CN115072593A - 尤其适用于海上应用的起重机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别是用于海上应用的起重机。该起重机包括用于组装在基座(5)与承载框架(6)之间的轴承装置(7)。该轴承装置(7)分布在所述支承结构(3)的高度上并且包括上轴承装置(71)，该上轴承装置包括径向接触滚动轴承(71)，该径向接触滚动轴承(71)包括滚动元件(711)和与旋转轴线(6')同轴的光滑的圆柱形滚道(712)。径向接触滚动轴承(71)允许所述滚动元件(711)在所述圆柱形滚道(712)的高度上的纵向平移自由度。

Description

尤其适用于海上应用的起重机
技术领域
本发明涉及特别是用于海上应用的有利地用于提升超过20吨的负载的起重机的技术领域。
背景技术
在海上应用中，大多数重型起重机通过旋转接头/连接与船舶组装在一起。该旋转组件允许起重机相对于船舶旋转。这被称为“回转运动”。
这种旋转自由度允许起重机覆盖甲板的大面积并向外移动吊钩。
然后，重型起重机使用船舶作为配重，从而通过旋转接头转移非常大的负载。
随着在海上处理的负载变得越来越重要(在重量和高度两方面)，通过旋转接头传递的负载也增大。
在这样的旋转接头中，传递三种类型的负载。
起重机重量和负载重量在旋转接头上引入轴向载荷。负载相对于起重机中心的距离产生弯矩。起重机的重心与旋转轴线之间的距离也对该弯矩有影响。
由横摆、纵倾和风产生的横向载荷在旋转接头上产生径向载荷。
于是，重型起重机使用不同的技术来允许旋转运动，同时抵抗这些不同的载荷。
首先，传统的解决方案使用转向架(安装在起重机四个角上的轴)将载荷转移到船侧的圆形轨道上。
第二种解决方案基于回转滚动轴承，它已经变得足够大，也可以用作重载部段的一部分。然而，这是非常昂贵的解决方案，因为它需要在非常大的零件和非常大的表面上实现极高的加工精度。
第三种解决方案由桅杆式起重机组成，其中载荷分布在两个轴承上：第一轴承位于吊臂连接点处，第二轴承位于起重缆绳连接点处。
该技术的优点是通过摇摆减小了载荷，这使其更具成本效益且没有那么繁琐(平台)。
然而，吊臂长度与桅杆高度之间存在一定关系，这导致长臂起重机的桅杆非常高。桅杆的水面上方高度使得无法通过博斯普鲁斯海峡等主要海上航道上的桥梁。
发明内容
为了弥补现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种特别是用于海上应用的新型起重机结构，其有利地用于提升超过20吨的负载。
根据本发明的起重机包括：
-起重臂，和
-旨在承载所述起重臂的支承结构。
所述支承结构包括：
-形成定子的基座，和
-形成转子的承载框架，其承载所述起重臂并收纳在所述基座内，
-用于组装在所述基座与所述承载框架之间的轴承装置，其限定所述承载框架相对于所述基座的旋转轴线，有利地限定竖直旋转轴线，
-旋转操作装置，其适于控制所述承载架围绕所述旋转轴线的旋转。
而且，根据本发明，所述轴承装置分布在所述支承结构的高度上并且包括：
-上轴承装置，其位于起重臂侧并且有利地位于所述基座的上端部处，和
-下轴承装置，其位于上轴承装置下方并且有利地位于承载框架的下端部处。
上轴承装置包括径向接触滚动轴承，该径向接触滚动轴承包括：
-滚动元件，和
-与旋转轴线同轴的光滑的圆柱形滚道，
所述径向接触滚动轴承允许所述滚动元件具有沿着所述圆柱形滚道的高度的纵向平移自由度。
根据本发明的技术方案令人惊讶且出乎意料地提供了对旋转运动的有效引导，同时抵抗不同的载荷。
特别地，上轴承装置允许承载框架在不同载荷的作用下发生一定变形，同时保持最佳的旋转引导。此外，根据本发明的该解决方案有助于提供最佳紧凑性，对于相同的容量，与回转环相比具有较小的直径。
单独或根据所有技术上可能的组合获得的根据本发明的产品的其它非限制性和有利特征如下：
-所述径向接触滚动轴承包括选自成至少一排分布的圆柱形滚子或呈导轮架或转向架形式的一系列轮子的滚动元件；圆柱形滚子有利地彼此连接以形成至少一个圆柱形滚子链；上轴承装置有利地包括多个轴承模块，每个轴承模块都包括至少一个圆柱形滚子链，并且在每个轴承模块内，圆柱形滚子链形成再循环的圆柱形滚子链，该再循环的圆柱形滚子链具有与圆柱形滚道配合的主动链，和返回链，所述轴承模块分布在旋转轴线的周围；
-滚动元件由承载框架承载，并且所述圆柱形滚道由基座承载并朝向旋转轴线；
-下轴承装置包括有利地位于上方的径向接触滚动轴承和有利地位于下方的止推轴承；有利地，下轴承装置具有球形中心点，以便获得单个铰接点；径向接触滚动轴承有利地由球面轴承组成，所述球面轴承有利地选自球面滚子轴承或球面摩擦轴承，止推轴承由凹面圆锥滚子轴承组成，所述球面轴承和所述凹面圆锥滚子轴承具有共同中心点，旋转轴线经过该共同中心点；
-旋转操作装置嵌入下轴承装置处；
-所述起重机是陆地起重机或海上起重机。
本发明还涉及一种配备有根据本发明的起重机的用于海上应用的船艇，例如风电运维船(SOV)。
该船艇有利地由船组成，其中基座被紧固到所述船艇的甲板，并突伸到所述甲板之上。上轴承装置位于所述甲板上方，下轴承装置位于所述甲板上方、之上或下方。
当然，本发明的不同特征、替代方案和实施例可以根据各种组合彼此关联，只要它们彼此不会不兼容或排他。
附图说明
此外，本发明的各种其它特征从附后参考图示本发明的非限制性实施例的附图做出的描述中显现，并且在附图中：
图1是图示了配备有本发明的起重机的船舶的示意性透视图。
图2是与船舶分开的根据本发明的起重机的示意性透视图；
图3是根据本发明的起重机的局部示意图，图示了其支承结构；
图4是根据本发明的起重机的另一局部示意图，图示了其支承结构；
图5是本发明的起重机的局部示意图，图示了构成上轴承装置的滚动元件的结构；
图6是构成根据图5的滚动元件的轴承模块的示意性透视图；
图7是构成图5的滚动元件的轴承模块的示意性截面图；
图8是下轴承装置的示意性截面图。
应注意，在这些图中，不同替代方案共有的结构和/或功能元件可以具有相同的附图标记。
具体实施方式
如图所示，起重机1有利地包括用于提升20吨以上(例如400吨以上并且高达至少10000吨或甚至更多)的载荷的起重机，该起重机特别是用于海上应用(“海上大型起重”)。
通常，起重机1有利地是陆地起重机或海上起重机。优选地，起重机1在旋转部件上没有配重以使弯矩传递最小化。
如图1至图3总体所示，起重机1包括：
-起重臂2，和
-用于承载该起重臂2的支承结构3。
如图3和图4所示，支承结构3包括：
-形成定子的基座5，和
-形成转子的承载框架6，其承载起重臂2并收纳在基座5内。
基座5有利地具有管状结构或桶状结构(凸形)，承载框架6(凹形)添加/装配入该基座中。基座5有利地具有两个端部(图3)：
-位于起重臂2侧的上端部51，和
-相对的下端部52。
承载框架6在此形成添加/装配到基座5中的插入件。承载框架6有利地具有两个端部(图3)：
-承载起重臂2的上端部61，和
-相对的下端部62。
支承结构3也有两个端部：
-位于起重臂2侧的上端部31，和
-相对的下端部32。
支承结构3还具有用于组装在基座5与承载框架6之间的轴承装置7。
轴承装置7限定了承载框架6(以及因此起重臂2)相对于基座5的旋转轴线6'，有利地为竖直旋转轴线6'。
支承结构3还包括旋转操作装置8，用于围绕其旋转轴线6'控制承载框架6。
优选地，旋转操作装置8由彼此同步的多个马达81的组合组成，马达81由基座5承载并且控制承载框架6相对于基座5的旋转(图3)。
马达81有利地分布在基座5的一部分圆周上。
而且，根据本发明，如下面结合图3和下文所述，轴承装置7分布在支承结构3的高度上。
这里，轴承装置7包括：
-上轴承装置71，其位于起重臂2侧并且有利地位于基座5的上端部51处，和
-下轴承装置72，其位于上轴承装置71下方并且有利地位于承载框架6的下端部62处。
优选地，轴承装置7的总体构造是静态地确定的(因此非超静定的)。
更优选地，轴向载荷通过下轴承装置72的结构传递。力矩由上轴承装置71和下轴承装置72两者传递。
上轴承装置71和下轴承装置72可以是由金属或合成材料制成的滚子轴承或滑动轴承。
上轴承装置71有利地位于基座5的上端部51(基座5的顶部)处。上轴承装置有利地放置在基座5的上端部51与承载框架6的上端部61之间。
换言之，上轴承装置71有利地位于起重臂2的回转点处。
特别是如图5所示，上轴承装置71包括径向接触滚动轴承71(为简化起见，用相同的附图标记71表示)，该滚动轴承包括：
-滚动元件711，和
-与旋转轴线6'同轴的光滑的圆柱形滚道712。
而且，径向接触滚动轴承71允许滚动元件711具有沿着圆柱形滚道712的高度的纵向平移自由度。
通过“纵向平移自由度”，也称为“轴向平移自由度”，滚动元件711适于沿着与承载框架6的旋转轴线6'同轴的方向(有利地为竖向)相对于固定的圆柱形滚道712平移移动。
因此，垂直于旋转轴线6'的滚动元件711的总平面可沿圆柱形滚道712的高度移动(在这些相对的上端部和下端部之间)。
“高度”有利地是指平行于旋转轴线6'测量的尺寸。滚动元件711的纵向平移自由度有利地为0.5至5cm。圆柱形滚道712的高度因此高于滚动元件711的高度。
换言之，当起重机1承受载荷、特别是弯曲运动和/或轴向载荷时，滚动元件711被允许沿着圆柱形滚道712的高度移动(这里竖直地移动)，同时保持最佳旋转引导。
圆柱形滚道712有利地由具有圆形横截面的管状区段组成，该管状区段适于在承载框架6(以及因此悬臂2)相对于基座5旋转期间用作滚动元件711的滚动表面。
该圆柱形滚道712有利地与承载框架6的旋转轴线6'同轴。
滚动元件711有利地选自分布在至少一排11(或环)中圆柱形滚子10。
文中的每个圆柱形滚子10都具有纵向轴线10'，该纵向轴线形成其旋转轴线并且平行于承载框架6的旋转轴线6'延伸。
一排11圆柱形滚子10有利地在垂直于旋转轴线6'的平面中延伸。
这里，滚动元件711以两个重叠的排11(或圈)分布。
圆柱形滚子10有利地(在它们的纵向端部处)以形成圆柱形滚子10的至少一个链12的方式连接。
这些圆柱形滚子10有利地通过连杆101连接，以保持接连的圆柱形滚子10之间的间隔(图6)。
这里，滚动元件711有利地包括多个轴承模块13，每个轴承模块都包括圆柱形滚子10的至少一个链12。
这里，每个轴承模块13都包括圆柱形滚子10的两个叠置链12。在每个轴承模块13内，如图7所示，圆柱形滚子10的链12由再循环的圆柱形滚子10的链12组成，该链具有：
-与圆柱形滚道712配合的主动链121，和
-返回链122。
这里，主动链121限定了具有圆形横截面的切面121'，其曲率半径对应于圆柱形滚道712。返回链122有利地是直线的。
为此目的，轴承模块13有利地包括具有两个部分的支承框架131：
-引导部分1311，其引导再循环圆柱形滚子10的链12并限定再循环圆柱形滚子10的链12的链121、122的形状，和
-安装部分1312，这里是凹形的和圆柱形的，适于将其安装到支承结构3上。
轴承模块13以相对于彼此并置的方式串联分布在旋转轴线6'的周围。因此，并置的轴承模块13形成一种滚动元件环711。
因此，轴承模块13的主动链121因此一起限定圆形切向表面121'，该圆形切向表面的曲率半径对应于圆柱形滚道712。
因此，轴承模块13的主动链121因此一起限定了圆形切向表面121'，该圆形切向表面与承载框架6的旋转轴线6'同中心。
作为替代，滚动元件711有利地选自形式例如为导轮架或转向架的一系列轮子(未示出)。一般而言，滚动元件711有利地由承载框架6承载。
在轴承模块13的情况下，安装部分1312与承载框架6组装在一起。轴承模块13的主动链121有利地共同限定了朝向周边的内圆形切向表面121'。
轴承模块13的主动链121因此共同限定了背离旋转轴线6'的内圆形切向表面121'。而且，外圆柱形滚道712由基座5承载并且朝向旋转轴线6'。
再一般而言，下轴承装置72有利地位于承载框架6的下端部62处。它们有利地放置在基座5的下端部52与承载框架6的下端部62之间。下轴承装置72可以由一个滚动轴承或多个滚动轴承组成，所述滚动轴承具有球形中心点C3，从而获得单个铰接点。
下轴承装置72有利地包括：
-有利地位于上方的径向接触滚动轴承721，和
-有利地位于下方的止推轴承722。
这种组合令人感兴趣，因为它允许对作用力进行最佳支撑：径向作用力由径向接触滚动轴承721支承，而轴向作用力由止推轴承722支承。
径向接触滚动轴承721有利地由球面轴承721组成，球面轴承721有利地选自球面滚子轴承或球面摩擦轴承。
例如，球面滚子轴承包括两排滚子，外圈7212中的共同球面滚道和内圈7211上的连续沟槽中的两个滚道。
一般而言，球面轴承721因此接受相对倾斜，即内圈7211(垫圈轴)相对于外圈7212(垫圈壳体)垂直于旋转轴线6'的运动。
例如，允许的倾斜角度为1.5°至2°。
球面轴承721因此限定了中心点C1，旋转轴线6'从该中心点通过。
止推轴承722有利地由凹面圆锥滚子轴承组成。
该凹面圆锥滚子轴承722还限定了中心点C2，该中心点对应于由垂直于滚子的旋转轴线的基线所限定的圆锥的顶点，该旋转轴线6'通过该滚子的旋转轴线。
例如，凹面圆锥滚子轴承722包括一排滚子、在内圈7221中的截顶滚道(从底部向顶部发散)和在外圈7222中的截顶连续沟槽中(有利地平行)的滚道。
止推轴承722确保承载框架6在轴向方向上的保持并且避免沿着其轴线的任何移动。
中心点C1和C2有利地彼此汇合，从而限定对应于球形中心点C3的共同中心点C3。旋转轴线6'有利地通过共同中心点C3。
一般而言，旋转操作装置8有利地嵌入上述的下轴承装置72处。
旋转操作装置8的马达81有利地与装配到承载框架6的下端部62上的齿轮82配合(图4)。
一般而言，如图1所示，起重机1有利地安装在用于海上应用的船艇E上，例如风电运维船(SOV)。
在船的情况下(图1)，基座5有利地紧固到船艇E的甲板/边缘P上，突伸到该甲板P上方。
而且，上轴承装置71位于该甲板P上方。
下轴承装置72可以相对于该甲板P具有不同的位置。
下轴承装置72可位于：
-所述甲板P上方，
-所述甲板P处，或
-所述甲板P下方。
一般而言，根据本发明的起重机1具有不同的优点：
-轴承装置的直径小于现有技术的解决方案，这减小了起重机的尺寸并因此增加了用于货物的甲板空间；
-取消了单回转轴承结构中使用的螺栓连接；因此消除了与这种连接相关的被视为主要问题的风险；
-基座高度低于桅杆起重机的桅杆高度，并且基座可以更容易拆卸至甚至更低，这允许船通过主要海洋航道上的桥梁，例如黑海入口处的博斯普鲁斯海峡大桥；
-轴承装置的构造与单个滚动轴承解决方案相比具有更低的成本和更好的可生产性；
-轴承装置在承载框架与基座之间位于基座内部；因此，轴承装置处于受保护的环境中，而不是像转向架或桅杆式起重机那样处于开放的海上环境中。
当然，可以在所附权利要求的范围内对本发明进行各种其它修改。

Claims (12)

1.一种尤其是用于海上应用的、有利地用于提升超过20吨的负载的起重机，
其中，所述起重机包括：
-起重臂(2)，
-旨在承载所述起重臂(2)的支承结构(3)，
其中，所述支承结构(3)包括：
-形成定子的基座(5)，和
-形成转子的承载框架(6)，该承载框架承载所述起重臂(2)并容纳在所述基座(5)内，
-用于组装在所述基座(5)与所述承载框架(6)之间的轴承装置(7)，该轴承装置限定所述承载框架(6)的相对于所述基座(5)的旋转轴线(6')，该旋转轴线有利地是竖直旋转轴线(6')，
-旋转操作装置(8)，该旋转操作装置适于控制所述支承框架(6)绕所述旋转轴线(6')的旋转，
其特征在于，所述轴承装置(7)分布在所述支承结构(3)的高度上并且包括：
-上轴承装置(71)，该上轴承装置位于所述起重臂(2)侧并且有利地位于所述基座(5)的上端部(51)处，和
-下轴承装置(72)，该下轴承装置位于所述上轴承装置(71)下方并且有利地位于所述承载框架(6)的下端部(62)处，
其中，所述上轴承装置(71)包括径向接触滚动轴承(71)，所述径向接触滚动轴承包括：
-滚动元件(711)，和
-与所述旋转轴线(6')同轴的光滑的圆柱形滚道(712)，
所述径向接触滚动轴承(71)允许所述滚动元件(711)具有沿着所述圆柱形滚道(712)的高度的纵向平移自由度。
2.根据权利要求1所述的起重机，其特征在于，所述径向接触滚动轴承(71)包括选自以下的滚动元件(711)：
-成至少一排(11)分布的圆柱形滚子(10)，或
-例如呈导轮架或转向架形式的一系列轮子。
3.根据权利要求2所述的起重机，其特征在于，所述圆柱形滚子(10)彼此连接以形成圆柱形滚子(10)的至少一个链(12)。
4.根据权利要求3所述的起重机，其特征在于，所述上轴承装置(71)包括多个轴承模块(13)，每个轴承模块都包括圆柱形滚子(10)的至少一个链(12)，
其中，在每个轴承模块(13)内，圆柱形滚子(10)的所述链(12)形成再循环圆柱形滚子(10)链(12)，所述再循环圆柱形滚子链具有：
-与所述圆柱形滚道(712)配合的主动链(121)，和
-返回链(122)，
其中，所述轴承模块(13)分布在所述旋转轴线(6')的周围。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的起重机，其特征在于，所述滚动元件(711)由所述承载框架(6)承载，并且
其中所述圆柱形滚道(712)由所述基座(5)承载并朝向所述旋转轴线(6')。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的起重机，其特征在于，所述下轴承装置(72)包括：
-有利地位于上方的径向接触滚动轴承(721)，和
-有利地位于下方的止推轴承(722)。
7.根据权利要求6所述的起重机，其特征在于，所述径向接触滚动轴承(721)由球面轴承(721)组成，所述球面轴承有利地选自球面滚柱轴承或球面摩擦轴承，
所述止推轴承(722)由凹面圆锥滚子轴承组成，并且
所述球面轴承(721)和所述凹面圆锥滚子轴承(722)具有共同中心点(C3)，所述旋转轴线(6')经过该共同中心点。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的起重机，其特征在于，所述下轴承装置(72)具有球形中心点(C3)，以便获得单个铰接点。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的起重机，其特征在于，所述旋转操作装置(8)嵌入所述下轴承装置(72)处。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的起重机，其特征在于，所述起重机(1)是陆地起重机或海上起重机。
11.一种用于海上应用的船艇，例如风电运维船，其配备有根据权利要求1至10中任一项所述的起重机(1)。
12.根据权利要求11所述的船艇，所述船艇由船组成，其中，所述基座(5)紧固到所述船艇(E)的甲板(P)，突伸到所述甲板(P)之上，
所述上轴承装置(71)位于所述甲板(P)上方，
并且所述下轴承装置(72)位于所述甲板(P)的上方、所述甲板(P)处或所述甲板(P)的下方。
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