臂架装置及起重设备的制作方法

1.本公开涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种臂架装置及起重设备。


背景技术：

2.起重设备在吊装施工时，效率和安全性为重点考虑的因素，目前大型构件地面提前模块化预制、石化罐体一体化吊装越来越成为趋势，需要采用超大超重型装置吊装施工，对起重设备的臂架承载能力提出更高要求。而且根据工程实际，超重件吊装比率不会太高，占绝大多数是中型以下件的吊装，而超大型起重机在进行中型以下件吊装多会面临运营成本过高的问题。因此使臂架系统在满足超重件吊装且组装便利的同时，提升臂架的吊装能力利用率是亟需解决的问题。


技术实现要素：

3.本公开的实施例提供了一种臂架装置及起重设备，能够方便地适用于不同的吊装工况。
4.根据本公开的第一方面，提供了一种臂架装置，包括：
5.多个臂架段，沿臂架装置的长度方向依次设置，多个臂架段中的每个臂架段均包括至少一个臂架体，臂架体包括多个主弦杆且形成空间桁架结构；和
6.连接部件，连接于多个臂架段中的相邻臂架段之间，连接部件包括多个接头单元和多个连接杆，每个连接杆均可拆卸地连接在相邻接头单元之间组装形成框架结构，框架结构与至少一个臂架体的布局适配，且接头单元的两端分别与相邻臂架段中对应位置的主弦杆可拆卸地连接。
7.在一些实施例中，每个臂架段均包括多个臂架体，同一连接部件中的多个连接杆包括：
8.多个第一连接杆，每四个第一连接杆围合形成一个矩形单元，矩形单元与臂架体的数量一致，矩形单元与臂架体的四个主弦杆围合形成的矩形尺寸一致，且矩形单元的每个角部均设置一个接头单元；和
9.多个第二连接杆，第二连接杆连接在相邻矩形单元中相互靠近的接头单元之间。
10.在一些实施例中，臂架体的数量为偶数且呈矩形阵列布置，矩形单元的数量和布局与臂架体适配。
11.在一些实施例中，臂架体的数量为奇数，多个臂架体分为多组且间隔设置，其中一组臂架体包括一个臂架体，其余组臂架体均包括至少两个臂架体，且各组臂架体的外端平齐，矩形单元的数量和布局与臂架体适配。
12.在一些实施例中，接头单元包括横截面呈矩形的主体部，连接杆的端部具有第一接头，多个接头单元包括：第一接头单元，设在框架结构的角部位置，第一接头单元的两个相邻侧壁上设有耳板；
13.多个接头单元可选择地包括：
14.第二接头单元，设在框架结构的外侧边上除角部的位置，第二接头单元的三个侧壁上设有耳板；和
15.第三接头单元，设在框架结构的内部区域，第三接头单元的四个侧壁上均设有耳板；
16.其中，第一接头与耳板铰接。
17.在一些实施例中，接头单元包括主体部和分别连接在主体部两端的第二接头和第三接头，相邻臂架段中，其中一个臂架段中的主弦杆的外端设有第四接头，另一个臂架段中的主弦杆的外端设有第五接头，第四接头与第二接头铰接，第五接头与第三接头铰接。
18.在一些实施例中，多个连接杆在长度方向上间隔设置两层。
19.在一些实施例中，臂架体包括沿长度方向设置的多个臂节，相邻臂节的主弦杆可拆卸地连接。
20.在一些实施例中，臂架段还包括加强杆，加强杆连接在相邻臂架体的主弦杆之间。
21.在一些实施例中，臂架体包括四个主弦杆和多个连杆，四个主弦杆围合形成端面为四边形的结构，且任意相邻主弦杆均通过多个连杆中的部分连杆连接，多个连杆中的每个连杆均可拆卸地连接于相邻主弦杆之间。
22.根据本公开的第二方面，提供了一种起重设备，包括上述实施例的臂架装置。
23.在一些实施例中，起重设备包括两个臂架装置，两个臂架装置平行间隔设置或者呈角度设置。
24.本公开实施例的臂架装置，相邻臂架段之间通过连接部件进行连接，连接部件包括多个接头单元和多个连接杆，每个连接杆均可拆卸地连接在相邻接头单元之间组装形成框架结构，框架结构与至少一个臂架体的布局适配，且接头单元的两端分别与相邻臂架段中对应位置的主弦杆可拆卸地连接。由于连接部件采用了可拆卸的拼接结构，因此可根据臂架体的布局形式灵活方便地调整连接部件的结构形式，无需预先加工多种结构的连接部件，具备多种变形方式可提高臂架装置对吊装工况的适应能力，既能满足臂架装置在超大吊装工况下的承载能力，又能避免在中小吊重工况下的能力浪费。
附图说明
25.此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本技术的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
26.图1a和图1b分别为现有技术中臂架装置的侧视图和横截面图。
27.图2为本公开臂架装置的一些实施例的结构示意图。
28.图3为本公开臂架装置中连接部件的一些实施例的结构示意图。
29.图4为本公开臂架装置中的连接部件在设置偶数个臂架体时的变换示意图。
30.图5为本公开臂架装置中的连接部件在设置奇数个臂架体时的变换示意图。
31.图6为本公开臂架装置中臂节的一些实施例的结构示意图。
32.附图标记说明
33.1a、主弦杆；2a、连杆；
34.1、臂架段；10、臂架体；10’、臂节；11、主弦杆；111、第四接头；112、铰接座；12、连杆；121、第一连杆；122、第二连杆；
35.2、连接部件；21、接头单元；21a、主体部；21b、第二接头；21c、第三接头；211、第一接头单元；212、第二接头单元； 213、第三接头单元；214、耳板；22、连接杆；221、第一连接杆； 222、第二连接杆；223、第一接头；u、矩形单元。
具体实施方式
36.以下详细说明本公开。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。
37.本公开中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，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。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于驾驶员坐在车内座位上为基准进行定义，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
39.本公开提供了一种臂架装置，可用于起重机，臂架装置是一种用于将重物提升到一定高度和幅度，可以承受轴向力和弯矩的空间桁架结构。臂架属于双向压弯构件，即起重设备吊载工作时，臂架装置在变幅平面和回转平面内都承受轴向力和弯矩的作用。其中，变幅平面为臂架与变幅拉板所确定的平面，在变幅平面内，臂架作为两端简支的力学模型来进行分析。回转平面为平行地面且与变幅平面垂直的平面，在回转平面内，臂架作为一端固定一端自由的力学模型来进行分析。
40.如图1a和图1b所示，起重设备的通用臂架一般包括四根主弦杆1a和多个连接在主弦杆1a之间的连杆12a，连杆12a与主弦杆1a 通过焊接形成桁架式结构。从受力方面讲，臂架属于双向压弯构件，即起重设备吊载工作时，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，因此从臂架截面分析，需要足够的截面积，以保证臂架截面强度，从而抵抗轴向力的作用，需要足够的截面宽度b和高度 h以保证两个平面内的惯性矩，从而抵抗弯矩的作用。为了提高臂架的承载能力，需要增大臂架的截面尺寸，使臂架重量增大，且尺寸也受到道路运输的限制。
41.本公开提供了一种臂架装置，在一些实施例中，如图2和图3所示，臂架装置包括多个臂架段1和连接部件2。
42.多个臂架段1沿臂架装置的长度方向依次设置，多个臂架段1中的每个臂架段1均在横截面内包括至少一个臂架体10，臂架体10包括多个主弦杆11且形成空间桁架结构。
43.连接部件2连接于多个臂架段1中的相邻臂架段1之间，连接部件2包括多个接头单元21和多个连接杆22，每个连接杆22均可拆卸地连接在相邻接头单元21之间组装形成框架结构，框架结构与至少一个臂架体10的布局适配，即多个接头单元21和多个连接杆22的组合方式根据至少一个臂架体10的尺寸和布局形式确定，且接头单元 21的两端分别与相邻臂架段1中对应位置的主弦杆11可拆卸地连接。
44.本公开实施例的臂架装置，相邻臂架段之间通过连接部件进行连接，连接部件中的每个连接杆均可拆卸地连接在相邻接头单元之间组装形成框架结构，框架结构与至少一
个臂架体的布局适配，且接头单元的两端分别与相邻臂架段中对应位置的主弦杆可拆卸地连接。由于连接部件采用了可拆卸的拼接结构，且连接部件与臂架段可拆卸，因此可根据臂架体的布局形式灵活方便地调整连接部件的结构形式，无需预先加工多种不同结构规格的连接部件，节约成本。
45.而且，此种臂架装置具备多种变形方式，可提高臂架装置对吊装工况的适应能力，既能满足臂架装置在超大吊装工况下的承载能力，又能避免在中小吊重工况下的能力浪费。
46.在臂架装置装配时，可将图2所示的臂架段1和连接部件2作为一个整体的模块进行安装，可提高装配效率。
47.此外，此种臂架装置在运输时，可将臂架段与连接部件分离，且连接部件也可拆分为零散的接头单元和连接杆，可降低对运输能力的要求。
48.在一些实施例中，如图3所示，每个臂架段1均包括多个臂架体10，相邻臂架体10可间隔设置，同一连接部件2中的多个连接杆22包括：多个第一连接杆221和多个第二连接杆222。
49.多个第一连接杆221中的每四个第一连接杆221围合形成一个矩形单元u，矩形单元u与臂架体10的数量一致，矩形单元u与臂架体10的四个主弦杆11围合形成的矩形尺寸一致，且矩形单元u的每个角部均设置一个接头单元21，四个第一连接杆221均与接头单元21 可拆卸地连接。
50.第二连接杆222连接在相邻矩形单元u中相互靠近的接头单元 21之间。第二连接杆222用于连接相邻的矩形单元u，以使连接部件 2形成一个整体框架。第二连接杆222与矩形单元u中位于角部的接头单元21可拆卸地连接。
51.该实施例的连接部件2既能够实现相邻臂架段1中主弦杆11的连接，能能够在相邻臂架段1的连接处对横截面内相邻的臂架体10之间通过第二连接杆222进行加强，从而提高臂架装置的承载能力，减少变形程度。
52.在一些实施例中，如图3和图4所示，臂架体10的数量为偶数且呈矩形阵列布置，相邻的臂架体10之间间隔设置，矩形单元u的数量和布局与臂架体10适配。此种布置方式中各臂架体10的布局更加紧凑，在横截面外廓尺寸一定的情况下，可在变幅平面和回转平面内均达到较高的抗弯强度，提高臂架的承载能力。
53.例如，如图4所示，在最右侧中间位置的连接部件2中，包括四个矩形单元u(u1
‑
u4)，布置为两行两列的形式，以满足中载吊装需求。在此基础上，可在臂架装置宽度方向中的一侧增加一列矩形单元 u(u5
‑
u6)，可以将连接部件2扩展为连接两行三列布置的六个臂架体10；或者也可在臂架装置高度方向的一侧增加一行矩形单元u(u5
‑ꢀ
u6)，可以将连接部件2扩展为连接三行两列布置的六个臂架体10，以满足超大吊装工况的臂架承载需求。
54.或者，可将四个矩形单元u的连接部件2拆分为两组包含一行两列矩形单元u的连接部件2，以满足中载吊装下更轻重物的吊装需求；或者进一步可将包含两个矩形单元u的连接部件2拆分为只包括一个矩形单元u的连接部件2，以适应于轻载吊装工况的需求，减少臂架承载能力的浪费。
55.在一些实施例中，如图5所示，臂架体10的数量为奇数，多个臂架体10分为多组且沿宽度方向和高度方向中的一个方向间隔设置，其中一组臂架体10包括一个臂架体10，其
余组臂架体10均包括至少两个臂架体10，至少两个臂架体10沿宽度方向和高度方向中的另一个方向间隔设置。而且各组臂架体10的外端平齐，矩形单元u的数量和布局与臂架体10适配。例如，对于连接部件2，每组单独设置一个矩形单元u的尺寸大于每组设置的至少两个矩形单元u的尺寸之和。
56.现有技术中仅能采用偶数个臂架体，该实施例能够通过连接部件 2的灵活组装变形，适用于设置奇数个臂架体10的情况，可使臂架装置的承载能力有更多调节档位，从而使其承载能力与吊装工况更好地匹配，能够在满足吊装需求的基础上，降低臂架重量和承载能力浪费，使起重设备作业更加稳定。
57.例如，如图5所示，在最上方的连接部件2中，包括四个矩形单元u(u1
‑
u4)，布置为两行两列的形式，以满足中载吊装需求。在此基础上，可将u1和u2之间的两根第一连接杆221拆除，在第一行形成宽度覆盖第二行两个矩形单元u3和u4的矩形单元u1，可适应于设置三个臂架体10的情况；或者可将u1和u3之间的两根第一连接杆221拆除，在第一列形成宽度覆盖第二列两个矩形单元u2和u4的矩形单元u1，可适应于设置三个臂架体10的情况。
58.或者，可在第一行矩形单元u1、u2以及第二行矩形单元u3、 u4之间增加宽度覆盖u1和u2的矩形单元u5，以适应于设置五个臂架体10的情况；或者可在第一列矩形单元u1、u3以及第二列矩形单元u2、u4之间增加宽度覆盖u1和u3的矩形单元u5。
59.在一些实施例中，如图3所示，接头单元21包括横截面呈矩形的主体部21a，连接杆22的端部具有第一接头223，多个接头单元21 包括：第一接头单元211，设在框架结构的角部位置，第一接头单元 211的两个相邻侧壁上设有耳板214。
60.多个接头单元21可选择地包括：第二接头单元212和第三接头单元213。其中，第二接头单元212设在框架结构的外侧边上除角部的位置，第二接头单元212的三个侧壁上设有耳板214；第三接头单元213设在框架结构的内部区域，第三接头单元213的四个侧壁上均设有耳板214。
61.其中，第一接头223与耳板214铰接，例如，耳板214上设有铰接孔，第一接头223采用拨叉形结构，并通过销钉与耳板214实现可拆卸的铰接。
62.以图3设置四个矩形单元u的连接部件2为例，四个矩形单元 u以两行两列布局。多个接头单元21包括四个第一接头单元211、八个第二接头单元212和四个第三接头单元213。四个第一接头单元211 分别设在框架结构四个角的位置，八个第二接头单元212分别设在四个矩形单元u位于框架结构外侧边上的角部，四个第三接头单元213 设在位于中心区域的四个角部位置。
63.该实施例能够通过选择不同数量和形式的接头单元21组装形成不同的框架结构，以使框架结构适应于臂架体10的布局，使臂架装置变化灵活。
64.在一些实施例中，如图1和图3所示，接头单元21包括主体部 21a和分别连接在主体部21a两端的第二接头21b和第三接头21c，相邻臂架段1中，其中一个臂架段1中的主弦杆11的外端设有第四接头111，另一个臂架段1中的主弦杆11的外端设有第五接头，第四接头111与第二接头21b铰接，第五接头与第三接头21c铰接。其中，第二接头21b和第三接头21c的铰接轴线方向可相同或垂直，以适应于主弦杆11外端任意的接头。
65.该实施例能够方便地实现接头单元21的两端与臂架段1中主弦杆的可拆卸连接。
66.在一些实施例中，如图3所示，多个连接杆22在长度方向上间隔设置两层。此种结
构能够通过双层连接杆22起到加强作用，使相邻臂架段1之间的连接可靠，减少在吊重时发生变形，使吊重作业更加稳定，减小臂架晃动。
67.在一些实施例中，如图2所示，臂架体10包括沿长度方向设置的多个臂节10’，相邻臂节10’的主弦杆11可拆卸地连接。臂架体 10中臂节10’的设置数量可根据实际承载能力需求确定，在运输时，也可将各臂节10’拆开，以进一步降低对运输条件的要求。可选地，臂架体10也可仅包括一个臂节10’。
68.在一些实施例中，臂架段1还包括加强杆，加强杆连接在相邻臂架体10的主弦杆11之间。在臂架段1的长度较长的情况下，通过设置加强杆能够提高臂架的抗弯强度和整体刚度，可提高臂架的承载能力，并防止发生变形。
69.在一些实施例中，如图6所示，臂架体10包括四个主弦杆11和多个连杆12，四个主弦杆11围合形成端面为四边形的结构，且任意相邻主弦杆11均通过多个连杆12中的部分连杆12连接，多个连杆 12中的每个连杆12均可拆卸地连接于相邻主弦杆11之间。
70.主弦杆11可包括一根或多根弦杆。通过增加单个主弦杆11中弦杆的数量，在通过臂架装置的横截面形状和尺寸设计保证臂架装置承载能力的基础上，可进一步提高承载能力。
71.本公开充分利用拆分装配技术，打破传统臂架装置的设计思路，将焊接式整体臂架变为装配式组合臂架，臂架中的所有杆件均可拆卸，在需要组装时，可根据臂架装置的使用工况从杆件库中选择至少部分主弦杆11和连杆12，并进行组装，以形成满足承载能力的臂架装置。而且，连接部件2也可组装为不同结构，以适应不同臂架段1之间的连接需求，由此使臂架装置的组装更加灵活，从而提高臂架装置对于不同工况下承载能力的适应性，并提高臂架装置的利用率。
72.在需要运输时，可根据运输条件选择整体运输，或者将主弦杆11 和连杆12中的至少部分杆件拆开，甚至可全部拆开为零散的杆件，使臂架装置不再受运输尺寸、运输重量的限制，便于运输转场。
73.如图6所示，主弦杆11的侧壁上沿周向设有两排铰接座112，被配置为分别与臂架体10相邻两个面的连杆12铰接，每排铰接座112 包括沿长度方向间隔设置的多个铰接座112。例如，主弦杆11的横截面可呈圆形管、矩形管等，在采用矩形杆时，两排铰接座112分别设在主弦杆11相邻的两个侧壁上，以便与臂架体相邻侧面中的连杆12 连接。
74.该实施例通过铰接的方式实现连杆12与主弦杆11的连接，拆装方便，且能够实现较高的安装定位精度，减小臂架装置在工作时的晃动量。除此之外，连杆12与主弦杆11之间也可通过螺栓等紧固件连接。
75.在一些实施例中，如图6所示，相邻主弦杆11之间的多个连杆 12中，相邻连杆12各自的第一端分别连接于其中一个主弦杆11上同一铰接座112的两个铰接孔，相邻连杆12各自的第二端分别连接于另一个主弦杆11上相邻的铰接座112。
76.此种连接形式使相邻主弦杆11之间的多个连杆12形成连续的 w形结构，且能简化相邻连杆12的公共段与主弦杆11之间的连接结构，将相邻连杆12各自的第一端连接于同一铰接座112的两个铰接孔，可使相邻连杆12的安装相互独立，并使相邻连杆12处于同一平面内，保证臂架体的结构强度。
77.如图6所示，臂架体10中同一面上的多个连杆12包括：两个第一连杆121和多个第
二连杆122。两个第一连杆121分别连接于相邻主弦杆11靠近两端的位置，且两个第一连杆121均垂直于主弦杆11。多个第二连杆122沿主弦杆11的长度方向依次设在两个第一连杆121 之间，且多个第二连杆122均相对于主弦杆11倾斜设置。其中，在同一面上相邻第二连杆122的倾斜方向相反；在相对面上对应位置的两个第二连杆122交错设置。此种结构能够提高臂架体10的整体强度和刚度。
78.具体地，臂架装置的承载能力可采用如下变换方式：
79.1、增加臂架段1的截面尺寸；
80.其提升臂架承载能力的原理：
81.臂架惯性矩
[0082][0083][0084]
其中：b为臂架段1截面宽度尺寸，h为臂架段1截面高度尺寸；
[0085]
可以看出当改变臂架段1截面宽度b和高度h时，臂架的惯性矩均会提升，而惯性矩是决定臂架承载能力的直接因素，因此改变臂架段1的截面尺寸可直接提升臂架装置的承载能力。
[0086]
2、增加臂架段1中臂架体10的数量，即单一截面在理论上可以实现单臂架、双臂架、三臂架、四臂架和五臂架等任意数量，调节档位多。
[0087]
3、对于臂架段1中包括多个臂架体10的情况，可以增大相邻臂架体10之间的中心距；
[0088]
其提升臂架承载能力的原理：
[0089]
i
x2
＝8i
dg
2a2a
dg
2b2a
dg
[0090]
i
y2
＝8i
dg
2h2a
dg
[0091]
a
dg
——单个主弦杆面积；
[0092]
i
dg
——单个主弦杆的惯性矩；
[0093]
a——双臂架体中心距。
[0094]
可知，增加主弦杆11的数量和增加相邻臂架体10之间的中心距均能提高臂架装置的惯性矩，进而提升臂架装置的承载能力。
[0095]
从上式也可以看出，臂架的惯性矩与相邻臂架体10之间的中心距是平方的关系，即对于多臂架而言，增加双臂架体10间的距离对臂架承载能力的提升更直接，效果更好。同时由于本发明的连杆12为装配式，可以很方便的通过更换相对应连杆12的长度，减小单个臂架体 10截面的方式，在整个臂架装置外形尺寸不变的情况下达到增大相邻臂架体10中心距的目的。
[0096]
本公开的上述实施例突破现有技术的思维局限，使得臂架装置的变换可同时适用于奇数个臂架体和偶数个臂架体，可根据吊装工况需求任意变化臂架装置的截面形状和尺寸，由此，臂架装置的承载能力可根据需要进行任意调节。而且，此种臂架装置变换简单，通过增减接头单元21和连接杆22的数量、尺寸和排布形式就可形成不同的连接部件2，不同矩
形单元u之间的距离以及矩形单元u的大小可通过不同长度的连接杆22实现，从而适应臂架装置的不同变换需求，部件利用率高。
[0097]
其次，本公开提供了一种起重设备，包括上述实施例的臂架装置。此种起重设备可满足不同吊装工况的需求，既能满足超大吊装工况的需求，又能在中小吊装工况下减轻臂架重量，提高吊装稳定性，充分利用臂架的承载能力。
[0098]
在一些实施例中，起重设备包括两个臂架装置，两个臂架装置平行间隔设置，或者呈角度设置形成a形臂架。
[0099]
以上对本公开所提供的一种臂架装置及起重设备进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本公开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公开的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。