Устройство для подвеса и перемещения груза относительно опорной и подстилающей поверхностей

013312 Изобретение относится к области транспортирования грузов и может быть использовано для перемещения грузов на транспорте, в машиностроении и других областях, где необходим виброизолированный подвес тела или его периодическое перемещение с возвратом в исходное положение относительно опорной конструкции, установленной на подстилающей поверхности. Известно устройство для перемещения тяжлых грузов - аэростатическая опора, в которой применен способ подвеса на сжатом воздухе, когда газовая смазка под диафрагмами аэростатических опор позволяет перемещать несущую платформу с грузом относительно жестких подстилающих пластин(SU 1448572 А 1, 6 B60V 1/00, 1997 г.). Недостатком данного устройства является необходимость создания подстилающей подушки под высоким давлением и, как следствие, расход большого количества электроэнергии для создания избыточного давления, а также возможность перемещать платформу с грузом только на расстояние жестких подстилающих пластин. Известно устройство для транспортировки тяжелых грузов с использованием пневмогидравлических средств для создания подушки между грузом и опорной поверхностью (RU 2051846 С 1, 6 B65G 7/06, 1996 г.). Такое устройство представляет собой модуль для транспортировки грузов и состоит из корпуса, рабочей полости с уплотнительным элементом и опорной плиты. Из источника подачи рабочей среды подают под давлением текучую среду, например сжатый воздух, при этом величину давления выбирают в соответствии с соотношением где G - масса транспортируемого груза; Р - рабочее давление;D - диаметр рабочей полости. После этого груз перемещают в горизонтальном направлении на расстояние, равное рабочей длине опорной поверхности плиты. В дальнейшем цикл повторяют необходимое число раз. К недостаткам устройства следует отнести необходимость создания подстилающей подушки под высоким давлением и, как следствие, расход большого количества электроэнергии для создания избыточного давления, используемого для создания компенсирующей силы, уравновешивающей груз; для уменьшения трения и потери рабочей среды при перемещении груза требуется специальная полированная поверхность опорной плиты; жесткое соединение уплотнительного элемента с опорной плитой не дает возможности виброизолировать груз относительно подстилающей поверхности; перемещение груза в горизонтальном направлении возможно только на расстояние, равное рабочей длине опорной поверхности плиты, что резко ограничивает применение данного устройства конкретным технологическим процессом. Наиболее близкими к предложенному является устройство для подвеса и перемещения груза относительно опорной и подстилающей поверхностей (UA21737 U, МПК (2006) B65G 7/00, 2007 г.). Это устройство реализует способ, основанный на создании между опорной поверхностью и грузовой платформой рабочей полости с рабочей средой и обеспечении в рабочей полости расчтного давления среды. При этом грузовую платформу располагают под опорной поверхностью. После закрепления груза подъм и перемещение его осуществляют за счт создания в рабочей полости разрежения, величину которого определяют из заявленного соотношения В тех случаях, когда необходимо поднимать грузы с переменным весом, разрежение в рабочей полости создают также и перед закреплением груза на грузовой платформе, а условие равновесия груза обеспечивают путм изменения его веса или расчтного давления в полости в соответствии с заявленным соотношением где Ро - величина остаточного давления в рабочей полости, Па; Ра - атмосферное давление или давление среды, в которой находится груз, Па;m - общая масса груза и грузовой платформы, кг;S - площадь поперечного сечения части наружной поверхности грузовой платформы, ограниченной по периметру боковой поверхностью рабочей полости, м 2. Устройство для реализации такого способа состоит из опорной конструкции с несущей платформой, установленной на подстилающей поверхности, грузовой платформы, жстко связанной с перемещаемым грузом, и рабочей полости с рабочей средой. Рабочая полость выполнена в виде герметичной оболочки, ограниченной эластичной боковой поверхностью, которая жстко соединена своим верхним основанием с опорной поверхностью, а нижним основанием - с грузовой платформой, с возможностью свободного вертикального перемещения грузовой платформы относительно опорной поверхности.-1 013312 Применение такого способа и реализующего его устройства для подвеса груза в отличие от известных аналогов сокращает энергозатраты на перемещение груза относительно подстилающей поверхности,так как в данном случае, в воздушном пространстве, в качестве "аэростатической опоры" или "подушки" используется естественное атмосферное давление среды, а подвес груза во взвешенное состояние производится путем откачки среды из рабочей полости одноразово и не требует постоянно работающих агрегатов для поддержания необходимого давления. Однако недостатком его является то, что данное устройство обеспечивает только одноразовый статический подвес груза на грузовой платформе и не дат возможности цикличного, периодически возвращаемого в исходное положение, движения грузовой платформы с грузом или с другой нагрузкой относительно опоры. Это ограничивает возможности более широкого применения данного устройства для решения иных технических задач в различных областях, в частности в машиностроении. Целью настоящего изобретения является усовершенствование известного устройства для подвеса и перемещения груза или другой нагрузки, в котором путм модификации схемы напуска и откачки рабочей среды расширены технологические возможности устройства при одновременной оптимизации энергетических потерь, за счт чего увеличивается продуктивность устройства в целом и расширяется область его применения. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для подвеса и перемещения груза или иной нагрузки относительно опорной и подстилающей поверхностей, содержащем опору с опорной поверхностью, установленную на подстилающую поверхность, герметичную рабочую полость, ограниченную эластичной боковой поверхностью, которая жстко соединена своим верхним основанием с опорной поверхностью, а нижним основанием - с перемещаемой нагрузкой, системы напуска и вакуумной откачки рабочей среды из рабочей полости, в соответствии с изобретением рабочая полость дополнительно снабжена впускным и выпускным клапанами. При этом впускной клапан соединн с выходным отверстием системы напуска, а выпускной клапан соединн с входным отверстием системы откачки рабочей среды. Выходное же отверстие системы откачки герметично соединено с входным отверстием системы напуска рабочей среды. При этом площадь проходного отверстия выпускного клапана выполнена большей, чем площадь проходного отверстия впускного клапана не менее чем в два раза. В качестве нагрузки к нижнему основанию может быть жстко подсоединн перемещаемый груз или кривошипно-шатунный механизм с вращающимся валом. При этом наружная поверхность нижнего основания рабочей полости может быть выполнена плоской или развитой по отношению к е верхнему основанию, к примеру в виде конуса или иной криволинейной формы. Аналогично, наружная поверхность верхнего основания рабочей полости может быть выполнена плоской или развитой по отношению к е нижнему основанию, к примеру в виде конуса или иной криволинейной формы. Таким образом, в заявляемом устройстве предложена иная схема обеспечения цикличного изменения давления в рабочей полости за счт введения быстродействующих клапанов напуска и откачки непосредственно в основание рабочей полости, что позволило обеспечить последовательную быструю откачку и напуск рабочей среды. Это позволило в совокупности с преимуществами устройства-прототипа обеспечить не только статический подвес тяжеловесных грузов, но и обеспечить с минимальными энергетическими затратами принципиально новую возможность цикличного, периодически возвращаемого в исходное положение,перемещения нагрузки относительно опоры под действием атмосферного давления. Соединение между собой систем напуска и откачки обеспечивает замкнутый цикл движения рабочей среды в устройстве, уменьшая, тем самым, энергетические потери, и дат возможность применять оптимальные, с точки зрения технологии откачки, газовые среды, отличные от атмосферного воздуха. Выполнение площади проходного отверстия выпускного клапана большей (в два и более раз), чем площадь проходного отверстия впускного клапана, позволит ускорить процесс откачки рабочей среды из рабочей полости. Что, в свою очередь, также уменьшит энергетические потери, так как баланс потребляемой и отдаваемой мощностей будет определяться скоростями откачивающих систем и систем напуска рабочей среды в рабочую полость. Возможность использования в заявляемой конструкции различного вида нагрузок на нижнее основание рабочей полости обеспечивает возможность е работы как при необходимости получения возвратно-поступательного движения соответствующей нагрузки, к примеру прессового устройства большого давления при штамповке, так и при необходимости преобразования цикличного возвратнопоступательного движения нижнего основания рабочей полости с нагрузкой во вращательное движение вала кривошипно-шатунного механизма. Выполнение наружной поверхности нижнего основания рабочей полости развитой относительно верхнего е основания, к примеру в виде конуса или иной криволинейной формы, позволит снизить сопротивление среды, в которой она движется с нагрузкой, к примеру в воде. А также при определнном соотношении равнодействующих сил позволит произвести большую работу нижним основанием, при тех-2 013312 же габаритах рабочей полости. Аналогично, выполнение верхнего основания рабочей полости с развитой относительно нижнего е основания наружной поверхностью, к примеру в виде конуса или иной криволинейной формы, обеспечивает максимальное рабочее давление прессового устройства при тех же габаритах рабочей полости. Вс это также снизит энергетические затраты и повысит КПД устройства. Таким образом, совокупность заявленных признаков устройства является необходимой и достаточной для решения поставленной задачи. Схема заявляемого устройства представлена на чертеже. Устройство состоит из соответствующего (исходя из условий эксплуатации) вида опорной конструкции (опоры) 1 с опорной поверхностью 2. Опора 1 закреплена на подстилающей поверхности 3 (это может быть поверхность грунта, морское дно, напольное покрытие и т.п.). К опорной поверхности 2 жстко подсоединено верхнее основание 4 герметичной рабочей полости 5, ограниченной эластичной боковой поверхностью 6. К нижнему основанию 7 полости 5 жестко прикреплена перемещаемая нагрузка - поднимаемый груз (не показан) или кривошипно-шатунный механизм 8. Рабочая полость 5 снабжена впускным клапаном 9, соединнным с системой напуска 10 рабочей среды через магистраль напуска 11. А также выпускным клапаном 12, соединенным с системой откачки 13 рабочей среды из полости 5 через магистраль откачки 14. При этом выходное отверстие вакуумного средства откачки (не показано) системы откачки 13 герметично соединено с входным отверстием (не показано) системы напуска 10 рабочей среды через соединительную магистраль 15. Устройство работает следующим образом. В начале цикла в рабочей полости 5 рабочая среда находится под атмосферным давлением, т.е. Рраб=Ра и результирующая сил, действующих на нижнее основание 7, равна нулю. При этом объм рабочей полости максимально увеличен, благодаря своей эластичной боковой поверхности 6, и нижнее основание 7 находится в крайнем нижнем положении относительно опорной поверхности 2. Рабочая полость 5 заполняется рабочей средой из системы напуска 10 через впускной клапан 9. К подвижному относительно опоры 1 нижнему основанию 7 рабочей полости 5 жстко прикрепляют поднимаемую нагрузку 8. После закрепления нагрузки начинается откачка рабочей среды через выпускной клапан 12 и систему откачки 13 из рабочей полости 5. В результате чего она, под действием атмосферного давления, начинает сжиматься и нижнее основание 7, двигаясь вверх относительно опоры 1,начинает поднимать за собой нагрузку 8. Для каждого конкретного веса поднимаемой нагрузки 8 величину остаточного давления в полости 5 определяют из соотношения [1] (см. ранее). А условие равновесия нагрузки 8 максимальной массой m во взвешенном состоянии определяют из соотношения [2] (см. ранее), изменяя при этом вес нагрузки 8 (когда это возможно) или давление в полости 5, контролируя эти данные с помощью электромагнитных датчиков положения и веса нагрузки (на чертеже не показаны). Такие датчики могут быть установлены непосредственно на нижнем основании 7 и/или на опоре 1. При обеспечении последовательно быстрой цикличной откачки рабочей среды из полости 5 через магистраль откачки 14 до величины давления и напуска рабочей среды через магистраль напуска 11 в полость 5 до величины давления нижнее основание 7 рабочей полости 5 с прикреплнной к нему нагрузкой совершает непрерывное возвратно-поступательное движение относительно опоры 1 с заданной скоростью, которая задатся количеством циклов в единицу времени. Регулировка скорости производится быстродействующими впускным 9 и выпускным 12 клапанами,которые, в данном случае, расположены на верхнем основании 4 полости 5, т.е. непосредственно на входе/выходе рабочей полости 5. Кроме того, увеличение площади проходного отверстия выпускного клапана 12 по отношению к площади проходного отверстия впускного клапана 9 позволит ускорить процесс откачки рабочей среды,чтобы уравнять длительность обоих процессов, так как процесс откачки происходит медленнее. Степень увеличения площади проходного отверстия выпускного клапана 12 зависит от заданной скорости вакуумирования рабочей полости 5 бустерным насосом и ресивера вакуумной системы откачки(не показаны). Пример. Если рабочая полость 5 имеет цилиндрическую форму, то ее объм равен где D - диаметр поперечного сечения нижнего основания 7 рабочей полости 5, м;L - длина рабочей полости 5, которая ограничена максимальным растяжением и сжатием эластичной боковой поверхности 6, например, сильфона, м.-3 013312 Сила атмосферного давления Ра (Па) на площадь поверхности нижнего основания S (м 2) будет равна или где k=/4=0,785. Если рабочая полость откачана до давления Ро, то работа А (Дж), произведенная е нижним основанием 7, под действием силы атмосферного давления будет равна Таким образом, если объм рабочей полости 5 равен 1 л, то при нормальном атмосферном давлении Ра=101325 Па рабочая полость 5 может за один цикл, без учета возможных потерь, в идеальном случае,произвести работу А=101 Дж. Работа, произведенная нижним основанием 7 при подъме любой нагрузки, всегда будет определяться объмом рабочей полости 5. А баланс потребляемой и отдаваемой мощностей будет определяться скоростями откачивающей системы 13 и системы напуска 10 рабочей среды в полость 5, а также количеством циклов в единицу времени. Наличие в заявляемой конструкции соединительной магистрали 15 обеспечивает замкнутый цикл движения рабочей среды в устройстве без потерь. Что дат возможность в качестве рабочего тела использовать газ, обладающий минимальной тепломкостью и максимальной скоростью откачки вакуумными насосами, например водород, гелий, аргон или др. Как уже отмечалось, заявляемое устройство обладает расширенными технологическими возможностями. Так, при необходимости выполнения работ по вращению различного вида валов, когда необходимо получить значительные величины вращательного момента, к его нижнему основанию жстко подсоединяют кривошипно-шатунный механизм 8. Выполняя описанную выше работу, в соответствии с выражениями [3-5] устройство преобразует цикличное возвратно-поступательное движение рабочей полости 5 во вращательное движение вала. При этом необходимое усилие будет определяться площадью нижнего основания 7 рабочей полости 5. Так, к примеру, при диаметре нижнего основания, равном 3 м, и при определнном выборе кривизны его наружной поверхности можно получить усилие на шток кривошипа от 70 до 100 т. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для подвеса и перемещения груза относительно опорной и подстилающей поверхностей, содержащее опору с опорной поверхностью, установленную на подстилающую поверхность, герметичную рабочую полость, ограниченную эластичной боковой поверхностью, которая жстко соединена своим верхним основанием с опорной поверхностью, а нижним основанием - с перемещаемой нагрузкой, системы напуска и вакуумной откачки рабочей среды из рабочей полости, отличающееся тем, что рабочая полость дополнительно снабжена впускным клапаном, соединнным с выходным отверстием системы напуска, и выпускным клапаном, соединнным с входным отверстием системы откачки рабочей среды, при этом выходное отверстие системы откачки герметично соединено с входным отверстием системы напуска рабочей среды. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь проходного отверстия выпускного клапана выполнена большей, чем площадь проходного отверстия впускного клапана, не менее чем в два раза. 3. Устройство по пп.1, 2, отличающееся тем, что в качестве нагрузки к нижнему основанию рабочей полости жстко подсоединн перемещаемый груз. 4. Устройство по пп.1, 2, отличающееся тем, что в качестве нагрузки к нижнему основанию рабочей полости жстко подсоединен кривошипно-шатунный механизм с вращающимся валом. 5. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что нижнее основание рабочей полости имеет плоскую или развитую относительно верхнего е основания наружную поверхность, выполненную криволинейной. 6. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что верхнее основание рабочей полости имеет плоскую или развитую относительно нижнего е основания наружную поверхность, выполненную криволинейной.