CN203976265U - 新型吊臂平衡起重机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种中小型起吊运输设备——新型吊臂平衡起重机，其包括底座(1)，立柱(2)，传动装置(3)、支承装置(4)，垂直导向槽(5)、水平导轨(6)以及平衡臂系统(7)。为让平衡臂系统的吊重臂能深入到门洞内部空间吊运工件，将吊重臂作成由三段直杆构成的折线形，并保证铰接点D、铰接点E、铰接点F三点成一直线，吊重臂小臂长度l_FN＝b+e，b为吊重臂伸入门洞水平方向的深度，e为考虑到吊重臂横截面尺寸影响的加长量，而其折线拐角θ按吊钩处于门洞上门槛处时，平行四杆机构在此运动瞬间的杆间夹角λ_n来确定，即该新型吊臂平衡起重机实现了结构优化、操作轻便灵活、定位准确平稳，经济适用、安全可靠。

Description

新型吊臂平衡起重机

技术领域：

本实用新型涉及一种新型吊臂平衡起重机，是中小型起吊运输设备——平衡起重机中的新型吊臂平衡起重机。 

背景技术：

平衡起重机(原名平衡吊)是一种中、小型的起吊运输设备，它巧妙地应用平行四连杆机构的比例放大及杆系平衡原理。由电动机驱动，使吊物垂直升降，用手轻轻推拉，使吊物沿径向水平移动或绕立轴在水平面内回转，从而在三维空间内将吊物平稳、准确地移送到意欲停放的任意位置，做到随遇平衡。 

目前，平衡起重机在结构的整体布局上，及平衡臂系统的应用上还停留在粗放型的发展阶段。特别是对平衡起重机的核心技术部分——平衡臂系统。在其功能和性能方面还有很大的空间有待分析、研究、和开发应用。对平衡起重机的结构和整体布局，除了“形”的考虑，还需“量”的分析，有相当多的技术含量大有文章可作。为扩展平衡起重机的应用范围，解决一些特殊状态下的起吊运输问题。如往带防尘罩的精密机床中上、下活；往集装箱及箱式汽车中装卸物件；往热处理加热炉中吊运活件；往压力机的上、下模中送入与取出工件等，诸如往“门洞”内部空间吊运物件的类似场合。目前除价格昂贵的专用机械手以外，暂时还没有一种普通的起重机(包括旋臂起重机、门式起重机、桥式起重机等)能够实现上述工作状态下的吊运工作。现行的平衡起重机也由于平衡臂的各杆件都是笔直的，当吊重臂吊着工件向前水平推进时，直杆的吊重臂也无法深入到受“门槛”阻挡的内部空间中，特别是上下开口尺寸狭小，而深度又大的“门洞”内空间，更是无法深入到内部进行吊运。为解决这一难题，本实用新型的新型吊臂平衡起重机即迎刃而解。 

发明内容：

本实用新型的目的是：在平衡起重机结构的整体布局上，通过平衡臂系统的结构改造，更为巧妙的运用平行四连杆机构的运动规律。经过对杆系的优化设计计算，科学合理的布置由水平导轨和垂直导向槽所组成的坐标系统，将吊重臂制作成具有一定夹角的折线形杆件，从而提供一种崭新的结构优化、操作轻便灵活、定位准确平稳，经济适用、安全可靠的可以伸入到受门槛阻碍的“门洞”内部空间吊运工件的新型吊臂平衡起重机，满足市场的需要。 

实用新型的目的是按下述方式实现的：一种新型吊臂平衡起重机，其包括底座(1)、立柱(2)，传动装置(3)、支承装置(4)、平衡臂系统(7)，垂直导向槽(5)以及水平导轨(6)，支承装置上的水平 导轨和垂直导向槽垂直相交于坐标原点而构成直角坐标系，该平衡臂系统包括平行四连杆机构、平衡重锤、重锤杆、升降丝杆、垂直导轨轴、水平导轨轴以及吊钩，平行四连杆机构的铰接点包括铰接点A、铰接点B、铰接点C、铰接点D、铰接点E和铰接点F，该平行四连杆机构由大臂、连杆、支撑杆和吊重臂在铰接点B、铰接点C、铰接点D、铰接点E四处用轴和滚动轴承铰接成，其特征在于：为保证吊重臂能伸入到门洞的深部空间吊运工件，需将平衡臂系统中的吊重臂做成由铰接点D、铰接点E、拐点M、拐点N、铰接点F五点连成三段直杆构成的折线形，铰接点D、铰接点E、铰接点F三点必须在同一直线上，拐点N与铰接点F之间的吊重臂前段小臂长度l_FN以及折线拐角θ根据以下确定： 

式中：

且

其中： 

b——吊重臂伸入门洞水平方向的深度； 

e——考虑到吊重臂横截面尺寸影响的加长量，按吊重臂拐点N处的截面高度尺寸选取； 

θ——折线拐角，即吊重臂上铰接点D、铰接点E、铰接点F三点连线与拐点N、铰接点F直线间的夹角； 

λ_n——分别为吊钩轴处于门洞上门槛处时，平衡臂系统中铰接点A、铰接点F两点连线与水平导轨之间的夹角及与吊重臂、大臂、连杆、支撑杆间夹角之锐角； 

l——平行四连杆机构中支撑杆铰接点B、铰接点C两点间的长度； 

x_n、y_n——分别为吊钩轴处于门洞上门槛(n)处时，平衡臂系统中铰接点C的横坐标值及铰接点A点的纵坐标值； 

H_o——设计时选用的水平导轨至地面的高度； 

H_n——门洞上门槛处至地面的高度； 

R_max——平衡起重机最大回转半径； 

a——升降丝杆中心线至立柱中心线的距离； 

m——平行四连杆的杆长比，根据平衡起重机的额定吊重量对杆系强度的要求而选定的基本参数，其为4-12的正整数。 

本新型吊臂平衡起重机的结构包括：可以用螺杆调整机体水平的底座，经优化设计选定高度而制成的立柱，装在立柱头上可以绕立轴回转的支承装置，及设在其上的水平导轨和垂直导向槽组成，水平导轨至地面的高度应考虑如下参数：即应用场合的门洞上门槛处的高度(Hn)及距离立柱的水平距离(Rn)，门洞深度(b)，四连杆机构中杆件的长度(L、l)及杆长比(m)。传动装置中丝杆中心到立柱中心的距度(a)。本实用新型的关键部件是由平行四连杆机构组成的平衡臂系统，该系统中各杆件的长度，倍比及运动状态下相互间的夹角(与水平导轨和垂直导向槽所构成的坐标尺寸有关)的选取，直接关系到机器的平衡性能，作业区间的大小及操作可达的范围。特别是四连杆中的吊重臂必须由原先的一根直杆变成由三段直杆构成的折线形，折线形吊重臂各段直线的长度及折线的拐角必须根据门洞口部的位置经设计计算确定。须特别提示的是，折线形吊重臂上的三个铰接点D、E、F三点必须在同一直线上。否则，杆系将失去平衡。即便折线形吊重臂能避开门槛的阻碍，伸入到门洞深处，但会因失衡力过大而造成操作力很大，甚至无法工作。 

附图说明：

附图1为本《新型吊臂平衡起重机》外形及作业区间图，图中包括：底座(1)、立柱(2)、传动装置(3)、支承装置(4)、平衡臂系统(7)、垂直导向槽(5)、水平导轨(6)。作业区间中的门洞的上门槛(n)作业区间范围的四个极限点：上_外(吊钩处于最大高度H_max，最大回转半径R_max)，上_内(吊钩处于最大高度H_max，最小回转半径R_min)，下_外(吊钩处于最小高度H_min，最大回转半径R_max)，下_内(吊钩处于最小高度H_min，最小回转半径R_min)。 

附图2为平衡臂系统的组成及杆系铰接简图。 

图中包括：平衡重锤(8)、重锤杆(9)、升降丝杆(10)、垂直导轨轴(11)、水平导轨轴(13)、支撑杆(即IV杆)(12)、大臂(即II杆)(14)、连杆(即III杆)(15)、吊重臂(即I杆)(16)、吊钩(17)，平行四连杆的铰接点A、B、C、D、E、F，折线形吊重臂的拐点M、N，拐角θ及杆长L、l、l_FN。 

具体实施方式：

如图1所示的新型吊臂平衡起重机，其结构为将立柱固定在底座上，并用底座支腿下的螺栓将机体调至水平。立柱上端的立柱头内装有一对锥形滚动轴承，它可以连同支承装置、传动箱及平衡臂系统带着工件一起绕立柱上端的立轴做0-360°回转(为防止电缆线被扭断，通常用限位块使其限制在0-340°间作往复回转)，支承装置上的水平导轨和垂直导向槽垂直相交于O点，构成一个直角坐标系，O为坐标原点，X为横坐标，Y为纵坐标。两条导轨可供平衡臂系统的水平导轨轴和垂直导轨轴沿其水平或垂直移动，通过平行四连杆结构的放大，由吊钩带着吊物在作业区间范围内(即上_外、上_内、下_外、下_内所包含的范围内)，随遇可安。折线形的吊重臂还可避开门洞的上、下门槛的阻碍，让吊钩伸入到“门洞”内部空间深处吊运工件。 

如图2所示平衡臂系统的结构为大臂(14)、连杆(15)、支撑杆(12)与吊重臂(16)在铰接点B、 C、D、E四处用轴和滚动轴承铰接成一套平行四连杆机构，其中水平导轨轴(6)两端装着一对滚动轴承作为系统的支点，放置在水平导轨上，可沿其滚动而使C点平移。垂直导轨轴(4)两端装着一对行程碰块，置于垂直导向槽中，由升降丝杆(10)推动A点上、下移动。C点沿X轴移动时，其坐标值为X_内……X_n……X_外，A点沿Y轴移动时，其坐标值为Y_下……O……Y_n……Y_上。当水平导轨轴(铰接点C)在水平导轨上固定不动时，(X为定值)，垂直导轨轴(铰接点A)上、下移动(Y为变量)，吊钩(铰接点F)即可带着工件垂直升降。当垂直导轨轴(A)在垂直导向槽中固定不动时(Y为定值)，水平导轨轴(C)水平移动，(X为变量)，吊钩(F)即可带着工件水平径向移动。通过对A、C两点坐标位置的掌控、即可把握工件所在的三维空间的位置。这就是平衡起重机吊运物件的绝妙之所在。依此原理，通过对折线形吊重臂之折线长度和拐角大小及水平导轨高度位置的优化设计的设计计算即可实现本实用新型之目的。 

1、水平导轨距地面高度(H_o)的最佳值(H_U)的确定： 

在选定水平导轨距地面高度(H_o)时，为让平衡起重机的吊重臂可以最大限度地伸入到门洞的最深处进行作业。特别是在很狭窄的深度空间送入或取出工件，可计算确定H_o的最佳值H_u。 

式中：H_max——最大起吊高度，单位(mm)，由使用场合“门洞”上门槛高度给定； 

y_u——垂直导轨轴中心线(A点)，沿Y轴自坐标原点O向下移动的最佳距离(取其绝对值)，单位(mm)，由平行四连杆机构的运动原理可知。 

$y_u=\sqrt{2l\frac{R_{\max }-b+a}{m}-{\left(\frac{R_{\max }+a}{m}\right)}^2}......\left(2\right)$

式中：R_max——最大回转半径，单位(mm)； 

由使用场合，吊钩伸入门洞最远处所需的水平距离给定； 

a——升降丝杆中心线至立柱中心线的距离，单位(mm)，由传动装置及支承装置的结构而选定。 

l——平行四连杆机构中短边(IV杆)两铰接点间的长度，单位(mm)； 

m——杆长比(放大倍数或模数)，根据平衡起重机的额定吊重量对杆系强度的要求而选定的基本参数，其为4-12的正整数。 

$m=\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{DF}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{DE}}}=\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{AD}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{AB}}}=\frac{L}{l}......\left(3\right)$

2、折线形吊重臂有关参数的确定： 

在水平导轨距地面的高度(H_o)选定后，应以吊重臂的吊钩处于门洞上门槛处时，平行四杆机构在此运动瞬间的杆间夹角来确定折线形吊重臂的各有关参数。 

(1)吊重臂的理论长度 $L=\stackrel{\‾}{\mathrm{DF}}=\mathrm{ml}......\left(4\right)$

(2)折线形吊重臂前段小臂的长度(l_FN)为： 

式中：b——吊重臂伸入门洞的深度，单位(mm)； 

e——考虑到吊重臂横截面尺寸影响的加长量，单位(mm)，通常按吊重臂N点处的截面高度尺寸选取。 

(3)折线拐角θ的确定 

设吊钩处于门洞上门槛(n)处时，平衡臂系统中A、F两点连线与水平导轨之间的夹角为与I、II、III、IV各杆之间的锐角为λ_n，根据平行四连杆机构的运动原理可知： 

式中：

H_n——门洞上门槛的高度(吊钩在门洞口部处的提升高度)， 

H_o——设计选定的水平导轨距地面的高度， 

则

Claims (1)

1.一种新型吊臂平衡起重机，其包括底座(1)、立柱(2)，传动装置3)、支承装置(4)、平衡臂系统(7)，垂直导向槽(5)以及水平导轨(6)，支承装置上的水平导轨和垂直导向槽垂直相交于坐标原点而构成直角坐标系，该平衡臂系统包括平行四连杆机构、平衡重锤、重锤杆、升降丝杆、垂直导轨轴、水平导轨轴以及吊钩，平行四连杆机构的铰接点包括铰接点A、铰接点B、铰接点C、铰接点D、铰接点E和铰接点F，该平行四连杆机构由大臂、连杆、支撑杆和吊重臂在铰接点B、铰接点C、铰接点D、铰接点E四处用轴和滚动轴承铰接成，其特征在于：为保证吊重臂能伸入到门洞的深部空间吊运工件，需将平衡臂系统中的吊重臂做成由铰接点D、铰接点E、拐点M、拐点N、铰接点F五点连成三段直杆构成的折线形，铰接点D、铰接点E、铰接点F三点必须在同一直线上，拐点N与铰接点F之间的吊重臂前段小臂长度l_FN以及折线拐角θ根据以下确定： 

式中：

且

其中： 

b——吊重臂伸入门洞水平方向的深度； 

e——考虑到吊重臂横截面尺寸影响的加长量，按吊重臂拐点N处的截面高度尺寸选取； 

θ——折线拐角，即吊重臂上铰接点D、铰接点E、铰接点F三点连线与拐点N、铰接点F直线间的夹角； 

λ_n——分别为吊钩轴处于门洞上门槛处时，平衡臂系统中铰接点A、铰接点F两点连线与水平导轨之间的夹角及与吊重臂、大臂、连杆、支撑杆间夹角之锐角； 

l——平行四连杆机构中支撑杆铰接点B、铰接点C两点间的长度； 

x_n、y_n——分别为吊钩轴处于门洞上门槛(n)处时，平衡臂系统中铰接点C的横坐标值及铰接点A点的纵坐标值； 

H_o——设计时选用的水平导轨至地面的高度； 

H_n——门洞上门槛处至地面的高度； 

R_max——平衡起重机最大回转半径； 

a——升降丝杆中心线至立柱中心线的距离； 

m——平行四连杆的杆长比，根据平衡起重机的额定吊重量对杆系强度的要求而选定的基本参数，其为4-12的正整数。