CN103318783A - 桁架式伸缩臂及包含该桁架式伸缩臂的起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桁架式伸缩臂及包含该桁架式伸缩臂的起重机。本发明的桁架式伸缩臂通过铰接方式安装于起重机的塔身或主臂的顶部，包括至少两节依次套装在一起而能够利用自重实现相对伸缩运动的臂节，每个臂节包括弦杆和腹杆，每相邻两个臂节间设有用于锁定和解锁相邻两个臂节的锁定装置。由于采用依靠自重伸缩的原理，臂节之间依靠结构简单的锁定装置实现锁定和解锁，使得本发明无需动力驱动装置等即可实现伸缩。而且，臂节之间的相互配合的滑块和滑道也有助于彻底摆脱动力驱动装置。另外，上述结构与桁架式结构相结合，提高了力学性能，进一步降低的自重，简化了结构，降低了加工成本。

Description

桁架式伸缩臂及包含该桁架式伸缩臂的起重机

技术领域

本发明涉及一种起重机臂架，具体是一种桁架式臂架，更进一步说是一种利用自身重力实现伸缩的桁架式伸缩臂；本发明还涉及一种包含上述桁架式伸缩臂的工程机械。

背景技术

由于桁架结构自重轻、迎风面积小、承载能力大等特点，故桁架结构的臂架在工程机械上得到了广泛的应用。对于风电、冶金、化工等行业，由于施工作业面小、起吊荷载大等特点，伸缩式臂架优势较为突出，表现最为明显的当属汽车吊等箱形伸缩臂。但由于其伸缩机构较为复杂，自重大，承载力相对有限，具有一定的局限性。亦有专利公开的桁架式伸缩臂，但纵观其结构，都无一例外地具有动力式伸缩机构（具有例如马达、绞车、液压缸、钢丝绳等动力驱动装置），只是将传统的箱式改为桁架式，动力式伸缩机构仍然采用油缸+钢丝绳，或绞车+钢丝绳方式，结构庞大复杂。

公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术的桁架式伸缩臂因具有动力式伸缩机构而导致结构庞大复杂、承载能力差的缺点。

为解决上述技术问题，本发明的桁架式伸缩臂利用臂节的自重实现臂架伸缩，并通过在相邻臂节间设置锁定装置（例如，插拔销机构）来锁定或解锁臂节，从而完全摒弃了动力式伸缩机构。本发明还可在相邻两个臂节间设置相互配合的滑块和滑道，以保证在没有动力式伸缩机构的情况下也能顺畅精准地滑动。

具体地说，本发明提供一种桁架式伸缩臂，其特征在于：其通过铰接方式安装于起重机的可伸缩的塔身或可变幅的主臂的顶部，包括至少两节依次内外套装在一起而能够利用自重实现相对伸缩运动的臂节，每个臂节包括弦杆和腹杆，每相邻两个臂节间设有用于锁定和解锁相邻两个臂节的锁定装置，所述锁定装置包括插拔销机构，所述插拔销机构包括：

两个臂架销轴，所述两个臂架销轴同轴线设置；

两组臂架销轴插入孔，分别与所述两个臂架销轴对准，且设置在外部臂节中两个相对的腹杆平面上，并设置在相邻的内部臂节中对应的两个相对的腹杆平面上的对应位置处；以及

插拔油缸，所述插拔油缸的缸体和活塞杆分别与所述两个臂架销轴相连接，从而控制所述两个臂架销轴在所述两组臂架销轴插入孔中同步地插入和拔出。

在上述桁架式伸缩臂中，优选地，所述外部臂节和相邻的内部臂节中各自的两个相对的腹杆平面与变幅平面平行。

在上述桁架式伸缩臂中，优选地，所述外部臂节和相邻的内部臂节中各自的两个相对的腹杆平面以变幅平面为对称面进行设置。

在上述桁架式伸缩臂中，优选地，所述插拔销机构还包括两个压缩弹簧，在插拔油缸释放压力的情况下，所述两个压缩弹簧推动所述臂架销轴执行所述插入动作；而在所述插拔油缸的压力驱动下，所述两个臂架销轴执行所述拔出动作。

或者，所述臂架销轴在臂架销轴插入孔中的插入动作和拔出动作都由所述插拔油缸的压力来驱动。

优选地，所述插拔销机构还包括设置在相邻两个臂节间以限定相邻两个臂节伸缩运动的极限位置的限位块。

在上述桁架式伸缩臂中，优选地，在每相邻两个臂节间设有相互配合的滑块和滑道。进一步优选地，所述滑块和所述滑道分别设置在外臂节的内侧和内臂节的外侧；或者所述滑道和所述滑块分别设置在外臂节的内侧和内臂节的外侧。

在上述桁架式伸缩臂中，优选地，不同臂节的弦杆具有不同的横截面，所述横截面包括圆管横截面、方管横截面和矩形管横截面。

本发明还提供一种起重机，其包括上述的桁架式伸缩臂。

通过上述技术方案，本发明可实现如下有益效果：

由于采用依靠自重伸缩的原理，臂节之间依靠结构简单的锁定装置实现锁定和解锁，使得本发明无需动力驱动装置等即可实现伸缩。而且，臂节之间的相互配合的滑块和滑道也有助于彻底摆脱动力驱动装置。

另外，上述结构与桁架式结构相结合，提高了力学性能，进一步降低了自重，简化了结构，降低了加工成本。

此外，通过采用腹杆平面设置插拔销机构的锁定装置，相对于传统的在四个弦杆上设置多个插拔销机构，其受力清晰，插拔效率高。此外，弦杆采用圆管或方管或矩形管等型钢，采购成本低，实用性强。

附图说明

图1是本发明所述的一种桁架式伸缩臂的横截面方向视图（仅显示弦杆和腹杆）；

图2是本发明所述的另一种桁架式伸缩臂的横截面方向视图（仅显示弦杆和腹杆）；

图3是本发明所述的另一种桁架式伸缩臂的横截面方向视图（仅显示弦杆和腹杆）；

图4是本发明所述的另一种桁架式伸缩臂的横截面方向视图（仅显示弦杆和腹杆）；

图5的视图显示了带有本发明的插拔销机构的桁架式伸缩臂的横截面方向视图；

图6是本发明所述的桁架式伸缩臂在起重机上的全缩回状态图；

图7是本发明所述的桁架式伸缩臂在起重机上的全展开状态图；

图8是本发明所述的含有桁架式伸缩臂的起重机工作状态图；

图9是本发明所述插拔销机构的另一个具体实例的视图；

图10是本发明所述插拔销机构的又一个具体实例的视图，其中不含有弹簧结构。

图中序号：10、首臂节；11、首臂节弦杆；12、首臂节腹杆；10、第二臂节；21、第二臂节弦杆；22、第二臂节腹杆；30、末臂节；31、末臂节弦杆；32、末臂节腹杆；40、插拔销机构；41、臂架销轴；42受压弹簧；43、连接连接销轴；44、插拔油缸；50、塔身；60、支承面；70、变幅机构。

应当了解，本申请中的附图并不一定是按比例绘制的，其示出了某种程度上经过简化了的本发明的基本原理的各个特征。在此所公开的本发明的具体的设计特征，包括例如具体的尺寸、定向、定位和外形，将部分地由特定目的的应用和使用环境所确定。

在这些附图中，在贯穿附图的多幅图形中，附图标记指代本发明的相同或等效的部分。

具体实施方式

现在将具体参考本发明的各个实施例，在附图中和以下的描述中示出了这些实施例的实例。虽然本发明与示例性实施例相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效形式以及其它实施例。

如图1、2、3以及图4所示，本发明所述的桁架式伸缩臂有若干依次套装在一起的桁架式臂节构成，其中桁架式臂节主要由截面为圆形的圆管、截面为正方形的方管、截面为长方形的矩形管的弦杆以及腹杆构成。

显然，圆管是最为常见的管件，采用圆管的弦杆有助于材料的采购，进而降低成本（参见图1）。采用方管的弦杆，可以获得更大的抗弯强度，有助于臂架承载时的稳定性（参见图2）。矩形管的弦杆在不同方向上具有不同的抗弯强度，通过在不同臂节恰当排列矩形管的方向，能够以相对较小的横截面的弦杆获得较大的抗弯强度，因而获得较大的承载能力（参见图3）。

此外，不同臂节的弦杆具有不同的横截面。例如首臂节和末臂节的弦杆采用圆管，而中间臂节的弦杆采用方管（参见图4）。当然，不同臂节的弦杆之间也可以采用这些横截面的其它组合方式。这样的组合有许多优点，例如，有助于兼顾降低成本和获得较大的承载能力，或者有助于在某种截面的管件备料不充分时保证生产。

本发明的桁架式伸缩臂的各个臂节之间在展开或缩回状态下都能获得定位，这是通过设置在相邻臂节之间的锁定装置来实现的。正是由于锁定装置（插拔销机构）的存在，使得本发明不依赖于传统的动力式伸缩机构（具有例如马达、绞车、液压缸、钢丝绳等动力驱动装置）的动力也能获得臂节之间的锁定和解锁。

本发明的锁定装置可以采用各种结构，只要能实现相邻臂节之间的锁定和解锁即可。本发明中采用了设置在腹杆上的插拔销机构40作为锁定装置，如图5、图9、图10所示。

当所述锁定装置如图9所示包含有两个弹簧时，则当插拔油缸释放压力时，依靠弹簧力将臂架销轴插入相对应的孔中，当插拔油缸在液压系统的作用下回缩时，将臂架销轴拔出相对应孔，同时压缩弹簧，使弹簧储能。

当所述锁定装置如图10所示不包含弹簧时，则臂架销轴的“插”和“拔”分别通过油缸的“伸”和“缩”来实现。

如图6、7所示，本发明所述的桁架式伸缩臂，主要以铰接的方式设置在起重机的塔身或主臂的上端部，共同构成一种起重吊载设备。图8示出了通过起重机的变幅机构整体扳起桁架式伸缩臂进行变幅的情况。

尽管本申请的附图中是以三节臂节的桁架式伸缩臂为例进行描述的，然而如本领域技术人员公知的那样，桁架式伸缩臂显然可以不限于三节的情况。为更好地进行说明本发明的结构，以下仍以三节相互套装的桁架式伸缩臂为例，且将所述三节桁架式伸缩臂铰接在能伸缩的塔身上端构成一种起重机。该实施例只是本发明所述桁架式伸缩臂的一种优选实施，并不对本发明构成限制。

如图1、2、3以及图4所示，首臂节弦杆11与首臂节腹杆12通过合理布局构成首臂节10；第二臂节20亦是由第二臂节弦杆21和第二臂节腹杆22构成的桁架式臂节；同理，末臂节30由末臂节弦杆31和末臂节腹杆32构成。上述三个臂节相互套装在一起。

在每相邻的两个臂节间（首臂节与第二臂节、第二臂节与末臂节）设有上述的插拔销机构，以实现相邻臂节之间的锁定和解锁，如图5、图9、图10所示。

其中所述插拔销机构40包括臂架销轴41、设置在相邻的外部臂节和内部臂节的腹杆平面上的对应位置处的臂架销轴插入孔以及插拔油缸，所述插拔油缸能够驱动臂架销轴在臂架销轴插入孔中的插入和拔出来实现相邻臂节之间的锁定和解锁。换言之，通过将臂架销轴41插入臂架销轴插入孔而将相邻的臂节锁定；通过将臂架销轴41从臂架销轴插入孔拔出即可实现相邻臂节之间的解锁。

图5所示的两个插拔销机构设置在与变幅平面平行的两个腹杆平面上，这样的设置有助于保证臂节之间锁定的稳定性。当然这种结构仅仅是作为示例，并不排除将两个插拔销机构设置在与变幅平面垂直的两个腹杆平面上的可能性。

所谓变幅平面，是指臂架中心线在围绕塔身或主臂的上端部的铰接点转动时扫琼过的轨迹所在的平面。所谓腹杆平面，是指两个弦杆之间布置的腹杆的轴线所构成的平面，换句话说：之间布置腹杆的两个平行布置的弦杆的轴线所确定的平面。

图5所示的所述插拔销机构还是以变幅平面为对称面左右共轴线对称设置的，这种对称结构保证了两边腹杆处的受力均匀，便于插拔销的同步性操作，进一步保证了锁定臂节之间锁定和解锁的稳定性。当然这种结构仅仅是作为示例，非对称设置的插拔销机构也是可能的。

如图9所示，该插拔销机构设置成用以锁定和解锁外臂节腹杆12和相邻内臂节腹杆22。该插拔销机构包括两个臂架销轴41、两个连接销轴43、插拔油缸44，以及设置在相邻的外部臂节（图中所示为首臂节腹杆12）和内部臂节（图中所示为第二臂节腹杆22）的各自的相对方向的腹杆平面上的两组臂架销轴插入孔。所述两组臂架销轴插入孔设置在与变幅平面平行、以变幅平面为对称面的两个腹杆平面上，并且左右共轴线对称设置，其中两个臂架销轴41的前端能够在所述两个腹杆平面上的臂架销轴插入孔中的同步地插入和同步地拔出。插拔油缸的两端（即油缸缸体的末端和油缸活塞的末端）分别通过相应的连接销轴43连接着相应的臂架销轴41的后端。

在上述实例中，采用接销轴43仅仅是作为一种举例，任何能够实现这种连接的结构都是可行的，例如螺钉连接。

作为选择，所述插拔油缸44可以为单作用油缸，也可以为双作用油缸。

所谓单作用油缸，是指液压只能驱动其活塞在一个方向上移动，而在另一个方向上移动要靠外力来驱动。在图9所示是实施例中，液压只能驱动活塞在使整个插拔油缸在缩短的方向上运动，而整个油缸的伸长靠压缩弹簧来驱动。在此情况下，该插拔销机构还包括两个压缩弹簧42。

所谓双作用油缸，是指整个油缸的缩短或伸长都由液压来驱动，无需外力的驱动，因此此时就无需压缩弹簧42。当然，也不排除在某一方向上的移动还同时受到外力（诸如弹簧力）的作用。

当液压驱动油缸的“缩回”时，两个臂架销轴41被同时从外臂节腹杆12和相邻内臂节腹杆22上的臂架销轴插入孔中“拔出”，从而允许外臂节和内臂节之间的伸缩。

当外臂节和内臂节伸缩到位时，外臂节腹杆12和相邻内臂节腹杆22上的臂架销轴插入孔相互对齐。对于上述单作用油缸而言，此时液压被释放而油缸处于自由状态，压缩弹簧42的弹力迫使臂架销轴41插入到所述臂架销轴插入孔内。而对于上述双作用油缸而言，通过液压在反方向上的驱动活塞，使得油缸整体伸长，从而将臂架销轴41同时插入到所述臂架销轴插入孔内。

通过上述图9中所示结构的插拔销机构，使得仅使用一个油缸即可实现插拔销动作，并保证了插拔销动作的同步性。减少了油缸的数量，简化控制系统，从而节省成本。

为了保证插拔销机构40能够准确插拔，插拔销机构40还可以包括在相邻两个臂节间设置的限位块，以限定相邻两个臂节伸缩运动的极限位置，由此限定插入销子的准确位置。

为了保证臂节间相互滑动的顺畅性，可在每相邻的两个臂节间合适的位置设置滑块和滑道（图中未显示），设置方式为：对称地设置在外臂节的末端内侧、内臂节的首端外侧。由此产生了两种不同的结构：滑块和滑道分别设置在外臂节的末端内侧和内臂节的首端外侧；或者滑道和滑块分别设置在外臂节的末端内侧和内臂节的首端外侧。该滑块在减少相互滑动的摩擦力的同时也起到导向作用。

以下结合上述结构并参考附图说明本发明的桁架式伸缩臂的工作过程。

图6-8中示出了桁架式伸缩臂以铰接的方式设置在起重机的塔身50的上端而构成起重吊载设备。

图6是本发明所述的桁架式伸缩臂在起重机上的全缩回状态图，其显示了桁架式伸缩臂的初始为全缩状态，其中末臂节30着地。随着塔身50的伸长，其首段臂节10被向上提升，其余各臂节利用其自身重力相对支撑面60（地面或支架等）保持静止，使臂节间产生相互运动。当首臂节10被提升到一定位置时，首臂节10与第二臂节20之间的限位块约束其之间的相对滑动，插拔销机构将该两个臂节连接锁死，使其成为一体，进而带动第二臂节继续向上运动。依次类推，直至所有臂节全部锁死为一个整体，构成一个桁架式臂架。此时臂架的“伸长”动作完成（参见图7）。通过起重机的变幅机构70，整体扳起臂架并进行吊载（图8）。

当本发明的桁架式伸缩臂随着塔身50的回缩向下移动到末臂节30接触支撑面60（地面或支架）时（参见图7），其中任意一组相邻臂节之间的插拔销机构40被解除。此时，当塔身50继续回缩，由于末臂节30在支撑面60的作用下相对支撑面静止，所以被解除插拔销机构的两个臂节间产生相对滑动，即缩回运动。当相对滑动的两个臂架回缩到极限位置（由限位块决定）后，解除第二个插拔销机构。依次类推，直至所有臂节嵌套在一起，固定锁死，实现桁架式伸缩臂的“缩回”动作（图6）。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种桁架式伸缩臂，其特征在于：其通过铰接方式安装于起重机的可伸缩的塔身或可变幅的主臂的顶部，包括至少两节依次内外套装在一起而能够利用自重实现相对伸缩运动的臂节，每个臂节包括弦杆和腹杆，每相邻两个臂节间设有用于锁定和解锁相邻两个臂节的锁定装置，所述锁定装置包括插拔销机构，所述插拔销机构包括：

两个臂架销轴，所述两个臂架销轴同轴线设置；

两组臂架销轴插入孔，分别与所述两个臂架销轴对准，且设置在外部臂节中两个相对的腹杆平面上，并设置在相邻的内部臂节中对应的两个相对的腹杆平面上的对应位置处；以及

插拔油缸，所述插拔油缸的缸体和活塞杆分别与所述两个臂架销轴相连接，从而控制所述两个臂架销轴在所述两组臂架销轴插入孔中同步地插入和拔出。

2.根据权利要求1所述的桁架式伸缩臂，其特征在于：所述外部臂节和相邻的内部臂节中各自的两个相对的腹杆平面与变幅平面平行。

3.根据权利要求2所述的桁架式伸缩臂，其特征在于：所述外部臂节和相邻的内部臂节中各自的两个相对的腹杆平面以变幅平面为对称面进行设置。

4.根据权利要求1所述的桁架式伸缩臂，其特征在于：所述插拔销机构还包括两个压缩弹簧，在插拔油缸释放压力的情况下，所述两个压缩弹簧推动所述臂架销轴执行所述插入动作；而在所述插拔油缸的压力驱动下，所述两个臂架销轴执行所述拔出动作。

5.根据权利要求1所述的桁架式伸缩臂，其特征在于：所述臂架销轴在臂架销轴插入孔中的插入动作和拔出动作都由所述插拔油缸的压力来驱动。

6.根据权利要求1所述的桁架式伸缩臂，其特征在于：所述插拔销机构还包括设置在相邻两个臂节间以限定相邻两个臂节伸缩运动的极限位置的限位块。

7.根据权利要求1所述的桁架式伸缩臂，其特征在于：在每相邻两个臂节间设有相互配合的滑块和滑道。

8.根据权利要求7所述的桁架式伸缩臂，其特征在于：所述滑块和所述滑道分别设置在外臂节的内侧和内臂节的外侧，或者所述滑道和所述滑块分别设置在外臂节的内侧和内臂节的外侧。

9.根据权利要求1所述的桁架式伸缩臂，其特征在于：不同臂节的弦杆具有不同的横截面，所述横截面包括圆管横截面、方管横截面和矩形管横截面。

10.一种起重机，其特征在于：该起重机包括权利要求1-9中任意一项所述的桁架式伸缩臂。

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