CN102015513B - 升降起重机 - Google Patents

Abstract

一种升降起重机(20)，包括具有纵轴并包括一个或多个升降缆绳引导件(47，48，49；147；347)的大体空心的起重臂(24；124；324)。起重臂包括在起重臂连接构件(26)与起重臂升降端(27；127；327)之间延伸的至少一个起重臂腿(29；129；329)，其中至少一个起重臂腿包括一个或多个混合部(160；360)，混合部包括大体相互平行并大体平行于起重臂的纵轴的两个细长的空心壳体(170，370)，并在两个壳体之间设有用于刚性连接两个壳体的桁架(171；371)。

Description

升降起重机

本发明涉及一种升降起重机，包括：

——大体空心的立柱，其具有底座和顶部，底座固定到或者可固定到支撑体，

——大体空心的起重臂，其具有纵轴线并包括一个或多个升降缆绳引导件，

——环形轴承结构，其围绕立柱延伸并引导和承载起重臂连接构件，以便起重臂连接构件能够围绕立柱旋转，起重臂连接构件构成垂直于起重臂纵轴线的大体水平的枢转轴线，以便起重臂能够上下枢转，

——用于使起重臂上下枢转的俯仰装置，其包括起重臂绞车和起重臂升降缆绳，

——用于升降载荷的升降装置，其包括升降绞车和相关的升降缆绳；升降绞车设置在立柱中，优选地设置在立柱的底座附近，以便升降缆绳从升降绞车穿过空心立柱延伸到位于立柱顶部的顶部缆绳引导件，并随后延伸到起重臂上的升降缆绳引导件的至少其中一个。

其中，起重臂包括在起重臂连接构件与起重臂升降端之间延伸的至少一个起重臂腿。申请人多年来致力于制造这种升降起重机。

对这种升降起重机设计的其中两个主要的要求是：升降起重机尽可能轻，同时升降起重机足够坚固足以承受由升降载荷产生的机械载荷。找到这两个要求之间的最佳折中方案是个挑战。

本发明的目标是提供一种改进的升降起重机设计。

因此，本发明提供了一种升降起重机，其特征在于：至少一个起重臂腿包括一个或多个混合部，每个混合部包括大体相互平行并大体平行于起重臂纵轴线的两个细长的空心壳体(casing)，并在两个壳体之间设有用于刚性连接两个壳体的桁架。

优选地，两个起重臂腿设为具有在起重臂连接构件与起重臂升降端之间延伸的大体相等的长度。两个起重臂腿可形成A字形构架。

优选地，细长的空心壳体具有大体矩形的横截面，并且大体矩形的横截面的每侧包括至少一个平板。至少一侧还可以是大致拱形的以硬化壳体。在另一实施例中，细长的空心壳体的横截面具有圆角和/或具有大体椭圆形的形状。

由于升降载荷，在起重臂上产生机械载荷，例如，弯矩、剪切力以及扭矩。起重臂的弯曲刚度由材料性质和惯性面积矩决定。具体地，惯性面积矩越大，刚度越大。当材料远离面积中心时，具有较大的惯性面积矩。因此，两个细长的空心壳体位于面积中心的相对两侧，从而尽可能大地提供弯曲刚度。在实际中，两个壳体必须刚性地相互连接以防止该部分被剪断。通过桁架实现刚性连接，桁架的优点在于是用于将两个壳体刚性连接在一起的重量较轻的方案。通过这种设计，混合部被构造成使大部分材料主要位于其被最有效利用的位置、更少的材料位于对整体强度的贡献相对较小的位置，并由此减轻了起重臂的重量，同时仍很坚固足以升降载荷。

桁架的另一优点在于：在壳体之间流动的气流与桁架实现的相互作用最小，因此，与仅由壳体制成的起重臂相比，气流对这种起重臂影响最小。

根据本发明的起重臂的又一优点是：与仅由桁架制成的起重臂相比，这种起重臂不易疲劳并且很容易维护。

两个壳体是空心的，从而进一步减轻了重量，同时使混合部保持充分的抗扭强度。

优选地，每个起重臂腿在弯矩最大的区域包括一个或多个混合部。

在一个实施例中，细长的空心壳体平行于由大体水平的枢转轴线和起重臂的纵轴线限定的平面，以便起重臂能够承受最普通的弯矩。另一优点是：两个壳体之间的空间形成用于维修人员等的过道。

优选地，混合部的基本上垂直于起重臂纵轴线的横截面为大体的矩形，其中两个细长的空心壳体构成大体矩形的横截面的相对的两侧。

在另一实施例中，桁架由两组梁构成，两组梁构成混合部的大体矩形的横截面的另外的相对的两侧。这种设计的优点在于混合部的抗扭强度增大。当相对较大的扭矩施加到起重臂时，这种设计可能是有利的。

优选地，混合部的细长的空心壳体包括一个或多个平板部，其中至少一个平板部延伸超过空心壳体，并且其中桁架包括一个或多个梁，其中至少一个梁与延伸超过空心壳体的至少一个平板部连接。这种延伸使得更容易通过诸如焊接或螺纹连接将桁架连接到壳体。在焊接的情况中，这种延伸还使得可在延伸的侧壁的两侧上形成焊接接头，从而使连接更坚固。也可考虑其它的连接方法。

优选地，构成两个壳体之间的桁架的梁设置为使壳体和两个梁共同构成一个三角形。三角形有利地防止某一部分的剪断并刚性地连接两个壳体。优选地，它们构成大致等边三角形。这种设计的优点在于：所有的梁可具有相似的尺寸并由此对该部分的强度的贡献也相同。

在设有两个起重臂腿的情况中，两个起重臂腿可通过基本上平行于大体水平枢转轴线取向的一个或多个细长的空心连接构件相互连接。这种设计改进了结构在平行于所述水平枢转轴线的方向上的强度。还可构想到：连接构件包括一个或多个混合部，混合部包括大体相互平行并大体平行于大体水平的枢转轴线的两个细长的空心壳体，并在两个壳体之间设有用于刚性连接两个壳体的桁架。具体地，这种设计增大了结构关于纵轴线的弯曲刚度。

本发明还涉及一种设有如上所述的升降起重机的船舶以及适于如上所述的升降起重机的起重臂。

本发明还涉及一种可应用于任何类型的适于升降载荷的起重机的大体空心的起重臂，包括上述的升降起重机。优选地，起重臂的最小长度是40米。该起重臂具有纵轴线和垂直于纵轴线的大体水平的枢转轴线，并包括一个或多个升降缆绳引导件、起重臂升降端以及具有在大体水平的枢转轴线与起重臂升降端之间延伸的大体相等的长度的两个起重臂腿。其中，起重臂腿还包括一个或多个混合部，混合部包括大体相互平行并大体平行于起重臂纵轴线的两个细长的空心壳体，并在壳体之间设有用于刚性连接两个壳体的桁架。

如此设置的起重臂的优点在于：大部分材料主要位于其被最有效利用的位置、更少的材料位于对整体强度的贡献相对较小的位置，并由此减轻了起重臂的重量，同时仍很坚固足以升降相当重的载荷。在优选的实施例中，混合部具有大体矩形的横截面。细长的空心壳体可平行于由大体水平的枢转轴线和纵轴线限定的平面。

优选地，细长的空心壳体具有大体矩形的横截面，大体矩形的横截面的每侧包括至少一个平板。壳体的大体矩形的横截面的至少一侧还可以是大体拱形的以硬化壳体。在另一实施例中，细长的空心壳体的横截面具有圆角，甚至可具有大体椭圆形的形状。

本发明还涉及一种适合任何类型的起重机的起重臂，该起重臂包括一个或多个混合部，混合部包括大体相互平行并大体平行于起重臂纵轴线的两个细长的壳体，并在两个壳体之间设有用于刚性连接两个壳体的桁架。

应该理解的是，应用于上述的升降起重机的起重臂的特征还可进行多种变型应用于上面更概括描述的起重臂，反之亦然。

现在将参照附图以非限制性的方式描述本发明的实施例。

在附图中：

图1示意性展示了带有处于两个位置的现有技术升降起重机的船舶，

图2示出了图1的现有技术升降起重机的局部剖视图，

图3示出了根据本发明的实施例的起重臂的立体图，

图4是图3的起重臂的剖面图，

图5示出了根据本发明的另一实施例的起重臂的侧视图，以及

图6示出了根据本发明的又一实施例的起重臂的细节的立体图，

图7示出了具有根据本发明的另一实施例的升降起重机的船舶，

图8示出了图7的升降起重机的细节的放大图。

图1示意性示出了具有根据权利要求1的前序部分的现有技术升降起重机20的船舶1。船舶1包括具有工作甲板3的船身2以及位于船身2前部的用于船员舱房的上层建筑等。

船舶1还具有升降起重机20，升降起重机20在该实例中设于船身2的后端。在图2中详细示出了现有技术升降起重机20，现有技术升降起重机20具有带底座22的大体空心的立柱21，底座22在此固定到船舶1的船身2。此外，立柱具有顶部23。

升降起重机20具有起重臂24，在图1中在两个不同的位置示出起重臂24。起重臂24设有升降缆绳引导件47、48、49，用以在起重臂24的升降端27引导升降缆绳。环形轴承结构25围绕立柱21延伸，该轴承结构引导和承载起重臂连接构件26，以便起重臂连接构件26以及相应地起重臂24能够围绕立柱21旋转。

在该实例中，起重臂连接构件26构成大体水平的枢转轴线28，以便起重臂24还能够上下枢转。起重臂支架10安装在船身2上用以在升降起重机20不工作时(在图1中也示出了不工作位置)时支撑起重臂24。图1中所示的起重臂支架10是非常示意的，而且将不再更详细地说明。

为了使起重臂24上下枢转，设置了俯仰装置(topping means)，该装置包括起重臂绞车30以及与起重臂24接合的起重臂升降缆绳31。此外，升降起重机20包括使用相关的升降缆绳36提升和下降载荷的升降绞车35。在立柱21的顶部23具有顶部缆绳引导件40，用以引导起重臂升降缆绳31和升降缆绳36。优选地，顶部缆绳引导件40能够围绕立柱的纵轴线旋转，以便缆绳引导件无论起重臂的角位置如何都可与起重臂对齐。

起重臂升降绞车30和升降绞车35设置在立柱21中，优先地设置在立柱21的底座22的附近，以便起重臂升降缆绳31和升降缆绳36分别从起重臂升降绞车30和升降绞车35穿过空心立柱21延伸到顶部缆绳引导件40并随后延伸到起重臂24。起重臂24设有升降缆绳引导件47、48、49，用以在起重臂24的升降端27引导升降缆绳。

在此应注意，图1和图2的现有技术升降起重机的起重臂的一部分完全由带梁桁架形成，因此不代表升降起重机的最佳设计。

图3示出了根据本发明的起重臂124的立体图。起重臂124包括升降端127和两个起重臂腿129。也可构想到具有一个起重臂腿129的起重臂124。两个起重臂腿129具有大体相同的长度，并且每个起重臂腿129的一端可连接到限定起重臂枢转所围绕的大体水平的枢转轴线的连接构件(图3中未示出)。起重臂腿129的相对端连接到升降端127。

每个起重臂腿129包括混合部160，在该实施例中混合部160具有大体矩形的横截面。两个细长的空心壳体170形成混合部160的横截面的相对的两侧。在该实施例中，两个壳体170还具有大体矩形的横截面。在两个壳体170之间，具有梁171的桁架设置为将两个壳体170刚性地连接在一起。在图3中用附图标记171仅表示了桁架的一些梁。该实施例的起重臂124的其它部分(例如，混合部160与起重臂可连接到大体水平的枢转轴线的部位之间的部分以及升降端127)都大体空心。

在该实例中，在升降端127上设置一个升降缆绳引导件147，但也构想到，在升降端127上设置多个升降缆绳引导件，如图2的实例所示。

图3还示出了构成两个起重臂腿129之间的附加连接的连接构件173和174，由此在平行于大体水平的枢转轴线的方向上形成更硬的结构。还可构想到，连接构件173和174由带梁的桁架形成。优选地，连接构件173、174包括混合部160。起重臂124还包括起重臂连接装置165，在起重臂连接装置165的位置，起重臂升降缆绳可连接到起重臂124。

图4示出了垂直于起重臂124的纵轴线的图3的混合部160的横截面。在该实施例中，混合部160的横截面具有大体矩形的形状，其中矩形形状的相对的两侧由两个限定空腔175的细长空心壳体170形成。可构想到，空腔175包括加强肋或其它的加强结构。空腔175还可形成其它的形状，例如，更接近椭圆的形状。在该实施例中，每个壳体170具有四个侧壁。可替换地，四个侧壁中的至少一个侧壁也可以是大致拱形的以硬化侧壁。还可构想到，细长空心壳体的横截面具有圆角，甚至可为大体椭圆的形状。空腔175在壳体170仍能承受扭转载荷的情况下保持重量很轻。

在两个壳体170之间，具有梁171的桁架设置为连接壳体170，使得壳体170与带有梁171的桁架形成一个刚性体。

图中示出了平行于壳体170并穿过截面中心的中心轴线172。混合部160的关于中心轴线172附近的弯曲刚度取决于关于中心轴线172的惯性面积矩。远离中心轴线172的材料比靠近中心轴线的材料对弯曲刚度的贡献更大。因此，壳体170是提供该混合部的绝大部分弯曲刚度的部分。

起重臂124不仅受到弯矩，还受到可施加于混合部160的剪切力和扭矩。如果两个壳体170没有刚性地相互连接，则剪切力仍造成混合部160的严重变形。因此，带有梁171的桁架通过连接壳体170防止混合部160的严重变形。在图3和图4的剖视图中，桁架由两组梁171形成，两组梁171构成混合部160的矩形横截面的另外相对的两侧，由此具有混合部160的抗扭强度增大的优点。依据起重臂124上的机械载荷，也可使用其它的桁架构造。例如，从混合部160的横截面的一侧对角穿越到另一侧的梁。还可构想到，梁171相互交叉。

位于壳体170之间的带梁171的桁架的优点在于：该桁架减轻了混合部160的重量，同时混合部160仍非常坚固足以承受施加到混合部160的不同的机械载荷。

还可构想到，壳体构成混合部的大体矩形的横截面的另外的相对的两侧。因此，这种混合部具有关于垂直于水平枢转轴线和起重臂的纵轴线的中心轴线的相对较大的弯曲刚度。

在图5所示的本发明的另一个实施例的侧视图中，起重臂324的一部分具有升降端327和起重臂腿329。起重臂腿329一端连接到升降端327，另一端可连接到起重臂连接构件(未示出)，从而围绕大体水平的枢转轴线枢转。该实施例示出了：几乎整个起重臂腿329可包括具有两个细长壳体370以及壳体370之间的带有梁371的桁架的混合部360。在图5中，使用附图标记371仅表示了桁架的一些梁。带有梁371的桁架的附加优点在于：与壳体状结构的实心壁相比横截面积减小，并且基本平行于大体水平的枢转轴线28的风对起重臂324的影响相对较小。

起重臂324还包括升降缆绳引导件347和起重臂连接装置365，在连接装置365的位置，起重臂升降缆绳可连接到起重臂324(未示出)。

该侧视图还清楚地示出了：桁架的两个梁371和壳体370构成三角形，在此优先地构成等边三角形。也可使用其它构造，但三角形是优选的，因为已知这种形状具有较好的抗弯曲、扭转以及剪切的性能。

等边三角形还具有可使梁371的尺寸大体相同的优点，由此有利于制造和组装，因此，每个梁371对混合部360的强度的贡献大体相等。

图6示出了桁架的梁471和壳体470之间的一种可能的连接。壳体470包括四个平板部470a、470b、470c以及470d。平板部470a具有延伸到由平板部470a、470b、470c以及470d限定的矩形横截面外的延伸体470e。在该实例中，延伸体为局部更宽的平板部470a。图6中还示出桁架的一部分，该桁架采用具有槽的梁471的形式，延伸体470e配合到槽中。该实施例示出了通过焊接实现的连接。焊接接头480设置为连接梁471与延伸体470e。延伸体470e使得可在延伸体470e的另一侧形成类似的焊接接头(未示出)。这种设计的优点在于：这种连接比仅在一侧具有焊接接头的情况更牢固。还可构想到其它的连接方法，例如，螺纹连接。因此，延伸体470e使得可容易接近螺纹接头，并由此简化了组装和维护。

图7示出了具有根据本发明的实施例的升降起重机520的船舶501。船舶501包括具有工作甲板503的船身502。

升降起重机520在该实例中设置在船身502后端，升降起重机520具有带底座522的大体空心的立柱521，底座522在此固定到船舶501的船身502。此外，立柱521具有顶部523。

升降起重机520具有起重臂524。起重臂524设有升降缆绳引导件547、548、549，用以在起重臂524的升降端527引导升降缆绳。环形轴承结构525围绕立柱521延伸，该轴承结构引导和承载起重臂连接构件526，以便起重臂连接构件526以及相应地起重臂524能够围绕立柱521旋转。

在该实例中，起重臂连接构件526构成大体水平的枢转轴线(未示出)，以便起重臂524还能够上下枢转。为了使起重臂524上下枢转，设置包括起重臂绞车(未示出)以及与起重臂524接合的起重臂升降缆绳的俯仰装置506。此外，升降起重机520包括用于提升和下降载荷的多个升降绞车(未示出)和各自的升降缆绳536A、536B、536C，在该实例中使用升降缆绳536B和536C提升和下降载荷505。在立柱21的顶部523具有顶部缆绳引导件540，用以引导起重臂升降缆绳和升降缆绳。

起重臂升降绞车和升降绞车都位于立柱521内部，优先设置在立柱521的底座522附近，以便起重臂升降缆绳和升降缆绳分别从起重臂升降绞车和升降绞车穿过空心立柱521，先后到达顶部缆绳引导件540和起重臂524。起重臂524设有升降缆绳引导件547、548和549，用于导引起重臂524的升降端527处的升降缆绳。

为了简化，将不详细的描述起重臂升降缆索和起重臂绳索，因为如本领域技术人员所公知的具有多种将缆索从起重臂524引导到相应的起重臂绞车和升降绞车的方法。可能的构造包括从升降端527到顶部缆绳引导件540的直接导引，或者经由起重臂连接构件526的间接引导以减小在载荷的升降过程中由缆绳施加到起重臂524的力矩。

起重臂524包括升降端527和两个起重臂腿529，在图7中仅从一侧示出了一个起重臂腿。还可构想到具有一个起重臂腿529的起重臂524。两个起重臂腿529具有大体相同的长度，并且每个起重臂腿529的下端连接到连接构件526，以围绕大体水平的枢转轴线枢转。起重臂腿529的相对端连接到升降端527。

每个起重臂腿529包括混合部，在该实施例中，混合部具有大体矩形的横截面。两个细长空心壳体570构成混合部的矩形横截面的相对的两侧。在该实施例中，两个壳体570还具有大体矩形的横截面。在壳体570之间，具有梁571的桁架设置为将两个壳体570刚性地连接在一起。在图7中，使用附图标记571仅表示了桁架的一些梁。

当升降起重机520包括多个升降缆绳536A、536B、536C以及各自的升降绞车和升降缆绳引导件547、548、549时，这些升降装置可联合从而升降载荷505，如图7所示。升降缆绳536B和536C两者附连到载荷505从而升降载荷505。各自的升降缆绳引导件548、549可枢转，以允许升降缆绳与竖直方向成一定角度，从而增大升降起重机的操作灵活度。如果升降缆绳引导件不允许升降缆绳与竖直方向成一定角度，则限制了升降缆绳连接到载荷的方式，因为仅允许升降缆绳竖直设置。

图8中更详细地示出了升降缆绳引导件549。图8示出了起重臂524的一部分，具体是连接起重臂腿529和升降端527的中间构件524。中间构件524包括引导升降缆绳536C的升降缆绳引导件549。

在该实施例中，升降缆绳引导件549包括两个滑轮组528，每个滑轮组包括多个可绕相关联的旋转轴线532旋转的滑车滑轮531。

滑轮组528可绕大体水平的枢转轴线530枢转，枢转轴线530大体平行于由起重臂连接构件526限定的、起重臂可绕其枢转的水平枢转轴线。由此允许升降缆绳536C与竖直方向成一定角度，而在升降过程中在滑车滑轮和/或滑轮组上没有非期望的载荷，并由此使升降缆绳可连接到载荷的方式增多。

Claims (12)

1.一种升降起重机(20)，包括：

大体空心的立柱(21)，其具有底座(22)和顶部(23)，底座(22)固定到或者能够固定到支撑体(2)，

大体空心的起重臂(24；124；324)，其具有纵轴线并包括一个或多个升降缆绳引导件(47，48，49；147；347)，

环形轴承结构(25)，其围绕所述立柱(21)延伸并引导和承载起重臂连接构件(26)，以便所述起重臂连接构件(26)能够围绕所述立柱(21)旋转，所述起重臂连接构件(26)构成垂直于所述起重臂的纵轴线的大体水平的枢转轴线，以便所述起重臂能够上下枢转，

用于使所述起重臂上下枢转的俯仰装置，其包括起重臂绞车(30)和起重臂升降缆绳(31)，

用于升降载荷的升降装置，其包括升降绞车(35)和相关的升降缆绳(36)；所述升降绞车(35)设置在所述立柱(21)中，以便所述升降缆绳(36)从所述升降绞车(35)穿过所述立柱(21)延伸到位于所述立柱(21)的顶部(23)的顶部缆绳引导件(40)，并随后延伸到所述起重臂上的升降缆绳引导件的至少其中一个；

其中，所述起重臂包括在所述起重臂连接构件(26)与起重臂升降端(27；127；327)之间延伸的至少一个起重臂腿(29；129；329)，其特征在于，所述至少一个起重臂腿包括一个或多个混合部(160；360)，所述混合部包括大体相互平行并大体平行于所述起重臂的纵轴线的两个细长的空心壳体(170；370)，并在所述两个壳体之间设有用于刚性连接所述两个壳体的桁架(171；371)。

2.根据权利要求1所述的升降起重机，其特征在于，其中使两个起重臂腿(29；129；329)具有在所述起重臂连接构件(26)与所述起重臂升降端(27；127；327)之间延伸的相等的长度。

3.根据权利要求1或2所述的升降起重机，其中所述细长的空心壳体平行于由所述大体水平的枢转轴线和所述起重臂的纵轴线限定的平面。

4.根据前述权利要求1-2中的一项所述的升降起重机，其中所述混合部的基本上垂直于所述起重臂的纵轴线的横截面为大体矩形，其中所述两个细长的空心壳体构成大体矩形的横截面的相对的两侧。

5.根据权利要求4所述的升降起重机，其中所述桁架由两组梁构成，每组梁构成所述混合部的所述大体矩形的横截面的另外的相对的两侧的其中之一。

6.根据前述权利要求1-2中的一项所述的升降起重机，其中，所述混合部的所述细长的空心壳体包括一个或多个平板部，至少一个所述平板部延伸超过所述空心壳体，并且其中所述桁架包括一个或多个梁，至少一个所述梁与延伸超过所述空心壳体的所述至少一个平板部连接。

7.根据前述权利要求2所述的升降起重机，其中所述两个起重臂腿通过基本上平行于所述大体水平的枢转轴线取向的一个或多个细长的空心连接构件(173，174)相互连接。

8.根据前述权利要求7所述的升降起重机，其中所述空心连接构件(173，174)包括一个或多个混合部，所述空心连接构件的所述混合部包括大体相互平行并大体平行于大体水平的枢转轴线的两个细长的空心壳体，并在所述空心连接构件的所述混合部的所述两个壳体之间设有用于刚性连接所述空心连接构件的所述混合部的所述两个壳体的桁架。

9.根据前述权利要求1-2中的一项所述的升降起重机，其中所述一个或多个升降缆绳引导件绕大体水平的枢转轴线枢转地连接到所述起重臂。

10.根据前述权利要求1-2中的一项所述的升降起重机，其中升降绞车(35)设置在所述立柱(21)的所述底座(22)附近。

11.一种设有根据权利要求1至10中的一项所述的升降起重机的船舶(1)。

12.一种用于升降起重机的大体空心的起重臂，所述起重臂包括纵轴线和垂直于所述纵轴线的大体水平的枢转轴线，所述起重臂包括：

一个或多个升降缆绳引导件，

起重臂升降端，

在所述大体水平的枢转轴线与所述起重臂升降端之间延伸的至少一个起重臂腿，

其特征在于，所述至少一个起重臂腿还包括一个或多个混合部，所述混合部包括大体相互平行并大体平行于所述起重臂的纵轴线的两个细长的空心壳体，并在所述两个壳体之间设有用于刚性连接所述两个壳体的桁架。