车，包括车体、升降机构、横移机构、滚转机构和托架，其特征在于：所述的横移机构安装在车体上，通过电机驱动安装平台沿导轨移动，带动安装平台在水平面上垂直于车辆前进方向移动；所述的升降机构固连在安装平台上，采用电机驱动螺旋升降机，带动上基板在垂直方向完成升降；所述的上基板能够绕自身回转中心旋转；装载的筒形构件放置在托架上并固定；托架安装在上基板上，在电机驱动下绕自身轴线旋转，进而带动装载的筒形构件旋转。

2.根据权利要求1所述的多自由度轨道式支架运输车，其特征在于：所述的多自由度轨道式支架运输车以两台或两台以上组成阵列装载横卧状态的大中型筒形构件。

3.根据权利要求1所述的多自由度轨道式支架运输车，其特征在于：所述的车体用钢板焊接形成盒段结构，车体内安装驱动电机，驱动电机通过带电磁制动的减速机和离合器驱动车轮；通过离合器能够分离驱动电机和车轮，进而通过人力推移或外部动力拖曳行进。

4.根据权利要求3所述的多自由度轨道式支架运输车，其特征在于：所述驱动电机的输出轴上设有旋转编码器，对实际车速和行进距离进行实时监控。

5.根据权利要求1所述的多自由度轨道式支架运输车，其特征在于：所述的横移机构包括横移导轨和横移驱动机构，在两条平行的横移导轨上分别安装两个滑块，横移导轨两端安装有限位挡块，安装平台固定在四个滑块上；横移驱动机构的电机通过减速机带动螺杆旋转，螺杆与固连安装平台的螺母配合，带动安装平台沿横移导轨运动。

6.根据权利要求1所述的多自由度轨道式支架运输车，其特征在于：所述的升降机构包括螺旋升降机、电机、垂直导向柱和上基板，两台螺旋升降机在电机驱动下带动上基板沿垂直导向柱上下运动，或者在连接摇把的丝杠驱动下带动上基板沿垂直导向柱上下运动；所述的上基板能够绕垂直导向柱轴心回转，以适应带载转弯时的摆动要求。

7.根据权利要求1所述的多自由度轨道式支架运输车，其特征在于：所述的托架包括上托架和下托架，其中，下托架固定在上基板上，上端面为弧形，沿上端面设置一排托滚，托滚的轴向与上端面的弧形轴向平行；所述的上托架的上下端面均为弧形，下端面骑坐在下托架上，通过托滚连接下托架，上托架上端面通过柔性缓冲层连接装载的筒形构件；驱动电机通过减速机带动丝杠旋转，丝杠上的螺母与拨叉固连，通过拨叉带动上托架及装载的筒形构件旋转。

8.根据权利要求7所述的多自由度轨道式支架运输车，其特征在于：所述的拨叉下部设滑块，滑块沿固定在上基板上的下导轨滑移。