RU2167804C1

RU2167804C1 - Crane-manipulator

Info

Publication number: RU2167804C1
Application number: RU2000103334A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Макаренко; В.И. Пындак; Ю.Г. Лапынин
Original assignee: Волгоградский энергетический колледж
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2001-05-27

Abstract

FIELD: materials handling facilities. SUBSTANCE: proposed crane-manipulator has base turnable in vertical and horizontal planes and mounted on vehicle. Base is made in form of flat triangular truss. Crane-manipulator has three hydraulic cylinders whose housings are hinge-secured on tops of base. Rods of all three cylinders are interconnected and connected with load grip. Crane is furnished also with two base-turning hydraulic cylinders arranged at angle relative to each other. Rods of cylinders are connected with base side opposite to top secured on vehicle. This side of base is provided at one side with two independent screws, each engaging with nut-slider hinge-connected with corresponding cylinder whose rod is connected with rods of two other cylinders, and at other side, with screw having right- hand and left-hand thread engaging with nuts-sliders hinge-connected with base- turning cylinders. EFFECT: enlarged operating capabilities, possibility of control of zone of operation and hydraulic cylinder forces. 2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к технике проведения грузоподъемных операций, монтажных, ремонтных, подсобных и т.п. работ. The invention relates to techniques for carrying out lifting operations, installation, repair, utility, etc. works.

Известен грузоподъемный кран на транспортном средстве, содержащий поворотное в вертикальной плоскости основание в виде плоской треугольной фермы, на котором с помощью шарниров смонтированы три гидроцилиндра, штоки которых соединены между собой и с грузозахватным органом, при этом кран снабжен дополнительным гидроцилиндром для поворота основания (SU 594021, кл. B 66 C 23/44, 01.03.78). A vehicle crane is known, comprising a base rotatable in a vertical plane in the form of a flat triangular truss, on which three hydraulic cylinders are mounted using hinges, the rods of which are connected to each other and to the load gripping body, and the crane is equipped with an additional hydraulic cylinder to rotate the base (SU 594021 , CL B 66 C 23/44, 01.03.78).

Технический недостаток данного крана: недостаточная зона действия в горизонтальной плоскости. Technical disadvantage of this crane: insufficient coverage in the horizontal plane.

Известен также кран-манипулятор, содержащий смонтированное на транспортном средстве поворотное в вертикальной и горизонтальной плоскостях основание в виде плоской треугольной фермы и три гидроцилиндра, корпуса которых шарнирно закреплены на вершинах основания, а штоки всех трех цилиндров соединены между собой и с грузозахватным органом, содержащий два гидроцилиндра для поворота основания, расположенные под углом друг к другу, причем штоки этих цилиндров соединены со стороной основания, противолежащей закрепленной на транспортном средстве вершине (RU 2053191 C1, кл. B 66 C 23/44, 27.01.96). A crane is also known, which contains a base mounted on a vehicle and rotatable in vertical and horizontal planes in the form of a flat triangular truss and three hydraulic cylinders, the hulls of which are pivotally mounted on the tops of the base, and the rods of all three cylinders are connected to each other and to a load-gripping body, containing two hydraulic cylinders for turning the bases, located at an angle to each other, and the rods of these cylinders are connected to the side of the base, opposite mounted on the transport cp the summit (EN 2053191 C1, CL B 66 C 23/44, 01/27/96).

Технический недостаток этого крана-манипулятора: недостаточно широкие функциональные возможности и отсутствие средств для регулирования зоны действия и усилий в гидроцилиндрах. The technical drawback of this crane is the lack of wide functionality and the lack of funds for regulating the range and effort in hydraulic cylinders.

Техническая задача: расширение функциональных возможностей, регулирование зоны действия и усилий в гидроцилиндрах за счет изменения положения точек крепления цилиндров на поворотном основании. Technical task: expansion of functionality, regulation of the range and effort in the hydraulic cylinders by changing the position of the attachment points of the cylinders on a rotary base.

Согласно изобретению в кране-манипуляторе указанная сторона основания снабжена: с одной стороны - двумя установленными на своих опорах и расположенными на одной оси независимыми винтами, каждый из которых взаимодействует с гайкой-ползуном, шарнирно соединенной с соответствующим гидроцилиндром, шток которого соединен со штоками двух других цилиндров, с другой стороны - установленным на двух опорах винтом с правой и левой резьбой, взаимодействующей с гайками-ползунами, шарнирно соединенными с гидроцилиндрами поворота основания, оси которых совместно с участком винта и поперечиной транспортного средства образуют трапецию с возможностью ее преобразования в прямоугольник, при этом малая сторона трапеции расположена на винте. Все три винта имеют привод в виде маховика. According to the invention, in the crane, the indicated side of the base is equipped with: on the one hand, two independent screws mounted on their supports and located on the same axis, each of which interacts with a slide nut pivotally connected to a corresponding hydraulic cylinder, the rod of which is connected to the rods of the other two cylinders, on the other hand - mounted on two supports with a screw with a right and left thread, interacting with slider nuts, pivotally connected to the hydraulic cylinders for turning the base, the axis of which together with the section of the screw and the cross member of the vehicle form a trapezoid with the possibility of its transformation into a rectangle, while the small side of the trapezoid is located on the screw. All three screws have a flywheel drive.

На фиг. 1 изображен общий вид крана-манипулятора, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид в плане; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 и 5 - разрезы Б-Б и В-В на фиг. 2 соответственно; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 5; на фиг. 7 - схема, иллюстрирующая работу крана-манипулятора, вид сбоку; на фиг. 8 - то же, вид в плане. In FIG. 1 shows a General view of the crane, side view; in FIG. 2 - same, plan view; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 4 and 5 are sections BB and BB in FIG. 2, respectively; in FIG. 6 is a section GG in FIG. 5; in FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of a crane, side view; in FIG. 8 - same, plan view.

Основу рабочего оборудования крана-манипулятора составляют три гидравлических силовых цилиндра 1, 2 и 3 (фиг. 1 и 2). Корпуса этих цилиндров с помощью шарниров 4, имеющих две степени свободы, закреплены на вершинах основания 5. Противоположные концы (штоки) всех трех цилиндров сведены вместе при помощи особого шарнира 6, несущего функции головной траверсы, к которой присоединен также грузозахватный орган 7. Основание 5 выполнено в виде плоской треугольной фермы (фиг. 3). Основание одной из вершин смонтировано на транспортном средстве посредством опорно-поворотного устройства 8. Последнее закреплено на одной из поперечин 9 транспортного средства. Устройство 8 содержит вертикальную 10 и горизонтальную 11 взаимно перпендикулярные оси поворота. The basis of the working equipment of the crane is three hydraulic power cylinders 1, 2 and 3 (Fig. 1 and 2). The bodies of these cylinders with the help of hinges 4 having two degrees of freedom are fixed on the tops of the base 5. The opposite ends (rods) of all three cylinders are brought together by means of a special hinge 6, which carries the function of the head beam, to which the load-gripping organ is also connected 7. Base 5 made in the form of a flat triangular truss (Fig. 3). The base of one of the peaks is mounted on the vehicle by means of a slewing ring 8. The latter is mounted on one of the cross members 9 of the vehicle. The device 8 contains a vertical 10 and horizontal 11 mutually perpendicular to the axis of rotation.

Для поворота основания предусмотрены два гидроцилиндра 12 и 13 (фиг. 1 и 2). Корпуса этих цилиндров с помощью шарниров 14 с двумя степенями свободы закреплены на концах второй поперечины 15 транспортного средства. Цилиндры 12 и 13 расположены под углом друг к другу, их противоположные концы (штоки) посредством подобных шарниров соединены с гайками-ползунами 16, взаимодействующими с винтом 17 с правой и левой резьбой (фиг. 3 и 4). Винт установлен на двух опорах 18 на стороне основания 5, противолежащей закрепленной на транспортном средстве вершине. Оси цилиндров 12 и 13 совместно с участком винта 17 и поперечиной 15 транспортного средства образуют трапецию ABCD (фиг. 2 и 8) с возможностью ее преобразования в прямоугольник ABC'D' при этом малая сторона CD трапеции расположена на винте. To rotate the base, two hydraulic cylinders 12 and 13 are provided (Fig. 1 and 2). Cases of these cylinders with hinges 14 with two degrees of freedom are fixed at the ends of the second cross member 15 of the vehicle. The cylinders 12 and 13 are located at an angle to each other, their opposite ends (rods) are connected through such hinges to the slider nuts 16, which interact with the screw 17 with the right and left threads (Figs. 3 and 4). The screw is mounted on two supports 18 on the side of the base 5, the opposite top mounted on the vehicle. The axes of the cylinders 12 and 13 together with the portion of the screw 17 and the cross member 15 of the vehicle form a trapezoid ABCD (Fig. 2 and 8) with the possibility of its transformation into a rectangle ABC'D 'with the small side CD of the trapezoid located on the screw.

С другой стороны упомянутой стороны основания 5 установлены на своих опорах 19 и 20 (фиг. 5 и 6) и расположены на одной оси два независимых винта 21 и 22. Каждый винт взаимодействует с гайкой-ползуном 23, шарнирно соединенной через шарнир 4 с соответствующим гидроцилиндром 2 или 3, шток которого соединен со штоками двух других цилиндров. Транспортное средство может иметь различные схемно-конструктивные исполнения. В варианте, представленном на фиг. 1, 2, 7, 8, это передвижная специальная тележка 24, снабженная откидными опорами 25. Рама тележки представляет вертикальную четырехгранную ферму, внутри которой размещена гидросиловая установка с приводом от электродвигателя и распределительная гидроаппаратура, а снаружи - органы управления (не показаны). Винты 17, 21 и 22 имеют привод в виде маховика 26. On the other side of the mentioned side of the base 5 are mounted on their supports 19 and 20 (Figs. 5 and 6) and two independent screws 21 and 22 are located on the same axis. Each screw interacts with a slider nut 23, pivotally connected through a hinge 4 with a corresponding hydraulic cylinder 2 or 3, the rod of which is connected to the rods of two other cylinders. A vehicle may have various circuit designs. In the embodiment of FIG. 1, 2, 7, 8, this is a special mobile trolley 24, equipped with hinged supports 25. The frame of the trolley is a vertical tetrahedral truss, inside of which there is a hydraulic power unit driven by an electric motor and distribution hydraulic equipment, and outside - controls (not shown). The screws 17, 21 and 22 have a flywheel drive 26.

Кран-манипулятор работает следующим образом. The crane manipulator operates as follows.

При изменении длины - перемещении штока с поршнем хотя бы одного гидроцилиндра 1, 2 или 3 - изменяется геометрическая форма пространственной структуры, образованной этими цилиндрами и основанием 5. Вследствие этого вершина структуры - ее шарнир (головная траверса) 6 - начинает перемещаться, увлекая за собой грузозахватный орган 7. Манипулируя работой одного, двух или всех трех цилиндров, головную траверсу выводят в заданное положение в пространстве. Некоторые положения цилиндров и шарнира 6 показаны на фиг. 7 и 8; в транспортном положении манипулятор максимально сокращает свои габариты путем втягивания штоков всех пяти цилиндров, включая цилиндры 12 и 13. When the length changes — moving the rod with the piston of at least one hydraulic cylinder 1, 2 or 3 — the geometric shape of the spatial structure formed by these cylinders and the base 5 changes. As a result, the top of the structure — its hinge (head beam) 6 — begins to move, dragging along load-gripping body 7. Manipulating the operation of one, two or all three cylinders, the head beam is brought to a predetermined position in space. Some positions of the cylinders and hinge 6 are shown in FIG. 7 and 8; in the transport position, the manipulator minimizes its size by retracting the rods of all five cylinders, including cylinders 12 and 13.

При задействовании гидроцилиндров 12 и 13 основанию 5 вместе с закрепленными на нем цилиндрами 1, 2 и 3 сообщаются дополнительные подвижности. Если штоки цилиндров 12 и 13 максимально сближены между собой - при соприкосновении гаек-ползунов 16, то при одновременном изменении длины этих цилиндров основание 5 с оборудованием разворачивается в вертикальной плоскости. Подобный разворот, но на другие углы, происходит и при удалении друг относительно друга гаек-ползунов 16, вплоть до параллельного расположения цилиндров 12 и 13 (фиг.8), когда трапеция ABCD преобразуется в прямоугольник ABC'D'. В этом случае основание разворачивается относительно горизонтальной оси 11 поворота опорно-поворотного устройства 8. When the hydraulic cylinders 12 and 13 are activated, additional mobility is communicated to the base 5 together with the cylinders 1, 2 and 3 fixed to it. If the rods of the cylinders 12 and 13 are as close as possible to each other - when the slide nuts 16 are in contact, then, while changing the length of these cylinders, the base 5 with the equipment is deployed in a vertical plane. A similar turn, but to other angles, occurs when the sliders 16 are removed relative to each other, up to the parallel arrangement of the cylinders 12 and 13 (Fig. 8), when the trapezoid ABCD is transformed into the rectangle ABC'D '. In this case, the base is deployed relative to the horizontal axis of rotation 11 of the slewing ring 8.

Если гидроцилиндры 12 и 13 являются сторонами трапеции ABCD, то при работе одного из этих цилиндров основанию 5 с оборудованием сообщается совмещенное движение одновременно в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В этом случае основание разворачивается одновременно относительно вертикальной 10 и горизонтальной 11 осей поворота устройства 8. Возможды и иные сочетания работы гидроцилиндров 12 и 13, при этом угол ψ горизонтального разворота (фиг. 8) основания 5 зависит от размеров трапеции ABCD. Чем меньше сторона CD, тем больше ψ. По мере увеличения размера CD, что достигается вращением винта 17 посредством соответствующего маховика 26 и раздвижением гаек-ползунов 16 за счет правой и левой резьбы на винте, угол ψ уменьшается. Если цилиндры 12 и 13 располагаются параллельно (трапеция преобразуется в прямоугольник ABC'D'), то ψ = 0. При сдвинутых гайках-ползунах 16 угол ψ горизонтального разворота основания 5 составляет ± 50...65^o (кроме размера CD обесценивается соотношением и других размеров системы). От значения угла ψ и хода штоков гидроцилиндров 12 и 13 зависит и угол поворота основания в вертикальной плоскости.If the hydraulic cylinders 12 and 13 are sides of the trapezoid ABCD, then when one of these cylinders is operating, the combined movement in the vertical and horizontal planes is communicated to the base 5 with the equipment. In this case, the base rotates simultaneously relative to the vertical 10 and horizontal 11 axes of rotation of the device 8. There are other possible combinations of the hydraulic cylinders 12 and 13, and the angle ψ of the horizontal turn (Fig. 8) of the base 5 depends on the dimensions of the trapezoid ABCD. The smaller the side of the CD, the greater ψ. As the size of the CD increases, which is achieved by rotating the screw 17 by means of the corresponding flywheel 26 and by sliding the slide nuts 16 due to the right and left threads on the screw, the angle ψ decreases. If the cylinders 12 and 13 are parallel (the trapezoid is transformed into the rectangle ABC'D '), then ψ = 0. With the shifted nut-sliders 16, the angle ψ of the horizontal turn of the base 5 is ± 50 ... 65 ^o (except for the size of the CD, the ratio other system sizes). The angle of rotation of the base in a vertical plane also depends on the value of the angle ψ and the stroke of the rods of the hydraulic cylinders 12 and 13.

Если в процессе работы гидроцилиндры 12 и 13 сохраняют наклон друг относительно друга, то максимальные углы ψ поворота основания 5 в горизонтальной плоскости вправо и влево (при определенном значении стороны CD трапеции) имеют одинаковую величину, система является симметричной. При равенстве расстояний между шарнирами 4 верхних гидроцилиндров 2 и 3 относительно продольной оси I-I тележки 24 (EF=FK) углы Φ разворота в горизонтальной плоскости (вправо и влево) нижнего цилиндра 1, несущего функции телескопической стрелы, также имеют одинаковую величину - пространственная структура, образованная цилиндрами 1. . . 3 и основанием 5, в этом варианте является симметричной. При задействовании посредством своего маховика 26 одного из независимых винтов 21 или 22 соответствующая гайка-ползун 23 смещает шарнир одного из гидроцилиндров и сам цилиндр 2 или 3 относительно продольной оси I-I, при этом EF≠FK. Вследствие этого нарушается симметрия указанной пространственной структуры и максимальные углы Φ поворота цилиндра 1 вправо и влево имеют различные значения. Одновременно с этим изменяются и углы поворота этого цилиндра в вертикальной плоскости. Приведением в действие обоих независимых винтов 21 и 22 получают (за счет соответствующего перемещения гаек-ползунов 23): различные, но симметричные, максимальные значения углов ψ горизонтального разворота цилиндра 1 Φ_max = ± 65^o; необходимые несимметричные углы Φ. Суммарные углы поворота цилиндра 1 вместе с основанием 5: Φ+ψ.If during operation hydraulic cylinders 12 and 13 maintain a slope relative to each other, then the maximum angles ψ of rotation of the base 5 in the horizontal plane to the right and left (for a certain value of the CD side of the trapezoid) are the same value, the system is symmetrical. If the distances between the hinges 4 of the upper hydraulic cylinders 2 and 3 with respect to the longitudinal axis II of the trolley 24 (EF = FK) are equal, the rotation angles Φ in the horizontal plane (left and right) of the lower cylinder 1, bearing the functions of a telescopic boom, also have the same value - spatial structure, formed by cylinders 1.. . 3 and base 5, in this embodiment is symmetrical. When using one of the independent screws 21 or 22 via its flywheel 26, the corresponding slider nut 23 displaces the hinge of one of the hydraulic cylinders and the cylinder 2 or 3 itself relative to the longitudinal axis II, while EF ≠ FK. As a result, the symmetry of the indicated spatial structure is violated, and the maximum angles Φ of rotation of the cylinder 1 to the right and left have different values. At the same time, the rotation angles of this cylinder in the vertical plane also change. By actuating both independent screws 21 and 22, they get (due to the corresponding movement of the slide nuts 23): various, but symmetrical, maximum angles ψ of the horizontal turn of the cylinder 1 Φ _max = ± 65 ^o ; necessary asymmetric angles Φ. The total angles of rotation of cylinder 1 together with the base 5: Φ + ψ.

Указанные перемещения гаек-ползунов 16 и 23, приводящие к изменениям местоположения шарниров 4 гидроцилиндров путем варьирования размером CD на винте 17 и размерами EF и FK на независимых винтах 21 и 22, вызывают также изменение усилий в гидроцилиндрах 1...3, 12, 13 и грузовой устойчивости всего крана-манипулятора, включая его тележку 24 с выносными опорами 25. Наряду с этим изменяется зона действия и функциональные возможности манипулятора. Высота подъема грузозахватного органа 7 обеспечивается также высотой тележки 24. Шарниры 4 и 14 с двумя степенями свободы не препятствуют пространственным перемещениям гидроцилиндров 1. . .3 относительно основания 5 и цилиндров 12 и 13 относительно поперечины 15 транспортного средства и относительно того же основания 5, а особый шарнир 6 обеспечивает взаимные эволюции штоков цилиндров 1. ..3 друг относительно друга и относительно штанг, несущих грузозахватный орган 7, причем под действием гравитационной силы штанги сохраняют вертикальное положение. The indicated movements of the slider nuts 16 and 23, leading to changes in the location of the hinges 4 of the hydraulic cylinders by varying the size of the CD on the screw 17 and the dimensions EF and FK on the independent screws 21 and 22, also cause a change in the forces in the hydraulic cylinders 1 ... 3, 12, 13 and cargo stability of the entire crane-manipulator, including its trolley 24 with outriggers 25. Along with this, the range and functionality of the manipulator changes. The lifting height of the load-gripping body 7 is also provided by the height of the trolley 24. The hinges 4 and 14 with two degrees of freedom do not impede the spatial movements of the hydraulic cylinders 1.. .3 relative to the base 5 and the cylinders 12 and 13 relative to the cross member 15 of the vehicle and relative to the same base 5, and the special hinge 6 provides mutual evolution of the rods of the cylinders 1. ..3 relative to each other and relative to the rods carrying the load gripping body 7, and under the action of the gravitational force of the rod maintain a vertical position.

Таким образом, описанные особенности устройства и принципа действия крана-манипулятора обеспечивают расширение его функциональных возможностей, регулирование зоны действия и усилий в гидроцилиндрах, что достигается простыми средствами - изменением положения точек крепления цилиндров на поворотном основании. Thus, the described features of the device and the operating principle of the crane provide an extension of its functionality, regulation of the range and effort in the hydraulic cylinders, which is achieved by simple means - changing the position of the attachment points of the cylinders on a rotary base.

Claims

1. A crane, containing a vehicle mounted on a vehicle rotatable in vertical and horizontal planes in the form of a flat triangular truss and three hydraulic cylinders, the hulls of which are pivotally mounted on the tops of the base, and the rods of all three cylinders are connected to each other and to a load gripping body, containing two hydraulic cylinders for turning the bases, located at an angle to each other, and the rods of these cylinders are connected to the side of the base, opposite mounted on the vehicle peaks e, characterized in that said side of the base is provided on one side with two independent screws mounted on their supports and located on the same axis, each of which interacts with a slider nut pivotally connected to a corresponding hydraulic cylinder, the rod of which is connected to the rods of two other cylinders, and, on the other hand, with a screw with right and left threads mounted on two supports interacting with slide nuts pivotally connected to the base rotation cylinders, the axes of which together with the tail of the screw and the cross member of the vehicle form a trapezoid with the possibility of its transformation into a rectangle, while the small side of the trapezoid is located on the screw.

2. The crane according to claim 1, characterized in that all three screws have a flywheel drive.