自平衡人字扒杆的制作方法

1.本技术涉及工程施工技术领域，尤其是涉及一种人字扒杆。


背景技术：

2.人字扒杆又称人字抱杆，是一种起重作业常用的简易起重装置，主要用于起吊轻质物件或作为附件利用倒落方法竖立大型构件。
3.现有的人字扒杆主要包括扒杆头、一对扒杆臂、一对拉线和一对扒杆脚；其中两根扒杆臂通过顶端分别铰接于扒杆头的两侧，扒杆脚固定安装于对应的扒杆臂底端。从而在进行起吊物件时，两根扒杆臂通过扒杆脚呈人字形固定于地面，拉线的也通过顶端固定于扒杆头的两侧，以使得两根拉线形成的平面垂直于两根扒杆臂形成的平面；随后于扒杆头的正下方起吊物件。对于倒落式安装，由于物件的重心并不一定位于扒杆头的正下方，使得扒杆臂在物件重力的分力下产生偏移并受到弯矩，进而造成扒杆臂倾覆或弯曲以引发事故。


技术实现要素：

4.本技术的其中一个目的在于提供一种能够自动平衡扒杆臂弯矩的人字扒杆。
5.为达到上述的目的，本技术采用的技术方案为：一种自平衡人字扒杆，包括扒杆头、一对扒杆臂、一对拉线和一对扒杆脚；所述扒杆头包括铰接设置的牵吊耳，所述牵吊耳用于吊装物件以及连接所述拉线；所述扒杆臂的顶端与所述扒杆头进行铰接，所述扒杆臂的底端与所述扒杆脚进行铰接；当进行倒落式吊装时，所述扒杆臂适于通过绕所述扒杆脚铰接位置的偏转，以驱使所述牵吊耳绕铰接位置进行偏转，进而通过所述拉线的拉力平衡吊装物件重力产生的倾覆力。以使得所述扒杆臂只受沿轴向的压缩力。
6.优选的，所述扒杆头包括连接组件和所述牵吊耳，两根所述扒杆臂分别铰接于所述连接组件的两侧，所述牵吊耳铰接于所述连接组件的中部，所述牵吊耳的转动平面垂直于所述扒杆臂绕所述连接组件的转动平面。
7.优选的，所述连接组件包括一对耳板，所述耳板之间通过多个紧固件进行可拆卸的连接，以方便进所述牵吊耳的安装；所述牵吊耳通过紧固件铰接安装于所述耳板之间；所述扒杆臂对应铰接于所述耳板的侧部。
8.优选的，所述耳板包括立板和铰接耳；两块所述耳板之间通过所述立板进行可拆卸连接；所述铰接耳固定于所述立板相背的侧部，所述扒杆臂的顶端与所述铰接耳进行铰接。
9.优选的，所述牵吊耳包括吊重耳和一对系缆耳；所述吊重耳的上部与所述连接组件进行铰接，所述吊重耳的下部用于吊装物件；所述系缆耳固定设置于所述吊重耳的两侧以用于栓接所述拉线。
10.优选的，所述扒杆臂顶端与所述连接组件铰接位置的中点，和所述牵吊耳与所述连接组件铰接位置的中点在水平方向上共线。
11.优选的，所述扒杆脚包括平衡梁和靴座；所述平衡梁与所述扒杆臂的底端进行铰接；所述靴座适合和地面进行固定安装，所述靴座与所述平衡梁进行铰接，且所述靴座和所述平衡梁的铰接方向，与所述平衡梁和所述扒杆臂底端的铰接方向垂直；从而在进行所述扒杆臂的展开和偏转时，所述靴座均能够与地面保持稳定的安装。
12.优选的，所述靴座包括安装板和固定于所述安装板的转动套；所述平衡梁包括第三铰接板和支撑轴；所述靴座通过所述安装板与地面进行固定安装，所述靴座通过所述转动套与所述支撑轴进行铰接，所述平衡梁通过所述第三铰接板与所述扒杆臂的底端进行铰接。
13.优选的，所述扒杆头还包括一对上支铰，所述扒杆脚还包括下支铰；所述上支铰对应铰接于所述连接组件的两侧，所述下支铰与所述平衡梁进行铰接；所述扒杆臂的顶端与所述上支铰进行固定连接，所述扒杆臂的底端与所述下支铰进行固定连接。
14.优选的，所述扒杆臂包括至少一根扒杆管，相邻所述扒杆管之间通过扒杆节进行可拆卸的固定连接。
15.与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
16.本技术在进行吊装物件时，可以通过扒杆臂以及牵吊耳的自偏转来自动实现力平衡，以保证扒杆臂只受沿自身轴向的压缩力，进而避免扒杆臂发生倾覆或弯曲，从而可以有效的提高人字扒杆的使用安全性。
附图说明
17.图1为本发明的整体结构示意图。
18.图2为本发明中扒杆头的结构示意图。
19.图3为本发明中扒杆头的分解状态示意图。
20.图4为本发明中耳板的结构示意图。
21.图5为本发明中上支铰的结构示意图。
22.图6为本发明中牵吊耳的结构示意图。
23.图7为本发明中扒杆臂的分解状态示意图。
24.图8为本发明中扒杆脚的分解状态示意图。
25.图9为本发明进行工作时的安装状态示意图。
26.图10为本发明进行吊装初始时的受力分析示意图。
27.图11为本发明进行吊装自平衡时的受力分析示意图。
28.图中：扒杆头1、耳板11、立板111、铰接耳112、上支铰12、第一铰接板121、上连接套122、牵吊耳13、吊重耳131、系缆耳132、脱帽器14、扒杆臂2、扒杆管21、扒杆节22、扒杆脚3、下支铰31、下连接套311、第二铰接板312、平衡梁32、第三铰接板321、支撑轴322、靴座33、转动套331、安装板332、拉线4。
具体实施方式
29.下面，结合具体实施方式，对本技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
30.在本技术的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、“横向”、“纵
向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本技术的具体保护范围。
31.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
32.本技术的其中一个优选实施例，如图1至图11所示，一种自平衡人字扒杆，包括扒杆头1、一对扒杆臂2、一对拉线4和一对扒杆脚3。两根扒杆臂2的顶端对应铰接安装于扒杆头1的两侧，同时两个扒杆脚3与对应的扒杆臂2的底端进行铰接。扒杆头1包括铰接设置的牵吊耳13，两根拉线4通过顶端栓接于牵吊耳13的两侧，以使得两根拉线4形成的平面与两根扒杆臂2形成的平面相互垂直；同时，牵吊耳13还可以用于吊装物件。
33.当进行倒落式吊装时，两根扒杆臂2呈人字形展开，并通过扒杆脚3固定安装于地面；同时，两根拉线4也呈人字形拉紧并固定于地面。随后，通过绳索的一端将倒落的物件栓紧，并将绳索的另一端穿过牵吊耳13以用于拉动物件；随着绳索的拉动，物件由倒落状态逐渐立起。
34.并且，在物件进行立起的过程中，通过扒杆臂2绕扒杆脚3铰接位置向物件重心方向的偏转，以驱使牵吊耳13绕铰接位置进行偏转，进而通过拉线4的拉力平衡吊装物件重力产生的倾覆力，以使得扒杆臂2只受到沿轴向的压缩力，进而避免扒杆臂2发生倾覆或弯曲，从而可以有效的提高本技术的人字扒杆的使用安全性。
35.可以理解的是，由于倒落式吊装，物件的重心必不能位于扒杆臂2的正下方。从而物件的重力可以被分解为竖直方向的分力和水平方向的分力；其中，物件竖直方向的分力可以被分解为两根扒杆臂2沿轴向的压缩力，进而可以通过扒杆脚3对扒杆臂2的支撑力的竖直分力进行平衡；而物件水平方向的分力则会对扒杆臂2产生向拉线4方向的倾覆力。
36.对于传统的人字扒杆，其拉线4的位置始终固定，同时扒杆臂2向着拉线4的方向为刚性连接，使得两根拉线4于水平方向的分力始终平衡，进而导致物件水平方向的分力无法被平衡。即传统人字扒杆在进行倒落式吊装时，扒杆臂2始终受到倾覆力矩，且倾覆力矩的支点位于扒杆脚3；若扒杆脚3与地面的锚固力足够，则过大的倾覆力矩可能会造成扒杆臂2发生弯曲；若扒杆脚3与地面的锚固力不足，则过大的倾覆力矩可能会造成扒杆脚3与地面脱离，进而发生人字扒杆的倾覆。
37.而对于本技术的自平衡人字扒杆，在扒杆臂2受到倾覆力时，可以发生自平衡。具体的自平衡过程：可以通过扒杆臂2绕扒杆脚3向物件的重心方向进行偏转，在扒杆臂2进行偏转的过程中，牵吊耳13可以在随扒杆臂2通过同步偏转的同时，自身绕与扒杆头1的铰接位置进行偏转，以平衡两根拉线4至牵吊耳13的距离变化。此时，由于两根拉线4的位置发生了变化，使得两根拉线4于水平方向的分力不等，即两根拉线4水平方向的分力的差值正好可以抵消物件水平方向的分力，以保证扒杆臂2只受到沿自身轴向的压缩力。
38.本实施例中，如图2和图3所示，扒杆头1包括连接组件和牵吊耳13，两根扒杆臂2分别铰接于连接组件的两侧，牵吊耳13铰接于连接组件的中部，以使得在吊装过程中，物件的重力的竖直分力于两侧扒杆臂2产生的轴向压缩力大小相等。牵吊耳13的转动平面垂直于扒杆臂2绕连接组件的转动平面，以保证牵吊耳13的偏转能够满足上述的自平衡需求。
39.本实施例中，连接组件的结构有多种，其中一个优选的实施例，如图2和图3所示，连接组件包括一对耳板11，耳板11之间通过多个紧固件进行可拆卸的连接；从而在进行牵吊耳13的安装时，可以先将两个耳板11拆卸，然后通过紧固件将牵吊耳13铰接安装于耳板11之间。同时，扒杆臂2也通过紧固件对应铰接于耳板11的侧部。
40.可以理解的是，紧固件的数量可以根据实际需要进行设置，例如2和图3所示，两个耳板11之间通过三个紧固件呈三角结构进行安装，牵吊耳13铰接安装于最下方的紧固件。
41.具体的，如图4所示，耳板11包括立板111和铰接耳112。两块耳板11之间通过立板111进行紧固件的可拆卸连接。铰接耳112对应固定于两块立板111相背的侧部，以使得扒杆臂2的顶端通过铰接耳112进行铰接。
42.可以理解的是，紧固件为现有技术，一般为螺栓。从而在耳板11进行安装时，可以通过螺栓穿过两块立板111，并且螺栓于两块立板111之间的光杆段上套接有销套，以使得两块立板111在进行螺栓的固定时，可以通过相抵于销套的两端，以保证两块立板111之间产生用于进行牵吊耳13安装和偏转的间隙。
43.本实施例中，如图6所示，牵吊耳13包括吊重耳131和一对系缆耳132；吊重耳131的上部与连接组件进行铰接，吊重耳131的下部用于吊装物件；系缆耳132固定设置于吊重耳131的两侧以用于栓接拉线4。
44.具体的，如图2、图3和图6所示，牵吊耳13的吊重耳131和系缆耳132一体成型。吊重耳131的上部设置有铰接孔，以使得牵吊耳13通过吊重耳131上部的铰接孔与两块立板111之间下部的紧固件通过销套进行铰接。吊重耳131的下部设置有通孔，可以通过悬挂吊钩以配合栓接物件的绳索进行物件的倒落式吊装。两侧的系缆耳132远离吊重耳131的端部也设置有通孔，拉线4的顶端可以通过穿过系缆耳132的通孔以进行栓接。
45.本实施例中，如图2、图10和图11所示，扒杆臂2顶端与连接组件铰接位置的中点，和牵吊耳13与连接组件铰接位置的中点在水平方向上共线。从而可以保证拉线4拉力以及物件的重力的合力不会对扒杆头1产生力矩作用。
46.具体的，吊重耳131与位于耳板11之间下部的紧固件进行铰接，扒杆臂2的顶端也通过紧固件与铰接耳112进行铰接；从而牵吊耳13和扒杆臂2对应的铰接位置均为杆段，并且牵吊耳13铰接位置的杆段的轴线于延伸方向上正好与扒杆臂2铰接位置的杆段的中点相交。从而在平衡物件的重力的水平分力时，扒杆臂2支撑力的水平分力与拉线4拉力的水平分力正好相交于牵吊耳13对应铰接位置的中点，以保证扒杆头1在水平面上不会受到沿水平圆周方向的扭矩；进而可以降低扒杆头1和扒杆臂2铰接位置的磨损，以通过人字扒杆的使用寿命。
47.本实施例中，如图8所示，扒杆脚3包括平衡梁32和靴座33；平衡梁32与扒杆臂2的底端进行铰接，靴座33用于和地面进行固定安装。靴座33与平衡梁32进行铰接，且靴座33和平衡梁32的铰接方向，与平衡梁32和扒杆臂2底端的铰接方向垂直。以保证扒杆臂2可以在靴座33保持位置不变的情况下进行四个方向的偏转，以分别用于扒杆臂2的展开和自平衡偏转；并且在进行扒杆臂2的展开和偏转时，靴座33均能够与地面保持稳定的安装。
48.可以理解的是，在进行人字扒杆的安装时，受到地理环境的影响，地面并不一定是平整的。由于传统的人字扒杆的扒杆脚3基本都是固定安装于扒杆臂2的底端，从而在遇到不平整的地面时，需要人工对地面进行铲平。同时，在进行倒落式吊装时，由于扒杆臂2和扒
杆脚3的刚性连接，使得扒杆臂2受到以扒杆脚3为支点的倾覆力矩，进而容易造成扒杆臂2倾覆或者弯曲。而本技术中，通过将扒杆臂2的底部与扒杆脚3进行多方向的铰接，从而在扒杆臂2受到倾覆力矩时，扒杆臂2可以通过绕扒杆脚3的偏转来配合上述的牵吊耳13以进行自平衡。同时，由于靴座33和扒杆臂2底端的多向铰接，故而靴座33以任意姿态进行安装均不会影响到扒杆臂2的立起展开。
49.具体的，如图8所示，靴座33包括安装板332和固定于安装板332的转动套331；平衡梁32包括第三铰接板321和支撑轴322。靴座33可以通过安装板332与地面进行固定安装，同时靴座33可以通过转动套331与平衡梁32的支撑轴322进行铰接，平衡梁32则可以通过第三铰接板321与扒杆臂2的底端进行铰接。
50.可以理解的是，靴座33的数量至少为一个，例如图8所示，靴座33的数量为一对，两个靴座33通过转动套331分别铰接安装于支撑轴322的两侧，使得第三铰接板321设置于支撑轴322的中部，以保证两个靴座33对扒杆臂2的支撑力等大。
51.本技术的其中一个实施例，如图2、图3、图7和图8所示，扒杆头1还包括一对上支铰12，扒杆脚3还包括下支铰31。上支铰12对应铰接于连接组件的两侧，下支铰31与平衡梁32进行铰接。从而在进行人字扒杆的组装时，可以将扒杆臂2的顶端与上支铰12进行固定连接，将扒杆臂2的底端与下支铰31进行固定连接，以使得扒杆臂2的顶端和底端分别与扒杆头1和扒杆脚3进行铰接。
52.具体的，如图2至图5所示，上支铰12包括第一铰接板121和上连接套122，第一铰接板121和上连接套122的第一端进行固定连接。第一铰接板121可以和耳板11的铰接耳112通过紧固件进行铰接，扒杆臂2的顶端可以沿上连接套122的第二端插入内部，并通过紧固件与上连接套122进行固定连接，以使得扒杆臂2的顶端与耳板11进行铰接。
53.同时，如图8所示，下支铰31包括第二铰接板312和下连接套311，第二铰接板312和下连接套311的第一端进行固定连接。第二铰接板312可以和平衡梁32的第三铰接板321通过紧固件进行铰接，扒杆臂2的底端可以沿下连接套311的第二端插入内部，并通过紧固件与下连接套311进行固定连接，以使得扒杆臂2的底端与平衡梁32进行铰接。
54.应当知道的是，在进行倒落式吊装时，每次物件的长度并不都相等，从而在吊装不同长度的物件时，可能需要对扒杆臂2的长度进行调节。
55.为了方便进行扒杆臂2长度的调节，如图7所示，扒杆臂2包括至少一根扒杆管21，相邻扒杆管21之间可以通过扒杆节22进行可拆卸的固定连接。
56.可以理解的是，在进行较短物件的吊装时，扒杆臂2可以通过一根扒杆管21来进行吊装。而在进行较长物件的吊装时，一根扒杆臂21的长度无法满足，此时可以根据物件的长度来选择合适数量的扒杆管21，并且相邻的两根扒杆管21的端部可以通过扒杆节22进行套接，并在完成套接后通过多根紧固件将扒杆节22和扒杆段21进行固定，使得多根扒杆管21连接成一个刚性的整体。
57.为了方便理解本技术的人字扒杆的自平衡过程，下面可以结合受力分析以及相关参数进行较为详细的说明。
58.(1)如图9所示，将本技术的人字扒杆于地面进行架设，并在完成架设后通过吊钩悬吊栓接有物件的绳索。此时，如图10所示，两根拉线4的拉力fa和fb进行分解，可以得到竖直分力f
a1
和f
b1
，水平分力f
a2
和f
b2
；其中，f
a1
和f
a2
等大反向可以相互抵消；同理，此时两根扒
杆臂2的支撑力的水平分力也正好等大反向相互抵消。而两根拉线4的两个竖直分力f
b1
和f
b2
等大同向，其合力正好可以和两个扒杆臂2的支撑力的竖直分力的合力等大反向以进行抵消。即此时扒杆臂2和拉线4处于力平衡的状态。可以设左侧拉线4与地面的夹角为α，右侧拉线4与地面的夹角为β，此时α＝β。
59.(2)通过绳索拉动物件进行立起，此时人字扒杆需要承受物件的重力。在物件立起的初始时刻，如图10所示，根据倒落式吊装的原理，可以架设物件的重心偏向两根扒杆臂2形成的平面的左侧，则对物件的重力g进行分解，可以得到竖直分力g1和水平分力g2；其中，g2的方向与两根扒杆臂2形成的平面存在夹角，使得扒杆臂2产生向物件重心方向的倾覆力矩。
60.(3)如图11所示，扒杆臂2可以在倾覆力矩的作用下，通过下支铰31绕平衡梁32向左侧的拉线4的方向发生偏转。此时，可以对物件的偏心重力g根据三角形定则进行分解，以得到平行两根扒杆臂2形成的平面的分力g1以及垂直于g1的分力g2。并且在扒杆臂2进行偏转的过程中，左侧拉线4至牵吊耳13铰接位置的距离缩短，右侧拉线4至牵吊耳13铰接位置的距离增长。从而牵吊耳13通过绕铰接位置进行顺时针偏转，以使得牵吊耳13通过两侧系缆耳132的位置变化来平衡扒杆臂2在偏转过程中带来的拉线4的距离变化。在牵吊耳13进行偏转的过程中，左侧拉线4与地面的夹角α增大，右侧拉线4与地面的夹角β在缩小，从而左侧拉线4的平行于分力g2的分力f
a2
＝facosα，小于右侧拉线4平行于分力g2的分力f
b2
＝fbcosβ；并且，f
a2
和物件的分力g2的方向相同，则可以得到fbcosβ＝facosα+g2，即物件偏心重力g的分力g2被平衡，则两根扒杆臂2正好可以通过轴向的支撑力的合力对物件偏心重力g的分力g1进行平衡抵消。即两根扒杆臂2在物件进行立起的过程中只受沿轴向的压缩力。
61.以上描述了本技术的基本原理、主要特征和本技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本技术的原理，在不脱离本技术精神和范围的前提下本技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本技术的范围内。本技术要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。