RU2207317C1

RU2207317C1 - Crane-manipulator

Info

Publication number: RU2207317C1
Application number: RU2001128681/28A
Authority: RU
Inventors: В.И. Пындак; А.Н. Макаренко
Original assignee: Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2003-06-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; lifting and transportation facilities. SUBSTANCE: invention relates to equipment designed for carrying, loading and unloading, processing and auxiliary and other works carried out by mobile load-handling machinery of limited load capacity. Proposed crane-manipulator has base in form of flat triangular truss turnable in vertical plane and mounted on vehicle. Housing of three hydraulic cylinders are hinge secured on vertices of base. Rods of all three cylinders are connected to each other and to load gripper. Two hydraulic cylinders are provided to turn the base. Rods of hydraulic cylinders are secured on side of base pointed upwards. Vertex of base opposite to said side of base is provided with horizontal beam parallel to upper side of base. Base turning hydraulic cylinders are arranged parallel to each other, their rods being secured on vertices of base interconnected by upper side. Jibs are placed between horizontal beam and inclined sides of base. EFFECT: improved stability in operation and performance characteristics. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике проведения погрузочно-разгрузочных, технологических, подсобных и т. п. работ, выполняемых мобильными подъемно-транспортными агрегатами ограниченной грузоподъемности. The invention relates to techniques for carrying out loading, unloading, technological, utility, etc. work performed by mobile lifting and handling units of limited carrying capacity.

Известен грузоподъемный кран, содержащий смонтированное на транспортном средстве поворотное в вертикальной плоскости основание в виде плоской треугольной фермы, на котором с помощью шарниров закреплены три гидроцилиндра, штоки которых соединены между собой и с грузозахватным органом, для поворота основания предусмотрен дополнительный гидроцилиндр (SU 594021, МПК² В 66 С 23/44, 1978).Known crane containing mounted on a vehicle rotatable in a vertical plane base 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, an additional hydraulic cylinder is provided for turning the base (SU 594021, IPC ² B 66 C 23/44, 1978).

Технический недостаток известного грузоподъемного крана: недостаточные функциональные возможности из-за ограниченной погрузочной высоты и необходимости демонтажа (и неиспользования) собственного кузова транспортного средства; нерациональная загрузка гидроцилиндров - верхний цилиндр, закрепленный на основании, и цилиндр поворота основания, воспринимающие неблагоприятные растягивающие усилия, являются наиболее нагруженными. The technical disadvantage of the known crane: insufficient functionality due to the limited loading height and the need to dismantle (and not use) the vehicle’s own body; irrational loading of hydraulic cylinders - the upper cylinder, mounted on the base, and the base rotation cylinder, perceiving adverse tensile forces, are the most loaded.

Известен также кран-манипулятор, содержащий смонтированное на транспортном средстве поворотное в вертикальной плоскости основание в виде плоской треугольной фермы и три гидроцилиндра, корпуса которых шарнирно закреплены на вершинах основания, а штоки всех трех гидроцилиндров соединены между собой и с грузозахватным органом, при этом для поворота основания предусмотрено два гидроцилиндра, штоки которых закреплены на обращенной вверх стороне основания (RU 2053191 С1, МПК⁶ В 66 С 23/44, 1996). В этом манипуляторе исключается, по крайней мере, один недостаток - достигается более равномерная загрузка всех гидроцилиндров, поскольку закрепленные на основании цилиндры перекомпонованы, и растягивающие усилия воспринимают два цилиндра, а для поворота основания предусмотрено два цилиндра.A crane is also known, which contains a base mounted in a vertical plane in the form of a flat triangular truss and three hydraulic cylinders, the hulls of which are mounted pivotally on the tops of the base, and the rods of all three hydraulic cylinders are connected to each other and to the load-gripping body, for rotation the base has two hydraulic cylinders, the rods of which are fixed on the upward side of the base (RU 2053191 C1, IPC ⁶ V 66 C 23/44, 1996). This manipulator eliminates at least one drawback - a more uniform loading of all hydraulic cylinders is achieved, since the cylinders fixed on the base are rearranged and two cylinders take up tensile forces, and two cylinders are provided for turning the base.

Технический недостаток данного крана-манипулятора: наличие зоны неустойчивой работы, которая наступает, когда вертикальная ось шарнира основания и центр шарнира крепления цилиндров поворота на основании располагаются примерно на одной вертикальной геометрической оси; недостаточные эксплуатационно-технологические показатели из-за ограниченной погрузочной высоты и вынужденного демонтажа (и неиспользования) собственного кузова транспортного средства; усложнен алгоритм управления пятью цилиндрами. Эти недостатки сводят на нет достоинство манипулятора - расширение зоны действия в горизонтальной плоскости. The technical disadvantage of this crane is the presence of an unstable zone, which occurs when the vertical axis of the hinge of the base and the center of the hinge of the fastening cylinders of rotation on the base are located approximately on the same vertical geometric axis; insufficient operational and technological indicators due to the limited loading height and the forced dismantling (and non-use) of the vehicle’s own body; The five-cylinder control algorithm is complicated. These shortcomings negate the dignity of the manipulator - the expansion of the coverage in the horizontal plane.

Техническая задача: повышение устойчивости в работе и эксплуатационно-технологических показателей за счет преобразования конструкции в жесткую кинематическую структуру, увеличение погрузочной высоты и функциональных возможностей, в том числе обеспечения загрузки (разгрузки) собственного кузова, упрощения алгоритма управления гидроцилиндрами. Technical task: improving stability in operation and operational and technological indicators by converting the structure into a rigid kinematic structure, increasing the loading height and functionality, including providing loading (unloading) of one's own body, simplifying the control algorithm for hydraulic cylinders.

Согласно изобретению вершина основания, противолежащая упомянутой стороне основания, снабжена горизонтальной балкой, параллельной этой стороне основания, гидроцилиндры поворота основания расположены параллельно друг другу, их штоки закреплены на вершинах, соединенных между собой верхней его стороной, при этом между горизонтальной балкой и наклонными сторонами основания расположены укосины. Упомянутая горизонтальная балка соединена с фермой, установленной на вертикальных стойках, охватывающих кабину и закрепленных на раме транспортного средства. According to the invention, the top of the base, opposite to the mentioned side of the base, is provided with a horizontal beam parallel to this side of the base, the hydraulic cylinders for turning the base are parallel to each other, their rods are fixed on peaks connected by its upper side, while between the horizontal beam and the inclined sides of the base are located mowing. Said horizontal beam is connected to a truss mounted on vertical posts covering the cab and mounted on the vehicle frame.

На фиг.1 изображен общий вид крана-манипулятора на транспортном средстве, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид в плане; на фиг.3 - вид А на фиг.1; на фиг.4 и 5 - сечения Б-Б и В-В на фиг.3 соответственно. Figure 1 shows a General view of the crane on the vehicle, side view; figure 2 is the same, a view in plan; figure 3 is a view a in figure 1; figure 4 and 5 - section bb and bb in figure 3, respectively.

Кран-манипулятор содержит смонтированное на транспортном средстве в вертикальной плоскости основание 1 в виде плоской треугольной фермы, выполненной, например, из стальных квадратных труб. На вершинах основания шарнирно закреплены корпуса трех гидроцилиндров 2, 3 и 4; шарниры 5 крепления корпусов цилиндров на основании имеют две степени свободы. Штоки всех трех цилиндров соединены между собой и с грузозахватным органом 6 посредством особого шарнирного устройства 7 с четырьмя степенями свободы. Оси симметрии цилиндров 2-4 пересекаются между собой в одной точке - в центре устройства 7, образуя подвижную пространственную трехстержневую структуру в виде треугольной пирамиды. Гидроцилиндр 2 расположен внизу и закреплен на вершине 8 основания 1, примыкающей к транспортному средству 9. Гидроцилиндры 3 и 4 расположены вверху и закреплены на вершинах, соединенных между собой верхней стороной 10 основания. Вершина 8 основания, противолежащая упомянутой стороне 10 основания, снабжена горизонтальной балкой 11, параллельной этой стороне основания. На концах горизонтальной балки имеются цапфы 12 для монтажа основания на транспортном средстве. Для поворота основания 1 предусмотрено два дополнительных гидроцилиндра 13 и 14, которые расположены параллельно друг другу. The manipulator crane comprises a base 1 mounted on a vehicle in a vertical plane in the form of a flat triangular truss made, for example, of steel square pipes. On the tops of the base are the hulls of three hydraulic cylinders 2, 3 and 4; hinges 5 for fixing the cylinder bodies on the base have two degrees of freedom. The rods of all three cylinders are connected to each other and to the load gripping member 6 by means of a special hinged device 7 with four degrees of freedom. The axis of symmetry of the cylinders 2-4 intersect each other at one point - in the center of the device 7, forming a moving spatial three-rod structure in the form of a triangular pyramid. The hydraulic cylinder 2 is located at the bottom and is fixed on the top 8 of the base 1 adjacent to the vehicle 9. The hydraulic cylinders 3 and 4 are located at the top and are fixed on the peaks connected by the upper side 10 of the base. The top 8 of the base opposite to the mentioned side 10 of the base is provided with a horizontal beam 11 parallel to this side of the base. At the ends of the horizontal beam there are trunnions 12 for mounting the base on the vehicle. To rotate the base 1, two additional hydraulic cylinders 13 and 14 are provided, which are parallel to each other.

Штоки этих цилиндров посредством цилиндрических шарниров 15 закреплены на обращенной вверх стороне 10 основания - на вершинах, соединенных между собой его указанной стороной. Посадочные гнезда 16 и 17 соответственно цилиндров 13, 14 поворота и двух из трех - верхних цилиндров 3, 4 манипулятора - оппозитно расположены на противоположных плоскостях основания 1 и с помощью дополнительной резьбовой связи 18 и сварки жестко соединены между собой. Посадочное гнездо 19 третьего - нижнего цилиндра 2 манипулятора - дополнительно усилено укосинами 20 и 21 между наклонными сторонами основания и горизонтальной балкой 11 и посредством связи 22 и сварки жестко связано с противоположной плоскостью основания 1. Транспортное средство 9 снабжено расположенными на возвышающейся части, например на кабине 23, двумя парами силовых узлов 24 и 25, шарнирно соединенными соответственно с цапфами 12 горизонтальной балки 11 и с корпусами гидроцилиндров 13 и 14 поворота. Указанные опоры являются вершинами четырехгранной фермы 26, установленной на вертикальных стойках 27, охватывающих кабину 23 и закрепленных противоположными концами на раме 28 транспортного средства 9, т.е. упомянутая горизонтальная балка 11 соединена с фермой 26. При такой компоновке крана-манипулятора на транспортном средстве сохраняется собственный кузов 29, при этом увеличивается погрузочная высота - высота подъема шарнирного устройства 7 и грузозахватного органа 6. Гидроцилиндры 2-4 манипулятора имеют независимое управление от насосно-управляющей установки (на чертежах не показана), задействованной от транспортного средства 9. Гидроцилиндры 13 и 14 поворота управляются в обычном порядке как одно кинематическое звено от той же установки. The rods of these cylinders by means of cylindrical hinges 15 are fixed on the upward side 10 of the base - on the peaks interconnected by its specified side. Landing sockets 16 and 17, respectively, of the rotation cylinders 13, 14 and two of the three — the upper cylinders 3, 4 of the manipulator — are opposite located on opposite planes of the base 1 and are rigidly interconnected by means of an additional threaded connection 18 and welding. The landing seat 19 of the third - lower cylinder 2 of the manipulator is additionally reinforced with jibs 20 and 21 between the inclined sides of the base and the horizontal beam 11 and, by means of communication 22 and welding, is rigidly connected to the opposite plane of the base 1. The vehicle 9 is provided with those located on a raised part, for example, on the cab 23, two pairs of power nodes 24 and 25, pivotally connected respectively with the pins 12 of the horizontal beam 11 and with the bodies of the hydraulic cylinders 13 and 14 of the rotation. These supports are the vertices of a tetrahedral truss 26 mounted on vertical struts 27, covering the cab 23 and secured by opposite ends on the frame 28 of the vehicle 9, i.e. said horizontal beam 11 is connected to the truss 26. With this arrangement of the crane, the vehicle retains its own body 29, while the loading height is increased — the height of the hinge device 7 and the load-gripping member 6. The hydraulic cylinders 2-4 of the manipulator are independently controlled by the pump control unit (not shown in the drawings) used from the vehicle 9. Turn hydraulic cylinders 13 and 14 are controlled in the usual manner as one kinematic link from the same unit.

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

При изменении длины - перемещении штока с поршнем хотя бы одного гидроцилиндра 2, 3 или 4 - изменяется геометрическая форма "пирамиды" - пространственной структуры, образованной этими цилиндрами и основанием 1. Вследствие этого вершина "пирамиды" - ее особое шарнирное устройство 7 - начинает перемещаться, увлекая за собой грузозахватный орган 6. Манипулируя работой одного, двух или всех трех цилиндров 2-4, грузозахватный орган 6 выводится по кратчайшей траектории в заданное положение в пространстве (в пределах кинематических возможностей пространственной структуры). Характерные положения шарнирного устройства 7 показаны на фиг.1 и 2. When the length changes — moving the rod with the piston of at least one hydraulic cylinder 2, 3 or 4 — the geometrical shape of the “pyramid” - the spatial structure formed by these cylinders and the base 1 — changes. As a result, the top of the “pyramid” - its special hinge device 7 - begins to move , dragging along the load-gripping organ 6. By manipulating the operation of one, two or all three cylinders 2-4, the load-gripping organ 6 is displayed along the shortest path to a predetermined position in space (within the kinematic possibilities of nstvennoy structure). The characteristic positions of the hinge device 7 are shown in figures 1 and 2.

Пространственная структура обладает достаточно широкими кинематическими возможностями. Нижний гидроцилиндр 2, который условно можно трактовать как грузовую стрелу переменного вылета, может разворачиваться в горизонтальной плоскости на углы ψ свыше ±90^o, а в вертикальной плоскости углы φ составляют примерно ±40^o (при наклонном положении основания 1, как показано на фиг.1). Дополнительный разворот в вертикальной плоскости всему оборудованию, размещенному на поворотном основании 1, сообщают гидроцилиндры 13 и 14 поворота. При этом возрастают возможности подъема и опускания грузозахватного органа 6 не только в плоскости симметрии манипулятора, но и после разворота гидроцилиндра 2 ("стрелы") влево или вправо на определенные углы. Благодаря этому кран-манипулятор в частности способен: осуществить загрузку (разгрузку) собственного кузова 29; выполнить погрузочные и технологические операции сбоку транспортного средства 9 - слева или справа; произвести загрузку (разгрузку) рядом стоящего малотоннажного грузового автомобиля или прицепа; реализовать перегрузку от указанных средств в собственный кузов и наоборот. Кран-манипулятор не имеет выносных опор и после известного блокирования переднего моста (с малыми колесами) способен перевозить груз на крюке грузозахватного органа 6, производить транспортно-перегрузочные, технологические, подсобные и т.п. работы.The spatial structure has a fairly wide kinematic capabilities. The lower hydraulic cylinder 2, which can be conventionally interpreted as a variable-launch cargo boom, can be rotated in the horizontal plane at angles ψ over ± 90 ^o , and in the vertical plane, the angles φ are approximately ± 40 ^o (with the inclined position of the base 1, as shown in FIG. 1). An additional turn in the vertical plane to all equipment placed on the rotary base 1, report the hydraulic cylinders 13 and 14 of the rotation. At the same time, the possibilities of raising and lowering the load-gripping member 6 increase not only in the plane of symmetry of the manipulator, but also after turning the hydraulic cylinder 2 (“arrows”) to the left or right at certain angles. Due to this, the crane, in particular, is capable of: loading (unloading) its own body 29; perform loading and technological operations on the side of the vehicle 9 - on the left or on the right; to load (unload) a nearby light utility vehicle or trailer; implement overloading from the specified funds into your own body and vice versa. The loader crane does not have outriggers and, after a known blocking of the front axle (with small wheels), is capable of transporting cargo on the hook of the load-gripping member 6, producing transport and handling, technological, utility, etc. work.

Наличие в составе поворотного основания 1 горизонтальной балки 11 с монтажными цапфами 12 на концах способствует устойчивой работе манипулятора во всем диапазоне углов поворота основания, включая углы свыше 90^o (показано на фиг. 1). В предложенном манипуляторе крепление основания к транспортному средству 9 по существу производится не вершиной 9, а разнесенными цилиндрическими опорами, в состав которых входят силовые узлы 24 фермы 26 и цапфы 12 балки 11. Устойчивой работе манипулятора способствуют и шарниры 5 крепления корпусов цилиндров 2-4 к основанию, которые обеспечивают необходимые подвижности гидроцилиндрам при любом положении основания и любом положении цилиндров относительно основания. Параллельно расположенные цилиндры 13 и 14 поворота с обычными цилиндрическими шарнирами 15 не чувствительны к положению основания. В основании 1 осуществляется рациональный силовой поток: растягивающие усилия со стороны верхних цилиндров 3 и 4 манипулятора непосредственно, минуя промежуточные звенья, с помощью жестко соединенных между собою, оппозитно расположенных посадочных гнезд 16 и 17, в том числе за счет связи 18, передаются на цилиндры 13 и 14 поворота; лишь боковые составляющие усилий воспринимаются верхней 10 и боковыми сторонами основания. Сжимающее усилие со стороны нижнего цилиндра 2 манипулятора замыкается в усиленном узле, в котором сходятся наклонные стороны основания и горизонтальная балка 11 с укосинами 20 и 21, при этом посредством связи 22 и посадочного гнезда 19 задействуется и противоположная плоскость основания. Реакции в цапфах 12 горизонтальной балки 11 основания и усилия от гидроцилиндров 13 и 14 также рациональным силовым потоком передаются на раму 28 транспортного средства 9, при этом кабина 23 не нагружается. Это происходит за счет передачи нагрузок на силовые узлы 24 и 25, которые принадлежат не только четырехгранной ферме 26, но и вертикальным стойкам 27, охватывающим кабину 23 и замкнутым на раму 28, т.е. опоры расположены на вершинах трех взаимно перпендикулярных трубчатых стержней.The presence in the composition of the rotary base 1 horizontal beam 11 with mounting pins 12 at the ends contributes to the stable operation of the manipulator in the entire range of angles of rotation of the base, including angles over 90 ^o (shown in Fig. 1). In the proposed manipulator, the fastening of the base to the vehicle 9 is essentially carried out not by the top 9, but by spaced cylindrical supports, which include power units 24 of the truss 26 and the trunnion 12 of the beam 11. The hinges 5 of the attachment of the cylinder bodies 2-4 to contribute to the stable operation of the manipulator the base, which provide the necessary mobility of the hydraulic cylinders for any position of the base and any position of the cylinders relative to the base. Parallel rotation cylinders 13 and 14 with conventional cylindrical joints 15 are not sensitive to the position of the base. At the base 1, a rational power flow is carried out: tensile forces from the upper cylinders 3 and 4 of the manipulator directly, bypassing the intermediate links, are transmitted directly to the cylinders by means of rigidly interconnected, opposed landing seats 16 and 17, including due to coupling 18 13 and 14 turns; only the lateral components of the effort are perceived by the upper 10 and the lateral sides of the base. The compressive force from the side of the lower cylinder 2 of the manipulator is closed in a reinforced node in which the inclined sides of the base and the horizontal beam 11 meet with the jibs 20 and 21, while the opposite plane of the base is also activated by means of the connection 22 and the seat socket 19. The reactions in the pins 12 of the horizontal beam 11 of the base and the forces from the hydraulic cylinders 13 and 14 are also transmitted by rational power flow to the frame 28 of the vehicle 9, while the cab 23 is not loaded. This is due to the transfer of loads to the power nodes 24 and 25, which belong not only to the tetrahedral truss 26, but also to the vertical struts 27, covering the cab 23 and closed to the frame 28, i.e. the supports are located on the tops of three mutually perpendicular tubular rods.

Названные перемещения в пространстве грузозахватного органа 6 и расширенные возможности крана-манипулятора достигаются при упрощении алгоритма управления гидроцилиндрами - исключается пространственное образование с цилиндрами поворота основания; управление одновременно двумя цилиндрами 13 и 14 - традиционное при неработающих цилиндрах "пирамиды". В походном (транспортном) положении манипулятор сокращает свои габариты за счет втягивания штоков гидроцилиндров и предельного разворота - "запрокидывания" основания 1 с оборудованием на кабину 23 транспортного средства 9. Расположенный над кабиной кран-манипулятор не ограничивает функциональные возможности транспортного средства, в качестве которого может применяться тракторное самоходное шасси типа Т-16М. Манипулятор и его подвижная пространственная структура характеризуются небольшими габаритами и массой. Известно, что трехстержневые пространственные узлы при незначительной собственной массе обладают повышенной жесткостью и устойчивостью в работе, несмотря на то, что их звенья имеют шарнирное крепление. Этому способствует и то, что оси симметрии цилиндров 2-4 образуют геометрически корректную "пирамиду", поскольку пересекаются в одной точке - в центре устройства 7. Отмеченные особенности, в сочетании с устойчивостью в работе всей конструкции, рациональными силовыми потоками, увеличением погрузочной высоты и функциональных возможностей, превращают самоходное шасси с краном-манипулятором в высокоманевренный, малогабаритный и эффективный погрузочно-транспортный и технологический агрегат. The named displacements in the space of the load-gripping body 6 and the extended capabilities of the crane are achieved by simplifying the control algorithm for hydraulic cylinders - spatial formation with base rotation cylinders is excluded; control of two cylinders 13 and 14 at the same time is traditional when the pyramid cylinders are idle. In the stowed (transport) position, the manipulator reduces its dimensions by retracting the hydraulic cylinder rods and turning to the limit - “tipping” the base 1 with the equipment onto the cab 23 of the vehicle 9. The crane mounted above the cab does not limit the functionality of the vehicle, which can apply tractor self-propelled chassis type T-16M. The manipulator and its moving spatial structure are characterized by small dimensions and mass. It is known that three-core spatial nodes with a small dead weight have increased rigidity and stability in operation, despite the fact that their links are hinged. This is facilitated by the fact that the axis of symmetry of cylinders 2-4 form a geometrically correct "pyramid", since they intersect at one point - in the center of device 7. The noted features, combined with stability in the operation of the entire structure, rational power flows, an increase in loading height and functionality, turn a self-propelled chassis with a crane-manipulator into a highly maneuverable, small-sized and efficient handling and transport unit.

Claims

1. A crane, containing a vehicle mounted on a vehicle rotatable in a vertical plane base 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 hydraulic cylinders are connected to each other and to the load-gripping body, while for rotation two hydraulic cylinders are provided, the rods of which are fixed on the upstream side of the base, characterized in that the top of the base opposite to the mentioned side of the base is provided Horizontal beam parallel to this side of the base, the base pivot cylinders disposed parallel to each other, their rods are fixed to the base vertices interconnected by its upper side, wherein between the horizontal beam and the oblique sides with bases jib.

2. The loader crane according to claim 1, characterized in that the said horizontal beam is connected to a truss installed on vertical racks covering the cab and mounted on the frame of the vehicle.