CN212387562U - 一种三点长行程多级梯形丝杆重载吊具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三点长行程多级梯形丝杆重载吊具，包括三根重载长行程升降多级梯形丝杆、吊具基础平台、吊装作业平台、三组电机驱动组件、三组球面铰链和三只十字关节铰链，每根重载长行程升降多级梯形丝杆分别通过电机驱动组件以及球面铰链安装在吊具基础平台上，吊装作业平台则通过三只关节铰链和三根重载长行程升降多级梯形丝杆下端连接，重载长行程多级梯形丝杆通过电机驱动组件驱动实现长行程伸缩升降运动，球面铰链通过电机驱动组件和重载长行程升降多级梯形丝杆连接，进而承载升降重载长行程升降多级梯形丝杆的轴向载荷，本实用新型较好地解决了垂直狭窄空间重载、载荷分配、运动精度问题。

Description

一种三点长行程多级梯形丝杆重载吊具

技术领域

本实用新型涉及工程机械起吊设备自动化技术领域，特别是在狭窄空间高精度重载吊具应用场合。

背景技术

在狭小空间内的特殊部件长行程吊装升降转运领域，需要承载载荷3-200吨吊具，要求吊具在起吊过程支持升降、俯仰、侧翻运动，也要求吊具具有水平横向和纵向运动扩展能力，即要保证转运升降运动精度、转运大负荷，也要保证运动灵活性、高可靠性，目前此类设备没有非常成熟的解决方案，已有的多点卷扬式起重设备起吊精度低、起吊稳定性还受钢丝绳弹性、多圈多层收卷钢绳侧滑影响，卷扬机组件还存在安装面积大、空间利用率低，设备毛重大的缺点。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供了一种在狭窄空间内3-200吨特殊部件长行程升降转运吊具设备方案，起吊过程作业平台支持长程升降、俯仰、侧翻运动，即一种三点长行程多级梯形丝杆重载吊具设备同时满足了狭小空间、重载荷、高精度、运动控制灵活、结构紧凑、使用维护方便、可靠性高的要求。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

一种三点长行程多级梯形丝杆重载吊具，包括第一重载长行程升降多级梯形丝杆、第二重载长行程升降多级梯形丝杆和第三重载长行程升降多级梯形丝杆、吊具基础平台、吊装作业平台、三组电机驱动组件、三组球面铰链和三只十字关节铰链，每根重载长行程升降多级梯形丝杆分别通过电机驱动组件以及球面铰链安装在吊具基础平台上，吊装作业平台则通过三只关节铰链和三根重载长行程升降多级梯形丝杆下端连接，重载长行程多级梯形丝杆通过电机驱动组件驱动实现长行程伸缩升降运动，球面铰链通过电机驱动组件和重载长行程升降多级梯形丝杆连接，进而承载升降重载长行程升降多级梯形丝杆的轴向载荷，球面铰链通过球面底座和吊具基础平台连接。

球面铰链包括球面平台、球面底座和球面偏航约束机构，球面偏航约束机构一端和球面底座连接，球面底座和球面平台采用球面配合连接，其接触面是环形球面结构。

球面铰链的球面偏航约束机构，至少包括三个横向转轴，第一横向转轴、第二横向转轴和第三横向转轴，横向转轴通过三轴折页板连接，三轴折页板上还分别设置有上旋转铰链和下旋转铰链，上旋转铰链上设置有第一纵向转轴，下旋转铰链上设置有第二纵向转轴，横向转轴和纵向转轴相互垂直。

电机驱动组件包括减速机支架，减速机支架上的减速机，与减速机连接的伺服电机，减速机连接主动齿轮，与主动齿轮啮合的从动齿轮，从动齿轮的下方连接支撑轴承，支撑轴承设置在支撑轴承座上，从动齿轮上还设置有梯形螺母。

球面铰链和电机驱动组件连接时，球面偏航约束机构一端和电机驱动组件的支撑轴承座通过纵向转轴连接，球面平台和电机驱动组件的支撑轴承座连接。

重载长行程升降多级梯形丝杆包括至少两级相互嵌套的梯形丝杆，每级梯形丝杆的末端设置内螺纹与下一级梯形丝杆的外螺纹连接，一级梯形丝杆的外螺纹和设置有内螺纹的从动齿轮连接，末级梯形丝杆的末端与关节铰链连接。

吊具基础平台、吊装作业平台设置有倾角传感器进行姿态监测。

球面铰链和重载长行程升降多级梯形丝杆连接处串联设置环形均布的多组力传感器用于载荷监测控制。

关节铰链包括铰链上座、铰链下座、以及铰链上座和铰链下座中间设置的铰链横轴、铰链纵轴，铰链横轴和铰链纵轴相互垂直。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。

本实用新型采用三组三角形分布的多级梯形丝杆，多级梯形丝杆通过球面铰链安装在基础平台上，三只多级梯形丝杆下端通过关节轴承连接了吊装作业平台，球面铰链配置了力传感器、吊装作业平台和基础平台配置了倾角传感器、本实用新型在狭窄空间内实现了垂直升降3-20米，以单级梯形丝杆长度2.5米为例，采用两级丝杆总行程可以达到5米，采用六级丝杆总行程可以达到15米，采用8级丝杆总行程可以达到20米。载荷可以达到3-200吨的转运吊装作业功能，例如梯形丝杆采用合金结构钢材料，当承载断面有效面积110cm²时，单根多级丝杆额定载荷大于30吨，包含三组三角形分布的多级梯形丝杆吊具额定载荷大于90吨，同样当承载断面有效面积11cm²时，单根多级丝杆额定载荷大于3吨，包含三组三角形分布的多级梯形丝杆吊具额定载荷大于9吨，作业平台还具有俯仰和侧翻调节能力。

本实用新型的多级梯形丝杆采用伺服电机通过减速机、齿轮组驱动，多级梯形丝杆收缩时基本长度较短，伸长时和基本长度成级数倍率关系，同时梯形丝杆设计具有自锁能力，保证无动力时吊装安全。

本实用新型满足了狭小空间、重载荷、长行程、高精度、速度精密调速无冲击、运动灵活、重心适配可调、结构紧凑、自动化、节能环保、高可靠性的多重需求。较好地解决了垂直狭窄空间重载、载荷分配、运动精度问题，可优先应用于狭小空间重型部件升降转运等领域。

附图说明

图1是本实用新型的伸长状态总装结构示意图；

图2是本实用新型的收缩状态总装结构示意图；

图3是本实用新型的电机驱动组件结构示意图

图4是本实用新型的球面铰链、电机驱动组件和力传感器连接结构示意图；

图5是本实用新型的球面铰链结构示意图；

图6为本实用新型多级梯形丝杆、球面铰链、电机驱动组件、力传感器、关节铰链的连接结构示意图；

图7是图1、图2中十字关节铰链的结构示意图；

图8是图5、图6中球面偏航约束机构的结构示意图。

其中：1—第一重载长行程升降多级梯形丝杆、2—第二重载长行程升降多级梯形丝杆、3—第三重载长行程升降多级梯形丝杆、4—吊具基础平台4、5—吊装作业平台、6—球面铰链、9—十字关节铰链、12—电机驱动组件、601—球面平台、602—球面底座、603—球面偏航约束机构、611—上旋转铰链，612—下旋转铰链612，613—三轴折页板、701—伺服电机、702—减速机、703—减速机支架、704—主动齿轮、705—从动齿轮、706—梯形螺母、707—支撑轴承、708—支撑轴承座、801—力传感器、803—激光校准传感器、111—一级梯形丝杆、112—二级梯形丝杆、113—三级梯形丝杆、622—第一横向转轴、623——第二横向转轴、624—第三横向转轴、621—第一纵向转轴、625—第二纵向转轴、901—铰链上座、902—铰链纵轴、903—铰链横轴、903—铰链下座。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

一种三点长行程多级梯形丝杆重载吊具，包括第一重载长行程升降多级梯形丝杆1、第二重载长行程升降多级梯形丝杆2和第三重载长行程升降多级梯形丝杆3、吊具基础平台4、吊装作业平台5、三组电机驱动组件12、三组球面铰链6和三只十字关节铰链9，每根重载长行程升降多级梯形丝杆分别通过电机驱动组件12以及球面铰链6安装在吊具基础平台4上，吊装作业平台5则通过三只关节铰链9和三根重载长行程升降多级梯形丝杆1下端连接，重载长行程多级梯形丝杆通过电机驱动组件12驱动实现长行程伸缩升降运动，球面铰链6通过电机驱动组件12和重载长行程升降多级梯形丝杆1连接，进而承载升降重载长行程升降多级梯形丝杆的轴向载荷，球面铰链6通过球面底座203和吊具基础平台4连接。

球面铰链6包括球面平台601、球面底座602和球面偏航约束机构603，球面偏航约束机构603一端和球面底座602连接，球面底座602和球面平台601采用球面配合连接，其接触面是环形球面结构。

球面铰链6的球面偏航约束机构603，至少包括三个横向转轴，第一横向转轴622、第二横向转轴623和第三横向转轴624，横向转轴通过三轴折页板613连接，三轴折页板上还分别设置有上旋转铰链611和下旋转铰链612，上旋转铰链611上设置有第一纵向转轴621，下旋转铰链612上设置有第二纵向转轴625，横向转轴和纵向转轴相互垂直。

电机驱动组件12包括减速机支架703，减速机支架703上的减速机702，与减速机702连接的伺服电机701，减速机702连接主动齿轮704，与主动齿轮704啮合的从动齿轮705，从动齿轮705的下方连接支撑轴承707，支撑轴承707设置在支撑轴承座708上，从动齿轮705上还设置有梯形螺母706。

球面铰链6和电机驱动组件12连接时，球面偏航约束机构603一端和电机驱动组件12的支撑轴承座708通过纵向转轴625连接，球面平台602和电机驱动组件12的支撑轴承座708连接。

重载长行程升降多级梯形丝杆包括至少两级相互嵌套的梯形丝杆，一级梯形丝杆111、二级梯形丝杆112、三级梯形丝杆113、四级梯形丝杆114、五级梯形丝杆115、六级梯形丝杆116，每级梯形丝杆的末端设置内螺纹与下一级梯形丝杆的外螺纹连接，最顶端的一级梯形丝杆111外螺纹和设置有内螺纹的从动齿轮705连接，具体可以为与从动齿轮705上设置的梯形螺母706连接，末级梯形丝杆的末端与关节铰链9连接。

三只关节铰链9具有轴向偏航约束刚性，只支持侧滚和俯仰自由度。关节铰链9为十字关节轴承，可以传递扭矩和拉压力的同时支持左右和前后翻转。

吊具基础平台4、吊装作业平台5设置有倾角传感器802进行姿态监测。倾角传感器为现有的市场上可以买到的产品，比如无锡北微传感BWH525CAN总线输出双轴倾角传感器，测量范围±10°，测量精度0.005度。测量轴为绕水平X轴和绕水平Y轴，X、Y轴相互垂直在水平面上。倾角传感器可通过通讯方式读出吊具基础平台4或吊装作业平台5和水平面的X-Y两轴夹角，进而进行姿态控制调整。

球面铰链6和重载长行程升降多级梯形丝杆连接处串联设置环形均布的多组力传感器801用于载荷监测控制。

关节铰链9包括铰链上座901、铰链下座904、以及铰链上座901和铰链下座904中间设置的铰链横轴903、铰链纵轴902，铰链横轴903和铰链纵轴902相互垂直。

工作过程：在起吊抬升过程中，以单组多级丝杆为例，伺服电机701通过减速机702、齿轮组的主动齿轮704和从动齿轮705驱动多级相互嵌套的梯形丝杆的最上部梯形螺母706顺时针旋转运动，进而带动多级相互嵌套的梯形丝杆转动，由于多级梯形丝杆的最末级的六级梯形丝杆116通过关节铰链9和吊装作业平台5连接而保持旋转静止状态，其他梯形丝杆包括一级梯形丝杆111、二级梯形丝杆112、三级梯形丝杆113、四级梯形丝杆114、五级梯形丝杆115，根据扭矩自然大小顺时针旋转，同时最末级的六级梯形丝杆116和一级梯形丝杆111、二级梯形丝杆112、三级梯形丝杆113、四级梯形丝杆114、五级梯形丝杆115梯形丝杆相互嵌套收缩，直到达到多级丝杆的最小机械限位的收缩长度。

在吊具下行过程中，以单组多级丝杆为例，伺服电机701通过减速机702、齿轮组的主动齿轮704和从动齿轮705驱动多级相互嵌套的梯形丝杆的最上部梯形螺母706逆时针旋转运动，由于多级梯形丝杆的最末级的六级梯形丝杆116通过关节铰链9和吊装作业平台5连接而保持旋转静止状态，其他梯形丝杆包括一级梯形丝杆111、二级梯形丝杆112、三级梯形丝杆113、四级梯形丝杆114、五级梯形丝杆115，根据扭矩自然大小逆时针旋转，同时最末级的六级梯形丝杆116和一级梯形丝杆111、二级梯形丝杆112、三级梯形丝杆113、四级梯形丝杆114、五级梯形丝杆115梯形丝杆相互嵌套伸长，直到达到多级丝杆的最大机械限位的伸长长度。

Claims (8)

1.一种三点长行程多级梯形丝杆重载吊具，包括第一重载长行程升降多级梯形丝杆（1）、第二重载长行程升降多级梯形丝杆（2）和第三重载长行程升降多级梯形丝杆（3）、吊具基础平台（4）、吊装作业平台（5）、三组电机驱动组件（12）、三组球面铰链（6）和三只十字关节铰链（9），其特征在于：每根重载长行程升降多级梯形丝杆分别通过电机驱动组件（12）以及球面铰链（6）安装在吊具基础平台（4）上，吊装作业平台（5）则通过三只十字关节铰链（9）和三根重载长行程升降多级梯形丝杆下端连接，每根重载长行程升降多级梯形丝杆通过电机驱动组件（12）驱动实现长行程伸缩升降运动，球面铰链（6）通过电机驱动组件（12）和重载长行程升降多级梯形丝杆（1）连接，进而承载升降重载长行程升降多级梯形丝杆的轴向载荷，球面铰链（6）通过球面底座（602）和吊具基础平台（4）连接。

2.根据权利要求1所述的三点长行程多级梯形丝杆重载吊具，其特征在于：所述的球面铰链（6）包括球面平台（601）、球面底座（602）和球面偏航约束机构（603），球面偏航约束机构（603）一端和球面底座（602）连接，球面底座（602）和球面平台（601）采用球面配合连接，其接触面是环形球面结构。

3.根据权利要求2所述的三点长行程多级梯形丝杆重载吊具，其特征在于：所述的球面铰链（6）的球面偏航约束机构（603），至少包括三个横向转轴，第一横向转轴（622）、第二横向转轴（623）和第三横向转轴（624），横向转轴通过三轴折页板（613）连接，三轴折页板上还分别设置有上旋转铰链（611）和下旋转铰链（612），上旋转铰链（611）上设置有第一纵向转轴（621），下旋转铰链（612）上设置有第二纵向转轴（625），横向转轴和纵向转轴相互垂直。

4.根据权利要求3所述的三点长行程多级梯形丝杆重载吊具，其特征在于：所述电机驱动组件（12）包括减速机支架（703），减速机支架（703）上的减速机（702），与减速机（702）连接的伺服电机（701），减速机（702）连接主动齿轮（704），与主动齿轮（704）啮合的从动齿轮（705），从动齿轮（705）的下方连接支撑轴承（707），支撑轴承（707）设置在支撑轴承座（708）上，从动齿轮（705）上还设置有梯形螺母（706）。

5.根据权利要求4所述的三点长行程多级梯形丝杆重载吊具，其特征在于：所述重载长行程升降多级梯形丝杆包括至少两级相互嵌套的梯形丝杆，每级梯形丝杆的末端设置内螺纹与下一级梯形丝杆的外螺纹连接，一级梯形丝杆（111）外螺纹和设置有内螺纹的从动齿轮（705）连接，末级梯形丝杆的末端与十字关节铰链（9）连接。

6.根据权利要求1所述的三点长行程多级梯形丝杆重载吊具，其特征在于：所述的吊具基础平台（4）、吊装作业平台（5）设置有倾角传感器（802）进行姿态监测。

7.根据权利要求1所述的三点长行程多级梯形丝杆重载吊具，其特征在于：所述的球面铰链（6）和重载长行程升降多级梯形丝杆（1）连接处串联设置环形均布的多组力传感器（801）用于载荷监测控制。

8.根据权利要求1所述的三点长行程多级梯形丝杆重载吊具，其特征在于：所述十字关节铰链（9）包括铰链上座（901）、铰链下座（904）、以及铰链上座（901）和铰链下座（904）中间设置的铰链横轴（903）、铰链纵轴（902），铰链横轴（903）和铰链纵轴（902）相互垂直。

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