5 Рычажные и другие захватные устройства

Для выполнения операций съема, переноса и установки дета­лей, заготовок и любых других грузов находят широкое приме­нение рычажные захватные устройства, управляемые человеком.

Схема симметричного самозажимного рычажного захватного устройства приведена на рис. 13. Поднимаемый груз удержи­вается в захватном устройстве силами трения между рабочими поверхностями пальцев и боковыми поверхностями груза.

Значение угла а, при котором обеспечивается надежное удер­живание груза, определяют по формуле

где Q — вес поднимаемого груза; G₁; G₂ — вес соответственно рычагов и тяг захватного устройства; k—коэффициент запаса (k≥1,5); f — коэффициент трения между рычагом и грузом; т, п, а, b, s — геометрические размеры устройства (по рис. 13). Сила нажатия рычага на груз при этом угле

Рис. 13 Расчетная схема самозажимного захватного устройства.

На рис. 14 приведены схемы работы самозажимного захватного устройства для круглых заготовок (Ас. 578210 СССР, МКИ³ В 66 с 1/42).

В исходном положении (рис. 14, а) под действием собственного веса пальцы 1 опущены. Шток 3 на­ходится в крайнем нижнем положе­нии. Корпус 4 захватного устройст­ва вместе с пальцами 1 опускается в направляющих 5. Пальцы 1 встре­чают на своем пути заготовку, и при движении корпуса 4 вниз поворачи­ваются вокруг осей 2. Зев захватно­го устройства при этом увеличивается. Когда пальцы 1 проходят наибольшее сечение заготовки (рис. 14, б), под действием собственного веса они сводятся, захватывая заготовку (рис. 14, в). Раскрытие пальцев для ос­вобождения заготовки осуществляет электропривод (рис. 14, г).

Рис. 14 Кинематическая схема самозажимного захватного устройства для

круглых заготовок: а-исходное положение; б-раскрытие пальцев захватного устройства при захватыва­нии заготовки; в- подъем заготовки; г-раскрытие пальцев после переноса заготовки

Достоинством подобного захватного устройства является воз­можность автоматического подъема круглых заготовок различ­ного диаметра, уложенных с минимальным зазором между ними.

Рис. 15 Самозажимное захватное устройство

Захватное устройство, срабатывающее под действием веса заготовки, показано на рис. 15. При отсутствии нагрузки на захватном рычаге 1 прижимной палец 2 с помощью пружины 3 на неподвижной оси 6 поддерживается почти в горизонтальном положении. Если груз 7 находится на захватном рычаге 1, то по­движная муфта 5, выполненная как единое целое с захватным рычагом 1, под тяжестью груза перемещается вниз. Одновремен­но вниз перемещается прижимной стержень 4, жестко укреплен­ный на муфте 5, и зажимает груз пальцем 2. Отсутствие приво­да снижает стоимость захватного устройства и уменьшает опас­ность падения груза.

Самозажимное захватное устройство, предназначенное для выемки цилиндрических деталей из контейнеров при ограничен­ном пространстве между деталью и стенкой контейнера (рис. 16), захватывает цилиндрическую деталь 9 автоматически при движении серьги 5 вверх. Рычаг 7, соединенный с рычагом 2 в шарнире 3, охватывает деталь по дуге, превышающей 1/4 дли­ны окружности. Рычаг 7 несет два шарнирно присоединенных пальца 6 и 8.

Палец 1 шарнирно установлен на конце рычага 2. Шарнирно установленные пальцы 1 и 8 позволяют опустить захватное уст­ройство в узкое пространство между стенкой контейнера и ци­линдром. Нижняя часть рычага 2 охватывает цилиндр совместно с рычагом 7 по дуге, превышающей 1/2 длины окружности, та­ким образом, что пальцы 1 и 8 оказываются ниже центра ци­линдра и устраняется возможность выскальзывания детали. Предусмотрено запорное устройство 4, которое автоматически блокирует захватное устройство от раскрытия при подъёме детали.

Рассмотрим самозажимное захватное устройство, которое мо­жет быть использовано для удержания деталей с плоскими гра­нями (рис. 17). Рычаги 1 с захватными пальцами 2 шарнирно крепятся к планке 3. Верхние концы рычагов оканчиваются штырями 4, которые входят в пазы 5 корпуса 6. Перед подъемом детали 8 необходимо опустить захватное устройство, развести рычаги с пальцами и охватить ими деталь. При подъеме корпу­са 6 штыри 4, скользя вдоль пазов, поворачивают вокруг осей 7 захватные рычаги, пальцы которых надежно захватывают де­таль. Для подъема горячих деталей зажимные пальцы могут быть выполнены с подводом охлаждающей жидкости. Чаще всего подобные захватные устройства применяются для подъема грубо обработанных и тяжелых деталей типа чу­шек, болванок, отливок.

Рис. 16 Захватное устройство для выемки Рис. 17 Захватное устройство для

деталей, упакованных с ограниченным коробчатых деталей

зазором

На рис. 18 показана схема самозажимного захватного уст­ройства с автоматическим раскрытием после снятия нагрузки. На корпусе 7 захватного устройства смонтированы проушины 6, на осях 8 которых подвешены крюки 9. В корпусе установлены вертикальные направляющие штанги 10. Вдоль штанг может перемещаться ползун 11с рычагами 12, несущими пальцы 14. Рычаги 12 серьгами 3 связаны с коромыслом 13, которое сидит на штоке 2. Шток оканчивается конусной головкой 5. С другой стороны в шток 2 ввернут щуп 1. Вдоль штока 2 свободно пере­мещается втулка-разделитель 4. В исходном положении ползун 11 под действием собственно­го веса смещается вниз до упора. Втулка-разделитель лежит на ползуне 11, а сверху она прижимается конусной головкой 5. Ры­чаги 12 разжаты, и пальцы 14 разведены. При опускании захват­ного устройства на грузовом блоке манипулятора щуп 1 упира­ется в деталь, шток 2 останавливается, а при дальнейшем дви­жении ползуна 11 вниз рычаги 12 поворачиваются и пальцы сближаются, сжимая деталь.

Рис. 18 Захватное устройство Рис. 19 Захватное устройство

с ав­томатическим раскрытием с прямолинейным движением

пальцев для деталей типа вала

После зажатия детали дальнейшее движение ползуна 11 вниз становится невозможным. Направляющие 10 продолжающего опускаться корпуса 7 скользят вдоль ползуна 11, а крюки 9, шарнирно установленные на корпусе, наезжают на конусную го­ловку 5, разводятся, пропуская головку вверх, и подхватывают ее под опорную поверхность А. В таком положении деталь зажа­та и может транспортироваться. После того как опускаемая деталь коснется опорной поверх­ности, запертые рычаги 12, серьги 3, шток 2 с конусной головкой, ползун 11 с втулкой-разделителем 14 останавливаются. При дальнейшем смещении корпуса 7 вниз крюки 9 раздвигаются втулкой-разделителем 4 и подхватывают ее за поверхность Б. При подъеме корпуса вместе с ним поднимается втулка-раздели­тель 4, в то время как ползун 11 вместе с рычагами 12, пальца­ми 14 и зажатой деталью остается на месте. При дальнейшем подъеме корпуса 7 втулка-разделитель 4 упирается в конусную головку 5 штока 2, усилие со стороны поверхности Б на крюки 9 возрастает, крюки расходятся и, сместившись вдоль втулки 4, оказываются над конусной головкой, а втулка соскальзывает вниз. Рычаги захватного устройства расфиксированы. При даль­нейшем подъеме корпуса 7 ползун 11, дойдя до ограничителей в направляющих 10, раскрывает рычаги 12, освобождая деталь.

Схема самозажимного захватного устройства для деталей типа вала, диаметры которых меняются в достаточно широком интервале, показано на рис. 19. Две щеки 9, образующие кор­пус устройства, установлены на кронштейне 10 грузового блока и стянуты шпильками. Между щеками смонтирована направ­ляющая втулка 12, в которой подвижно установлен стержень 13, несущий нижний палец 14. Стержень 13 связан пружиной растяжения 6 с одной из шпилек, с которой шарнирно соединено исходное звено 7 четырехзвенного механизма пантографа. Пантограф содержит также звенья 2, 4, 5. На конце замы­кающего звена 2 на шарнире 11 установлен верхний палец 15. Оси шарниров 1 и 8, а также ось шарнира 11 соединения пово­ротных рычагов являются рабочими точками пантографа и ле­жат на одной прямой. Шарниром 11 механизм пантографа свя­зан также со стержнем 13. Палец 15 связан системой парал­лельных рычагов 3 со щеками 9, что обеспечивает его неизмен­ную ориентацию в вертикальной плоскости. Захватное устройство с грузовым блоком в исходном положе­нии расположено так, что палец 14 находится несколько ниже детали. При перемещении грузового блока вверх палец 14 под­нимается до тех пор, пока на него не ляжет деталь. При даль­нейшем подъеме грузового блока палец 14 остается на месте, удерживая стержень 13 с шарниром 11. В силу свойств панто­графа относительно корпуса 9 вниз по прямолинейной траекто­рии смещается шарнир 1 с пальцем 15. При этом перемещение шарнира 1 превышает перемещение шарнира 11, и пальцы 14 и 15 сближаются, сжимая деталь. После установки зажатой детали в неподвижные опоры при смещении грузового блока вниз под действием пружины 6 захватное устройство раскрывается, осво­бождая деталь. Прямолинейная траектория движения пальцев позволяет работать с деталями, диаметры которых меняются в широком интервале.

Силу зажатия детали рассчитывают следующим образом. При зажатой детали система захватное устройство — деталь на­ходится в равновесии, и на шарнир О подвески пантографа дей­ствует сила, равная весу полезной нагрузки G_rp и весу захватного устройства G₃:

R₀=G_гр+G_з.

Поскольку стержень 13 с пальцем 14 и ось шарни­ра 11 образуют единое це­лое, используя принцип виртуальных перемеще­ний, можно записать:

δ_у14(G_гр+G_з-G_пр)+δ_у15R₁₅=0,

где: δ_у14, δ_у15 — бесконеч­но малые перемещения пальцев 14 и 15 соответ­с-

твенно;

G_np — усилие растянутой пружины;

R₁₅— реакция на пальце 15.

Для пантографа с пе­редаточным отношением i перемещение

δ_у15=iδ_у11, но δ_у15=δ_у14 и R₁₅=(G_гр+G_з-G_пр)/i

Реакция на пальце 14

R₁₄=[G_гр(i+1)+ G_з-G_пр]/i.

Для удержания деталей нерегулярной формы применяется захватное устройство, конструктивная схема которого приведена на рис. 20. Корпус 2 устройства крепится к нижнему фланцу грузового блока 3, с которым неподвижно соединен палец 1. Второй палец 7 шарнирно установлен на конце рычага 6. Сред­няя часть рычага 6 соединена осью со штоком 5 пневмоцилиндра 4, второй конец которого шарнирно соединен с неподвижным пальцем 1. Корпус пневмоцилиндра 4 шарнирно установлен на кронштейне грузового блока 3. Сближение пальцев и захваты­вание детали осуществляется при выдвижении штока пнев­моцилиндра 4. Пневмораспределитель управления пневмоцилиндром устанавливается рядом с рукояткой управления мани­пулятора.

Рис. 20 Захватное устройство для дета­лей нерегулярной формы

Захватное устройство для удержания цилиндрических дета­лей за внутреннюю поверхность показано на рис. 21. Корпус 3 захватного устройства вместе с пневмоцилиндром 6 привода крепится к нижнему фланцу грузового блока 4 манипулятора. Один из пальцев 2 захватного устройства установлен неподвижно на корпусе 3. Второй палец 1 связан со штоком пневмоцилиндра 6 и установлен на двух горизонтальных направляющих 5, располо­женных параллельно и в одной плоскости со штоком пневмоци­линдра. С помощью манипулятора захватное устройство со све­денными пальцами 1, 2 вводится внутрь захватываемой детали. При включении пневмоцилиндра пальцы разводятся, зажимая деталь. Во избежание порчи поверхности детали пальцы захват­ного устройства снабжены мягкими накладками. Захватное уст­ройство пригодно для удержания деталей с достаточно широким диапазоном изменения внутренних размеров.

Захватное устройство для зажатия цилиндрических деталей по наружной поверхности, обладающее дополнительной степенью подвижности, показано на рис. 22. Палец 1 захватного устрой­ства установлен на скобе 2, которая может поворачиваться в упорных подшипниках 4 в корпусе 5 этого устройства. Второй палец 3 установлен на горизонтальном штоке 10, расположен­ном соосно подшипникам 4 скобы 2. На противоположном конце штока 10 в подшипниках установлена втулка 9, связанная с ры­чагом 8. Средняя часть рычага 8 шарнирно установлена на кор­пусе 5 захватного устройства, а верхняя часть — шарнирно свя­зана со штоком 6 приводного пневмоцилиндра 7. При втягива­нии штока 6 подвижный палец 3 захватного устройства смещается к неподвижному пальцу, зажимая деталь. В этом положении вручную можно повернуть скобу с деталью вокруг горизонтальной оси. В конструкции предусмотрен фиксатор, по­зволяющий удерживать поворачиваемую скобу через каждые 20°. Размеры зажимаемых деталей могут меняться в достаточно широких диапазонах.

Рис. 21 Захватное устройство для удержания деталей за внутреннюю поверхность

В случае применения сбалансированного манипулятора для переноски контейнеров рациональным оказывается применение захватного устройства, конструкция которого приведена на рис. 23. Захватное устройство установлено на упорном подшипнике на вертикальной оси 4, прикрепленной к грузовому блоку 5. Раскрытие и закрытие захватного устройства и поворот его во­круг вертикальной оси производятся от руки. Ввиду того что при захвате бункера возникающие силы стремятся сблизить ры­чаги, конструкция обладает хорошей надежностью.

Захватное устройство содержит два пальца 2, 7 шарнирно установленных в корпусе 3. На каждой оси пальцев сидят оди­наковые зубчатые колеса 6, которые введены в зацепление друг с другом. На пальцах 2 предусмотрены рукоятки 1, с помощью которых пальцы сводятся и разводятся, а также все устройство поворачивается вокруг вертикальной оси 4. Наличие зацепляю­щихся друг с другом колес 6 обеспечивает одновременный раз­вод и сведение пальцев, чем облегчается работа оператора.

Захватное устройство сбалансированного манипулятора для круглых заготовок различных диаметров (рис. 24) приводится пневмоцилиндром 5, корпус которого шарнирно присоединен к грузовому блоку 7, а шток 3 соединяется с осью 1 шарнира ры­чагов 2 и 9. Верхние концы рычагов 2 и 9 связаны с тягами 4 и 5, которые шарнирно соединены с корпусом 7 грузового блока той же осью, что и пневмоцилиндр 5. Пневмоцилиндр 5 управля­ется клапаном 6, установленным на кронштейне грузового блока 7 недалеко от рукоятки управления манипулятора. Ввиду того что захватное устройство имеет достаточно большую высоту, для удобства работы оператора рукоятка управления снята с грузо­вого блока и перенесена на кронштейн, который закреплен на грузовом блоке.

Рис. 22 Захватное устройство с дополнительной степенью подвижности для

цилиндрических деталей

Рис. 23 Захватное устройство для контей­неров

Рис. 24 Захватное устройство с пневмоприводом для круглых заготовок

Для удержания листовых заготовок больших размеров при­меняется вакуумное захватное устройство, конструктивная схема которого приведена на рис. 25. Траверса 4 захватного устрой­ства крепится к нижнему фланцу грузового блока 5. Снизу на концах траверсы и параллельно ей установлены две подвижные балки 3, которые могут перемещаться по роликам 9, установлен­ным в кронштейнах траверсы, опираясь на собственные роли­ки 8, установленные на внутренних концах балок 3. Внизу, на внешних концах балок и под средней частью траверсы, поперек установлены пластины 1 и 2, которые несут стержни 6 с вакуум­ными присосками 7. Предусмотренные на краях пластин оваль­ные отверстия позволяют регулировать расстояние от присосок до продольной оси захватного устройства. Возможность смещать балки вдоль траверсы позволяет регулировать расстояние от крайних присосок до поперечной оси устройства.

Рис. 25 Захватное устройство для крупногабаритных листовых заготовок

Таким образом, захватное устройство может быть отрегули­ровано на работу с деталями различных размеров и конфигура­ций.