一种高强度的海上吊臂及使用其的起重机的制作方法

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种高强度的海上吊臂及使用其的起重机。

背景技术：

随着海上风电以及石油开采行业的迅猛发展，使用起重设备进行安装和维护海上平台需求量日益增加。其中，吊臂是起重机的关键承载结构，其结构对起重机的承载能力有重要影响。现有的吊臂为单支臂，承载能力较低，稳定性差，抵抗风浪的能力较低。而且，现有的吊臂的结构强度不高，应力不能有效分散，受力不均，容易发生损坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种在超高的承载能力的前提下，使应力能有效分散，从而避免在长期的海洋环境使用下造成局部缺陷的海上吊臂及使用其的起重机。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高强度的海上吊臂，从下到上依次包括前段、中段和后段；

所述前段包括两个前桁架、两个安装架和两个第一连接架，所述安装架安装于所述前桁架的首端，两个所述安装架平行对称设置，两个所述前桁架平行对称设置，两个所述前桁架的首端通过一个所述第一连接架连接，两个所述前桁架的末端通过另一个所述第一连接架连接；

所述中段包括两个中桁架和两个第二连接架，两个所述中桁架平行对称设置，并且两个所述中桁架的首端通过一个所述第二连接架连接，两个所述中桁架的末端通过另一个所述第二连接架连接；

所述后段包括两个后桁架和两个第三连接架，两个所述后桁架平行对称设置，并且两个所述后桁架的首端通过一个所述第三连接架连接，两个所述后桁架的末端通过另一个所述第三连接架连接；

所述前桁架包括四根第一主管、多根第一支管和多根第一加强管，四根所述第一主管的首末两端通过所述第一支管连接并形成一个纵截面为矩形、横截面为宽度从首端向末端逐渐减小的直角梯形的前框体；

相邻两根所述第一主管之间倾斜设有多根所述第一加强管，每相邻两根所述第一加强管和所述第一主管构成形状和大小相同的三角形，并且每相对两个所述三角形错开。

优选地，所述前框体的首端的近端部通过所述第一支管连接相邻两根所述第一主管，所述第一支管和所述第一主管垂直，从而所述前框体划分成器械放置部和支撑部；

在所述支撑部中，相邻两根所述第一主管之间倾斜设有多根所述第一加强管，每相邻两根所述第一加强管和所述第一主管构成形状和大小相同的三角形，并且每相对两个所述三角形错开；

在所述器械放置部的中部设有所述第一支管，相邻两根所述第一主管通过所述第一支管连接，从而所述器械放置部的四个面均平行设置三根所述第一支管，定义靠近所述前框体的首端的第一支管为前支管，定义所述器械放置部的中部的第一支管为中支管，定义靠近所述前框体的末端的第一支管为末支管；

在所述器械放置部的顶面，所述前支管和中支管间倾斜设置一根所述第一加强管，所述中支管和末支管间倾斜设置一根所述第一加强管；

在所述器械放置部的底面，所述前支管和中支管间垂直设置两根所述第一加强管，所述中支管和末支管间平行设置一根所述第一加强管；

在所述器械放置部的两个侧面，所述前支管和中支管间设置第一肋板，所述中支管和末支管间也设置所述第一肋板，所述第一肋板的中部设有通孔。

优选地，设有第一连接管，两个所述安装架通过所述第一连接管连接；

所述安装架包括四根第一安装管和两根第二安装管，四根所述第一安装管的首端和所述前桁架的四根第一主管一一对应连接，并形成一个纵截面为宽度从首端向末端逐渐减小的等腰梯形、横截面为宽度从首端向末端逐渐减小的直角梯形的安装框体；

在所述安装框体的两个侧面，上下两根第一安装管间垂直设置一根所述第二安装管，并且所述第二安装管和所述前支管间设有安装肋板，所述安装肋板的中部设有通孔。

优选地，所述安装架还包括第一封口端板、第二封口端板和吊臂安装板，四根所述第一安装管的末端通过所述第一封口端板连接；

所述第一封口端板和第二安装管间平行设置所述第二封口端板；

所述吊臂安装板的一端为圆弧结构，所述吊臂安装板的另一端设有安装凹槽，所述吊臂安装板的中部设有吊臂安装通孔；

所述吊臂安装板通过所述安装凹槽卡接于所述第一封口端板，所述吊臂安装板和所述第一封口端板垂直；

所述吊臂安装板的安装凹槽的底面和第一封口端板连接，所述吊臂安装板的另一端和所述第二封口端板连接。

优选地，在所述安装框体的顶面，所述第二封口端板和所述前支管间也设有所述安装肋板。

优选地，所述第一连接架包括两根第一横管和两根连接加强管；

两根所述第一横管相互平行，两个所述前桁架通过所述第一横管连接；

两根所述连接加强管相互平行并设置于两根所述第一横管之间。

优选地，所述中桁架的首端和前桁架的末端连接，所述中桁架包括四根第二主管、多根第二支管和多根第二加强管，四根所述第二主管的首末两端通过所述第二支管连接并形成一个呈矩形体结构的中框体；

相邻两根所述第二主管之间倾斜设有多根所述第二加强管，每相邻两根所述第二加强管和所述第二主管构成形状和大小相同的三角形，并且每相对两个所述三角形错开。

优选地，所述第二连接架包括两根第二横管、四根三角肋管和两根腹管，两根所述第二横管相互平行并通过两根所述腹管连接，所述腹管和所述第二横管相互垂直，两根所述第二横管的两端各和一根所述三角肋管的一端连接，所述三角肋管和第二横管相互垂直；

两个所述中桁架通过所述第二连接架的三角肋管连接，并且所述三角肋管的两端分别和所述中桁架的上下两根第二主管连接。

优选地，所述后桁架的首端和所述中桁架的末端连接，所述后桁架包括四根第三主管、多根第三支管和多根第三加强管，四根所述第三主管的首末两端通过所述第三支管连接并形成一个纵截面为矩形、横截面为宽度从首端向末端逐渐减小的直角梯形的后框体；

相邻两根所述第三主管之间倾斜设有多根所述第三加强管，每相邻两根所述第三加强管和所述第三主管构成形状和大小相同的三角形，并且每相对两个所述三角形错开。

优选地，使用所述高强度的海上吊臂的起重机，包括第一滑轮机构、第二滑轮机构、主钩、主绞车、稳锁钩、稳锁绞车和所述高强度的海上吊臂，所述第一滑轮机构安装于所述后桁架的末端，所述第二滑轮机构安装于所述中桁架的内部；

所述主绞车安装于所述前桁架的前支管和中支管间的第一加强管上，所述稳锁绞车安装于所述前桁架的中支管和末支管间的第一加强管上；

所述主绞车上绕有主钢丝绳，所述主钢丝绳穿过所述第一滑轮机构绕在所述主钩上；

所述稳锁绞车上绕有稳锁钢丝绳，所述稳锁钢丝绳穿过所述第二滑轮机构绕在所述稳锁钩上。

所述高强度的海上吊臂的前段、中段和后段均采用双桁架平行对称结构，使得吊臂整体为双支臂结构，与现有的单支吊臂相比，承载能力和稳定性均大大地提高，更为有效地分散风浪对吊臂的作用力。而且，所述前段、中段和后段分别设有所述第一连接架、第二连接架和第三连接架，将平行对称设置的两个桁架连接起来，使得两支臂间有多个连接支撑结构，既减少因海上风力作用导致两支臂相对晃动，防止共振产生，又可分化作业时两支臂所受到的应力，使两支臂受力均匀。

附图说明

附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明其中一个实施例的吊臂俯视结构图；

图2是本发明其中一个实施例的吊臂主视结构图；

图3是本发明其中一个实施例的前段俯视结构图；

图4是本发明其中一个实施例的前段主视结构图；

图5是本发明其中一个实施例的中段俯视结构图；

图6是本发明其中一个实施例的中段主视结构图；

图7是本发明其中一个实施例的后段俯视结构图；

图8是本发明其中一个实施例的后段主视结构图；

图9是本发明其中一个实施例的吊臂作业状态俯视结构图；

图10是本发明其中一个实施例的吊臂作业状态主视结构图。

其中：前段1；中段2；后段3；前桁架11；安装架13；第一连接架12；中桁架21；第二连接架22；后桁架31；第三连接架32；第一主管111；第一支管112；第一加强管113；器械放置部114；支撑部115；前支管112a；中支管112b；末支管112c；第一肋板116；第一连接管134；第一安装管131；第二安装管132；安装肋板133；第一封口端板135；第二封口端板136；吊臂安装板137；第一横管121；连接加强管122；第二主管211；第二支管212；第二加强管213；第二横管221；三角肋管222；腹管223；第三主管311；第三支管312；第三加强管313；第一滑轮机构4；主钩6；主绞车61；稳锁钩7；稳锁绞车71。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例的高强度的海上吊臂，如图1、图2所示，从下到上依次包括前段1、中段2和后段3；

所述前段1包括两个前桁架11、两个安装架13和两个第一连接架12，所述安装架13安装于所述前桁架11的首端，两个所述安装架13平行对称设置，两个所述前桁架11平行对称设置，两个所述前桁架11的首端通过一个所述第一连接架12连接，两个所述前桁架11的末端通过另一个所述第一连接架12连接；

所述中段2包括两个中桁架21和两个第二连接架22，两个所述中桁架21平行对称设置，并且两个所述中桁架21的首端通过一个所述第二连接架22连接，两个所述中桁架21的末端通过另一个所述第二连接架22连接；

所述后段3包括两个后桁架31和两个第三连接架32，两个所述后桁架31平行对称设置，并且两个所述后桁架31的首端通过一个所述第三连接架32连接，两个所述后桁架31的末端通过另一个所述第三连接架32连接；

如图3、图4所示，所述前桁架11包括四根第一主管111、多根第一支管112和多根第一加强管113，四根所述第一主管111的首末两端通过所述第一支管112连接并形成一个纵截面为矩形、横截面为宽度从首端向末端逐渐减小的直角梯形的前框体；

相邻两根所述第一主管111之间倾斜设有多根所述第一加强管113，每相邻两根所述第一加强管113和所述第一主管111构成形状和大小相同的三角形，并且每相对两个所述三角形错开。

所述高强度的海上吊臂的前段1、中段2和后段3均采用双桁架平行对称结构，使得吊臂整体为双支臂结构，与现有的单支吊臂相比，承载能力和稳定性均大大地提高，更为有效地分散风浪对吊臂的作用力。而且，所述前段1、中段2和后段3分别设有所述第一连接架12、第二连接架22和第三连接架32，将平行对称设置的两个桁架连接起来，使得两支臂间有多个连接支撑结构，既减少因海上风力作用导致两支臂相对晃动，防止共振产生，又可分化作业时两支臂所受到的应力，使两支臂受力均匀。

由于前段1通过所述安装架13和起重机的主体连接，前段1作为吊臂的摆动支点而受到较大的变幅应力，所述前桁架11的四根所述第一主管111连接成一个纵截面为矩形、横截面为宽度从首端向末端逐渐减小的直角梯形的前框体，根据所受应力的分布情况，减少所述前桁架11受到的变幅应力。设有多根所述第一加强管113并组成四组形状和大小相同但相对错开的三角形阵列，从而在提高所述前桁架11强度的同时，均匀地分散应力，使得各根所述第一主管111受力均匀。

优选地，如图3、图4所示，所述前框体的首端的近端部通过所述第一支管112连接相邻两根所述第一主管111，所述第一支管112和所述第一主管111垂直，从而所述前框体划分成器械放置部114和支撑部115；

在所述支撑部115中，相邻两根所述第一主管111之间倾斜设有多根所述第一加强管113，每相邻两根所述第一加强管113和所述第一主管111构成形状和大小相同的三角形，并且每相对两个所述三角形错开；

在所述器械放置部114的中部设有所述第一支管112，相邻两根所述第一主管111通过所述第一支管112连接，从而所述器械放置部114的四个面均平行设置三根所述第一支管112，定义靠近所述前框体的首端的第一支管112为前支管112a，定义所述器械放置部114的中部的第一支管112为中支管112b，定义靠近所述前框体的末端的第一支管112为末支管112c；

在所述器械放置部114的顶面，所述前支管112a和中支管112b间倾斜设置一根所述第一加强管113，所述中支管112b和末支管112c间倾斜设置一根所述第一加强管113；

在所述器械放置部114的底面，所述前支管112a和中支管112b间垂直设置两根所述第一加强管113，所述中支管112b和末支管112c间平行设置一根所述第一加强管113；

在所述器械放置部114的两个侧面，所述前支管112a和中支管112b间设置第一肋板116，所述中支管112b和末支管112c间也设置所述第一肋板116，所述第一肋板116的中部设有通孔。

所述前桁架11划分成器械放置部114和支撑部115，所述器械放置部114放置用于驱动吊钩升降的绞车，更为充分利用吊臂空间；所述支撑部115用于连接所述中桁架21，设有多根所述第一加强管113并组成四组形状和大小相同但相对错开的三角形阵列，从而在提高所述前桁架11强度的同时，均匀地分散应力，使得各根所述第一主管111受力均匀。

所述器械放置部114的四个面均平行设置三根所述第一支管112，从而划分成两个器械放置腔，便于分类。所述器械放置部114的顶面设有第一加强管113以提高器械放置部114的强度。在所述器械放置部114的底面，所述前支管112a和中支管112b间垂直设置两根所述第一加强管113，从而在提高器械放置部114强度同时，支撑放置的器械，提高承载能力；而所述中支管112b和末支管112c间倾斜设置一根所述第一加强管113，提高器械放置部114的强度，适合承载相对较轻的设备。将较重的器械放置于靠近所述前桁架11首端的位置，使得吊臂重心稳定在摆动支点，防止吊臂折断。所述器械放置部114的两个侧面设有所述第一肋板116，既加强器械放置部114的两个侧面的强度，又起到一定的挡风作用，减少风力对器械的安装牢固度的影响。所述第一肋板116的中部设有通孔，便于观察器械运作情况和便于维修。

优选地，设有第一连接管134，两个所述安装架13通过所述第一连接管134连接；

所述安装架13包括四根第一安装管131和两根第二安装管132，四根所述第一安装管131的首端和所述前桁架11的四根第一主管111一一对应连接，并形成一个纵截面为宽度从首端向末端逐渐减小的等腰梯形、横截面为宽度从首端向末端逐渐减小的直角梯形的安装框体；

在所述安装框体的两个侧面，上下两根第一安装管131间垂直设置一根所述第二安装管132，并且所述第二安装管132和所述前支管112a间设有安装肋板133，所述安装肋板133的中部设有通孔。

两个所述安装架13通过所述第一连接管134连接，减少因海上风力作用导致两个所述安装架13相对晃动，，又可分化作业时两个所述安装架13所受到的应力，使两个所述安装架13受力均匀。由于所述安装架13的首端铰接在起重机的主体上，所述安装架13的末端和前桁架11的首端固定安装，设置成一个纵截面为宽度从首端向末端逐渐减小的等腰梯形、横截面为宽度从首端向末端逐渐减小的直角梯形的安装框体，构成一个类三角结构，提高所述安装架13的整体强度。所述第二安装管132垂直安装在上下两根第一安装管131之间，起到支撑防变形的作用。所述第二安装管132和所述前支管112a间设有安装肋板133，提高所述安装架13的两个侧面强度。所述安装肋板133的中部设有通孔，起到通风疏水作用。

优选地，如图3、图4所示，所述安装架13还包括第一封口端板135、第二封口端板136和吊臂安装板137，四根所述第一安装管131的末端通过所述第一封口端板135连接；

所述第一封口端板135和第二安装管132间平行设置所述第二封口端板136；

所述吊臂安装板137的一端为圆弧结构，所述吊臂安装板137的另一端设有安装凹槽，所述吊臂安装板137的中部设有吊臂安装通孔；

所述吊臂安装板137通过所述安装凹槽卡接于所述第一封口端板135，所述吊臂安装板137和所述第一封口端板135垂直；

所述吊臂安装板137的安装凹槽的底面和第一封口端板135连接，所述吊臂安装板137的另一端和所述第二封口端板136连接。

所述吊臂安装板137中部设有吊臂安装通孔，用于将所述吊臂铰接于起重机的主体上。所述吊臂安装板137的一端为圆弧结构，减少吊臂摆动时与起重机的主体的摩擦。所述吊臂安装板137通过所述安装凹槽的底面卡接于所述第一封口端板135，并且所述吊臂安装板137的另一端和所述第二封口端板136连接，所述吊臂安装板137安装得更为牢固，不易与安装框体分离，提高使用可靠性。所述第二封口端板136除了为了所述吊臂安装板137的安装外，还可以支撑所述安装框体，提高所述安装框体的强度。

优选地，如图3所示，在所述安装框体的顶面，所述第二封口端板136和所述前支管112a间也设有所述安装肋板133。提高所述安装框体的顶面的强度。

优选地，如图3所示，所述第一连接架12包括两根第一横管121和两根连接加强管122；两根所述第一横管121相互平行，两个所述前桁架11通过所述第一横管121连接；两根所述连接加强管122相互平行并设置于两根所述第一横管121之间。两根所述连接加强管122相互平行并设置于两根所述第一横管121之间，提高所述第一连接架12的强度，防止两根所述第一横管121变形。

优选地，如图5、图6所示，所述中桁架21的首端和前桁架11的末端连接，所述中桁架21包括四根第二主管211、多根第二支管212和多根第二加强管213，四根所述第二主管211的首末两端通过所述第二支管212连接并形成一个呈矩形体结构的中框体；

相邻两根所述第二主管211之间倾斜设有多根所述第二加强管213，每相邻两根所述第二加强管213和所述第二主管211构成形状和大小相同的三角形，并且每相对两个所述三角形错开。

所述中桁架21的四根所述第二主管211形成一个呈矩形体结构的中框体，衔接所述前段1和后段3，矩形体可使受力更为均匀。所述中桁架21设有多根所述第二加强管213并组成四组形状和大小相同但相对错开的三角形阵列，从而在提高所述中桁架21强度的同时，均匀地分散应力，使得各根所述第二主管211受力均匀。

优选地，如图1、图2所示，所述前段1和后段3之间设置多个所述中段2。可根据所述吊臂整体截面所需的宽高比对所述中段2的个数进行调整。

优选地，如图5、图6所示，所述第二连接架22包括两根第二横管221、四根三角肋管222和两根腹管223，两根所述第二横管221相互平行并通过两根所述腹管223连接，所述腹管223和所述第二横管221相互垂直，两根所述第二横管221的两端各和一根所述三角肋管222的一端连接，所述三角肋管222和第二横管221相互垂直；

两个所述中桁架21通过所述第二连接架22的三角肋管222连接，并且所述三角肋管222的两端分别和所述中桁架21的上下两根第二主管211连接。

所述第二连接架22的第二横管221通过所述三角肋管222和两个所述中桁架21连接，所述三角肋管222既起到对所述中桁架21中上下两根第二主管211支撑作用，又提高所述第二横管221的安装可靠性。两根所述腹管223相互平行并设置于两根所述第二横管221之间，提高所述第二连接架22的强度，防止两根所述第二横管221变形。

优选地，如图7、图8所示，所述后桁架31的首端和所述中桁架21的末端连接，所述后桁架31包括四根第三主管311、多根第三支管312和多根第三加强管313，四根所述第三主管311的首末两端通过所述第三支管312连接并形成一个纵截面为矩形、横截面为宽度从首端向末端逐渐减小的直角梯形的后框体；

相邻两根所述第三主管311之间倾斜设有多根所述第三加强管313，每相邻两根所述第三加强管313和所述第三主管311构成形状和大小相同的三角形，并且每相对两个所述三角形错开。

所述后桁架31的四根第三主管311连接成一个纵截面为矩形、横截面为宽度从首端向末端逐渐减小的直角梯形的后框体，减少重量，和减少所述后桁架31受到的弯曲应力。所述后桁架31设有多根所述第三主管311并组成四组形状和大小相同但相对错开的三角形阵列，从而在提高所述后桁架31强度的同时，均匀地分散应力，使得各根所述第三主管311受力均匀。

对本实施例的高强度的海上吊臂进行ansys的有限元分析，所述高强度的海上吊臂在承载800吨的重物时，第一主管111、第二主管211和第三主管311所受应力最大，在133mpa-233mpa范围内；第一加强管113、第二加强管213和第三加强管313所受应力最小，在33mpa以下，因此所述高强度的海上吊臂整体所受应力均不大于233mpa，整体所受应力较小，并没有出现超过233mpa的应力集中位置，应力比较分散，不容易出现局部破裂，承载能力强。

优选地，使用所述高强度的海上吊臂的起重机，如图9、图10所示，包括第一滑轮机构4、第二滑轮机构、主钩6、主绞车61、稳锁钩7、稳锁绞车71和所述高强度的海上吊臂，所述第一滑轮机构4安装于所述后桁架31的末端，所述第二滑轮机构安装于所述中桁架21的内部；

所述主绞车61安装于所述前桁架11的前支管112a和中支管112b间的第一加强管113上，所述稳锁绞车71安装于所述前桁架11的中支管112b和末支管112c间的第一加强管113上；

所述主绞车61上绕有主钢丝绳，所述主钢丝绳穿过所述第一滑轮机构4绕在所述主钩6上；

所述稳锁绞车71上绕有稳锁钢丝绳，所述稳锁钢丝绳穿过所述第二滑轮机构绕在所述稳锁钩7上。

所述起重机通过所述主绞车61驱动所述主钩6升降，所述主钩6用于装卸物件，以便于起重机升降和搬运物件；所述稳锁绞车71驱动所述稳锁钩7升降，作业时所述稳锁钩7勾住物件的一侧，与所述主钩6配合使用，以防止物件在作业过程中因风浪作用而发生大幅度摇晃。所述高强度的海上吊臂具有双支臂结构，从而所述起重机可设有两个所述主钩6和两个所述稳锁钩7，可以多方位地勾住物件以防止物件发生大幅度摇晃，而且设置两个动力源起吊物件，既可分摊荷载，又可提高所述起重机的承载能力。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。