вакуумное грузозахватное устройство

Формула изобретения

Вакуумное грузозахватное устройство, содержащее открытый снизу цилиндрический полый корпус, в боковой поверхности которого выполнены тангенциально расположенные отверстия для подвода сжатого воздуха, а в нижней части установлена насадка с нижней опорной поверхностью для груза, отличающееся тем, что насадка в осевом сечении выполнена с внутренней нижней конической поверхностью и радиусным сопряжением, соединяющим цилиндрическую поверхность корпуса и нижнюю коническую поверхность насадки, на которой выполнены ребра, образующие нижнюю опорную поверхность для груза, при этом ребра имеют уменьшение по высоте и расширение к периферии и расположены с постоянным расстоянием между ними, причем боковые стенки ребер имеют криволинейную поверхность, а диаметр нижней опорной поверхности насадки определяется из соотношения



где d₂ - диаметр нижней опорной поверхности насадки;

d₁ - диаметр внутренней поверхности корпуса;

R - радиус сопряжения, соединяющего цилиндрическую поверхность корпуса и нижнюю коническую поверхность насадки;

h - высота ребер на периферии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, а именно к рабочим органам погрузочно-транспортных средств, в том числе манипуляторов и промышленных роботов.

Известно вакуумное грузозахватное устройство [1], содержащее вакуумные камеры в виде открытых со стороны груза полых цилиндров, боковая стенка которых имеет тангенциально расположенные отверстия для подачи воздуха. Недостатком этого устройства является необходимость двух камер, возможность соскальзывания груза, невысокая грузоподъемность.

Известно вакуумное грузозахватное устройство [2], содержащее открытый снизу цилиндрический полый корпус с тангенциальными отверстиями для подвода сжатого воздуха и в нижней части с цилиндрической насадкой, которая выполнена с радиальными отверстиями.

Недостатком известного устройства является низкая грузоподъемность вследствие неполного использования притягивающего действия струи сжатого воздуха. Наибольшее разрежение, а значит и наибольшая подъемная сила, действующая на захватываемый объект, возникает при расположении его на расстоянии нескольких единиц миллиметров от выхода сжатого воздуха в атмосферу, что в данной конструкции невозможно. Также не обязательно, что в данном устройстве воздух будет истекать через радиальные отверстия, часть его направится в область стыка между насадкой и поверхностью детали, в результате чего плотного контакта не будет и деталь будет плавать на воздушной подушке, что не исключает возможности ее соскальзывания.

В основу изобретения положена задача создать такое захватное устройство, которое обеспечивает более высокое разрежение в области контакта устройства с захватываемым объектом и имеет большую площадь действия этого разрежения, что способствует более высокой грузоподъемности и надежности.

Данная задача решается тем, что вакуумное грузозахватное устройство, содержащее открытый снизу цилиндрический полый корпус, в боковой поверхности которого выполнены тангенциально расположенные отверстия для подвода сжатого воздуха, а в нижней части установлена насадка с нижней опорной поверхностью для груза, согласно изобретению имеет насадку, которая в осевом сечении выполнена с внутренней нижней конической поверхностью и радиусным сопряжением, соединяющим цилиндрическую поверхность корпуса и нижнюю коническую поверхность насадки, на которой выполнены ребра, образующие нижнюю опорную поверхность для груза, при этом ребра имеют уменьшение по высоте и расширение к периферии и расположены с постоянным расстоянием между ними, причем боковые стенки ребер имеют криволинейную поверхность, а диаметр нижней опорной поверхности насадки определяется из соотношения

,

где

d₂ - диаметр нижней опорной поверхности насадки;

d₁ - диаметр внутренней поверхности корпуса;

R - радиус сопряжения, соединяющего цилиндрическую поверхность корпуса и нижнюю коническую поверхность насадки;

h - высота ребер на периферии.

Радиусное сопряжение насадки в осевом сечении обеспечивает более обтекаемую форму для истечения воздушного потока. Выполнение ребер на нижней конической поверхности насадки способствует уменьшению их высоты до величины h на периферии, что позволяет уменьшить площадь сечения, через которое поток истекает, находясь в зазоре между насадкой и захватываемым объектом, это вызывает увеличение радиальной скорости, а значит и разрежения при условии неизменного расстояния между ребрами за счет их расширения к периферии.

Согласно уравнению



где

V и V_r - радиальная и тангенциальная скорости воздушного потока;

P - давление в зазоре между насадкой и поверхностью захватываемого объекта;

- плотность воздуха;

r, z - координаты;

- коэффициент динамической вязкости воздуха;

понижение давления в зазоре вызывается, во-первых, положительным перепадом радиальной скорости, что оказывается возможным при описанной выше форме ребер, во-вторых, как можно меньшей величиной тангенциальной скорости, чему способствует криволинейная поверхность боковых стенок ребер, которая как бы распрямляет воздушную струю, в-третьих, силами вязкостного трения, возникающими при небольших зазорах. Чем выше разрежение в зазоре между насадкой и захватываемым объектом и больше площадь действия этого разрежения, тем выше подъемная сила. Конусообразная поверхность нижней части насадки позволяет увеличить площадь действия разрежения.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого устройства; на фиг.2 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - вид А на фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.3.

Вакуумное грузозахватное устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, в нижней части имеющего насадку 2 с внутренней поверхностью 3 в виде сопряжения радиусом R, соединяющим цилиндрическую поверхность корпуса 1 диаметром d₁, и коническую поверхность 4 насадки 2, на которой выполнены ребра 5, боковые стенки 6 которых имеют криволинейную поверхность. Ребра 5 выполнены расширенными к периферии с неизменным расстоянием b между ними. В верхней части корпус 1 имеет тангенциальные отверстия 7 и кожух 8 для создания замкнутой полости вокруг корпуса 1 с входным отверстием 9 для подвода сжатого воздуха из сети.

Устройство работает следующим образом. При подаче сжатого воздуха через отверстие 9 в кожух 8 и далее через тангенциально расположенные отверстия 7 в корпус 1 сжатый воздух закручивается, создавая в приосевой части область пониженного давления. Когда захват подводится к поверхности детали на некоторое расстояние, она под действием присасывающей силы струи и разрежения в центральной области вихря прилипает к нижней плоской поверхности ребер 5, расположенных на конической поверхности 4 насадки 2, при этом образуются щелевые проточные каналы, по которым воздух истекает в атмосферу. В этих каналах давление будет отрицательным вследствие сил вязкостного трения, а также положительного перепада радиальной скорости (см. 1). Ребра 5 имеют такую высоту h на периферии, которая создает оптимальную величину зазора между рабочей поверхностью насадки 2 и деталью, при котором будет достигнута максимальная подъемная сила. Также ребра 5 не позволяют детали приблизиться таким образом, что могут возникнуть отталкивающие силы, приводящие к потере подъемной силы и к колебаниям. Трение о поверхности ребер 5 предотвращает проворот детали вокруг вертикальной оси и боковой сдвиг. Таким образом, расширяющиеся ребра позволяют не только увеличить величину радиальной скорости, но еще увеличить площадь контакта устройства и детали, что повышает надежность устройства при угрозе сдвига и соскальзывания при изменении положения оси захвата, например, резком перемещении или повороте.

Изобретение наилучшим образом может быть использовано для захвата листовых или имеющих плоские поверхности деталей с любой температурой и любой степенью шероховатости, а также имеющих отверстия и неровности.