CN108602654A - 用于起重机的支承结构和具有该结构的起重机 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种用于起重机(1)的支承结构，尤其是用于桅杆或桁架的尤其是起重臂(5)的框架构造的所述支承结构，或者是用于起重机(1)的支撑构造的所述支承结构，其中所述支承结构(2)包括第一支承元件和连接至所述第一支承元件的第二支承元件，其中第二支承元件由纤维复合材料，尤其是CFP或GFP制造。为了提供用于起重机(1)的改进的支承结构,提出如下，第一支承元件经由具有突起(9b)的连接元件(9)来连接至第二支承元件，所述突起突入第二支承元件的纤维复合材料中用于紧固至第二支承元件，使得连接元件(9)与第二支承元件形状配合地连接。本发明还涉及一种具有相应的改进的支承结构的起重机(1)。

Description

用于起重机的支承结构和具有该结构的起重机
技术领域
本申请涉及一种用于起重机的支承结构，所述支承结构尤其是用于桅杆或桁架的尤其是起重臂的栅格构造，或者是用于起重机的支撑构造，其中所述支承结构包括第一支承元件和连接至所述第一支承元件的第二支承元件，其中第二支承元件由纤维复合材料，尤其是碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic,CFRP)或玻璃纤维增强塑料(Glassfiber Reinforced Plastic,GFRP)制得。
本发明还涉及具有对应支承结构的起重机。
背景技术
起重机的支承结构用于吸收和分散载荷力，所述支承结构的力流特别是在运行时通过移动负载而使得起重机被加载。取决于起重机的种类，这样的支承结构可以是桅杆或起重机桁架的栅格构造的部件，尤其是起重臂的栅格构造的部件。在这种情况下，所提到的起重机包括例如塔式起重机，履带式起重机，栅格桅杆履带式起重机，工业起重机，特种起重机(process crane)，码头起重机，尤其是可移动码头起重机，铁路码头起重机，浮式起重机，轮胎码头门式起重机，集装箱装卸桥(所谓的船到岸起重机)或集装箱堆垛机。前述的起重机还可以具有支撑构造(bracing construction)，所述支撑构造具有由刚性的、杆状的尤其是管状的支撑元件形成的支承结构(supporting structure)，以便为此目的的固定或额外地稳定和支撑诸如起重臂的起重机部件，并因此加强相应起重机部件的布置的刚性。
由于所提及的起重机用于移动成吨重的负荷，尤其是高达几百吨的负荷，所述支承结构和其支承元件需要设计成能够承受相应的重负荷。为此，在已知的起重机的情况下，支承结构及其支承元件通常完全由钢材制造。
EP 2 162 634 B1描述了用于将细长元件连接至其它部件的布置。在这个案例中，为了将帆船或扭转轴绑定到由金属构成的另一部件，在由纤维复合材料制成的拉动元件之间形成形状配合(form-fitting)的连接。
DE 78 27 772 U1描述了格子桅杆起重臂的角杆能够附接至由CFRP构成的加固轮廓。
DE 202 19 281 U1描述了起重机的支承元件，所述支承元件具有碳纤维条。
在DE 20 2013 003 309 U1中提及到，作为钢轮廓的替代，起重臂的弦管和腹杆能够由纤维增强材料制造。
DE 102 58 179 A1公布了一种起重臂的桁架梁，其拐角吊杆(corner bar)可以由两片式弦管组成,其中内部碳纤维增强管壳布置在外部钢管内，并在这种情况下所述管壳在整个表面上与所述钢管相连接。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于起重机的改进的支承结构以及一种包括支承结构的改进的起重机。
该目的通过如权利要求1所述的支承结构和根权利要求7所述的起重机来实现。权利要求2至6以及8至9描述了本发明的优选的实施方式。
根据本发明，提供一种用于起重机的支承结构，尤其是用于桅杆或起重机桁架的、尤其为起重臂的栅格构造的支承结构，或用于起重机支撑构造的支承结构，其中所述支承结构包括第一支承元件和连接至所述第一支承元件的第二支承元件，其中所述第二支承元件由尤其是CFRP或GFRP的纤维复合材料制造，所述支承结构通过这样的方式改进，即所述第一支承元件经由连接元件连接至所述第二支承元件，所述连接元件具有用于紧固于第二支承元件的突起，所述突起突进至所述第二支承元件的纤维复合材料中，使得所述连接元件与所述第二支承元件形状配合地连接。
相比于已知的支承结构，这样的支承结构有利地具有更好的机械特性并具有更小的空载重量。在这种情况下，支承结构能够具有一种由对应的第一支承元件构成的外框架结构，并且能够并入由纤维复合材料构成的对应的第二支承元件，并因此以轻量化的设计来整体优化整个支承结构的机械性能。因此，能够利用对应的纤维复合材料的比高强度钢材甚至更高的特定强度和刚度、更好的耐腐蚀性和优异的疲劳性能。形状配合连接以结构上简单的方式特别好地实现了第一和第二支承元件之间的力流。此外,与例如粘合连接的情况不同,在第二支承元件的制造过程中实现的塑料部分的硬化以及形状配合连接的相关联的固定意味着可以实现快速的并且因此具有成本效益的连接。这仅需要一个硬化步骤。此外，由于形状配合连接以及尤其是本案设置的连接元件的突起，能够以有利的方式避免对纤维的损伤并提高在纤维复合材料和与该材料不同的第一支承元件的材料之间建立的混合连接的机械负载能力。
通过第二支承元件为棒状尤其是管状的事实，实现了优越的机械性能。若对应的支承结构是支撑构造的部件，第二支承元件可以也设计成支撑元件。
以一种结构上简单的方式做出以下规定：连接元件是圆柱形的。连接元件的对应圆柱形，尤其是空心圆柱形并因此为管状或袖套状的主体允许连接元件和第二支承元件之间的连接，这种连接比较简单且具有特别高的负载能力。
在结构上，通过将突起布置在连接元件的外圆周表面上并且将突起在第二支承元件的内表面上特别是在其端部处突入纤维复合材料，在这种情况下外圆周表面尤其是抵靠在内表面上，能够容易地进一步对混合连接作出改进。
以有利的方式规定，第一支承元件由金属材料尤其是钢材制造。由此，可以实现支承结构的优化的机械性能。
以结构简单的方式规定，第二支承元件通过附接元件紧固至第一支承元件，所述附接元件布置在连接元件和第一支承元件之间并焊接至第一支承元件。这允许了第一和第二支承元件的尤其稳定的连接并允许了在其间的相应良好的力传递。
为了提供包括支承结构的改进的起重机，规定该支承结构以上述任一支承结构的方式设计。涉及支承结构的上述优点对包括这种支承结构的起重机具有相同的效果，因此引起特别地是起重机的重量减轻并改善了其机械性能。
以有利的方式规定，第二支承元件是桅杆或起重机桁架的尤其是起重臂的栅格构造的斜压杆，或是起重机的支撑构造的支撑元件。
以结构简单的方式规定，第一支承元件是桅杆或起重机桁架的尤其是起重臂的上弦或下弦的部件
附图说明
参考以下描述，更加详细地说明本发明的一种有利的实施方式。在图中：
图1示出了一种起重机的示意图；
图2示出了图1的起重机的起重臂的部分的视图；以及
图3示出了斜压杆与下弦管的连接的截面示意图。
具体实施方式
图1示出了起重机1的视图，所述起重机设计成所谓的可移动码头起重机，其用于在水陆之间以及在集装箱集散站中搬运标准化集装箱，尤其是搬运ISO集装箱。起重机1可以装配有夹具以用来搬运散装物料。
起重机1基本上具有下托架2以及带有塔4和起重臂5的上托架3。起重机1通常由其下托架2和其轮胎式行走装置单元2a支承在地面上。起重机1通过轮胎式行走装置单元2a自由地移动。起重机1也可以固定成可在轨道上移动或固定成静止在浮动的浮船上。上托架3以能够围绕竖直旋转轴线旋转的方式安装在下托架2上。上托架3也支承升降机构。此外，塔4也被支承在上托架3上，塔4在竖直方向上延伸，且起重臂5铰接于塔4。起重臂5连接至塔4以能够围绕水平俯仰轴进行枢转，并额外地能够通过俯仰装置从其横向突出的运行位置枢转至竖立的非运行位置，所述俯仰机构铰接至起重臂5并铰接至上托架3，所述俯仰机构通常设计成液压缸的形式。滑轮可旋转地安装在起重臂5的远离塔4一端，从布置在上托架3的升降机构开始，通过所述滑轮，起重索沿起重臂5的纵向方向LR而被引导至待提升的负载L。
图2示出了图1的起重机1的起重臂5的部分的视图。起重臂5具有栅格状结构。这个情况下，起重臂5的栅格构造包括具有刚性杆状、优选为管状的细长支承元件的支承结构。栅格结构基本上由上弦6，下弦7和多个斜压杆8形成，在横向于起重臂5的纵向方向LR的方向上观察，多个所述斜压杆布置成X型。上弦6和下弦7彼此间隔地均在起重臂5的纵向方向LR上延伸，并优选地、至少部分地彼此平行。上弦6由两个互相隔开的上弦管6a形成，所述上弦管由金属材料，尤其是钢材制造。在这种情况下，细长的、棒状上弦管6a具有圆形的、尤其是圆周形的横截面。下弦7由一个下弦管7a形成，或者以与上弦6相同的方式由两个对应的下弦管形成。在只有一个下弦管7a的情况下，形成了起重臂5的在纵向方向LR上观察的三角形横截面结构。在两个下弦管7a的情况下，对应地形成了四边形横截面结构。上弦6和下弦7或彼此相对的上弦管6a和下弦管7a通过在其间斜向延伸的斜压杆8而彼此连接。尤其是，斜压杆8均以其第一端8a紧固到上弦6的上弦管6a，并以其第二端8b紧固到相关的下弦7的下弦管7a或紧固到相对的上弦管6a。斜压杆8和不同设计的上弦6和下弦7的其它布置对于形成起重臂5的栅格构造也是可行的。
斜压杆8均如上弦管6a和下弦管7a那样，是刚性且棒状的，尤其是管状的并优选地具有圆形尤其是圆环形的横截面。不同于栅格构造的上述部件，斜压杆8由纤维复合材料制造，尤其是由纤维复合塑料(fibre composite plastic,简称为FCP)制造，优选由CFRP或GFRP制造。这些纤维复合材料也被定义为碳纤维增强塑料(carbon fibre-reinforcedplastic,简称为CFRP),通俗地称为碳或玻璃纤维增强塑料(glass fibre-reinforcedplastic，简称为GFRP)。这在每种情况下涉及其中将碳纤维或玻璃纤维嵌入塑料基体中的复合材料。基体材料用于连接纤维并填充中间空间。多种塑料可以用作基体材料。
斜压杆8以已知方法制造，其中相应的碳纤维或玻璃纤维特别是以缠绕或编织的方式最初布置成在模芯周围，随后均在最初为液体的或塑化的塑料中被饱和并通过随后硬化步骤固定在由所述塑料形成的基体中。
每个上弦管6a和每个下弦管7a用作为起重臂5的栅格构造的支承结构的第一支承元件。每个斜压杆8用作为支承结构的连接至第一支承元件的第二支承元件。每个第一支承元件由金属材料，尤其是由钢材制造，而每个第二支承元件由纤维复合材料，尤其是CFRP或GFRP制造。支承构造因此包括在至少一个第一支承元件和连接至所述第一支承元件的第二支承元件之间的混合连接，所述第二支承元件由与第一支承元件的材料不同的材料以相应的纤维复合材料的形式组成。第二支承元件主要承受拉伸或压缩载荷。
图3示出了斜压杆8到下弦管7a的连接的截面示意图。附图示出了在起重臂5的纵向方向LR上以及因此在下弦7或其下弦管7a的纵向方向LR上的观察方向。为了在作为第一支承元件的上弦管7a和作为第二支承元件的斜压杆8的第二端8b之间建立混合连接，需要连接元件9。
连接元件9形状配合地连接至由斜压杆8形成的第二支承元件，使得混合连接具有至少一个形状配合连接。为此，连接元件9具有圆柱形，尤其是空心圆柱形并因此为管状或袖套状的主体，所述主体具有圆形尤其是圆环形横截面。连接元件9至少在其主体的外圆周表面9a的部分区域中设置有多个针状突起9b，所述突起优选地彼此均匀间隔并指向远离圆周表面9a的方向上径向延伸。在这个情况下，如在圆周表面9a的圆周方向上所见，设置有至少一排环形的相互间隔开的突起9b。然而，如在连接元件9的纵向延伸方向上看到的那样，多排突起9b优选地从圆周表面9a处在连接元件9的径向方向上延伸。为了将连接元件9紧固至斜压杆8，突起9b在斜压杆8的端部8b突出并在斜压杆8的端部8b内突入斜压杆8的纤维复合材料，但不穿过斜压杆8的壁8c。斜压杆8的外表面因此没有突起9b并因此仅由纤维复合材料、特别是其塑料部分形成。圆周表面9a的布置在斜压杆8内的区域优选地抵靠在斜压杆8的内表面8d上。据此，斜压杆8的壁8c的壁厚d比突起9b在径向方向上的长度尺寸要大。由此，连接元件9至少部分地安装在斜压杆8内并因此被其包围或被其纤维复合材料包围，特别是在这种情况下其纤维不会被损坏，因为它们布置在突起9b周围。
所述形状配合布置通过如下方式实现：在制造第二支承元件(即斜压杆8)期间，连接元件9特别是其突起9a在它们的中间空间中被纤维复合材料包围，并且在这种情况下被纤维复合材料的纤维缠绕或编织围绕并且额外地被基体材料包围。第二支承元件和连接元件9之间的形状配合连接通过用作为基体材料的斜压杆8的纤维复合材料的塑料部分的固化来固定。这使得能够在第二支承元件和连接元件9之间以可靠和稳定的方式施加和传递力。
连接元件9以与第一支承件相同的方式由金属材料，尤其是钢材制造。由此，连接元件9能够以简单的方式，尤其是通过焊接来在其远离斜压杆8的一端附接至由下弦管7a形成的第一支承元件。
为了在连接元件9和由下弦管7a形成的第一支承元件之间有效地施加和传递力，可以在连接元件9和第一支承元件之间设置附接元件10。附接元件10具有与第一支承元件的表面互补的凹部10a，以便以平面的方式抵靠在第一支承元件的表面并能够焊接于第一支承元件的表面。对于所示出的呈下弦管7a形式的管状第一支承元件，所述凹部相应地形成为圆环的一段的形状。混合连接因此在第一和第二支承元件之间具有形状配合连接和整体结合连接。
或者，附接元件10可以通过诸如延伸穿过第一支承元件的螺钉连接形状配合地紧固至第一支承元件，并且因此混合连接在第一和第二支承元件之间具有两个形状配合连接。
附接元件10还可以由连接元件9本身形成或可以作为额外部件来焊接至连接元件9。
以同样的方式，每个斜压杆8的第一端8a附接在相关的上弦管6a或可选的第二下弦管7a。在两个上弦管6a之间延伸的斜压杆8的连接以同样的方式形成。
在此提出的发明不仅限于移动码头起重机，而是还包括在背景介绍部分提及的起重机类型的类似构造的支承结构,所述支承结构是起重机桁架的部件，尤其是其起重臂的部件。在这种情况下，对应的支承结构也可以是桅杆的栅格构造的部件，所述桅杆具有栅格状结构并也被定义为栅格桅杆。
在介绍中提到的意义上，相应的支承结构也被用作支撑构造的部件。在这种情况下还提供了由金属材料，尤其是由钢材组成的第一支承元件，所述第一支承元件连接至第二支承元件，所述第二支承元件由纤维复合材料制造并用作为支撑元件。这些第二支承元件同样是细长的，特别是杆状的，优选管状的。在这种情况下，可以按照与上述类似的方式来配置所需的混合连接。
附图标记列表
1起重机
2下托架
2a轮胎式行走装置单元
3上托架
4塔
5起重臂
6上弦
6a上弦管
7下弦
7a上弦管
8斜压杆
8a第一端
8b第二端
8c壁
8d内表面
9连接元件
9a圆周表面
9b突起
10附接元件
10a凹部
d壁厚度
L负载
LR纵向方向

Claims (9)

1.一种用于起重机(1)的支承结构，尤其是用于桅杆或起重机桁架的、尤其为起重臂(5)的栅格构造的支承结构，或用于起重机(1)的支撑构造的支承结构，其中所述支承结构(2)包括第一支承元件和连接至所述第一支承元件的第二支承元件，其中所述第二支承元件由尤其是碳纤维增强复合材料或玻璃纤维增强塑料的纤维复合材料制造，其特征在于，所述第一支承元件经由连接元件(9)连接至所述第二支承元件，所述连接元件具有突起(9b)，所述突起突入所述第二支承元件的纤维复合材料中以用于紧固于所述第二支承元件，使得所述连接元件(9)与所述第二支承元件形状配合地连接。
2.根据权利要求1所述的支承结构，其特征在于，所述第二支承元件为棒状，尤其为管状。
3.根据权利要求1或2任一项所述的支承结构，其特征在于，所述连接元件(9)为圆柱形。
4.根据权利要求1至3任一项所述的支承结构，其特征在于，所述突起(9b)布置在所述连接元件(9)的外圆周表面(9a)上，并且在所述第二支承元件的内表面(8d)上，特别是在其端部处(8a,8b)突入纤维复合材料，在这种情况下所述外圆周表面(9a)尤其是抵靠在内表面(8d)上。
5.根据权利要求1至4所述的支承结构，所述第一支承元件由金属材料尤其是钢材料制造。
6.根据权利要求1至5所述的支承结构，所述第二支承元件通过附接元件(10)紧固至所述第一支承元件，所述附接元件(10)布置在所述连接元件(9)和所述第一支承元件之间并焊接至所述第一支承元件。
7.一种包括支承结构的起重机(1)，其特征在于，所述支承结构根据权利要求1至6任一项设计。
8.根据权利要求7所述的起重机(1)，其特征在于，所述第二支承元件是桅杆或起重机桁架的、尤其是起重臂(5)的栅格构造的斜压杆(8)，或是所述起重机(1)的支撑构造的支撑元件。
9.根据权利要求8所述的起重机(1)，其特征在于，所述第一支承元件是所述桅杆或起重机桁架的尤其是所述起重臂(5)的上弦(6)或下弦(7)的部件。
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