伸缩式主臂桅杆和起重机的制作方法

本实用新型涉及起重机技术领域，尤其是涉及一种伸缩式主臂桅杆和起重机。

背景技术：

目前起重机行业，起重机的主臂桅杆用于臂架的起臂，主臂桅杆长度、强度、刚度对于起重机的起臂能力起到关键作用。

如图1、图2所示，现有主臂桅杆10的底端与起重机的转台铰接，臂架20的一端也与转台铰接，主臂桅杆10的顶端通过拉板30与臂架20远离转台的一端连接，通过设置在转台上且与臂架20相对侧的卷扬机构带动主臂桅杆10转动，从而将臂架20扳起。如果要实现扳起臂架20，首先要扳起主臂桅杆10，主臂桅杆10通过设置在转台上的顶升油缸扳起。如图3所示，主臂桅杆10扳起时，顶升油缸产生向上的顶升力f2，该顶升力需克服主臂桅杆的自重g2，假设主臂桅杆10重心距离主臂桅杆10与转台绞点的水平距离为l2，则主臂桅杆10自重对主臂桅杆产生了弯矩m2＝g2×l2，即扳起过程中主臂桅杆10要承受自重带来的弯矩m2。在顶升油缸力f2附近主臂桅杆承受极大弯矩，该弯矩较大时会引起主臂桅杆10的材料失效，如局部塑性形变乃至局部撕裂等损坏，导致主臂桅杆10损坏，影响起重机正常使用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种伸缩式主臂桅杆和起重机，以缓解了现有的起重机的主臂桅杆在扳起过程中，主臂桅杆在顶升油缸附近承受极大弯矩，该弯矩较大时会引起主臂桅杆的材料失效，如局部塑性形变乃至局部撕裂等损坏，导致主臂桅杆损坏，影响起重机正常使用的技术问题。

本实用新型提供的伸缩式主臂桅杆，包括多级依次滑动连接的伸缩支架；

相邻两个伸缩支架的相接处设置有驱动机构，驱动机构的一端与相邻两个伸缩支架中的一个伸缩支架连接，驱动机构的另一端与相邻两个伸缩支架中的另一个伸缩支架连接，驱动机构能够驱动相邻两个伸缩支架的展开与收缩。

进一步的，驱动机构为伸缩缸。

进一步的，伸缩缸设置在伸缩支架的内部。

进一步的，伸缩缸的一端与相邻两个伸缩支架中的一个伸缩支架铰接，伸缩缸的另一端与相邻两个伸缩支架中的另一个伸缩支架铰接。

进一步的，伸缩支架的数量为两个，分别为第一支架和第二支架；

第一支架包括间隔设置的两个第一横梁，第二支架包括间隔设置的两个第二横梁；

第二横梁的一端用于与转台连接，第二横梁远离转台的另一端插装在第一横梁的内腔中，且能够沿第一横梁的延伸方向滑动；

伸缩缸设置在第一横梁的内腔中。

进一步的，第一横梁和第二横梁的横截面为矩形或者圆形。

进一步的，伸缩缸为液压缸或者气缸。

本实用新型提供的起重机，包括转台、顶升机构、变幅机构、拉板、臂架和的伸缩式主臂桅杆；

伸缩式主臂桅杆的一端与转台可转动连接；顶升机构的一端与转台连接，另一端与伸缩式主臂桅杆连接；

臂架的一端与转台可转动连接，臂架的另一端通过拉板与伸缩式主臂桅杆远离转台的一端连接；

变幅机构与伸缩式主臂桅杆远离转台的一端连接，用于驱动伸缩式主臂桅杆转动。

本实用新型提供的伸缩式主臂桅杆，包括多级依次滑动连接的伸缩支架；相邻两个伸缩支架的相接处设置有驱动机构，驱动机构的一端与相邻两个伸缩支架中的一个伸缩支架连接，驱动机构的另一端与相邻两个伸缩支架中的另一个伸缩支架连接，驱动机构能够驱动相邻两个伸缩支架的展开与收缩。

与现有技术相比，本实用新型提供的伸缩式主臂桅杆通过多级依次滑动连接的伸缩支架和驱动机构实现主臂桅杆在其长度方向上的伸缩，能够在收缩状态下实现伸缩式主臂桅杆的扳起，然后再通过驱动机构实现伸缩式主臂桅杆的展开，避免了主臂桅杆在扳起过程中因自重而承受极大弯矩，造成主臂桅杆的材料失效和损坏，影响起重机正常使用的风险。

本实用新型提供的起重机，包括转台、顶升机构、变幅机构、拉板、臂架和的伸缩式主臂桅杆；伸缩式主臂桅杆的一端与转台可转动连接；顶升机构的一端与转台连接，另一端与伸缩式主臂桅杆连接；臂架的一端与转台可转动连接，臂架的另一端通过拉板与伸缩式主臂桅杆远离转台的一端连接；变幅机构与伸缩式主臂桅杆远离转台的一端连接，用于驱动伸缩式主臂桅杆转动。

通过顶升机构将处于收缩状态的伸缩式主臂桅杆扳起，然后将伸缩式主臂桅杆展开，通过拉板连接臂架和伸缩式主臂桅杆，并利用变幅机构驱动伸缩式主臂桅杆转动，从而实现臂架的扳起，避免了主臂桅杆的弯曲变形和失效，同时，因伸缩式主臂桅杆的长度增加，还能够有效地改善臂架和拉板的受力，提高起重机的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有不带超起装置的起重机的臂架扳起示意图；

图2为现有主臂桅杆的结构图；

图3为现有主臂桅杆的扳起时的受力示意图；

图4为现有臂架扳起时的受力示意图；

图5为图4中拉板的拉力分解示意图；

图6为臂架受轴向力弯曲的示意图；

图7为本实用新型实施例提供的伸缩式主臂桅杆的结构图；

图8为本实用新型实施例提供的伸缩式主臂桅杆的展开和收缩的对比图；

图9为本实用新型实施例提供的起重机的伸缩式主臂桅杆的趴平状态示意图；

图10为本实用新型实施例提供的起重机的伸缩式主臂桅杆的扳起示意图；

图11为本实用新型实施例提供的起重机的伸缩式主臂桅杆的展开示意图；

图12为本实用新型实施例提供的起重机的臂架的扳起示意图；

图13为本实用新型实施例提供的起重机的伸缩式主臂桅杆展开和收缩时拉板的拉力对比图；

图14为图13中拉板的拉力分解图。

图标：10-主臂桅杆；20-臂架；30-拉板；

100-伸缩式主臂桅杆；110-第一支架；111-第一横梁；120-第二支架；121-第二横梁；130-伸缩缸；200-臂架；300-拉板；400-转台；500-顶升机构；610-变幅卷扬；620-主臂桅杆滑轮组；630-转台滑轮组；640-变幅钢丝绳。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图7、图8所示，本实施例提供的伸缩式主臂桅杆100，包括多级依次滑动连接的伸缩支架；相邻两个伸缩支架的相接处设置有驱动机构，驱动机构的一端与相邻两个伸缩支架中的一个伸缩支架连接，驱动机构的另一端与相邻两个伸缩支架中的另一个伸缩支架连接，驱动机构能够驱动相邻两个伸缩支架的展开与收缩。

与现有技术相比，本实用新型提供的伸缩式主臂桅杆100通过多级依次滑动连接的伸缩支架和驱动机构实现主臂桅杆在其长度方向上的伸缩，能够在收缩状态下实现伸缩式主臂桅杆100的扳起，然后再通过驱动机构实现伸缩式主臂桅杆100的展开，避免了现有固定长度的主臂桅杆在扳起过程中因自重而承受极大弯矩，造成主臂桅杆的材料失效和损坏，影响起重机正常使用的风险。

进一步的，驱动机构为伸缩缸130，伸缩缸130的一端与相邻两个伸缩支架中的一个伸缩支架连接；伸缩缸130的另一端与相邻两个伸缩支架中的另一个伸缩支架连接。

具体地，本实施例中，驱动机构为伸缩缸130，且该伸缩缸130设置在相邻两个伸缩支架之间，伸缩缸130的固定端与相邻两个伸缩支架中的一个伸缩支架连接，伸缩缸130的活动端与相邻两个伸缩支架中的另一个伸缩支架连接，通过伸缩缸130的伸缩，实现伸缩式主臂桅杆100的展开和收缩。

需要说明的是，驱动机构还可以由驱动电机、钢丝绳和滑轮组件组成，由驱动电机驱动钢丝绳和滑轮组件，实现伸缩式主臂桅杆100的伸缩，例如可以使用伸缩臂式起重机上实现臂架200伸缩的机构来实现，该机构有多种形式在工程上广泛使用，可以直接借用，此处不做赘述。

进一步的，伸缩缸130设置在伸缩支架的内部。

具体地，为了减少空间占用，伸缩支架可以为中空结构，可以将伸缩缸130设置在伸缩支架的内部。

进一步的，伸缩缸130的一端与一个伸缩支架铰接，伸缩缸130的另一端与另一个伸缩支架铰接。

本实施例中，伸缩缸130设置在伸缩支架的内部，且伸缩缸130的一端与相邻两个伸缩支架中的一个伸缩支架铰接，伸缩缸130的另一端与另一个伸缩支架铰接。

进一步的，所述伸缩支架的数量为两个，分别为第一支架110和第二支架120；第一支架110包括间隔设置的两个第一横梁111，第二支架120包括间隔设置的两个第二横梁121；第二横梁121的一端用于与转台400连接，第二横梁121远离转台400的另一端插装在第一横梁111的内腔中，且能够沿第一横梁111的延伸方向滑动；伸缩缸130设置在第一横梁111的内腔中。

具体地，伸缩式主臂桅杆100为两级，即由第一支架110和第二支架120组成，第一支架110包括间隔设置的两个第一横梁111，且第一横梁111与伸缩式主臂桅杆100的长度方向相同，第二支架120包括间隔设置的两个第二横梁121，第二横梁121插装在第一横梁111的内腔中，且能够相对于第一横梁111在第一横梁111的长度方向滑动，伸缩缸130设置有第一横梁111的内腔中，且伸缩缸130的一端与第一横梁111铰接，另一端与第二横梁121铰接。

进一步的，第一横梁111和第二横梁121的横截面为矩形或者圆形。

本实施例中，第一横梁111和第二横梁121的横截面为矩形。

在现有技术中，为了提高主臂桅杆的承受弯矩的能力，需要增加主臂桅杆材料厚度、强度、改变主擘桅杆的截面积等。这些措施会带来主臂桅杆重量和成本的极大增加。同时，主臂桅杆长度、重量的增加会造成顶升油缸的机构能力相应增加，即增大油缸直径和行程。以上措施不仅会大大增加整机成本，同时，顶升油缸直径的增大，可能导致本就空间拥挤的起重机的转台的空间不足，从而要增大转台，进而导致整机尺寸的放大，成本的飙升。

本实施例中，在于将主臂桅杆做成伸缩式结构，如图7所示，伸缩式主臂桅杆100分为第一支架110和第二支架120，第一横梁111和第二横梁121做成不同截面套装的形式，且第一横梁111和第二横梁121为矩形截面。两级的箱型结构的截面大小不一，保证实现套装。例如其中第二支架120的第二横梁121的横截面为高h1、宽w1，第一支架110的第一横梁111的横截面为高h2、宽w2，则：h1＜h2且w1＜w2；或者，h1＞h2且w1＞w2。

本实施例中，展示的是第一种情况，即h1＜h2且w1＜w2。第一横梁111和第二横梁121的内部通过伸缩缸130实现伸缩，伸缩式主臂桅杆100处于展开状态时的长度比处于收缩状态时的长度增加d，实现了主臂桅杆长度的增加。

优选地，伸缩缸130为液压缸或者气缸。

如图8所示，伸缩式主臂桅杆100的展开和收缩的对比，展开状态时的长度比收缩状态时的长度要大d，具体在起重机上使用的情况如图10和图11所示，伸缩式主臂桅杆100扳起时，伸缩缸130缩至最小行程，此时主臂桅杆长度最短，即l1，主臂桅杆受到自重引起的弯矩最小，从而保证主臂桅杆克服自重产生的弯矩顺利扳起而不致引起损坏。

当主臂桅杆通过顶升油缸扳起至竖直位置时，主臂桅杆的伸缩缸130推出，可以推出至最长行程，此时主臂桅杆长度最长为l’1。

随后顶升油缸继续顶升，主臂桅杆继续前倾，当主臂桅杆与顶升油缸脱离时，通过主臂变幅卷扬的放绳，利用主臂桅杆自重继续向前趴直至需要的角度。此时，由于桅杆长度最长为l’1，相比与原先的长度l1，抬起臂架200所需的拉力f’1相对较小，对臂架200的轴向力，即f’1的水平分量f’1x也较小，从而实现扳起较长的主臂长度。

实际上，考虑到扳起臂架200时伸缩式主臂桅杆100与竖直方向存在夹角δ，如图12所示，主臂桅杆无需扳起至90°即竖直位置，在90°±δ的范围内均可以进行伸缩动作。通常，我们选取δ≤30°，即伸缩式主臂桅杆100可以在与水平面呈60°-120°或更小的范围内进行长度伸缩的动作。

需要说明的是，也可以选取在伸缩式主臂桅杆100与水平面呈90°，即伸缩式主臂桅杆100在竖直状态时进行伸缩。

本实施例提供的起重机，包括转台400、顶升机构500、变幅机构、拉板300、臂架200和的伸缩式主臂桅杆100；伸缩式主臂桅杆100的一端与转台400可转动连接；顶升机构500的一端与转台400连接，另一端与伸缩式主臂桅杆100连接；臂架200的一端与转台400可转动连接，臂架200的另一端通过拉板300与伸缩式主臂桅杆100远离转台400的一端连接；变幅机构与伸缩式主臂桅杆100远离转台400的一端连接，用于驱动伸缩式主臂桅杆100转动。

通过顶升机构500将处于收缩状态的伸缩式主臂桅杆100扳起，然后将伸缩式主臂桅杆100展开，通过拉板300连接臂架200和伸缩式主臂桅杆100，并利用变幅机构驱动伸缩式主臂桅杆100转动，从而实现臂架200的扳起，避免了主臂桅杆的弯曲变形和失效，同时，因伸缩式主臂桅杆100的长度增加，还能够有效地改善臂架200和拉板300的受力，提高起重机的稳定性。

如图10所示，本实施例中，变幅机构包括设置在转台400上的变幅卷扬610和转台滑轮组630，设置在伸缩式主臂桅杆100远离转台400的一端的主臂桅杆滑轮组620，依次连接转台滑轮组630、主臂桅杆滑轮组620和变幅卷扬610的变幅钢丝绳640，通过变幅卷扬610卷绕变幅钢丝绳640，实现伸缩式主臂桅杆100相对于转台400的转动，从而实现臂架200的扳起。

如图1、图4至图6所示，为起重机在不带超起装置的情况下扳起臂架200的示意图，其中臂架200重量为g1，距离回转中心距离为d0，在扳起臂架200的过程中，主臂桅杆与臂架200通过拉板300连接，拉板300的拉力为f1。拉力f1与水平夹角为β1。

由图4可知，臂架200扳起过程中，主要由臂架200自重产生前倾力矩m1＝g1×d0。显然，长度较大的臂架200的起臂会导致g1和d0均较大，从而导致前倾力矩m1较大，该前倾力矩过大将影响整机稳定性，因此整机稳定性限制了起重机不带超起装置的情况下所能扳起的最长臂长。

如图4、图5及图6所示，其中，f1可以分解为水平方向的分量f1x和竖直方向的分量f1y，其中，以臂架200与转台400连接绞点取矩，可知g1和f1的关系为g1×d0＝f1y×d1，即f1y＝g1×d0/d1。当臂架200较长时，g1和d0均较大，导致需要较大的f1y，如果拉力f1与水平夹角β1不变，即需要较大的f1。

同时，由图1可知，主臂变幅卷扬的钢丝绳绕过转台滑轮组和主臂桅杆滑轮组，扳起臂架20的过程中，主臂变幅卷扬带动变幅钢丝绳从而向后扳主臂桅杆，主臂桅杆通过拉板30扳起臂架20，拉力为f1。则主臂变幅卷扬、变幅钢丝绳、转台滑轮组、主臂桅杆滑轮组共同构成的变幅机构的机构能力决定了f1的大小。即变幅机构的机构能力决定了可以扳起最长主臂的长度。该机构的机构能力可以通过增大主臂变幅卷扬减速机的速比、增加钢丝绳破断力等级、增加滑轮组数目实现。

但是，实际上不可以通过无限增大f1来增加扳起的最大臂长。因为f1的水平分量f1x对于臂架而言是沿臂架长度方向的轴向力。如图5所示，臂架起臂时受到重力作用而产生向下的挠度，臂架处于弯曲状态。此时f1的水平分量f1x如果过大，将引起臂架的屈曲失稳而导致起臂失败。因此，f1的大小实际受到臂架稳定性的限制，因而限制了此情况下可以扳起的最长臂长。

实际上，有效的办法是使用较长的主臂桅杆长度，增大拉板与臂架之间的夹角的方式，从而改善臂架受力，突破臂架稳定性的限制而增加可以扳起的最长臂长。

本实施例中，利用可伸缩式主臂桅杆100，在主臂桅杆由趴平状态扳起时，伸缩式主臂桅杆100处于收缩状态，可以减少其自重引起的变距m2，避免在顶升机构500处的变形损坏。

如图13及图14所示，将伸缩式主臂桅杆100的长度由l1增加到l’1，则拉板300力f1与水平夹角β1会相应增加，增加后角度为β’1。此时，由于f1的竖直方向的分量f1y＝g1×d0/d1，为固定值，则随着由于β1增大为β’1。由图14容易发现，f1和f1的水平分量f1x均会减小，减小后的值为f’1和f’1x，即f’1＜f1且f’1x＜f1x。其中，f’1＜f1意味着变幅卷扬610、变幅钢丝绳640、转台滑轮组630、主臂桅杆滑轮组620共同构成的变幅机构的机构能力可以相应减小，即无需增大变幅卷扬减速机的速比、增加钢丝绳破断力等级、增加滑轮组数目，这意味着成本的降低。同时，f’1x＜f1x意味着臂架200所受到的轴向力降低，屈曲安全系数增大，臂架200屈曲失稳的风险减小，此时，可以扳起更长的臂架200。因此，通过使用较长的伸缩式主臂桅杆100，可以实现扳起更长主臂长度。

如图9至图12所示，伸缩式主臂桅杆100安装至起重机的转台400上时为趴平状态，如果要实现扳起臂架200，首先要扳起伸缩式主臂桅杆100，伸缩式主臂桅杆100通过与转台400连接的顶升油缸扳起，在伸缩式主臂桅杆100扳起时，伸缩缸130缩至最小行程，此时主臂桅杆长度最短，即l1，此时伸缩式主臂桅杆100受到自重引起的弯矩最小，从而保证伸缩式主臂桅杆100克服自重产生的弯矩顺利扳起而不致引起损坏。

随后顶升油缸继续顶升，伸缩式主臂桅杆100继续前倾，当伸缩式主臂桅杆100与顶升油缸脱离时，通过主臂变幅卷扬的放绳，利用伸缩式主臂桅杆100的自重继续向前趴直至需要的角度。此时，由于桅杆长度最长为l’1，起臂所需的拉板300力f’1较小，对臂架200的轴向力，即f’1的水平分量f’1x也较小，从而实现扳起较长的主臂长度。

实际上，考虑到扳起臂架200时伸缩式主臂桅杆100与竖直方向存在夹角δ，如图12所示，伸缩式主臂桅杆100无需扳起至90°即竖直位置，在90°±δ的范围内均可以进行伸缩式主臂桅杆100长度的伸缩动作。通常，我们选取δ≤30°，即主臂桅杆可以在60°-120°或更小的范围内进行长度伸缩的动作。

本实施例中，起重机可以为履带起重机。

本实施例提供的起重机的操作方法，包括以下步骤：利用顶升机构500驱动伸缩式主臂桅杆100到达设定位置；当伸缩式主臂桅杆100到达设定位置时，利用驱动机构驱动伸缩式主臂桅杆100伸长到预设长度；当伸缩式主臂桅杆100伸长到预设长度时，通过拉板300将臂架200和伸缩式主臂桅杆100远离转台400的一端连接；通过变幅机构驱动伸缩式主臂桅杆100的转动并执行臂架200的扳起动作，通过顶升机构500将伸缩式主臂桅杆100驱动到设定位置后再将其驱动到预设长度，然后再通过变幅机构驱动伸缩式主臂桅杆100转动，从而执行臂架200的扳起动作。避免了主臂桅杆的弯曲失效，同时，在起重机不带超起装置的情况下，减少了对变幅机构动力的要求，同时减小了拉板300作用在臂架200上的轴向力，降低了臂架200屈曲失稳的风险，从而实现扳起更长臂架200的能力。

进一步的，伸缩式主臂桅杆100的设定位置为伸缩式主臂桅杆100的延伸方向与水平面之间的夹角δ满足：60°-120°。

具体地，伸缩式主臂桅杆100与竖直方向的夹角为±30°，即伸缩式主臂桅杆100可以在其长度方向与水平面之间的夹角为60°-120°时再利用驱动机构实现伸缩。

需要说明的是，伸缩式主臂桅杆100的最优伸缩位置为与水平面的垂直方向，这时伸缩式主臂桅杆100受其自身的重力产生的弯矩最小。

综上所述，本实用新型提供的伸缩式主臂桅杆100，包括多级依次滑动连接的伸缩支架；相邻两个伸缩支架的相接处设置有驱动机构，驱动机构的一端与相邻两个伸缩支架中的一个伸缩支架连接，驱动机构的另一端与相邻两个伸缩支架中的另一个伸缩支架连接，驱动机构能够驱动相邻两个伸缩支架的展开与收缩。与现有技术相比，本实用新型提供的伸缩式主臂桅杆100通过多级依次滑动连接的伸缩支架和驱动机构实现主臂桅杆在长度方向上的伸缩，在收缩状态下实现伸缩式主臂桅杆100的扳起，然后再通过驱动机构实现伸缩式主臂桅杆100的展开，避免了主臂桅杆在扳起过程中因自重而承受极大弯矩，造成主臂桅杆的材料失效和损坏，影响起重机正常使用的风险。

本实用新型提供的起重机，包括转台400、顶升机构500、变幅机构、拉板300、臂架200和的伸缩式主臂桅杆100；伸缩式主臂桅杆100的一端与转台400可转动连接，顶升机构500的一端与转台400连接，另一端与伸缩式主臂桅杆100连接，臂架200的一端与转台400可转动连接，臂架200的另一端通过拉板300与伸缩式主臂桅杆100远离转台400的一端连接，变幅机构与伸缩式主臂桅杆100远离转台400的一端连接，用于驱动伸缩式主臂桅杆100转动，通过顶升机构500将处于收缩状态的伸缩式主臂桅杆100扳起，然后将伸缩式主臂桅杆100展开，通过拉板300连接臂架200和伸缩式主臂桅杆100，并利用变幅机构驱动伸缩式主臂桅杆100转动，从而实现臂架200的扳起，避免了主臂桅杆的弯曲变形和失效，同时，因伸缩式主臂桅杆100的长度增加，还能够有效地改善臂架200和拉板300的受力，提高起重机的稳定性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。