CN102515045A - 变刚度缓冲装置、起重臂防后倾装置和起重机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变刚度缓冲装置，其中，该变刚度缓冲装置(100)包括缓冲缸(10)、缓冲杆(20)和多个缓冲件(30)，缓冲缸的一端封闭，另一端开放，缓冲缸包括依次连通的多个腔体，每个腔体中设置有一个缓冲件，缓冲缸的开放端所在的腔体为第一缓冲腔体(11)，设置在第一缓冲腔体内的缓冲件为第一缓冲件(31)，缓冲缸的封闭端所在的腔体为第一预压力腔体(12)，设置在第一预压力腔体内的缓冲件为第一预压力缓冲件(32)，多个缓冲件中，至少第一预压力缓冲件处于压缩状态，缓冲杆从开放端插入并连接于第一缓冲件。本发明还提供一种起重臂防后倾装置和起重机。本发明能够提供变刚度的缓冲保护，结构简单且安全。
Description
技术领域
本发明涉及起重机，具体地，涉及一种变刚度缓冲装置、起重臂防后倾装置和起重机。
背景技术
在一定工况下，起重臂和起重平台存在着角度变化，起重平台和起重臂之间的仰角一定要控制在一定的范围内，否则会产生起重臂倾翻的危险。为避免上述现象，在起重臂和起重平台之间布置防倾翻装置十分必要。另外，起重臂在起吊重物后，因工况需要或钢丝绳断裂情况下，重物在较短时间内脱落。由于起重臂在起吊过程中蓄积了较大的变形，从而会在自身势能的作用下产生后倾运动。因此，通常在起重机上设置有防后倾装置，以控制起重臂与起重平台之间角度。
现有的防后倾装置中，按照防后倾装置与起重臂的接触类型，可以分为全刚性接触式、弹簧接触式或液压缓冲接触式。全刚性接触式防后倾装置不具有缓冲功能因此在起重臂后倾并接触后倾装置时会产生较大的冲击力，对缓冲装置和起重臂均可能产生危险；液压缓冲接触式防后倾装置其结构较为复杂，成本较高；弹簧接触式防后倾装置采用恒刚度缓冲弹簧，如采用刚度较大的弹簧，则产生的缓冲力较大，对起重臂和缓冲装置也具有一定影响，如采用刚度较小的弹簧，则缓冲距离较大，效果不佳且使用寿命不长。
因此，现有技术中缺乏能够确保缓冲作用且结构简单的防后倾装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单且能够提供良好的缓冲性能的变刚度缓冲装置。
为了实现上述目的，本发明提供一种变刚度缓冲装置，其中，该变刚度缓冲装置包括缓冲缸、缓冲杆和多个缓冲件，所述缓冲缸的一端封闭，另一端开放，所述缓冲缸包括依次连通的多个腔体，每个腔体中设置有一个缓冲件，所述缓冲缸的开放端所在的腔体为第一缓冲腔体，设置在所述第一缓冲腔体内的缓冲件为第一缓冲件，所述缓冲缸的封闭端所在的腔体为第一预压力腔体，设置在所述第一预压力腔体内的缓冲件为第一预压力缓冲件，所述多个缓冲件中，至少第一预压力缓冲件处于压缩状态，所述缓冲杆从所述开放端插入并连接于所述第一缓冲件。
优选地，除所述第一缓冲件外，其余的缓冲件均以压缩状态设置在相应的腔体中，从所述开放端到所述封闭端，所述缓冲件的预压力逐渐增大。
优选地，所述缓冲件为弹簧。
优选地，从所述开放端到所述封闭端，所述腔体的内径增大并在腔体之间的连接处形成阶梯部。
优选地，除所述第一缓冲腔体外，每个腔体内设置有分隔板，该分隔板的两侧分别连接于相邻的两个缓冲件，所述分隔板的尺寸与设置该分隔板的腔体的内径匹配，使得所述分隔板能够在其两侧的缓冲件的作用下在所述腔体内滑动。
优选地，所述分隔板的两侧设置有刚性的凸轴，每个腔体内的缓冲件的至少一部分套设在相应的凸轴外部。
优选地，所述开放端设置有用于止挡所述第一缓冲件的止挡件。
优选地，所述缓冲杆的端部具有凸缘，所述第一缓冲件连接到所述凸缘的端面，所述凸缘能够通过所述止挡件止挡。
本发明还提供一种起重臂防后倾装置，该装置包括起重臂、起重平台、前撑杆、后撑杆和缓冲装置，所述前撑杆的一端和所述后撑杆的一端连接，所述前撑杆的另一端、所述后撑杆的另一端和所述起重臂分别连接于所述起重平台，所述前撑杆位于所述后撑杆和所述起重臂之间，所述缓冲装置设置在所述前撑杆和所述起重臂之间，其中，所述缓冲装置为本发明的变刚度缓冲装置，所述缓冲杆连接于所述起重臂，所述封闭端连接于所述前撑杆。
优选地，所述起重臂防后倾装置包括设置在所述变刚度缓冲装置下方的斜撑杆，该斜撑杆的两端分别连接于所述前撑杆和所述缓冲缸。
本发明还提供一种起重机，其中，该起重机包括本发明的起重臂防后倾装置。
通过上述技术方案，缓冲杆的移动首先通过第一缓冲件进行缓冲，继续移动时，起缓冲作用的缓冲件逐渐增多，从而使缓冲杆的移动逐渐减缓。本发明的变刚度缓冲装置能够在缓冲杆的移动过程中增大刚度，使相关部件的受力更加合理，确保较长的使用寿命。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是说明本发明的变刚度缓冲装置的一种实施方式的结构示意图；
图2是说明图1中的分隔板和凸轴的结构的视图；
图3是说明图1的变刚度缓冲装置的缓冲杆的位移和变刚度缓冲装置提供的缓冲作用力的关系的图；
图4是说明本发明的变刚度缓冲装置的另一种实施方式的结构示意图；
图5是说明图4的变刚度缓冲装置的缓冲杆的位移和变刚度缓冲装置提供的缓冲作用力的关系的图；
图6是说明本发明的起重臂防后倾装置的一种实施方式的结构示意图。
附图标记说明
100：变刚度缓冲装置
10：缓冲缸 11：第一缓冲腔体 11a：止挡件
12：第一预压力腔体 13：第二预压力腔体 14：阶梯部
15：底座
20：缓冲杆 21：凸缘
30：缓冲件 31：第一缓冲件 32：第一预压力缓冲件
33：第二预压力缓冲件
40：分隔板 41：凸轴
200：起重臂 300：其中平台 400：前撑杆 500：后撑杆
600：斜撑杆
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
根据本发明的一个方面，提供一种变刚度缓冲装置，其中，该变刚度缓冲装置100包括缓冲缸10、缓冲杆20和多个缓冲件30，所述缓冲缸10的一端封闭，另一端开放，所述缓冲缸10包括依次连通的多个腔体，每个腔体中设置有一个缓冲件30，所述缓冲缸10的开放端所在的腔体为第一缓冲腔体11，设置在所述第一缓冲腔体11内的缓冲件30为第一缓冲件31，所述缓冲缸10的封闭端所在的腔体为第一预压力腔体12，设置在所述第一预压力腔体12内的缓冲件30为第一预压力缓冲件32，所述多个缓冲件30中，至少第一预压力缓冲件32处于压缩状态，所述缓冲杆20从所述开放端插入并连接于所述第一缓冲件31。
其中，所述缓冲缸10的封闭端可以通过固定在缓冲缸10端部的底座15封闭，以形成第一预压力腔体12。
使用本发明的变刚度缓冲装置，缓冲杆20可以在外力作用下朝向的缓冲缸10的封闭端移动。该移动首先通过第一缓冲件31进行缓冲，继续移动时通过其他缓冲件30缓冲。具体地，在缓冲杆20的移动过程中，第一缓冲件31首先被压缩，而第一预压力缓冲件32不被压缩，当起到缓冲作用的缓冲件30的弹力达到当前起到预压力作用的缓冲件30的预压力时，则该起到预压力作用的缓冲件30转变为起缓冲作用而被压缩，并与已经起缓冲作用的缓冲件30串联，从而使缓冲杆20的移动进一步减缓。因此，本发明的变刚度缓冲装置能够在缓冲杆20的移动过程中增加起缓冲作用的缓冲件30的数量和改变整个变刚度缓冲装置的刚度。上述过程将在下文中具体说明。
本发明中，除位于第一缓冲腔体11内的第一缓冲件31外(第一缓冲件31可以选择地以压缩状态或自然伸长状态设置在第一缓冲腔11内)，其他缓冲件30均以压缩状态设置在相应的腔体内。从所述开放端到所述封闭端，所述缓冲件30的预压力逐渐增大。由此，在通过本发明的变刚度缓冲装置对缓冲杆20因外力导致的移动进行缓冲的过程中，起缓冲作用的缓冲件30的数量逐个增加。在极限状态下，所有缓冲件30均起缓冲作用。
本发明中，缓冲件30可以由各种适当类型的缓冲材料制成的部件，例如，缓冲件30可以是弹簧或橡胶。在本发明的图示的实施方式中，缓冲件30为弹簧。
另外，优选地，如图1和图4所示，从所述开放端到所述封闭端，可以使所述腔体的内径增大并在腔体之间的连接处形成阶梯部14。通过阶梯部14可以限制相应的腔体内的缓冲件30，以对相应的缓冲件30施加压力，从而能够使相应的缓冲件30提供预压力。
更优选地，如图1和图4所示，除所述第一缓冲腔体11外，每个腔体内可以设置有分隔板40，该分隔板40的两侧分别连接于相邻的两个缓冲件30，所述分隔板40的尺寸与设置该分隔板40的腔体的内径匹配，使得所述分隔板40能够在所述腔体内滑动。其中，分隔板40能够通过阶梯部14止挡，从而能够通过分隔板40限制每个腔体内的缓冲件30，以对相应的缓冲件30施加压力，从而能够使相应的缓冲件30提供预压力。
另外，如图2所示，所述分隔板40的两侧可以设置有刚性的凸轴41，每个腔体内的缓冲件30的至少一部分可以套设在相应的凸轴41外部。由此，缓冲件30压缩到一定程度后，无法继续压缩，从而形成刚性部分。凸轴41可以用于使缓冲件30在压缩过程中始终保持同样的延伸方向。另外，使用较长的凸轴41时，可以起到额外的作用。具体地，当缓冲件30压缩到一定程度后，与该缓冲件30套设的凸轴41的两端能够分别接触相邻的凸轴41或者缓冲缸10的封闭端，从而与该缓冲件30一起形成刚性部分。可以理解地，当所有的缓冲件30均压缩到无法继续压缩时，或者当所有的缓冲件30均压缩到使得所有的凸轴41的两端与相邻的凸轴41或缓冲缸10的封闭端接触时，整个变刚度缓冲装置形成为刚性构件。
整个变刚度缓冲装置形成为刚性构件的状态，优选仅在下列情况下出现：只有当特殊情况下，例如在下文中的起重臂200因受到巨大外力作用而后倾且变刚度缓冲装置100的缓冲作用无法阻止起重臂200的后倾运动的情况下，也即缓冲缸10的缓冲距离有限时，变刚度缓冲装置100内管在起重臂200后倾过大或继续后倾会有倾翻的危险时起到保护作用，将变刚度缓冲装置转变为刚性的整体，以阻止起重臂200的继续后倾。
另外，如图1和图4所示，可以在所述开放端设置有用于止挡所述第一缓冲件31的止挡件11a，以止挡第一缓冲件31，从而在整个装置复原时防止第一缓冲件31离开第一缓冲腔体11。
更优选地，所述缓冲杆20的端部可以具有凸缘21，所述第一缓冲件31连接到所述凸缘21的端面，所述凸缘21能够通过所述止挡件11a止挡。由此，可以通过止挡件11a止挡凸缘21并通过凸缘21止挡第一缓冲件31。
下面以图1和图4所示的两种具体实施方式说明本发明的变刚度缓冲装置。其中，在这两种实施方式中，缓冲件30为弹簧。另外，在图1所示的实施方式中，变刚度缓冲装置包括两个缓冲件30；在图4所示的实施方式中，变刚度缓冲装置包括三个缓冲件30。
第一实施方式
在图1所示的实施方式中，变刚度缓冲装置包括两个腔体，即第一缓冲腔体11和第一预压力腔体12。相应地，变刚度缓冲装置包括两个缓冲件30，分别为设置在第一缓冲腔体11的第一缓冲件31(弹性系数为K1)和设置在第一预压力腔体12中的第一预压力缓冲件32(弹性系数为K2)。
在未受到外力作用时，第一预压力缓冲件32处于压缩状态并产生预紧力F1，第一缓冲件31处于自然伸长状态。在缓冲杆20受到外力作用而移动时，首先仅第一缓冲件31起缓冲作用，即缓冲杆20仅压缩第一缓冲件31并通过第一缓冲件31缓冲，变刚度缓冲装置的刚度(即缓冲件的弹性系数)为第一缓冲件31的刚度K1。当缓冲杆20因外力作用而继续移动，使得第一缓冲件31的压紧力(即弹力)等于第一预压力缓冲件32的预紧力F1时，第一预压力缓冲件32也开始起缓冲作用，并与第一缓冲件31串联。此时，变刚度缓冲装置的刚度为第一缓冲件31和第一预压力缓冲件32构成的串联弹簧的刚度K，其中，
本实施方式中，缓冲杆的位移x和变刚度缓冲装置提供的缓冲作用力F的关系如图3所示，在缓冲作用力达到F1时出现拐点，即刚度发生变化。本实施方式的变刚度缓冲装置100为两级刚度的变刚度缓冲装置。
第二实施方式
在图4所示的实施方式中，变刚度缓冲装置包括3个腔体，即第一缓冲腔体11、第一预压力腔体12和第二预压力腔体13。相应地，变刚度缓冲装置包括3个缓冲件30，分别为设置在第一缓冲腔体11的第一缓冲件31(弹性系数为K1)、设置在第一预压力腔体12中的第一预压力缓冲件32(弹性系数为K2)以及设置在第二预压力腔体13中的第二预压力缓冲件33(弹性系数为K3)。
在未受到外力作用时，第一预压力缓冲件32和第二预压力缓冲件33处于压缩状态并分别产生预紧力F1和F2(F1大于F2)，第一缓冲件31处于自然伸长状态。在缓冲杆20受到外力作用而移动时，首先仅第一缓冲件31起缓冲作用，即缓冲杆20仅压缩第一缓冲件31并通过第一缓冲件31缓冲，变刚度缓冲装置的刚度为第一缓冲件31的刚度K1。当缓冲杆20因外力作用而继续移动，使得第一缓冲件31的压紧力等于第二预压力缓冲件33的预紧力F2时，第二预压力缓冲件33也开始起缓冲作用，并与第一缓冲件31串联。此时，变刚度缓冲装置的刚度为第一缓冲件31和第二预压力缓冲件33构成的串联缓冲件的刚度K’，其中，
当缓冲杆20继续移动并使得第一缓冲件31和第二预压力缓冲件33的压紧力等于第一预压力缓冲件32的预紧力F1时，第一预压力缓冲件32也开始起缓冲作用，并与第一缓冲件31和第二预压力缓冲件33串联。此时，变刚度缓冲装置的刚度为第一缓冲件31、第一预压力缓冲件32和第二预压力缓冲件33构成的串联弹簧的刚度K”，其中，
本实施方式中，缓冲杆的位移x和变刚度缓冲装置提供的缓冲作用力F的关系如图5所示，在缓冲作用力达到F1和F2时分别出现拐点。本实施方式的变刚度缓冲装置100为三级刚度的变刚度缓冲装置。
虽然本发明以包括两个缓冲件30的第一实施方式和包括三个缓冲件30的第二实施方式进行说明，但本领域技术人员可以理解的是，显然可以通过合理设计例如缓冲缸10的结构并选择适当数量的缓冲件30来形成更多级刚度的变刚度缓冲装置。
对于缓冲装置来说，能量＝力×距离，即W＝F×S，通常受安装部位和结构等的影响，缓冲距离不能无限增大，请参阅图3和图5，当缓冲距离取一定值时，缓冲力F越大，则缓冲装置吸收的能量W越多，但缓冲力F过大时又会对臂架、缓冲装置等造成不利影响，因此需要在能够吸收足够多能量的情况下尽量减小最大缓冲力F。而本发明的变刚度缓冲装置由于缓冲件刚度的变化而使缓冲力F先急速增大，而后增大趋势逐渐减缓，能实现吸收同样多的能量的情况下尽量减小最大缓冲力F。
本发明的变刚度缓冲装置100可以用于各种适当的场合，例如通过缓冲杆20连接到需要提供缓冲保护的部件。
例如，根据本发明的另一方面，提供一种起重臂防后倾装置，该装置包括起重臂200、起重平台300、前撑杆400、后撑杆500和缓冲装置，所述前撑杆400的一端和所述后撑杆500的一端连接，所述前撑杆400的另一端、所述后撑杆500的另一端和所述起重臂200分别连接于所述起重平台300，所述前撑杆400位于所述后撑杆500和所述起重臂200之间，所述缓冲装置设置在所述前撑杆400和所述起重臂200之间，其中，所述缓冲装置为本发明的变刚度缓冲装置100，所述缓冲杆20连接于所述起重臂200，所述封闭端连接于所述前撑杆400。由此，可以利用本发明的变刚度缓冲装置100对起重臂200提供结构简单、安全的变刚度缓冲保护，防止起重臂200后倾。
另外，如图6所示，所述起重臂防后倾装置可以包括设置在所述变刚度缓冲装置100下方的斜撑杆600，该斜撑杆600的两端分别连接于所述前撑杆400和所述缓冲缸10，从而通过斜撑杆600辅助对变刚度缓冲装置100的支撑。
根据本发明的另一方面，提供一种起重机，其中，该起重机包括本发明的起重臂防后倾装置。因此，本发明的起重机能够对起重臂200提供变刚度的缓冲保护，结构简单且安全。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (11)
1.一种变刚度缓冲装置，其特征在于，该变刚度缓冲装置(100)包括缓冲缸(10)、缓冲杆(20)和多个缓冲件(30)，所述缓冲缸(10)的一端封闭，另一端开放，所述缓冲缸(10)包括依次连通的多个腔体，每个腔体中设置有一个缓冲件(30)，所述缓冲缸(10)的开放端所在的腔体为第一缓冲腔体(11)，设置在所述第一缓冲腔体(11)内的缓冲件(30)为第一缓冲件(31)，所述缓冲缸(10)的封闭端所在的腔体为第一预压力腔体(12)，设置在所述第一预压力腔体(12)内的缓冲件(30)为第一预压力缓冲件(32)，所述多个缓冲件(30)中，至少第一预压力缓冲件(32)处于压缩状态，所述缓冲杆(20)从所述开放端插入并连接于所述第一缓冲件(31)。
2.根据权利要求1所述的变刚度缓冲装置，其中，除所述第一缓冲件(31)外，其余的缓冲件(30)均以压缩状态设置在相应的腔体中，从所述开放端到所述封闭端，所述缓冲件(30)的预压力逐渐增大。
3.根据权利要求1所述的变刚度缓冲装置，其中，所述缓冲件(30)为弹簧。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的变刚度缓冲装置，其中，从所述开放端到所述封闭端，所述腔体的内径增大并在腔体之间的连接处形成阶梯部(14)。
5.根据权利要求4所述的变刚度缓冲装置，其中，除所述第一缓冲腔体外，每个腔体内设置有分隔板(40)，该分隔板(40)的两侧分别连接于相邻的两个缓冲件(30)，所述分隔板(40)的尺寸与设置该分隔板(40)的腔体的内径匹配，使得所述分隔板(40)能够在其两侧的缓冲件(30)的作用下在所述腔体内滑动。
6.根据权利要求5所述的变刚度缓冲装置，其中，所述分隔板(40)的两侧设置有刚性的凸轴(41)，每个腔体内的缓冲件(30)的至少一部分套设在相应的凸轴(41)外部。
7.根据权利要求1所述的变刚度缓冲装置，其中，所述开放端设置有用于止挡所述第一缓冲件(31)的止挡件(11a)。
8.根据权利要求7所述的变刚度缓冲装置，其中，所述缓冲杆(20)的端部具有凸缘(21)，所述第一缓冲件(31)连接到所述凸缘(21)的端面，所述凸缘(21)能够通过所述止挡件(11a)止挡。
9.一种起重臂防后倾装置，该装置包括起重臂(200)、起重平台(300)、前撑杆(400)、后撑杆(500)和缓冲装置，所述前撑杆(400)的一端和所述后撑杆(500)的一端连接，所述前撑杆(400)的另一端、所述后撑杆(500)的另一端和所述起重臂(200)分别连接于所述起重平台(300)，所述前撑杆(400)位于所述后撑杆(500)和所述起重臂(200)之间，所述缓冲装置设置在所述前撑杆(400)和所述起重臂(200)之间，其特征在于，所述缓冲装置为根据权利要求1-8中任意一项所述的变刚度缓冲装置(100)，所述缓冲杆(20)连接于所述起重臂(200)，所述封闭端连接于所述前撑杆(400)。
10.根据权利要求9所述的起重臂防后倾装置，其中，所述起重臂防后倾装置包括设置在所述变刚度缓冲装置(100)下方的斜撑杆(600)，该斜撑杆(600)的两端分别连接于所述前撑杆(400)和所述缓冲缸(10)。
11.一种起重机，其特征在于，该起重机包括根据权利要求9或10所述的起重臂防后倾装置。
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