CN103523682A - 动臂塔式起重机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动臂塔式起重机。该动臂塔式起重机包括：回转塔身（10）；起重臂（20），第一端铰接在回转塔身（10）上，起重臂（20）与回转塔身（10）之间设置有用于对起重臂（20）进行变幅的伸缩机构（11）；平衡臂（30），第一端设置在回转塔身（10）上，平衡臂（30）上沿水平方向可移动地设置有平衡重（40）；起重臂（20）的底部固定连接有第一连接臂（21），平衡重（40）上连接有朝起重臂（20）延伸的第二连接臂（41），第一连接臂（21）与第二连接臂（41）铰接。根据本发明的动臂塔式起重机，结构简单，控制方便，可以有效延长动臂塔式起重机的寿命。

Description

动臂塔式起重机

技术领域

本发明涉及建筑工程机械领域，具体而言，涉及一种动臂塔式起重机。

背景技术

平衡重的作用在于使塔机前后平衡以减小塔身所承受的弯矩，改善塔身受力。动臂变幅塔机的配重设置方式目前有固定式和移动式两种，固定式是将配重固定安装在平衡臂尾端，其设计原则是使满载工作时塔身承受的前倾弯矩接近于空载，非工作状态时塔身承受的后倾弯矩；移动式一般是将平衡臂弦杆作为轨道，设置专门的配重移动机构，根据动臂塔机俯仰幅度的变化调节平衡重的位置。

这两种方式各有不足之处：对于固定式配重无论塔机在多大工作幅度起吊多大载荷，即无论作用在塔身上的前倾弯矩如何变化。而配重对塔身的后倾弯矩保持为一定值至使塔身承受较大的不平衡力矩，而且不平衡力矩存在较大波动，容易使塔机过早疲劳破坏，对于移动式配重移动机构的构造复杂，需要配置辅助动力驱动，成本较高。

发明内容

本发明旨在提供一种动臂塔式起重机，结构简单，控制方便，可以有效延长动臂塔式起重机的寿命。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种动臂塔式起重机，包括：回转塔身；起重臂，第一端铰接在回转塔身上，起重臂与回转塔身之间设置有用于对起重臂进行变幅的伸缩机构；平衡臂，第一端设置在回转塔身上，平衡臂上沿水平方向可移动地设置有平衡重；起重臂的底部固定连接有第一连接臂，平衡重上连接有朝起重臂延伸的第二连接臂，第一连接臂与第二连接臂铰接。

进一步地，伸缩机构驱动起重臂变幅时，第一连接臂带动第二连接臂运动，进而实现平衡重在平衡臂上沿水平方向的移动。

进一步地，伸缩机构为伸缩油缸。

进一步地，第一连接臂和/或第二连接臂的长度可调节。

进一步地，平衡重沿平衡臂的长度方向可滑动地设置在平衡臂上。

进一步地，平衡重的两相对侧对应设置有滚动机构，平衡重通过滚动机构沿平衡臂的长度方向可滚动地设置在平衡臂上。

进一步地，滚动机构包括：销轴，固定连接在平衡重的侧壁上，并沿平衡重的方向水平延伸；以及滚轮，可转动地套设在销轴上。

进一步地，销轴的外端固定设置有挡板，挡板用于限制滚轮的轴向移动。

进一步地，滚轮的内圈与销轴之间还设置有滚动轴承，滚动轴承与平衡重之间还设置有套筒，套筒套设在销轴上，在套筒与滚动轴承之间还设置有轴套。

进一步地，平衡臂的内侧设置有导轨，平衡重设置在导轨上。

进一步地，导轨沿靠近起重臂的方向倾斜向下延伸。

应用本发明的技术方案，动臂塔式起重机包括回转塔身；起重臂，第一端铰接在回转塔身上，起重臂与回转塔身之间设置有用于对起重臂进行变幅的伸缩机构；平衡臂，第一端设置在回转塔身上，平衡臂上沿水平方向可移动地设置有平衡重；起重臂的底部固定连接有第一连接臂，平衡重上连接有朝起重臂延伸的第二连接臂，第一连接臂与第二连接臂铰接。在塔式起重机工作时，可以通过伸缩机构来控制起重臂进行变幅，结构简单，控制方便，且能够简化塔式起重机的结构。在起重臂变幅的过程中，第一连接臂会带动第二连接臂运动，并通过第二连接臂带动平衡重移动，使得起重臂处于最小工作幅度时，平衡重所产生的力矩也最小，起重臂处于最大工作幅度时，平衡重产生的力矩也最大，且在起重臂幅度调整的过程中，平衡重的力矩能够随之进行相应的调整，使平衡重和起重臂实现动态平衡。伸缩机构可以更好地防止平衡重和起重臂力矩平衡时所产生的依靠起重臂自身重力无法变幅或者变幅困难的问题，提高起重臂的变幅效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的动臂塔式起重机处于最大工作幅度时的结构示意图；

图2示出了根据本发明的实施例的动臂塔式起重机处于最小工作幅度时的结构示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的动臂塔式起重机的起重臂和平衡臂的配合结构示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的动臂塔式起重机的起重臂的连接位置处的立体结构示意图；

图5示出了根据本发明的实施例的动臂塔式起重机的起重臂和平衡臂的立体配合结构示意图；

图6示出了根据本发明的实施例的动臂塔式起重机的平衡臂与平衡重配合的立体结构示意图；

图7示出了根据本发明的实施例的动臂塔式起重机的平衡重的结构示意图；

图8示出了根据本发明的实施例的动臂塔式起重机的平衡重上的滚动机构的结构示意图；

图9示出了根据本发明的实施例的动臂塔式起重机的伸缩机构的液压控制结构图；

图10示出了根据本发明的实施例的动臂塔式起重机的平衡重与起重臂的位置关系图；

图11示出了根据本发明的实施例的动臂塔式起重机的平衡重与起重臂的运动简图；以及

图12示出了根据本发明的实施例的动臂塔式起重机的平衡重与起重臂的运动结构原理图。

附图标记：10、回转塔身；20、起重臂；30、平衡臂；40、平衡重；50、滚动机构；11、伸缩机构；12、平衡阀；13、换向阀；21、第一连接臂；31、导轨；41、第二连接臂；51、销轴；52、滚轮；53、挡板；54、滚动轴承；55、套筒；56、轴套；57、挡圈。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1至图12所示，根据本发明的实施例，动臂塔式起重机包括回转塔身10、起重臂20以及平衡臂30。回转塔身10可转动地设置在塔身上，用于控制动臂塔式起重机的整个上部结构的转动。起重臂20的第一端铰接在回转塔身10上，并可在变幅平面内变幅。起重臂20与回转塔身10之间设置有用于对起重臂20进行变幅的伸缩机构11，通过控制伸缩机构的伸缩可以调节起重臂20的工作幅度。平衡臂30的第一端设置在回转塔身10上，用于与起重臂20相配合，保持整个动臂塔式起重机的稳定。起重臂20的底部固定连接有第一连接臂21，平衡重40上连接有朝起重臂20延伸的第二连接臂41，第一连接臂21与第二连接臂41铰接。伸缩机构11驱动起重臂20变幅时，第一连接臂21带动第二连接臂41运动，进而实现平衡重40在平衡臂30上沿水平方向的移动。

在平衡臂30上沿水平方向可移动地设置有平衡重40，通过调节平衡重40在平衡臂30上的位置，可以使得起重臂20与平衡臂30之间实现动态平衡，保证塔身两侧的力矩平衡，使得塔式起重机的各部分结构受力更加合理，从而有效延长塔式起重机的使用寿命。为了便于第一连接臂21与起重臂20之间实现连接，并且不改变起重臂20自身的结构，在起重臂20的臂根处设置有连接耳板，第一连接臂21铰接在该连接耳板上。为了提高平衡臂30的结构强度，同时保证平衡臂30的受力平衡，在平衡臂30的两侧与回转塔身10的上支座之间还可以分别设置一个支撑杆。

通过使用上述的伸缩机构变幅以及起重臂20与平衡重40联动调节的方式，起重臂侧的重心改变会使得平衡重位置相对塔身中心改变，并且具有以下规律：在起重臂变幅过程中，起重臂侧的重心与平衡重重心同时相对塔身中心靠近或者分开，这样的话，能最大限度地平衡塔身两侧产生的力矩，使得塔身受力更合理。

在动臂塔式起重机工作的过程中，如果需要对起重臂20进行变幅，则可以通过控制伸缩机构11进行伸缩来进行相应调整，使得起重臂20到达所需的位置。在伸缩机构11伸缩的过程中，起重臂20发生转动，会带动固定设置在起重臂20上的第一连接臂21一起发生转动，进而通过第一连接臂21带动第二连接臂41发生运动，并通过第二连接臂41带动平衡重40随起重臂20的变幅而移动，使得平衡重40的位置发生调整，从而保证平衡臂30的力矩始终可以与起重臂20的力矩实现动态平衡，保证整个塔式起重机的各部分结构受力平衡，提高塔式起重机工作时的稳定性和可靠性。

传统钢丝绳变幅原时，主要是依靠钢丝绳的拉力从而实现起重臂从大幅度变到小幅度；而从小幅度变到大的工作幅度主要依靠起重臂的重力，即：变幅钢丝绳只能提供拉力实现，使得起重臂工作幅度由大变小，塔身两侧的力矩平衡时，钢丝绳变幅可能不能变幅或者变幅困难，严重降低变幅效率。由于伸缩机构11可以提供伸缩作用力，因此可以为平衡重40的移动提供足够的驱动力，从而能够避免当平衡臂30与起重臂20之间实现力矩平衡后，由于平衡重40移动摩擦阻力过大而导致仅靠自身重力实现变幅的起重臂20无法变幅或者变幅困难的问题，因此可以提高塔式起重机变幅工作的稳定性。

此外，通过伸缩机构11进行变幅，就可以省去传统钢丝绳变幅方式中的A字架和安全绳等钢丝绳变幅结构，结构更加简单，更便于安装维护，控制更加方便，

在本实施例中，该伸缩机构11为液压油缸，液压油缸的活塞缸铰接在回转塔身10的上支座上，活塞杆铰接在起重臂20上，起重臂20通过液压油缸的顶升实现起重臂20的变幅。液压油缸为两个，两个液压油缸分别设置在起重臂20的两相对侧，且保持同步工作，从而可以保证起重臂20在工作过程中受力平衡，提高塔式起重机工作的稳定性。

结合参见图9所示，在本实施例中，液压油缸通过图示液压***进行控制。液压油缸与液压油源之间设置有换向阀13，换向阀13可以控制液压油缸换向，实现液压油缸的伸缩。在换向阀13与两个液压油缸之间均设置有平衡阀，可以保证液压油缸工作稳定可靠。

结合参见图1和图2所示，通过控制油缸臂的行程从而能实现起重臂的变幅，当起重臂20处于最大工作幅度时，液压油缸处于最小行程处；当油缸行程最大时，起重臂20处于最小工作幅度。采用液压油缸的伸缩控制起重臂的幅度的变化，不仅结构简单，而且控制方便。

优选地，第一连接臂21和/或第二连接臂41的长度可调节，从而可以根据起重臂20起吊重物的不同适当调整平衡重40的距离，从而使平衡重能够具有各种不同的力矩范围，可以满足多种工况下的起重臂20的力矩平衡需要，因此使得动臂塔式起重机具有更加广泛的适用性。第一连接臂21和第二连接臂41可以为液压油缸或者双头螺杆等。

优选地，平衡重40沿平衡臂30的长度方向可滑动地设置在平衡臂30上。

结合参见图7和图8所示，在本实施例中，平衡重40的两相对侧对应设置有滚动机构50，平衡重40通过滚动机构50沿平衡臂30的长度方向可滚动地设置在平衡臂30上。平衡重40包括多个并排设置的配重块，多个配重块之间通过侧面耳板连接在一起，保证多个配重块同时运动。

滚动机构50包括销轴51和滚轮52，销轴51固定连接在平衡重40的侧壁上，并沿平衡重40的方向水平延伸；滚轮52可转动地套设在销轴51上。通过滚轮52与销轴51的配合，可以使平衡重40与平衡臂30之间为滚动摩擦，因此能够降低平衡重40与平衡臂30之间的摩擦力，降低平衡重40移动时的工作负荷，提高液压油缸的工作效率。

优选地，销轴51的外端固定设置有挡板53，挡板53止挡在滚轮52外侧，用于限制滚轮52的轴向移动。挡板53可以通过销轴、螺栓等轴向固定地设置在销轴51上。

优选地，滚轮52的内圈与销轴51之间还设置有滚动轴承54，该滚动轴承54可以进一步地降低滚轮52滚动时的摩擦力。在本实施例中，滚动轴承54为两个，均设置在滚轮52与销轴51之间，两个滚动轴承54之间设置有挡圈57，可以对两个滚动轴承54的轴向位置进行限定。在滚动轴承54与平衡重40之间还可以设置有套筒55，套筒55套设在销轴51上，使滚轮52与平衡重40之间形成间隔，防止滚轮52在运动时侧面与平衡重40之间产生摩擦而影响滚轮52的使用寿命。在套筒55与滚动轴承54之间还设置有轴套56，该轴套56采用耐磨件制成，可以起到轴向定位滚动轴承54的作用。

优选地，平衡臂30的内侧设置有导轨31，平衡重40设置在导轨31上。该导轨31可以固定焊接在平衡重40的内侧，也可以可拆卸地设置在平衡重40的内侧。导轨31沿平衡臂30的长度方向延伸，用于对平衡重40沿平衡臂30的长度方向的运动形成导向作用。

优选地，导轨31沿靠近起重臂20的方向倾斜向下延伸。在本实施例中，导轨31包括位于平衡臂30的外端部的水平部分以及位于平衡臂30的外端部内侧的倾斜部分，由于该导轨31带有一定的倾斜坡度，因此能够使得平衡重40在自由状态时移动到最右端，而此时起重臂20位于最小工作幅度处。

结合参见图12所示，此处用杆系表示为动臂塔机运动简图，其中：O点为起重臂20的臂根铰点，其为固定铰点；OBF代表动臂塔机的起重臂20；AB表示液压油缸，故AB的长度可以伸缩；CE为第一连接臂21，第一连接臂21的第一端铰接在平衡重40上，第二端与第二连接臂41相连；CD为第二连接臂41，第二连接臂41的第一端连接平衡重40，该平衡重40可在水平面上运动；E为位于OB之间的点，杆CE固定接在OBF之上。

当起重臂20位于OBF位置时，即起重臂20处于最大工作幅度状态，此时平衡重40处于平衡臂30的最左端，此时，平衡重40能很好地平衡起重臂20产生的弯矩；当起重臂20置于OB1F1位置时，起重臂20处于最小工作幅度处，平衡重40位于平衡臂30的最右端。即通过液压油缸的伸缩能实现动臂塔式起重机的变幅动作，通过简单连杆机构能使平衡重40重心随着起重臂20的重心改变而改变，因此只需要在动臂塔式起重机上新增简单杆件等结构即可实现自动调节塔式起重机的起重臂20、平衡臂30的两侧受力，使起重臂20和平衡重40的力矩平衡。

结合参见图11所示，当起重臂20在最大工作幅度状态时，液压油缸AB处于最小行程处，此时平衡重40位于平衡臂30的末端；当液压油缸伸长时，推动起重臂20绕铰点O点逆时针旋转，一方面实现了起重臂20的变幅运动，另一方面通过与OBF固定的杆CE的转动，带动平衡重40左右运动，实现平衡臂30与起重臂20的动态平衡。

结合参见图10所示，表示起重臂变幅角度a与平衡重移动距离L的关系，图中D、D1点分别表示起重臂处于最大、最小工作幅度，图中杆OC、杆CD以及OD的长度已知，由图中可以看出，根据余弦定理可得：

式（2）皆为已知量，L_OD为平衡臂臂长，a为最大幅度与最小幅度的角度差，一般为固定值，即可通过选择合适的L_CD、L_OC来确定平衡重移动的距离L。

经过计算出L，和平衡重40的重量即可定量的用于平衡起重臂所在侧的力矩，达到定量控制塔身两端力矩，从而实现最大程度利用平衡重的目的。

结合参见图10所示，由上述过程中的理论计算可得知：1、如果OC的长度固定，调节CD的长度可以控制平衡重40移动的距离L；2、如果CD的长度固定，可以调节OC的长度来调节平衡重移动的距离L，对应不同的L值可以产生不同的力矩与起重臂侧产生的力矩平衡。

动臂塔机有许多不同的臂长组合，对应也有相应重量的平衡重，若设定OC或者CD的长度，经过一定的理论计算即可得出最合适的L值，此时可以最大限度地平衡起重臂侧产生的力矩，达到平衡重最大利用的目的。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、液压产生的顶升力大，能方便变幅运动。

2、液压变幅代替以往的钢丝绳变幅，具有稳定性高，故障率低，避免钢丝绳变幅产生的各种排绳等问题。

3、对于采用全液压控制的大型动臂塔机，液压变幅更易实现，能量利用率也更高。

4、采用液压变幅能简化塔机结构组成，省去传统塔式起重机上的A字架、安全绳等结构，降低塔机的成本。

5、能够避免当平衡臂与起重臂之间实现力矩平衡后，由于平衡重移动摩擦阻力过大而导致仅靠自身重力实现变幅的起重臂无法变幅或者变幅困难的问题，因此可以提高塔式起重机变幅工作的稳定性。

6、塔机随着工作幅度的不断变化，配重力矩与起重臂的力矩始终处于最佳的动态平衡，提高和保证了塔机的稳定性、可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种动臂塔式起重机，其特征在于，包括：

回转塔身（10）；

起重臂（20），第一端铰接在所述回转塔身（10）上，所述起重臂（20）与所述回转塔身（10）之间设置有用于对所述起重臂（20）进行变幅的伸缩机构（11）；

平衡臂（30），第一端设置在所述回转塔身（10）上，所述平衡臂（30）上沿水平方向可移动地设置有平衡重（40）；

所述起重臂（20）的底部固定连接有第一连接臂（21），所述平衡重（40）上连接有朝所述起重臂（20）延伸的第二连接臂（41），所述第一连接臂（21）与所述第二连接臂（41）铰接。

2.根据权利要求1所述的动臂塔式起重机，其特征在于，所述伸缩机构（11）驱动所述起重臂（20）变幅时，所述第一连接臂（21）带动所述第二连接臂（41）运动，进而实现所述平衡重（40）在所述平衡臂（30）上沿水平方向的移动。

3.根据权利要求2所述的动臂塔式起重机，其特征在于，所述伸缩机构（11）为伸缩油缸。

4.根据权利要求2所述的动臂塔式起重机，其特征在于，所述第一连接臂（21）和/或所述第二连接臂（41）的长度可调节。

5.根据权利要求2所述的动臂塔式起重机，其特征在于，所述平衡重（40）沿所述平衡臂（30）的长度方向可滑动地设置在所述平衡臂（30）上。

6.根据权利要求2所述的动臂塔式起重机，其特征在于，所述平衡重（40）的两相对侧对应设置有滚动机构（50），所述平衡重（40）通过所述滚动机构（50）沿所述平衡臂（30）的长度方向可滚动地设置在所述平衡臂（30）上。

7.根据权利要求6所述的动臂塔式起重机，其特征在于，所述滚动机构（50）包括：

销轴（51），固定连接在所述平衡重（40）的侧壁上，并沿所述平衡重（40）的方向水平延伸；以及

滚轮（52），可转动地套设在所述销轴（51）上。

8.根据权利要求7所述的动臂塔式起重机，其特征在于，所述销轴（51）的外端固定设置有挡板（53），所述挡板（53）用于限制所述滚轮（52）的轴向移动。

9.根据权利要求8所述的动臂塔式起重机，其特征在于，所述滚轮（52）的内圈与所述销轴（51）之间还设置有滚动轴承（54），所述滚动轴承（54）与所述平衡重（40）之间还设置有套筒（55），所述套筒（55）套设在所述销轴（51）上，在所述套筒（55）与所述滚动轴承（54）之间还设置有轴套（56）。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的动臂塔式起重机，其特征在于，所述平衡臂（30）的内侧设置有导轨（31），所述平衡重（40）设置在所述导轨（31）上。

11.根据权利要求10所述的动臂塔式起重机，其特征在于，所述导轨（31）沿靠近所述起重臂（20）的方向倾斜向下延伸。

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