CN110844769A - 一种适用于起重机的刚性防摆起升装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种适用于起重机的刚性防摆提升装置，整体由行走机构、起升机构、平移机构、控制模块、抓取机构组成。行走机构利用麦克纳姆轮进行全方位移动，实现自由转动、平移、原地转弯等功能；起升机构通过升降架和夹具实现防摆功能，能最大化保证货物起升、放置的的稳定性和精准性；平移机构由平移电机、水平同步带、滑座组成，水平同步带能实现滑座精准平移控制；控制模块以stm32集成板为主实现整车灵活位移及抓取机构的角度控制，通过外接直流驱动器来控制起重、平移机构的精准工作；抓取机构由舵机和夹具组成，舵机使得夹具能够实现360度转向，穿越障碍更加快捷。

Description

一种适用于起重机的刚性防摆起升装置

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种适用于起重机的刚性防摆起升装置。

背景技术

门式起重机是桥式起重机的一种变形，又叫龙门吊。主要用于室外的货场、料场货、散货的装卸作业。门式起重机具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强等特点，在港口货场得到广泛使用。它的金属结构像门形框架，承载主梁下安装两条支脚，可以直接在地面的轨道上行走，主梁两端可以具有外伸悬臂梁。

门式起重机是随着港口事业的发展而发展起来的。1890年，第一次将幅度不可变的固定式可旋转臂架型起重机装在横跨于窄码头上方的运行式半门式上，成为早期的港用半门式起重机。随着码头宽度的加大，门式和半门式起重机并列发展，并普遍采用俯仰臂架和水平变幅系统。第二次世界大战后，港用门式起重机迅速发展为便于多台起重机对同一条船进行并列工作，普遍采用了转动部分与立柱体相连的转柱式门式起重机或转动部分通过大轴承与门式相连的滚动轴承式支承回转装置，以减小转动部分的尾径，并采用了减小码头掩盖面（门式主体对地面的投影）的门式结构。在发展过程中，门式起重机还逐步推广应用到作业条件与港口相近的船台和水电站工地等处。

目前起重机大都通过钢丝绳来实现功能，但是钢丝绳为柔性结构，摇摆问题很难解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于起重机的刚性防摆起升装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于起重机的刚性防摆起升装置，包括门式稳定架，门式稳定架上设置行走机构、起升机构、平移机构、抓取机构、控制模块。

行走机构包括固定设置在门式稳定架底部的若干个麦克纳姆轮和行走电机，每个麦克纳姆轮通过对应的一个行走电机驱动控制实现全方位移动。

起升机构包括滑座、升降架、升降电机、线轮、钢丝绳；升降架竖直穿过滑座；滑座内围绕升降架的侧壁设置若干个限位轴承，若干个限位轴承与升降架的侧壁滑动连接，使得升降架在竖直方向上移动稳定；滑座上固定设置升降电机，升降电机的电机轴上固定安装线轮；钢丝绳部分绕制在线轮上，钢丝绳的上端与升降架的上部固定连接；钢丝绳的下端与升降架的下部固定连接；升降电机驱动线轮转动实现升降架的竖直上升和竖直下降。

抓取机构包括舵机和夹具；舵机固定设置在升降架的下部；夹具固定设置在舵机的电机轴上。

平移机构包括水平滑轨、平移电机、水平同步带；滑座滑动安装在水平滑轨上；滑座上固定设置齿板；平移电机的电机轴上安装有主动同步轮；门式稳定架上固定设置从动同步轮；主动同步轮和从动同步轮分别位于水平滑轨的两端；水平同步带安装在主动同步轮和从动同步轮上；水平同步带与齿板啮合连接。

行走电机、升降电机、舵机、平移电机均和控制模块连接，控制模块通过外接直流驱动器实现遥控控制。通过遥控可以实现半自动化功能，通过电路板参数控制，对于同时控制起升、平移、舵机运转的复杂阶段可以通过一键操作实现功能，操作方便。具体地，各个电机与控制模块的电路板连接，通过遥控控制各个电机正反转以及电机的转速来达到预定的目标。

进一步的，控制模块包括STM32集成板。

进一步的，夹具包括安装架和自身可收缩夹子；安装架固定设置在舵机的电机轴上；自身可收缩夹子设置在安装架上。

进一步的，自身可收缩夹子固定设置在安装架上。

进一步的，自身可收缩夹子通过合页安装在安装架上。

进一步的，水平滑轨设置为虚开槽结构；虚开槽结构包括两根平行的水平梁。两根水平梁之间有2mm的间隙，水平滑轨采用虚开槽结构，即使用两根较为细的箱型梁组合成为主梁，钢丝绳可以从开槽处穿过，升降电机和线轮可以安装在水平滑轨上方，若是不开槽，升降电机和线轮需要安装在水平滑轨的下部，这样的话为了满足提升货物高度就需要增加车身高度，高度的增加还会导致稳定性的降低，因而，虚开槽结构降低了车身高度，提高了稳定性。这样滑座就可以在主梁上方平稳运行，降低了整体的高度，使运行更加平稳，同时使设计更加美观，避免了单根梁中间开槽造成梁受扭严重的状况，同时避免了开槽后的毛边对钢丝绳的磨损，可以使其受力均衡，结构稳定，使用寿命大大增强。

进一步的，所述夹具采用PLA材料通过3D打印方式制作。减轻夹具重量，货物运输更稳定。

进一步的，钢丝绳绕制在线轮的一段通过线轮上的顶丝固定。

从线轮处上下两部分旋向相反的缠绕几圈，上部分钢丝绳固定在水平滑轨上端，下部分钢丝绳固定在舵机的支架处，采用上述方式有以下作用，第一，由于3D打印的夹具的重量较轻，而且升降架与滑座之间的摩擦力的存在导致夹具在下方的时候容易悬停在途中，钢丝绳会在线轮处扩散导致抓取失败，而这种设计在下行时，上面部分的钢丝绳会向下拖曳升降架，避免出错；第二，避免货物过重时货物连同升降架下落造成更大损伤。

进一步的，所述滑座通过若干个玻纤板拼装而成，若干个限位轴承由细轴间隙配合安装在滑座上。在保证滑座功能完全实现的前提下制作安装更加方便。

本发明的技术效果如下：

1、采用刚性起升机构不存在抓取货物摇摆问题。

2、车体运行通过遥控操作，并在货物抓取和运行过程实现了半自动化功能，可同时实现三个功能以上的操作，节省时间，提高效率。。

3、货物起升通过在滑座上安装升降电机，直接驱动线轮，钢丝绳绕过线轮并固定在升降架上部和下部，这种设计在夹具上下过程中钢丝绳都有受力，可以保证都有驱动力，避免夹具因自重不够导致起升功能不能正常的运行。

4、在夹具上方安装有舵机可实现360°转向使货物抓取更加便捷灵活，避免由于场地的限制存在的一些使门式稳定架不能随意转向但抓取货物需要转向的操作。

5、本设备属于小型的门式起重机，可以在小范围内灵活使用，向智能起重机步步靠拢。自制滑座在保证功能完全实现的前提下，制作安装更加的方便，为后续的小型门式起重机的研究提供了一定的参考价值。

6、整车构架采用门式稳定结构，重量轻，定位快捷，操作数是，维护量小，运行平稳，无需改变场地结构。通过麦克纳姆轮可实现门式稳定架的全方位移动，使整体操作更加灵活。

附图说明

图1为实施例中设备的整体设计图；

图2为实施例中夹具设计图；

图3为实施例中行走机构的示意图；

图4为实施例中平移机构和起升机构的位置示意图；

图5为实施例中钢丝绳的连接示意图；

图6为实施例中滑座的结构示意图。

附图标记：10、门式稳定架；20、麦克纳姆轮；21、行走电机；30、滑座；301、限位轴承；31、升降架；32、升降电机；33、线轮；331、顶丝；34、钢丝绳；40、舵机；41、夹具；411、安装架；412、自身可收缩夹子；50、水平滑轨；501、水平梁；51、平移电机；52、水平同步带；53、齿板；54、主动同步轮；55、从动同步轮；60、货物。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参见图1-6所示，一种适用于起重机的刚性防摆起升装置，包括门式稳定架10，门式稳定架10上设置行走机构、起升机构、平移机构、抓取机构、控制模块。

行走机构包括固定设置在门式稳定架10底部的若干个麦克纳姆轮20和行走电机21，每个麦克纳姆轮20通过对应的一个行走电机21驱动控制实现全方位移动。

起升机构包括滑座30、升降架31、升降电机32、线轮33、钢丝绳34；升降架31竖直穿过滑座30；滑座30通过若干个玻纤板拼装而成。在滑座30内围绕升降架31的侧壁设置若干个限位轴承301，若干个限位轴承301由细轴间隙配合安装在滑座30上；若干个限位轴承301与升降架31的侧壁滑动连接，使得升降架31在竖直方向上移动稳定；滑座30上固定设置升降电机32，升降电机32的电机轴上固定安装线轮33；钢丝绳34部分绕制在线轮33上，钢丝绳34的上端与升降架31的上部固定连接；钢丝绳34的下端与升降架31的下部固定连接；升降电机32驱动线轮33转动实现升降架31的竖直上升和竖直下降。

抓取机构包括舵机40和夹具41；舵机40固定设置在升降架31的下部；夹具41固定设置在舵机40的电机轴上。

平移机构包括水平滑轨50、平移电机51、水平同步带52；滑座30滑动安装在水平滑轨50上；滑座30上固定设置齿板53；平移电机51的电机轴上安装有主动同步轮54；门式稳定架10上固定设置从动同步轮55；主动同步轮54和从动同步轮55分别位于水平滑轨50的两端；水平同步带52安装在主动同步轮54和从动同步轮55上；水平同步带52与齿板53啮合连接。

行走电机21、升降电机32、舵机40、平移电机51均和控制模块连接，控制模块包括STM32集成板，控制模块通过外接直流驱动器实现遥控控制。

夹具41包括安装架411和自身可收缩夹子412；安装架411固定设置在舵机40的电机轴上；自身可收缩夹子412固定设置在安装架411上。或者自身可收缩夹子412也可以通过合页安装在安装架411上。

水平滑轨50设置为虚开槽结构；虚开槽结构包括两根平行的水平梁501。两根水平梁501之间有2mm的间隙，水平滑轨50采用虚开槽结构，即使用两根较为细的箱型梁组合成为主梁，这样滑座30就可以在主梁上方平稳运行，降低了整体的高度，使运行更加平稳，同时使设计更加美观，避免了单根梁中间开槽造成梁受扭严重的状况，同时避免了开槽后的毛边对钢丝绳34的磨损，可以使其受力均衡，结构稳定，使用寿命大大增强。

夹具41采用PLA材料通过3D打印方式制作。减轻夹具41重量，货物60运输更稳定。

钢丝绳34绕制在线轮33的一段通过线轮33上的顶丝331固定。从线轮33处上下两部分旋向相反的缠绕几圈，上部分钢丝绳34固定在水平滑轨50上端，下部分钢丝绳34固定在舵机40支架处，采用上述方式有以下作用，第一，由于3D打印的夹具41的重量较轻，而且升降架31与滑座30之间的摩擦力的存在导致夹具41在下方的时候容易悬停在途中，钢丝绳34会在线轮33处扩散导致抓取失败，而这种设计在下行时，上面部分的钢丝绳34会向下拖曳升降架31，避免出错；第二，避免货物60过重时货物60连同升降架31下落造成更大损伤。

工作原理如下：当需要夹起重物时，通过行走电机21控制麦克纳姆轮20移动实现门式稳定架10的移动，通过平移电机51驱动水平同步带52运动实现滑座30在水平滑轨50上的水平移动，通过舵机40带动夹具41转动调整角度，夹具41水平位置和角度调整好后，通过升降电机32驱动升降架31竖直方向向下移动，夹具41竖直下移，将货物60夹住后然后上移将输送到指定位置。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于起重机的刚性防摆起升装置，其特征在于，包括门式稳定架，门式稳定架上设置行走机构、起升机构、平移机构、抓取机构、控制模块；

行走机构包括固定设置在门式稳定架底部的若干个麦克纳姆轮和行走电机，每个麦克纳姆轮通过对应的一个行走电机驱动控制实现全方位移动；

起升机构包括滑座、升降架、升降电机、线轮、钢丝绳；升降架竖直穿过滑座；滑座内围绕升降架的侧壁设置若干个限位轴承，若干个限位轴承与升降架的侧壁滑动连接，使得升降架在竖直方向上移动稳定；滑座上固定设置升降电机，升降电机的电机轴上固定安装线轮；钢丝绳部分绕制在线轮上，钢丝绳的上端与升降架的上部固定连接；钢丝绳的下端与升降架的下部固定连接；升降电机驱动线轮转动实现升降架的竖直上升和竖直下降；

抓取机构包括舵机和夹具；舵机固定设置在升降架的下部；夹具固定设置在舵机的电机轴上；

平移机构包括水平滑轨、平移电机、水平同步带；滑座滑动安装在水平滑轨上；滑座上固定设置齿板；平移电机的电机轴上安装有主动同步轮；门式稳定架上固定设置从动同步轮；主动同步轮和从动同步轮分别位于水平滑轨的两端；水平同步带安装在主动同步轮和从动同步轮上；水平同步带与齿板啮合连接；

行走电机、升降电机、舵机、平移电机均和控制模块连接，控制模块通过外接直流驱动器实现遥控控制。

2.根据权利要求1所述的一种适用于起重机的刚性防摆提升装置，其特征在于，控制模块包括STM32集成板。

3.根据权利要求1所述的一种适用于起重机的刚性防摆提升装置，其特征在于，夹具包括安装架和自身可收缩夹子；安装架固定设置在舵机的电机轴上；自身可收缩夹子设置在安装架上。

4.根据权利要求3所述的一种适用于起重机的刚性防摆提升装置，其特征在于，自身可收缩夹子固定设置在安装架上。

5.根据权利要求3所述的一种适用于起重机的刚性防摆提升装置，其特征在于，自身可收缩夹子通过合页安装在安装架上。

6.根据权利要求1所述的一种适用于起重机的刚性防摆提升装置，其特征在于，水平滑轨设置为虚开槽结构；虚开槽结构包括两根平行的水平梁。

7.根据权利要求1所述的一种适用于起重机的刚性防摆提升装置，其特征在于，所述夹具采用PLA材料通过3D打印方式制作。

8.根据权利要求1所述的一种适用于起重机的刚性防摆提升装置，其特征在于，钢丝绳绕制在线轮的一段通过线轮上的顶丝固定。

9.根据权利要求1所述的一种适用于起重机的刚性防摆提升装置，其特征在于，所述滑座通过若干个玻纤板拼装而成，若干个限位轴承由细轴间隙配合安装在滑座上。

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