CN102674167A - 一种整体式臂架及设有该臂架的起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体式臂架，包括底节臂、顶节臂以及位于所述底节臂和顶节臂之间的至少一节中间臂，各所述中间臂的横截面尺寸相等，所述中间臂为桁架式结构，包括四根主弦杆以及位于主弦杆之间的腹杆，其横截面宽度大于所述主弦杆的长度。该臂架既具有足够的承载能力，又能满足运输尺寸要求，为起重机向超大型发展提供了有利条件。本发明还公开了设有上述整体式臂架的起重机。

Description

一种整体式臂架及设有该臂架的起重机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及起重机的臂架。本发明还涉及设有所述臂架的起重机。

背景技术

目前，为满足国内石油、石化、核电、风电、钢铁等大型工程项目中对超大设备的吊装需求，起重机越来越向超大型发展，其起升高度更高、工作幅度更大、起重能力更强，与此同时，也给设计、生产、运输、安装及使用等过程带来了一系列问题。

请参考图1、图2、图3、图4，图1是现有履带起重机的臂架结构示意图；图2是图1所示臂架的俯视图；图3是图1所示臂架的单节中间臂的结构示意图；图4是图3所示中间臂的端面示意图。

如图所示，臂架是起重机的重要构件之一，履带起重机的臂架一般采用由主弦杆4和腹杆5组成的桁架式结构，包括底节臂1、中间臂2、顶节臂3，各节之间采用销轴连接，通过增减中间臂2的数量来实现不同的臂长组合，考虑到组装的方便性以及不同的工况需要，中间臂长度L一般较长，如6m、9m或12m。

从受力方面来讲，臂架属于双向压弯构件，即起重机吊载工作时，臂架在变幅平面和回转平面内都承受轴向力和弯矩的作用，因此从臂架截面分析，需要足够的截面积，以保证臂架截面强度，从而抵抗轴向力的作用，需要足够的截面宽度B和高度H以保证两个平面内的惯性矩，从而抵抗弯矩的作用。为了提高臂架的承载能力，最行之有效的办法就是增大臂架的截面尺寸，而运输车辆和过路涵洞的高度限制又严重制约着截面的增大。

为了实现超大吨位设备的吊装，现阶段主要有以下几种解决方案：

第一种方案，采用多机协同作业，即用多台中小型起重机来同时起吊，共同完成超大设备的吊装任务。这种情况下，对多台起重机的同步性要求很高，由于每台起重机都配有单独的控制系统，再加上载荷分配的问题，现场多机协同作业的安全预度很难保证，危险性很大；而且在这种情况下，只能发挥起重机起吊能力的60％～80％，性能利用率低。

第二种方案，使用各种非标型起重机，即单纯为了获得大的起重能力，而专门设计的起重机，通常这种起重机设置在圆形轨道上，超起配重固定不动，具有超强的起重力矩，但是整车只能以超起配重为中心，在轨道上回转变幅，不能带载行走，而且这种起重机只能在施工现场组装，装配拆卸周期长，影响施工进度。另外，圆形轨道对地面的承载力要求极高，通常需要事先对地面进行特殊处理，从而支付额外的附加费用。

第三种方案，大量运用拆分装配技术，将一个超出运输要求的部件拆分成若干个小部件，再通过装配连接起来。例如现有方案中的装配式臂架，即将臂架的主弦杆与腹杆拆分，以满足运输要求，转场就位后再将腹杆与主弦杆通过销轴装配成一体。通常情况下，大吨位的臂架长度会达到一百多米，几百根的腹杆现场装配，其困难程度可想而知，并且大大增加组装周期，降低使用效率，同时大量装配技术的应用也会带来生产难度以及设计成本的增加。

因此，如何保证臂架既具有足够的承载能力，又能满足运输尺寸要求，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种整体式臂架。该臂架既具有足够的承载能力，又能满足运输尺寸要求，为起重机向超大型发展提供了有利条件。

本发明的第二目的是提供一种设有上述臂架的起重机。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种整体式臂架，包括底节臂、顶节臂以及位于所述底节臂和顶节臂之间的至少一节中间臂，各所述中间臂的横截面尺寸相等，所述中间臂的横截面宽度大于所述中间臂的长度。

优选地，所述中间臂为桁架式结构，包括四根主弦杆以及位于主弦杆之间的腹杆，其横截面宽度大于所述主弦杆长度。

优选地，所述中间臂的横截面宽度范围为5m-9m。

优选地，所述主弦杆长度的最大值为3.5m。

优选地，所述中间臂的横截面高度的最大值为3.5m。

优选地，所述主弦杆在横截面上呈圆形、正方形或矩形。

优选地，所述底节臂与其相邻的中间臂之间、中间臂之间以及顶节臂与其相邻的中间臂之间通过螺栓或销轴连接。

优选地，所述中间臂的数量范围为10-40节。

为了实现上述第二个目的，本发明还提供了一种起重机，包括下车总成、超起配重、臂架以及超起桅杆，所述臂架的底节臂与所述下车总成的转台相铰接，所述臂架具体为上述任一项所述的整体式臂架。

优选地，具体为超大吨位履带起重机或轮胎起重机。

本发明突破传统设计模式，提供了一种新型臂架结构，整个臂架由底节臂、中间臂和顶节臂组成，各节臂之间可采用高强度螺栓或销轴连接，不同之处就在于所述中间臂的横截面宽度要大于其长度，即中间臂为“大截面小长度”的整体式结构。从臂架截面分析，增大的横截面尺寸能有效保证臂架回转平面内所需的惯性矩，同时能有效保证臂架强度以及变幅平面内的惯性矩，提高其承载能力；同时，所述中间臂的侧面尺寸得以进一步缩小，可以将臂架的宽度方向作为运输时的长度方向，从而满足运输尺寸要求。

此外，虽然在相同臂架长度组合的情况下，所需中间臂的数量比现有臂架多，但是与现有装配式臂架相比，其生产及装配难度大大降低，组装和实用性能大大提高。

在一种具体实施方式中，所述该臂架各节之间采用高强度螺栓连接，其重量大大减轻，更加利于臂架工作时各节之间载荷的传递，符合构件实际的受力状态；而采用销轴连接，技术成熟稳定，可提高装配效率。

本发明所提供的起重机设有上述整体式臂架，由于上述整体式臂架具有上述技术效果，具有该整体式臂架的起重机也应具备相应的技术效果。

附图说明

图1是现有履带起重机的臂架结构示意图；

图2是图1所示臂架的俯视图；

图3是图1所示臂架的单节中间臂的结构示意图；

图4是图3所示中间臂的端面示意图；

图5为本发明所提供整体式臂架的一种具体实施方式的结构示意图；

图6为图5所示整体式臂架的俯视图；

图7为图5所示整体式臂架的单节中间臂的结构示意图；

图8为图7所示中间臂的端面示意图；

图9为本发明所提供起重机的一种具体实施方式的结构示意图。

图1至图4中：

1.底节臂  2.中间臂  3.顶节臂  4.主弦杆  5.腹杆

图5至图9中：

10.底节臂  20.中间臂  30.顶节臂  20-1.主弦杆  20-2腹杆  40.下车总成  50.超起配重  60.臂架  70.超起桅杆

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种整体式臂架。该臂架既具有足够的承载能力，又能满足运输尺寸要求，为起重机向超大型发展提供了有利条件。

本发明的另一核心是提供一种设有上述臂架的起重机。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本文中的“第一、第二”等用语仅是为了便于描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

请参考图5、图6，图5为本发明所提供整体式臂架的一种具体实施方式的结构示意图；图6为图5所示整体式臂架的俯视图。

在一种具体实施方式中，本发明提供的整体式臂架属于桁架结构，主要由底节臂10、多节中间臂20以及顶节臂30等部件组成，各中间臂20的横截面尺寸相等。

各中间臂20均由四根主弦杆20-1以及位于主弦杆之间的若干腹杆20-2组成，其中，第一中间臂、第二中间臂、第三中间臂直至第十三中间臂在横截面上呈矩形，具有相同的空间截面尺寸，底节臂10、顶节臂30为变截面的四弦杆空间桁架，中间臂20的主弦杆20-1和腹杆20-2主要采用无缝钢管制造，主弦杆20-1可以是圆管、方管、矩形管或其它异型管，其中圆管杆件抵抗屈曲能力强、风阻力小，且杆件接头处力的传递更加稳定。

上述底节臂10、中间臂20以及顶节臂30的主弦杆端部均设有连接法兰，两两之间经法兰对接后，通过高强度螺栓连接，其重量大大减轻，更加利于臂架工作时各节之间载荷的传递，符合构件实际的受力状态。当然，除了通过法兰结构和螺栓进行连接之外，各节臂之间还可以通过销轴进行连接，与螺栓连接相比，销轴连接的技术成熟稳定，可提高装配效率。

请参考图7、图8，图7为图5所示整体式臂架的单节中间臂的结构示意图；图8为图7所示中间臂的端面示意图。

中间臂20的横截面宽度B1大于其主弦杆的长度L1，为“大截面小长度”的整体式结构，其横截面宽度B1的范围可控制在5m-9m，横截面高度H1的最大值为3.5m，主弦杆长度L1的最大值为3.5m。

从臂架截面分析，增大的横截面尺寸能有效保证臂架回转平面内所需的惯性矩，同时能有效保证臂架强度以及变幅平面内的惯性矩，提高其承载能力；同时，中间臂侧面尺寸的最大值为3.5m×3.5m＝12.25m²，满足运输车辆及涵洞的尺寸要求，可以将臂架的宽度方向作为运输时的长度方向，无需拆卸运输。

与现有装配式臂架相比，虽然在相同臂架长度组合的情况下，所需中间臂的数量比现有臂架多，但是其生产及装配难度大大降低，组装和实用性能大大提高。

这里需要说明的是，本发明提供的是一种横向宽度较大而纵向长度较小的臂架，其各中间臂的实际宽度以及长度与起重机额定负载等因素相关，设计人员可按照臂架设计流程进行精确的计算和控制，这里不做具体限定。

此外，本文对臂架中间臂的数量也不做限定，根据起重机负载能力的不同，可进一步增加或减小，具体可控制在10-40节。

上述中间臂20及其主弦杆20-1的截面形状仅是一种优选方案，其具体结构并不局限于此，在此基础上可根据实际情况作出具有针对性的调整，从而得到不同的整体式臂架。由于可能实现的方式较多，为节约篇幅，本文就不再一一举例说明。

将本发明提供的整体式臂架与图1所示的现有臂架进行比较不难发现，从形式上看，上述整体式臂架的中间臂20相当于将现有臂架的中间臂2调转90度后再依次对接，即上述中间臂的横截面尺寸相当于现有中间臂的侧面尺寸，上述中间臂的侧面尺寸则相当于现有中间臂的横截面尺寸，而实际上，并非简单的调转安装。

具体来讲，设现有中间臂的长度为L，横截面的宽度为B、高度为H，通常情况下L的值在6-12m之间，为满足运输车辆及过路涵洞的尺寸要求，B的最大值为3.5m，H的最大值也为3.5m，其横截面尺寸为3.5m×3.5m＝12.25m²，满足运输车辆及涵洞的尺寸要求。

当起重机向超大型方向发展时，中间臂需要具有更大的横截面尺寸，要想扩大横截面尺寸，从理论上来讲不外乎三种方式：第一种是单独增大横截面的宽度B，第二种是单独增大横截面的高度H，第三种是同时增大横截面的宽度B和高度H，考虑到中间臂的力学性能要求，第一种和第三种方式较为可行，但这两种方式都会导致中间臂的横截面尺寸超过运输车辆和涵洞的尺寸要求，对此，目前只能运用拆分装配技术加以解决。

那么，如何不进行拆分又能满足运输要求呢？本发明另辟蹊径，在优先考虑横截面尺寸的前提下，将中间臂的横截面宽度大幅加宽，同时将中间臂的横截面高度控制在合理范围内，并尽可能地减小中间臂的长度。

改进之后，中间臂的横截面宽度B1的范围可达5m-9m，横截面高度H1的最大值为3.5m，主弦杆长度L1的最大值为3.5m。可见，中间臂的横截面尺寸最大可增至3.5m×9m＝31.5m²，比现有尺寸12.25m²有了大幅提升，而其侧面尺寸的最大值仅为3.5m×3.5m＝12.25m²，满足运输车辆及涵洞的尺寸要求，因此可以将臂架的宽度方向作为运输时的长度方向，而无需拆卸运输，巧妙地解决了臂架截面尺寸与运输之间的矛盾，克服了现有技术中长期存在却始终未能得到解决的技术难题，取得了预料不到的技术效果。

请参考图9，图9为本发明所提供起重机的一种具体实施方式的结构示意图。

除了上述整体式臂架，本发明还提供了一种起重机，包括下车总成40、超起配重50、臂架60以及超起桅杆70，所述臂架60的底节臂与所述下车总成40的转台相铰接，所述臂架60具体采用上文所述的整体式臂架结构，可以实现起升、变幅、回转和带载行走全部动作，最大程度体现其实用性能，其余结构请参阅现有技术，本文不再赘述。

上述起重机具体可以为超大吨位起重机，采用技术成熟稳定的履带或轮胎式行走装置，不仅控制性能和安全性能可以得到有效保证，而且接地比压小，地面环境适应性极强，不会增加额外的设计和使用费用。

以上对本发明所提供的起重机及整体式臂架进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种整体式臂架，包括底节臂、顶节臂以及位于所述底节臂和顶节臂之间的至少一节中间臂，各所述中间臂的横截面尺寸相等，其特征在于，所述中间臂的横截面宽度大于所述中间臂的长度。

2.根据权利要求1所述的整体式臂架，其特征在于，所述中间臂为桁架式结构，包括四根主弦杆以及位于主弦杆之间的腹杆，其横截面宽度大于所述主弦杆的长度。

3.根据权利要求2所述的整体式臂架，其特征在于，所述中间臂的横截面宽度范围为5m-9m。

4.根据权利要求3所述的整体式臂架，其特征在于，所述主弦杆长度的最大值为3.5m。

5.根据权利要求4所述的整体式臂架，其特征在于，所述中间臂的横截面高度的最大值为3.5m。

6.根据权利要求1至5任一项所述的整体式臂架，其特征在于，所述主弦杆在横截面上呈圆形、正方形或矩形。

7.根据权利要求6所述的整体式臂架，其特征在于，所述底节臂与其相邻的中间臂之间、中间臂之间以及顶节臂与其相邻的中间臂之间通过螺栓或销轴连接。

8.根据权利要求7所述的整体式臂架，其特征在于，所述中间臂的数量范围为10-40节。

9.一种起重机，包括下车总成、超起配重、臂架以及超起桅杆，所述臂架的底节臂与所述下车总成的转台相铰接，其特征在于，所述臂架具体为上述权利要求1至8任一项所述的整体式臂架。

10.根据权利要求9所述的起重机，其特征在于，具体为超大吨位履带起重机或轮胎起重机。

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