CN202063653U - 一种起重机及其臂架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种起重机及其臂架。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多节中间臂，各所述中间臂的空间截面尺寸相等，所述中间臂中位于大受力区段的中间臂的主弦杆壁厚大于位于小受力区段的中间臂的主弦杆壁厚。该臂架的自身重量较轻，在满足强度要求的前提下，可提高起重机整车的抗倾覆稳定性。本实用新型还公开了设有上述臂架的起重机。

Description

一种起重机及其臂架

技术领域

本实用新型涉及工程机械技术领域，特别是涉及起重机臂架。本实用新型还涉及设有所述臂架的起重机。 

背景技术

目前，起重机越来越向起升高度更高、工作幅度更大、起重能力更强的大型化方向发展，这就需要起重机的臂架设计得更长。当起重机的臂架越长时，其自身重量越大，臂架重心越靠前，大幅度工作时产生的倾覆力矩就越大，对整车的稳定性很不利。 

履带起重机是可以负载行走的起重设备，必须严格保证整车的抗倾覆稳定性，因此其设计不仅要保证吊载工作时安全可靠，更要保证其从各个部件到整车的整个组装过程中的顺利进行，起臂工况是其中最危险的工况。臂架越长、重量越大，自身产生的挠度就越大，由此对臂架产生的附加弯矩作用很大，很容易造成臂架失稳破坏，因此起臂工况往往成为制约臂架向更长方向发展的决定性因素。 

通常，为了满足不同的工况需要，履带起重机有多种臂架组合方式，包括主臂、塔式副臂、固定副臂等等，其臂架结构主要由底节、中间节、顶节各部分组成，各节之间通过销轴连接，通过增减中间节的数量来改变臂架的长度。 

请参考图1、图2，图1为现有技术中一种典型的起重机臂架结构示意图；图2为图1所示起重机臂架的A-A、B-B、C-C剖面图。 

如图所示，为了保证臂架中间节之间的互换性，所有中间节规格尺寸均相同，即第一中间节1、第二中间节2、第三中间节3的空间截面尺寸宽×高均为B×H，并且主弦杆也采用同一规格的无缝钢管φD×t。 

请参考图3、图4，图3为图1所示起重机臂架在变幅平面内的受力简图；图4为图1所示起重机臂架在回转平面内的受力简图。 

从构件受力方面来讲，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。如图3所示，变幅平面内臂架4承受起升载荷Q、自身重量G、以及臂架拉板5和起升钢丝绳6的作用力Fb和Fs；如图4所示，臂架4不仅承受自身重量G，还有风载荷、吊重偏摆等产生的侧向力Fc。 

这些载荷合成后对臂架产生的轴向力和弯矩的大小都随着截面位置的不同而不同，也就是说，沿着臂架轴线方向，其受力大小是变化的，如果臂架所有截面均采用同一规格尺寸，势必造成受力小的区段，材料没有完全利用，形成部分浪费，没有利用的材料无形中增加的重量及其对整车倾覆力矩的影响随着臂架长度的增长，工作幅度的增大将越来越明显。 

请参考图5，图5为现有技术中履带起重机的整车结构示意图。 

如图5所示，臂架4自身重量G、起升载荷Q以及臂架拉板5和起升钢丝绳6的重量产生的力矩对整车起倾覆作用；而超起桅杆7、超起配重8以及下车总成9等构件的合成重量Gh产生的力矩对整车其稳定作用，当稳定力矩大于倾覆力矩时，起重机整车是稳定的，否则就会发生倾翻。当臂架4自身重量增加时，为了保证整车的平衡稳定，通常需要降低该工况的起重量Q来补偿臂架4自身增加的重量；或者在保证起重性能的情况下增加超起配重8的重量，使整车的稳定力矩增大，同样可以保证整车的稳定性。 

请参考图6，图6为图5所示履带起重机的起臂工况简图。 

如图6所示，在起臂工况，为了减少附加弯矩，控制臂架自身挠度，通常需要增加腰绳辅助装置来限制臂架的变形，臂架4起臂时，由于自身的重量会产生一定的挠度f，臂架拉板5力Fb和挠度f合成就会对臂架产生一个附加弯矩，随着臂架长度的增加，自身重量的加大，挠度越来越大，附加弯矩自然也越来越大，使起臂工况很恶劣。腰绳装置就是将臂架和拉板连接起来，用机械限位的方法来控制臂架挠度，改善起臂工况。但是腰绳10的长度及其安装位置需要经过严格的校核计算，若设计不合理，臂架很可能出现反弯现象，从而失稳破坏。带腰绳的起臂工况是典型的非线性大变形，用常规的解析计算方法很难得到精确求解，通常需要借助有限元分析软件来反复验算，计算量很大。由此可以看出，对于起重机的臂架系统，重量这一因素是需要严格控制的。 

因此，如何通过减轻臂架自身重量的方式来提高起重机的整车稳定性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。 

实用新型内容

本实用新型的第一目的是提供一种起重机臂架。该臂架的自身重量较轻，在满足强度要求的前提下，可提高起重机整车的抗倾覆稳定性。 

本实用新型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，本实用新型提供了一种起重机臂架，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，所述中间臂中位于大受力区段的中间臂的主弦杆壁厚大于位于小受力区段的中间臂的主弦杆壁厚。 

优选地，各所述中间臂的主弦杆壁厚自所述底节臂向顶节臂方向依次递减。 

优选地，各所述中间臂的主弦杆具有相同的外径。 

优选地，各所述中间臂的主弦杆的外径自所述底节臂向顶节臂方向依次递减。 

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销轴连接。 

优选地，所述中间臂的数量范围为1-10节。 

优选地，所述中间臂的数量范围为3-6节。 

优选地，所述中间臂的主弦杆具体为无缝钢管。 

为了实现上述第二个目的，本实用新型还提供了一种起重机，包括下车总成、超起配重、臂架、臂架拉板以及超起桅杆，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起重机臂架。 

优选地，具体为履带起重机。 

本实用新型提供的起重臂臂架在满足强度要求的前提下，设计为等截面变壁厚的形式，各中间臂的空间截面尺寸相等，但主弦杆却采用不同壁厚的管材，其中位于大受力区段的中间臂的主弦杆壁厚较大，而位于小受力区段的中间臂的主弦杆壁厚较小。这样的结构既符合臂架处于工作状态时的受力 分布特点，又充分利用了材料，可有效减少结构自身重量，使臂架重心偏后，进而提高起重机的抗倾覆稳定性，还可以减小由臂架自重产生的挠度，从而减少附加弯矩对臂架的影响，改善起臂工况，同时，臂架的管材用量减少，有助于降低制造成本。此外，采用等截面变壁厚的臂架形式，能够使起重机的主臂和塔臂具有完全相同的截面，在生产中可以节约工艺装备，大幅度提高生产效率。 

本实用新型所提供的起重机设有上述起重机臂架，由于上述起重机臂架具有上述技术效果，具有该起重机臂架的起重机也应具备相应的技术效果。 

附图说明

图1为现有技术中一种典型的起重机臂架的结构示意图； 

图2为图1所示起重机臂架的A-A、B-B、C-C剖面图； 

图3为图1所示起重机臂架在变幅平面内的受力简图； 

图4为图1所示起重机臂架在回转平面内的受力简图； 

图5为现有技术中履带起重机的整车结构示意图； 

图6为图5所示履带起重机的起臂工况简图； 

图7为本实用新型所提供起重机臂架的结构示意图； 

图8为图7所示起重机臂架的A-A、B-B、C-C剖面图。 

图1至图6中： 

1.第一中间节 ； 2.第二中间节 ； 3.第三中间节；  4.臂架 ； 5.臂架拉板；6.起升钢丝绳；  7.超起桅杆；  8.超起配重； 9.下车总成；  10.腰绳 。

图7至图8中： 

10.底节臂；  20.中间臂；  30.顶节臂  ；20-1.第一中间臂； 20-2.第二中间臂；  20-3.第三中间臂 。

具体实施方式

本实用新型的核心在于提供一种起重机臂架。该臂架的自身重量较轻，在满足强度要求的前提下，可提高起重机整车的抗倾覆稳定性。 

本实用新型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实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型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7、图8，图7为本实用新型所提供起重机臂架的结构示意图；图8为图7所示起重机臂架的A-A、B-B、C-C剖面图。 

在一种具体实施方式中，本实用新型提供的起重机臂架属于桁架结构，包括底节臂10、顶节臂30以及多节中间臂20，底节臂10与其相邻的中间臂20、中间臂20之间以及顶节臂30与其相邻的中间臂20之间通过销轴连接。 

各中间臂20均由四根主弦杆以及位于主弦杆之间的若干腹杆组成，其中，第一中间臂20-1、第二中间臂20-2、第三中间臂20-3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，上述底节臂10、中间臂20、顶节臂30的主弦杆和腹杆主要采用无缝钢管制造，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。 

由于臂架的载荷合成后对臂架产生的轴向力和弯矩的大小都随着截面位置的不同而不同，也就是说，沿着臂架的轴线方向，其受力大小是变化的。根据这一受力分布特点，在满足臂架强度要求的前提下，将臂架设计为等截面变壁厚的形式，即各中间臂20的空间截面尺寸相等，但主弦杆却采用不同壁厚的管材，其中位于大受力区段的中间臂20的主弦杆壁厚大于位于小受力区段的中间臂20的主弦杆壁厚。 

在本实施方式中，臂架在负载的情况下，其根部向顶端的受力将逐渐减小，因此第一中间臂20-1、第二中间臂20-2、第三中间臂20-3的主弦杆外径相同而壁厚依次递减。 

这里需要说明的是，本实用新型提供的是一种具有等截面变壁厚特征的臂架，其各中间臂20的实际壁厚以及壁厚的差值与中间臂的长度、截面尺寸、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。 

当然，通过同时改变主弦杆的外径和壁厚，同样能够实现本实用新型目 的。此外，本文对臂架中间臂20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。 

上述中间臂20及其主弦杆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，从而得到不同的起重机臂架。例如臂架的横截面可以制成三角形、主弦杆可以采用角钢或方钢等等。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。 

如图8所示，第一中间臂20-1、第二中间臂20-2、第三中间臂20-3的空间截面尺寸宽×高仍然均为B×H，但是各节的主弦杆采用不同规格的无缝钢管型式，第一中间臂20-1的主弦杆尺寸为φD×t，第二中间臂20-2的主弦杆尺寸为φD×t₁，第三中间臂20-3的主弦杆尺寸为φD×t₂，其中t为主弦杆壁厚，且t＞t₁＞t₂，即各中间臂的外径相同，而壁厚不等。 

上述起重机臂架充分考虑了各种工况的受力分布状态，采用等强度设计，将优化设计思路应用到结构的实际设计当中，有效控制了臂架自身重量，其各中间臂的主弦杆壁厚沿臂长方向依次递减，即在受力小的区段，相应的主弦杆壁厚随着减少，使整个长度内臂架主弦杆的计算应力大致相等，材料得到充分利用。 

如图7所示，改进之后，起重机臂架的重量由原来的G减少到G₁，并且重心位置偏后x，特别在大臂长、大幅度工况下，整车的抗倾覆稳定性明显提高，既不用减少相应的起重性能，也不用额外增加超起配重，而且在起臂工况，由于臂架重量减少，挠度和附加弯矩也随之减少，使臂架受力得到有效改善。 

根据上文可知，臂架的载荷合成后对臂架产生的轴向力和弯矩的大小随截面位置的不同而不同，因此，不仅各节中间臂的受力分布不同，而且同一中间臂不同部位的受力分布也不同，作为一种理想的状态，中间臂各处的壁厚应与其所处位置的受力分布状态相匹配。 

对此，各中间臂主弦杆的壁厚可以自一端向另一端逐渐变小。例如第一中间臂与底节臂相连接一端的壁厚为t₁，与第二中间臂相连接一端的壁厚变为t₂(t₂-t₁＝Δt)；第二中间臂与第一中间臂相连接的一端的壁厚为t₂，与第三中 间臂相连接一端的壁厚变为t₃(t₃-t₂＝Δt)；第三、四等中间臂的壁厚依此类推，整个臂架的主弦杆壁厚逐渐变小，而不是逐节变小，可最大限度地减轻臂架重量。 

就一般情况而言，起重机臂架的受力分布从根部向顶部逐渐变小。但这种情形并不是绝对的，根据起重机类型以及臂架结构和起吊方式的不同，起重机臂架的受力分布会随之改变，从而有可能出现以下几种情形：臂架的中间为大受力区段，两端为小受力区段，在这种情形下，各中间臂的主弦杆壁厚应该从臂架的中间向两端逐渐变小；或者臂架的中间为小受力区段，两端为大受力区段，在这种情形下，各中间臂的主弦杆壁厚应该从臂架的中间向两端逐渐变大；或者臂架的根部为小受力区段，顶部为大受力区段，在这种情形下，各中间臂的主弦杆壁厚应该从臂架的底端向顶端逐渐变大。 

除了上述起重机臂架，本实用新型还提供了一种起重机，包括下车总成、超起配重、臂架、臂架拉板以及超起桅杆，所述臂架的底节臂与所述下车总成的转台相铰接，所述臂架具体为上文所述的起重机臂架，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履带起重机。 

以上对本实用新型所提供的起重机及其臂架进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种起重机臂架，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，所述中间臂中位于大受力区段的中间臂的主弦杆壁厚大于位于小受力区段的中间臂的主弦杆壁厚。

2.根据权利要求1所述的起重机臂架，其特征在于，各所述中间臂的主弦杆壁厚自所述底节臂向顶节臂方向依次递减。

3.根据权利要求2所述的起重机臂架，其特征在于，各所述中间臂的主弦杆具有相同的外径。

4.根据权利要求2所述的起重机臂架，其特征在于，各所述中间臂的主弦杆的外径自所述底节臂向顶节臂方向依次递减。

5.根据权利要求1至4任一项所述的起重机臂架，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销轴连接。

6.根据权利要求5所述的起重机臂架，其特征在于，所述中间臂的数量范围为1-10节。

7.根据权利要求6所述的起重机臂架，其特征在于，所述中间臂的数量范围为3-6节。

8.根据权利要求7所述的起重机臂架，其特征在于，所述中间臂的主弦杆具体为无缝钢管。

9.一种起重机，包括下车总成、超起配重、臂架、臂架拉板以及超起桅杆，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任一项所述的起重机臂架。

10.根据权利要求9所述的起重机，其特征在于，具体为履带起重机。

Images