Кантувач довгомірних вантажів

Изобретение относится к области погрузочно-разгрузочных работ для механизации технологических процессов, содержащих подъемно-транспортные операции, в частности для фиксированного поворота длинномерных грузов, например труб при эмалировании их внутренней поверхности, в пределах зоны обслуживания по заранее заданной траектории с необходимой точностью. Наиболее близким из известных грузоподъемных устройств к предлагаемому кантователю длинномерных грузов по технической сущности и достигаемому результату, который принят за прототип является манипулятор, предназначенный для механизации технологических процессов, содержащих подъемнотранспортные операции. Манипулятор содержит раму, исполнительное устройство с исполнительным органом, рабочий орган, при этом исполнительное устройство выполнено в виде вертикальной колонны, снабженной механизмами подъема и опускания, а также поворота вокруг ее вертикальной оси. Исполнительный орган выполнен в виде стрелы, на одном конце которой смонтирован рабочий орган в виде грузозахватного устройства, а на противоположном конце уравновешивающее устройство-противовес. Механизм перемещения противовеса и связь его с грузозахватным устройством выполнены в виде зубчато-реечного механизма. На стреле выполнена рейка, связанная с приводным зубчатым колесом. На противоположной стороне стрелы образован паз, в котором установлена подпружиненная дополнительная рейка, взаимодействующая через зубчатое колесо с рейкой противовеса. Тяга соединяет дополнительную рейку с грузозахватным устройством через передаточный механизм, выполненный в виде двух взаимно перпендикулярных реек, связанных между собой блоком из двух зубчатых колес. Вертикальная рейка соединена со схватом. Горизонтальная рейка связана с дополнительной рейкой. Недостатком указанного манипулятора является невозможность манипулирования в вертикальной плоскости длинномерными грузами различной длины, поперечного размера, массы, например трубами длиной 4-12 м, диаметром 50-200 мм, массой 40-600 кг. Это обусловлено тем обстоятельством, что грузозахватное, исполнительное и уравновешивающее устройства известного грузоподъемника создают при перемещении указанных длинномерных грузов значительные деформации в конструкции, которые не позволяют обеспечить движение груза с необходимой по технологии точностью без отклонения движения груза от заранее заданной траектории его перемещения. Кроме того, известный манипулятор не позволяет улучшить динамические свойства манипулятора за счет обеспечения автоматического уравновешивания масс подвижных частей манипулятора и перемещаемого груза. Это связано с тем обстоятельством, что уравновешивающее устройство известного манипулятора выполнено в виде противовеса, установленного на рейке. Недостатком такого уравновешивающего устройства является увеличение общей массы манипулятора, отсюда увеличение необходимой мощности привода и энергозатрат, В основу изобретения поставлена задача - создать кантователь длинномерных грузов, в котором новое выполнение рамы кантователя, механизма поворота и механизма подъема-опускания позволяет манипулировать грузами, различными по длине, поперечному сечению и массе без отклонения от заданной траектории с необходимой по технологии точностью за счет автоматического уравновешивания масс подвижных частей кантователя. Технический результат достигают тем, что в кантователе длинномерных грузов, содержащем раму, исполнительное устройство с исполнительным органом, рабочий: орган, исполнительное устройство выполнено в виде вертикальной колонны, снабженной механизмами подъема и опускания, а также поворота вокруг вертикальной оси, исполнительный орган выполнен в виде стрелы, на одном конце которой смонтирован рабочий орган в виде грузозахватного устройства, при этом стрела содержит также уравновешивающее устройство, причем стрела кинематически связана с зубчато-реечным механизмом расположенным на колонне, в соответствии с изобретением, рама выполнена с неподвижным основанием в виде круглой направляющей [-образного поперечного сечения. Вертикальная колонна выполнена в виде восьмигранной призмы, каждая грань которой в нижней своей части снабжена свободно вращающимися роликами, оси которых перпендикулярны граням и связаны с указанными гранями с возможностью взаимодействия роликов с круглой направляющей [-образного поперечного сечения. Основание колонны выполнено в своей центральной части, обращенной к раме, с вертикальной осью, взаимодействующей с механизмом поворота колонны, а сам механизм поворота колонны вокруг вертикальной оси выполнен в виде зубчато-реечного механизма. Зубчатое колесо указанного механизма жестко соединено с вертикальной осью основания колонны. Зубчатая рейка, взаимодействующая с зубчатым колесом, выполнена в виде штока двухстороннего гидроцилиндра, который служит приводом фиксированного на 180° возвратно-вращательного поворота колонны вокруг ее вертикальной оси. Корпус гидроцилиндра жестко связан с рамой. Механизм подъема и опускания выполнен в виде каретки, которая в плане имеет прямоугольную форму и снабжена двумя группами роликов, установленных на корпусе каретки на двух уровнях противоположно друг другу, с возможностью их взаимодействия с двумя вертикальными прямолинейными направляющими [-образного поперечного сечения, которые жестко закреплены на внутренней поверхности двух противоположно расположенных граней колонны. Привод каретки выполнен в виде двух гидроцилиндров, оси которых размещены вертикально и параллельно друг другу, нижние концы корпусов которых шарнирно укреплены на основании колонны, а штоки соединены с нижней частью каретки. Стрела, выполнена в виде фермы прямоугольного сечения с возможностью ее фиксированного возвратно-вращательного поворота на 90° в вертикальной плоскости. Привод поворота стрелы выполнен в виде зубчато-реечного механизма, причем в середине корпуса каретки укреплена шарнирная втулка, на горизонтальной оси которой установлен один конец стрелы. Зубчатое колесо жестко связано с осью поворота стрелы, а зубчатая рейка, взаимодействующая с зубчатым коле-. сом, выполнена в виде штока двустороннего гидроцилиндра, корпус которого жестко связан с корпусом каретки. В плане продольная ось стрелы расположена в исходном положении параллельно продольной оси каретки и установлена с одной стороны каретки, а продольная ось гидроцилиндра механизма возвратно-вращательного поворота стрелы на 90° в вертикальной плоскости расположена также параллельно относительно продольной оси каретки, с противоположной стороны каретки. Уравновешивающее устройство выполнено в виде гидроцилиндра, при этом каретка в своей центральной нижней части, обращенной к основанию колонны, снабжена ползуном, направляющая которого жестко соединена с корпусом каретки, а на конце ползуна шарнирно, на оси закреплен конец корпуса указанного гидроцилиндра уравновешивающего устройства. Шток гидроцилиндра шарнирно с помощью кронштейна закреплен на стреле в ее передней части, ближайшей к шарниру ее поворота, так, что ось гидроцилиндра образует острый угол с горизонталью. Механизм возвратно-вращательного фиксированного поворота стрелы на 90° в вертикальной плоскости выполнен с возможностью одновременного действия с уравновешивающим устройством, для чего гидроцилиндры обоих указанных механизмов подключены к одному гидрораспределителю связанному с гидронасосной станцией, Грузозахватное устройство выполнено в виде грузозахватного прижимного рычажного устройства, снабженного сменным призматическим зажимом. Предлагаемое изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 схематически изображена конструктивная схема кантователя длинномерных грузов и их перемещения, общий вид. На фиг. 2 схематически изображена кинематическая схема привода каретки и ее размещения на вертикальной колонне, вид по стрелке А на фиг. 1. На фиг. 3 схематически изображена кинематическая схема привода поворота стрелы и уравновешивающего устройства, вид по стрелке Б на фиг 2. На фиг. 4 изображена вертикальная колонна с кареткой, вид сверху, поперечное сечение В-В на фиг. 3. Кантователь длинномерных грузов (фиг. 1) содержит неподвижную раму 1, выполненную прямоугольной с лапами, сварной конструкции. Лапами рама укреплена на фундаменте. На раме 1 размещено круглое основание 2, которое выполнено в виде круглой направляющей [-образного поперечного сечения (фиг. 2). На круглом основании 2 размещена вертикальная колонна 3, которая выполнена в плане (фиг. 4) в виде восьмигранной призмы. Каждая грань 4 такой колонны-призмы выполнена из проката, снабжена в нижней своей части свободно вращающимися роликами 5. Оси роликов 5 перпендикулярны граням 4 и связаны с указанными гранями с возможностью взаимодействия роликов 5 с круглой направляющей 2. Основание колонны 6 выполнено рамным и в своей центральной части, обращенной к круглому основанию 2, с вертикальной осью 7, взаимодействующей с механизмом фиксированного (за счет конечных выключателей на чертеже не показаны) возвратно-вращательного поворота колонны на 180° вокруг вертикальной оси. При этом указанный механизм поворота колонны вокруг вертикальной оси выполнен в виде зубчато-реечного механизма, зубчатое колесо 8 которого жестко связано с вертикальной осью 7 основания колонны 6 шпоночным соединением (на чертеже не показано). Зубчатая рейка 9, взаимодействующая с зубчатым колесом 8, выполнена в виде штока двустороннего гидроцилиндра 10. Двусторонний гидроцилиндр 10 служит приводом, фиксированного на 180° возвратно-вращательного поворота колонны вокруг вертикальной оси. Корпус гидроцилиндра 10 жестко связан с рамой 1 с помощью кронштейнов (на чертеже не показаны). Механизм подъема и опускания выполнен в виде каретки 11. Каретка 11 представляет собой сварной корпус, имеющий в плане прямоугольную форму, и снабжена двумя группами свободно вращающихся роликов 12, установленных на корпусе каретки 11 на двух уровнях противоположно друг другу. Ролики 12 установлены на каретке 11 с возможностью их взаимодействия с двумя вертикальными прямолинейными направляющими 13, выполненными с [-образным поперечным сечением. Направляющие 13 жестко закреплены на внутренней поверхности двух противоположно расположенных граней 4 колонны 3 (фиг. 1, фиг. 4). Привод каретки 11 выполнен в виде двух односторонних гидроцилиндров 14. Оси обоих гидроцилиндров 14 размещены вертикально и параллельно друг другу. Нижние концы обоих корпусов гидроцилиндров 14 с помощью шарнира укреплены на основании колонны 6. Штоки гидроцилиндров 14 соединены также с помощью шарнира с нижней частью каретки 11. Стрела 15 выполнена в виде фермы прямоугольного сечения с укосинами и имеет возможность фиксированного возвратно-вращательного поворота на 90° в вертикальной плоскости относительно корпуса каретки 11 при вращении зубчатого колеса 16 (фиг. 3). Привод поворота стрелы 15 выполнен в виде зубчато-реечного механизма, для чего в середине корпуса каретки 11 укреплена шарнирная втулка 17, на горизонтальной оси которой установлен один конец стрелы 15. Зубчатое колесо 16 жестко связано с осью поворота стрелы 15. Зубчатая рейка 18, взаимодействующая с зубчатым колесом 16, выполнена в виде штока двустороннего гидроцилиндра 19, корпус которого с помощью кронштейнов (не показаны на чертеже) жестко связан с корпусом каретки 11. При этом в плане продольная ось стрелы 15 расположена в исходном горизонтальном положении параллельно продольной оси каретки и установлена с одной стороны каретки 11. Продольная ось гидроцилиндра 19 расположена также параллельно относительно продольной оси каретки 11, но с противоположной стороны каретки 11. Уравновешивающее устройство выполнено в виде гидроцилиндра 20 двустороннего действия, причем каретка 11 в своей центральной нижней части, обращенной к основанию колонны 6, снабжена ползуном 21, направляющая которого жестко соединена с корпусом каретки 11. На конце ползуна 21 шарнирно, на оси, закреплен конец корпуса гидроцилиндра 20 уравновешивающего устройства. Шток 22 указанного гидроцилиндра шарнирно, с помощью кронштейна 23, закреплен на стреле 15 в ее передней части, ближайшей к шарниру ее поворота так, что ось гидроцилиндра 20 образует острый угол с горизонталью. Механизм фиксированного возвратно-вращательного поворота стрелы 15 на 90° в вертикальной плоскости имеет возможность одновременного действия с уравновешивающим устройством, для чего гидроцилиндры 19 и 20 обоих указанных механизмов подключены системой шлангов к одному гидрораспределителю, связанному с гидронасосной станцией (на чертеже не показано). Грузозахватное устройство 24 выполнено в виде захватывающего груз 25 гидрозахватывающего прижимного рычажного устройства, снабженного сменным призматическим зажимом. На фиг. 4 показан также бак 26 для шликера, который предназначен для нанесения эмалевого покрытия на внутреннюю поверхность длинномерного груза-трубы 25. Кантователь длинномерных грузов работает следующим образом. В исходном положении грузозахватное устройство 24, а именно: гидрозахваты стрелы 15 разжаты, чтобы груз-труба 25 соприкасалась с поверхностью призм гидрозахватов. Продольная ось стрелы 15 при этом занимает исходное горизонтальное положение. Шток 22 гидроцилиндра 20 уравновешивающего устройства опущен. Штоки гидроцилиндров 14 каретки 11 также опущены. Каретка находится в своем нижнем положении. Штоки гидроцилиндров механизмов поворота колонны 3 и стрелы 15 находятся в отжатом положении. Управление процессом нанесения эмалевогопокрытия на внутреннюю поверхность труб производится вручную, оператором с пульта управления (на чертеже не показан). Со стеллажа-накопителя (на чертеже не показан) подают груз-трубу 25, которая скатывается в грузозахватное устройство 24. Груз-труба 25 фиксируется гидрозахватами грузозахватного устройства 24 вдоль стрелы 15. Предварительно, перед зажатием гидрозахватом, груз-труба 25 выставляется по заранее отрегулированному упору (на чертеже не показан) с учетом точной стыковки с гнездом бака 26 для шликера. Включением привода каретки 11, гидроцилиндров 14, поднимают каретку 11 с ползуном 21 с помощью роликов 12 вверх по направляющим 13. Груз-труба 25 подымается находясь со стрелой 15 в горизонтальном направлении до срабатывания конечного выключателя (на чертеже не показан) в крайнем верхнем положении каретки 11. Включением привода стрелы 15 гидроцилиндра 19 стрела 15 с грузом-трубой 25 переводится в вертикальное положение за счет поворота зубчатого колеса 16, движение которому передает зубчатая рейка 18, являющаяся штоком гидроцилиндра 19. Поворот осуществляется на 90°, вертикальное положение стрелы 15 фиксируется с помощью конечного выключателя (на чертеже не показан) строго вертикально и соосно с гнездом бака 26 для шликера. Одновременно с приводом стрелы 15 гидроцилиндром 19 включается в действие и гидроцилиндр 20 уравновешивающего устройства. Шток 22 указанного гидроцилиндра с помощью кронштейна 23 тоже совершает поворот в вертикальной плоскости до тех пор, пока не будет выбран рабочий ход гидроцилиндра 20 уравновешивающего устройства и рабочий ход ползуна 21, после чего ось штока 22 гидроцилиндра 20 совпадает с вертикальной осью колонны 3 (фиг. 3). При этом гидроцилиндр 20 уравновешивает момент от груза-трубы 25 и исключает наличие противовеса, что эффективно снижает возникающие напряжения в зубчато-реечном механизме, увеличивает надежность работы кантователя и способствует улучшению его динамических свойств. Включением гидроцилиндров 14 привода каретки 14 производится стыковка груза-трубы 25 с баком 26 для шликера. Затем производят нанесение эмалевого покрытия. После чего включением гидроцилиндров 14 привода каретки 11 осуществляется отвод груза-трубы 25 от гнезда бака 26 для шликера. Включением гидроцилиндра 10 совершают фиксированный поворот колонны 3 вместе с грузом-трубой 25 на 180°, то есть на противоположную сторону от бака 26 для шликера. Этому способствует реечно-зубчатый механизм, движение которому передает от привода гидроцилиндра 10 его шток-зубчатая рейка 9 через зубчатое колесо 8 и ось 7 основанию колонны 6 и далее через грани 4 движение переходит к роликам 5, которые свободно вращаются по круглой направляющей [-образного поперечного сечения круглого основания 2. Положение колонны 2 фиксируется с помощью конечного выключателя (на чертеже не показан). Затем включением гидроцилиндров 19 и 20 стрела 15 с грузом-трубой 25 переводится в горизонтальное положение вдоль стеллажа-сушки с помощью конечного выключателя (на чертеже не показан). Включением гидрозахватов грузозахватного устройства 24 гидрозахваты стрелы 15 отжимаются. Груз-труба 25 выкатывается на стеллаж-сушку. После этого осуществляют подъем стрелы 15 в фиксированное вертикальное положение включением гидроцилиндров 19 и 20 и осуществляют фиксированный возврат колонны 3 обратно на 180°. Для этого включают в действие гидроцилиндр 10 и связанный с ним зубчатореечный механизм. Далее осуществляют перевод стрелы 15 в горизонтальное положение, для чего включают гидроцилиндры 19 и 20 и фиксируют горизонтальное положение стрелы 15 с помощью конечного выключателя (на чертеже не показан). Этим достигают исходного положения кантователя длинномерных грузов и готовность его к приему следующего груза-трубы. Цикл закончен. Использование в предлагаемом кантователе длинномерных грузов в качестве исполнительного устройства возвратно-вращающейся колонны со встроенным гидроприводом, выполненным в виде зубчатореечного механизма, а также аналогичного механизма для осуществления возвратно-вращательного поворота исполнительного органа-стрелы, и использование уравновешивающего устройства, работающего одновременно с механизмом поворота стрелы, позволяет производить автоматическое уравновешивание статических и динамических нагрузок в конструкции предлагаемого кантователя и погасить большой момент, возникающий при подъеме груза-трубы в вертикальное положение на вращающейся стреле. Это ведет к улучшению динамических свойств кантователя, а также способствует расширению эксплуатационных возможностей кантователя, позволяет осуществить в предлагаемом кантователе манипулирование длинномерными грузами-трубами различной длины 4-12 м, диаметром 50-200 мм и массой 40-600 кг. Применение в кантователе грузозахватного устройства с гидрозахватами позволяет провести надежное удержание длинномерных грузов разного размера и массы во время разгона и торможения, обеспечить сохранность груза и его поверхности в процессе захвата. Кроме того, используемое в кантователе грузозахватное устройство обеспечивает малые его габариты, что способствует уменьшению инерционных сил и уменьшению деформаций конструкции кантователя в процессе его работы, а также обеспечивает устойчивость и неизменность положения груза в схвате и ведет к уменьшению энергозатрат. Применение предлагаемого кантователя длинномерных грузов на участке нанесения эмалевого покрытия на внутреннею поверхность труб позволяет обеспечить возможность эффективного использования цехового пространства, высокую точность положения трубы при нанесении эмалевого покрытия, простоту ухода за кантователем в контрольных точках и простоту использования вспомогательного оборудования.