一种可延展式起重设备平衡重机构的制作方法

本发明涉及起重设备领域，具体地说是一种可延展式起重设备平衡重机构。

背景技术：

对于起重设备的可移动平衡重研究由来已久，以塔式起重机为例，20世纪80年代，塔式起重机即出现了可移动平衡重的方式，它是采用钢丝绳牵引平衡重的方法，1985年利勃海尔(Libherr)在500HC塔机上应用了一种新型装置替代传统的钢丝绳移动平衡重的方法。BKT公司更是在75t.m以上的所有型号起重臂塔机上都使用了平衡重移动装置，其结构更加轻便，对运输非常有利。1989年，波坦(Potain)公司在MR300塔机上应用了一种更复杂的配重移动系统，当吊臂仰起时，通过连杆的作用使配重移向塔身。1997年，意大利的康曼地(Comedil)公司在CTL400塔机上应用了通过悬挂的配重、吊臂联动装置来移动平衡重的方法。

但在20世纪90年代，主要出于降低成本的考虑，欧洲大多数制造厂放弃了平衡重移动装置，比较典型的是法福克(Favco)公司，他们在设计上作了较大的调整，把可移动平衡重都改为固定式配重。原因在于他们认为移动平衡重塔机有其固有的缺陷，具体表现为以下四个方面：

1、起重臂变幅时产生的静载力矩靠可移动平衡重只能抵消20％；

2、在起重臂大幅度时，起重能力损失较大；

3、移动平衡重起重臂塔机作业时能量消耗大，而且会产生噪音；

4、可移动平衡重机构需要额外的检查及维护保养，成本高；且可移动平衡重的研制成本也比较高。

到目前为止，仍有一些塔机制造商坚持采用移动平衡重，如Peiner和BKT公司(现已被Potain收购)等，不过和以前相比移动式配重设计得更加简洁，比如德国威尔伯特(Wilbert)在2009年推出的WT 1905L e.tronic起重臂自升式塔式起重机，该型号塔机独创出一种“摆动式平衡重”，该型号塔机的出现，又重新使移动平衡重塔机的设计得到重视，其在功能使用性能上的优势越发凸显。

固定平衡重塔机有其固有的缺点，对于最短臂架组合来说，不工作时臂架的仰角要放的较低，以平衡塔机上部的力矩。这意味着，在狭窄的施工工地上，如果塔机不工作时动臂臂架都放在小仰角上，将对施工布置造成困难。同时，对动臂塔机而言，当塔机作业时，会经历起升、回转、变幅的运动过程，此外还存在频繁的启动和制动，在各种耦合运动综合作用下，塔机结构承受强烈的冲击和振动，这些都是造成塔机疲劳破坏的主要因素。根据塔身结构的稳定性计算可知，塔身顶部的平衡力矩在塔机稳定性计算中起着决定性影响，因此过大的平衡力矩无疑是影响塔机的安全和耐久性的重要因素。

为了在塔机工作时平衡力矩更小，近年来研究人员设计了很多新型的可移动平衡重机构，来解决塔身顶端平衡力矩的问题，通过采用可移动平衡重塔机，减少塔身顶端附加的静载力矩，减小不平衡力矩存在较大波动幅值，使塔机的抗疲劳破坏能力得到改善，进而提高塔机安全可靠度。但从目前应用的效果来看，还存在很多不足和缺陷，使可移动平衡重塔式起重机在应用上受到限制，同时在针对可移动平衡重方面的结构分析理论研究还不够深入。

通过采用可移动平衡重方式，可有效的改善塔式起重机的负面效应，对塔身根部采用移动式的塔式起重机来说，也具有很大的借鉴意义，在移动平衡重机构的改进和应用将对塔式起重机的工作机理及应用范围方面也有很大的促进。

总结国内外现有的采用移动平衡重方式的起重臂塔机，其功能实现主要有以下几种方式：

1、钢丝绳移动平衡重方式。这是最早采用的平衡重移动形式，如图5～6所示，钢丝绳移动平衡重方式即将平衡重通过钢丝绳与臂架相连接，钢丝绳的总长是一定的，随着臂架的俯仰，平衡重即跟着前后移动。通常这种情况会设置配重小车和专门的移动滑道，滑道的倾斜角度、长度以及钢丝绳的路径等都是根据该结构配重重心位置随臂架仰角的变化规律设计的。但其缺陷也很明显，钢丝绳易磨损，且在作业时需要额外拉起平衡重，产生很大的消耗。

2、连杆机构移动平衡重方式。由于钢丝绳在使用过程中容易磨损，移动平衡重技术紧跟着又出现了连杆机构移动方式，如图7所示，该方式通过连杆机构使配重的移动方式与起重臂相匹配，将塔机的不平衡力矩控制在一定范围内，现有技术中采用连杆机构移动平衡重方式的起重臂塔机比较典型的有利勃海尔500HC系列塔机，而在水电工程施工领域应用于三峡工程的MQ2000国产大型水工门机也具有移动平衡重塔机的特点。

该方式的缺陷在于：这种方法只适用于起吊重量变化不大的情况下，而实际上起吊重量是随机的，数值变化范围较大，因此，连杆式的可移动平衡重方式对吊重的适应性不是很好，由于随起重臂俯仰角随动，平衡重位置反应过于灵敏。在平衡重位置的改变后，势能变化较大，因此对塔机结构的动态特性也会产生不良的影响。

3、摆动式平衡重方式。如图8所示，随着技术发展，出现了一种新的平衡重机构形式，即将平衡重在平衡臂尾部悬挂，通过平衡重上端的铰点来约束位移，这种结构形式类似钟摆结构，平衡重下端与钢丝绳相连，在起重臂俯仰时能够随动平衡重位置，以此减少塔身顶部静载弯矩，同时防止了臂架后翻并提高了最大自由竖立高度。由于使用了摆动式配重，使塔机在中大幅度的起重能力上得到很大提升，明显优于同级别型号塔机，并且功耗较小，但是移动平衡重的的移动距离有限。

综上所述，目前可移动平衡重塔机在应用方面还有很多的局限性，并且在采用移动平衡重方式后，反而带来了诸多弊端，导致了移动平衡重塔机并没有得到很好的发展和应用。另外国内在可移动平衡重塔式起重机的研究和制造方面还处于起步阶段，生产型号较少，比如沈阳三洋生产的S50L4塔机、川建生产的SCM-D400型起重臂式塔式起重机、DZQ200型自升折臂式塔机等都属于可移动平衡重塔式起重机，主要也是采取国外流行的几种移动平衡重方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可延展式起重设备平衡重机构，利用剪叉组件驱动延展机构，并通过延展机构驱动平衡重移动，这样使得起重臂变幅时可抵消的静载力矩大，势能变化小，并可通过改变延展机构杆件重量灵活调整势能大小和作功平衡，而且附加的摆动力矩小，能够大幅提高起重设备的吊装重量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种可延展式起重设备平衡重机构，包括外延展机构、内延展机构和驱动剪叉组件，所述驱动剪叉组件设置于起重设备的平衡臂上，所述驱动剪叉组件外侧与所述外延展机构相连，所述驱动剪叉组件内侧与所述内延展机构相连，在所述外延展机构的外端设有平衡重，所述驱动剪叉组件通过起重设备的起重臂摆动驱动张合，所述外延展机构通过所述驱动剪叉组件张合带动伸缩，所述内延展机构通过所述驱动剪叉组件驱动张合。

所述驱动剪叉组件包括第一剪叉杆和第二剪叉杆，所述外延展机构包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆与第二连杆一端铰接，所述第一连杆的另一端与所述第一剪叉杆铰接，所述第二连杆另一端与所述第二剪叉杆铰接，所述平衡重设置于所述第一连杆和第二连杆的铰接端。

所述外延展机构包括第一连杆、第二连杆和一个延展剪叉组件，所述延展剪叉组件的两个剪叉杆一端分别与所述第一连杆和第二连杆铰接，另一端分别与所述驱动剪叉组件的两个剪叉杆铰接，所述平衡重设置于所述第一连杆和第二连杆的铰接端。

所述外延展机构包括第一连杆、第二连杆和多个延展剪叉组件，所述多个延展剪叉组件依次相连，且设于外延展机构内端的延展剪叉组件与所述驱动剪叉组件相连，所述第一连杆和第二连杆一端铰接，所述第一连杆的另一端以及所述第二连杆的另一端分别与靠近外延展机构外端的延展剪叉组件的两个剪叉杆铰接，所述平衡重设置于所述第一连杆和第二连杆的铰接端。

所述驱动剪叉组件包括第一剪叉杆和第二剪叉杆，所述内延展机构包括第三连杆和第四连杆，所述第三连杆和第四连杆一端铰接，所述第三连杆的另一端与所述第二剪叉杆铰接，所述第四连杆的另一端与所述第一剪叉杆铰接。

所述第三连杆和第四连杆的铰接端与所述平衡臂滑动连接，在所述驱动剪叉组件中的第一剪叉杆上设有内延展铰接点，所述第四连杆的另一端铰接于所述第一剪叉杆上的内延展铰接点处，所述第一剪叉杆的自由端通过一个支承杆与所述起重臂相连，且所述支承杆两端分别与所述第一剪叉杆和起重臂铰接。

所述支承杆为伸缩杆。

所述起重臂包括第一起重臂杆和第二起重臂杆，所述第一起重臂杆和第二起重臂杆形成一个剪叉机构，且所述第一起重臂杆和第二起重臂杆铰接处形成起重臂连杆铰接点，所述第一起重臂杆超过所述起重臂连杆铰接点的延长部分形成与所述驱动剪叉组件相连的第三连杆，所述第二起重臂杆超过所述起重臂连杆铰接点的延长部分形成与所述驱动剪叉组件相连的第四连杆，所述驱动剪叉组件中的两个剪叉杆的铰接处与所述平衡臂滑动连接。

所述起重臂连杆铰接点设置于所述平衡臂与起重设备塔身的连接端。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明的平衡重势能变化小，由于可延展式结构的特点，平衡重可水平移动，相对世界上现有的移动平衡重机构势能变化大的特征有很大的区别，因此动态特性更优，并可通过改变延展机构杆件重量灵活调整势能大小和作功平衡，附加的摆动力矩小，能够大幅提高起重设备的吊装重量。

2、本发明在作业工况下，塔身应力幅值大大下降，塔身侧向位移相对固定平衡重塔机明显有所减少，抗风载能力大大加强，进而使得塔身稳定性的得到大幅提高。

3、本发明由于势能变化小，以及可展式结构自平衡特性，平衡重水平移动耗能很小，因此本设计相对于其它移动平衡重机构功耗大大降低。

4、本发明还能起到防止臂架后倾的作用，不必另设防后倾装置，使得防后倾设计安全性更为可靠。

5、本发明在放低臂架时可以减少风力对塔身产生不利扭矩影响。

6、本发明的平衡臂可大幅缩短，减小了平衡臂结构尺寸，进而降低平衡臂自重，有利于减小工作空间，并且利于塔机施工作业现场布置。

7、由于同级别的动臂式塔机中，平衡重移动式比平衡重固定式塔身截面及强度要求低，因此本发明可以降低结构重量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1中本发明的安装位置示意图，

图3为图1中本发明的机构原理图，

图4为图3中的外延展机构设有延展剪叉组件时的示意图，

图5为现有技术中钢丝绳移动平衡重方式的示意图一，

图6为现有技术中钢丝绳移动平衡重方式的示意图二，

图7为现有技术中连杆机构移动平衡重方式的示意图，

图8为现有技术中摆动式平衡重方式的示意图，

图9为现有技术中港口起重机的结构示意图，

图10为采用本发明的港口起重机的示意图，

图11为采用本发明的另一种结构的港口起重机示意图。

其中，1为外延展机构，2为内延展机构，3为平衡重，4为第一剪叉杆，5为第二剪叉杆，6为第一连杆，7为第二连杆，8为第三连杆，9为第四连杆，10为平衡臂，11为支承杆，12为起重臂，13为回转台，14为塔身，15为滑块，16为卷扬机，17为钢丝绳，18为内延展铰接点，19为支承杆铰接点,20为桅杆，21为吊重，22为延展剪叉组件，23为第一起重臂杆，24为第二起重臂杆，25为起重臂连杆铰接点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明包括外延展机构1、内延展机构2和驱动剪叉组件，如图2所示，在起重设备的塔身14顶端设有回转台13，起重设备的平衡臂10的一端与所述回转台13固连，起重设备的起重臂12的一端与所述回转台13铰接，如图1和图3所示，所述驱动剪叉组件设置于所述平衡臂10上，所述驱动剪叉组件外侧(即驱动剪叉组件远离所述塔身14一侧)与所述外延展机构1相连，所述外延展机构1的外端(即外延展机构1远离所述塔身14一端)设有平衡重3，所述驱动剪叉组件内侧(即驱动剪叉组件靠近所述塔身14一侧)与所述内延展机构2相连，所述驱动剪叉组件通过起重设备的起重臂12摆动驱动张合，所述外延展机构1通过所述驱动剪叉组件张合带动伸缩，所述内延展机构2通过所述驱动剪叉组件驱动张合。

如图1和图3所示，所述驱动剪叉组件包括第一剪叉杆4和第二剪叉杆5，所述外延展机构1包括第一连杆6和第二连杆7，所述第一连杆6与第二连杆7一端铰接，所述第一连杆6的另一端与所述第一剪叉杆4铰接，所述第二连杆7另一端与所述第二剪叉杆5铰接。所述外延展机构1还可以设有一个或多个延展剪叉组件22，如图4所示，当所述外延展机构1设有一个延展剪叉组件22时，所述延展剪叉组件22的两个剪叉杆一端分别与所述第一连杆6和第二连杆7铰接，另一端分别与所述驱动剪叉组件的两个剪叉杆铰接，当所述外延展机构1设有多个延展剪叉组件22时，各个延展剪叉组件22依次相连，其中位于外延展机构1内端的延展剪叉组件22与所述驱动剪叉组件相连，靠近外延展机构1外端的延展剪叉组件22与所述第一连杆6和第二连杆7铰接。

如图1和图3所示，所述内延展机构包括第三连杆8和第四连杆9，所述第三连杆8和第四连杆9一端铰接，所述第三连杆8的另一端与所述第二剪叉杆5铰接，所述第四连杆9的另一端与所述第一剪叉杆4铰接。

本发明可应用在不同的起重设备上，且与起重臂12的连接结构随着起重设备的结构不同而有所改变。

实施例1

本实施例中的起重设备为塔机，如图1～4所示，本实施例中，所述第三连杆8和第四连杆9的铰接端与平衡臂10滑动连接，其中在所述第三连杆8和第四连杆9的铰接端设有滑块15，在所述平衡臂10上设有与滑轨，所述滑块15沿着所述滑轨移动，本实施例设有一个支承杆11，在所述驱动剪叉组件中的第一剪叉杆4上设有内延展铰接点18，如图3所示，所述第三连杆8与所述驱动剪叉组件中的第二剪叉杆5铰接，所述第四连杆9则铰接于所述第一剪叉杆4上的内延展铰接点18处，所述第一剪叉杆4的自由端通过所述支承杆11与所述起重臂12相连，且所述支承杆11两端分别与所述第一剪叉杆4和起重臂12铰接，所述支承杆11可以为固定杆，也可以为伸缩杆，本实施例中，所述支承杆11为伸缩杆。

如图3所示，在所述平衡臂10上设有桅杆20和两台卷扬机16，由其中一台卷扬机16引出的钢丝绳17依次绕过桅杆20顶端的滑轮和起重臂12顶端的滑轮后与吊重21相连，由另一台卷扬机16引出的钢丝绳17则绕过起重臂12顶端的滑轮后与吊重21相连。如图1所示，各个机构中的连杆机构分设于平衡臂10两侧，并且不同侧连杆机构对应的铰接点均通过轴连接。

本实施例的工作原理为：

如图5～8所示，现有技术中塔机的移动平衡重方式主要包括钢丝绳移动平衡重、连杆机构移动平衡重、摆动式平衡重等几种方式。

如图1～4所示，本实施例中，所述驱动剪叉组件通过支承杆11与所述起重臂12相连，当起重臂12摆动时即驱动所述驱动剪叉组件张合，从而带动外延展机构1和内延展机构2同步伸缩。如图3所示，本实施例中，驱动剪叉组件中的第一剪叉杆4和第二剪叉杆5分别与外延展机构1中的第一连杆6和第二连杆7铰接，同时又分别与内延展机构2中的第三连杆8和第四连杆9铰接，另外所述第一剪叉杆4、支承杆11、起重臂12以及平衡臂10还形成一个四连杆机构，从而实现起重臂12摆动驱动外延展机构和内延展机构的同步伸缩带动平衡重3移动，这使得起重臂12变幅时可抵消的静载力矩大，且势能变化小，附加的摆动力矩小，并可通过改变机构杆件重量灵活调整势能大小。

实施例2

本实施例中的起重设备为港口起重机，如图9所示，现有技术中的港口起重机的起重臂12主体包括一个四连杆结构，其中第一起重臂杆23和第二起重臂杆24的端部铰接处形成一个起重臂连杆铰接点25。

如图10所示，本实施例中，所述第一起重臂杆23和第二起重臂杆24形成一个剪叉机构，且所述第一起重臂杆23和第二起重臂杆24的铰接处形成起重臂连杆铰接点25，所述起重臂连杆铰接点25设置于平衡臂10与塔身14的连接端，其中所述第一起重臂杆23超过所述起重臂连杆铰接点25的延长部分即为与所述驱动剪叉组件相连的第三连杆8，所述第二起重臂杆24超过所述起重臂连杆铰接点25的延长部分即为与所述驱动剪叉组件相连的第四连杆9，而所述驱动剪叉组件中的两个剪叉杆的铰接处通过滑块滑轨与平衡臂10滑动连接。

本实施例的工作原理为：

起重臂摆动时驱动第一起重臂杆23和第二起重臂杆24张合，进而带动所述驱动剪叉组件移动张合，进而带动平衡重3伸缩移动。

实施例3

如图11所示，本实施例与实施例2的区别在于：本实施例中的起重臂12只包括一个四连杆机构，并无其他结构，钢丝绳绕过所述四连杆机构远离塔身14一端的滑轮后与吊重21连接。

本实施例的工作原理为：

第一起重臂杆23摆动时，一方面带动吊重21移动，另一方面带动所述驱动剪叉组件张合，进而带动平衡重3伸缩移动。