升降起重机 本发明涉及一种升降起重机,包括 :
——大体空心的立柱,其具有底座和顶部,底座固定到或者可固定到支撑体,
——大体空心的起重臂,其具有纵轴线并包括一个或多个升降缆绳引导件,
——环形轴承结构,其围绕立柱延伸并引导和承载起重臂连接构件,以便起重 臂连接构件能够围绕立柱旋转,起重臂连接构件构成垂直于起重臂纵轴线的大体水平的 枢转轴线,以便起重臂能够上下枢转,
—— 用于使起重臂上下枢转的俯仰装置,其包括起重臂绞车和起重臂升降缆 绳,
——用于升降载荷的升降装置,其包括升降绞车和相关的升降缆绳 ;升降绞车 设置在立柱中,优选地设置在立柱的底座附近,以便升降缆绳从升降绞车穿过空心立柱 延伸到位于立柱顶部的顶部缆绳引导件,并随后延伸到起重臂上的升降缆绳引导件的至 少其中一个。
其中,起重臂包括在起重臂连接构件与起重臂升降端之间延伸的至少一个起重 臂腿。 申请人多年来致力于制造这种升降起重机。
对这种升降起重机设计的其中两个主要的要求是 :升降起重机尽可能轻,同时 升降起重机足够坚固足以承受由升降载荷产生的机械载荷。 找到这两个要求之间的最佳 折中方案是个挑战。
本发明的目标是提供一种改进的升降起重机设计。
因此,本发明提供了一种升降起重机,其特征在于 :至少一个起重臂腿包括一 个或多个混合部,每个混合部包括大体相互平行并大体平行于起重臂纵轴线的两个细长 的空心壳体 (casing),并在两个壳体之间设有用于刚性连接两个壳体的桁架。
优选地,两个起重臂腿设为具有在起重臂连接构件与起重臂升降端之间延伸的 大体相等的长度。 两个起重臂腿可形成 A 字形构架。
优选地,细长的空心壳体具有大体矩形的横截面,并且大体矩形的横截面的每 侧包括至少一个平板。 至少一侧还可以是大致拱形的以硬化壳体。 在另一实施例中,细 长的空心壳体的横截面具有圆角和 / 或具有大体椭圆形的形状。
由于升降载荷,在起重臂上产生机械载荷,例如,弯矩、剪切力以及扭矩。 起 重臂的弯曲刚度由材料性质和惯性面积矩决定。 具体地,惯性面积矩越大,刚度越大。 当材料远离面积中心时,具有较大的惯性面积矩。 因此,两个细长的空心壳体位于面积 中心的相对两侧,从而尽可能大地提供弯曲刚度。 在实际中,两个壳体必须刚性地相互 连接以防止该部分被剪断。 通过桁架实现刚性连接,桁架的优点在于是用于将两个壳体 刚性连接在一起的重量较轻的方案。 通过这种设计,混合部被构造成使大部分材料主要 位于其被最有效利用的位置、更少的材料位于对整体强度的贡献相对较小的位置,并由 此减轻了起重臂的重量,同时仍很坚固足以升降载荷。
桁架的另一优点在于 :在壳体之间流动的气流与桁架实现的相互作用最小,因 此,与仅由壳体制成的起重臂相比,气流对这种起重臂影响最小。
根据本发明的起重臂的又一优点是 :与仅由桁架制成的起重臂相比,这种起重 臂不易疲劳并且很容易维护。
两个壳体是空心的,从而进一步减轻了重量,同时使混合部保持充分的抗扭强 度。
优选地,每个起重臂腿在弯矩最大的区域包括一个或多个混合部。
在一个实施例中,细长的空心壳体平行于由大体水平的枢转轴线和起重臂的纵 轴线限定的平面,以便起重臂能够承受最普通的弯矩。 另一优点是 :两个壳体之间的空 间形成用于维修人员等的过道。
优选地,混合部的基本上垂直于起重臂纵轴线的横截面为大体的矩形,其中两 个细长的空心壳体构成大体矩形的横截面的相对的两侧。
在另一实施例中,桁架由两组梁构成,两组梁构成混合部的大体矩形的横截面 的另外的相对的两侧。 这种设计的优点在于混合部的抗扭强度增大。 当相对较大的扭矩 施加到起重臂时,这种设计可能是有利的。
优选地,混合部的细长的空心壳体包括一个或多个平板部,其中至少一个平板 部延伸超过空心壳体,并且其中桁架包括一个或多个梁,其中至少一个梁与延伸超过空 心壳体的至少一个平板部连接。 这种延伸使得更容易通过诸如焊接或螺纹连接将桁架连 接到壳体。 在焊接的情况中,这种延伸还使得可在延伸的侧壁的两侧上形成焊接接头, 从而使连接更坚固。 也可考虑其它的连接方法。
优选地,构成两个壳体之间的桁架的梁设置为使壳体和两个梁共同构成一个三 角形。 三角形有利地防止某一部分的剪断并刚性地连接两个壳体。 优选地,它们构成大 致等边三角形。 这种设计的优点在于 :所有的梁可具有相似的尺寸并由此对该部分的强 度的贡献也相同。
在设有两个起重臂腿的情况中,两个起重臂腿可通过基本上平行于大体水平枢 转轴线取向的一个或多个细长的空心连接构件相互连接。 这种设计改进了结构在平行于 所述水平枢转轴线的方向上的强度。 还可构想到 :连接构件包括一个或多个混合部,混 合部包括大体相互平行并大体平行于大体水平的枢转轴线的两个细长的空心壳体,并在 两个壳体之间设有用于刚性连接两个壳体的桁架。 具体地,这种设计增大了结构关于纵 轴线的弯曲刚度。
本发明还涉及一种设有如上所述的升降起重机的船舶以及适于如上所述的升降 起重机的起重臂。
本发明还涉及一种可应用于任何类型的适于升降载荷的起重机的大体空心的起 重臂,包括上述的升降起重机。 优选地,起重臂的最小长度是 40 米。 该起重臂具有纵 轴线和垂直于纵轴线的大体水平的枢转轴线,并包括一个或多个升降缆绳引导件、起重 臂升降端以及具有在大体水平的枢转轴线与起重臂升降端之间延伸的大体相等的长度的 两个起重臂腿。 其中,起重臂腿还包括一个或多个混合部,混合部包括大体相互平行并 大体平行于起重臂纵轴线的两个细长的空心壳体,并在壳体之间设有用于刚性连接两个 壳体的桁架。
如此设置的起重臂的优点在于 :大部分材料主要位于其被最有效利用的位置、 更少的材料位于对整体强度的贡献相对较小的位置,并由此减轻了起重臂的重量,同时仍很坚固足以升降相当重的载荷。 在优选的实施例中,混合部具有大体矩形的横截面。 细长的空心壳体可平行于由大体水平的枢转轴线和纵轴线限定的平面。
优选地,细长的空心壳体具有大体矩形的横截面,大体矩形的横截面的每侧包 括至少一个平板。 壳体的大体矩形的横截面的至少一侧还可以是大体拱形的以硬化壳 体。 在另一实施例中,细长的空心壳体的横截面具有圆角,甚至可具有大体椭圆形的形 状。
本发明还涉及一种适合任何类型的起重机的起重臂,该起重臂包括一个或多个 混合部,混合部包括大体相互平行并大体平行于起重臂纵轴线的两个细长的壳体,并在 两个壳体之间设有用于刚性连接两个壳体的桁架。
应该理解的是,应用于上述的升降起重机的起重臂的特征还可进行多种变型应 用于上面更概括描述的起重臂,反之亦然。
现在将参照附图以非限制性的方式描述本发明的实施例。
在附图中 :
图 1 示意性展示了带有处于两个位置的现有技术升降起重机的船舶,
图 2 示出了图 1 的现有技术升降起重机的局部剖视图, 图 3 示出了根据本发明的实施例的起重臂的立体图,
图 4 是图 3 的起重臂的剖面图,
图 5 示出了根据本发明的另一实施例的起重臂的侧视图,以及
图 6 示出了根据本发明的又一实施例的起重臂的细节的立体图,
图 7 示出了具有根据本发明的另一实施例的升降起重机的船舶,
图 8 示出了图 7 的升降起重机的细节的放大图。
图 1 示意性示出了具有根据权利要求 1 的前序部分的现有技术升降起重机 20 的 船舶 1。 船舶 1 包括具有工作甲板 3 的船身 2 以及位于船身 2 前部的用于船员舱房的上层 建筑等。
船舶 1 还具有升降起重机 20,升降起重机 20 在该实例中设于船身 2 的后端。 在 图 2 中详细示出了现有技术升降起重机 20,现有技术升降起重机 20 具有带底座 22 的大体 空心的立柱 21,底座 22 在此固定到船舶 1 的船身 2。 此外,立柱具有顶部 23。
升降起重机 20 具有起重臂 24,在图 1 中在两个不同的位置示出起重臂 24。 起 重臂 24 设有升降缆绳引导件 47、48、49,用以在起重臂 24 的升降端 27 引导升降缆绳。 环形轴承结构 25 围绕立柱 21 延伸,该轴承结构引导和承载起重臂连接构件 26,以便起重 臂连接构件 26 以及相应地起重臂 24 能够围绕立柱 21 旋转。
在该实例中,起重臂连接构件 26 构成大体水平的枢转轴线 28,以便起重臂 24 还 能够上下枢转。 起重臂支架 10 安装在船身 2 上用以在升降起重机 20 不工作时 ( 在图 1 中也示出了不工作位置 ) 时支撑起重臂 24。 图 1 中所示的起重臂支架 10 是非常示意的, 而且将不再更详细地说明。
为了使起重臂 24 上下枢转,设置了俯仰装置 (topping means),该装置包括起重 臂绞车 30 以及与起重臂 24 接合的起重臂升降缆绳 31。 此外,升降起重机 20 包括使用相 关的升降缆绳 36 提升和下降载荷的升降绞车 35。 在立柱 21 的顶部 23 具有顶部缆绳引导 件 40,用以引导起重臂升降缆绳 31 和升降缆绳 36。 优选地,顶部缆绳引导件 40 能够围
绕立柱的纵轴线旋转,以便缆绳引导件无论起重臂的角位置如何都可与起重臂对齐。
起重臂升降绞车 30 和升降绞车 35 设置在立柱 21 中,优先地设置在立柱 21 的底 座 22 的附近,以便起重臂升降缆绳 31 和升降缆绳 36 分别从起重臂升降绞车 30 和升降绞 车 35 穿过空心立柱 21 延伸到顶部缆绳引导件 40 并随后延伸到起重臂 24。 起重臂 24 设 有升降缆绳引导件 47、48、49,用以在起重臂 24 的升降端 27 引导升降缆绳。
在此应注意,图 1 和图 2 的现有技术升降起重机的起重臂的一部分完全由带梁桁 架形成,因此不代表升降起重机的最佳设计。
图 3 示出了根据本发明的起重臂 124 的立体图。 起重臂 124 包括升降端 127 和 两个起重臂腿 129。 也可构想到具有一个起重臂腿 129 的起重臂 124。 两个起重臂腿 129 具有大体相同的长度,并且每个起重臂腿 129 的一端可连接到限定起重臂枢转所围绕的 大体水平的枢转轴线的连接构件 ( 图 3 中未示出 )。 起重臂腿 129 的相对端连接到升降端 127。
每个起重臂腿 129 包括混合部 160,在该实施例中混合部 160 具有大体矩形的横 截面。 两个细长的空心壳体 170 形成混合部 160 的横截面的相对的两侧。 在该实施例 中,两个壳体 170 还具有大体矩形的横截面。 在两个壳体 170 之间,具有梁 171 的桁架 设置为将两个壳体 170 刚性地连接在一起。 在图 3 中用附图标记 171 仅表示了桁架的一 些梁。 该实施例的起重臂 124 的其它部分 ( 例如,混合部 160 与起重臂可连接到大体水 平的枢转轴线的部位之间的部分以及升降端 127) 都大体空心。 在该实例中,在升降端 127 上设置一个升降缆绳引导件 147,但也构想到,在升 降端 127 上设置多个升降缆绳引导件,如图 2 的实例所示。
图 3 还示出了构成两个起重臂腿 129 之间的附加连接的连接构件 173 和 174,由 此在平行于大体水平的枢转轴线的方向上形成更硬的结构。 还可构想到,连接构件 173 和 174 由带梁的桁架形成。 优选地,连接构件 173、174 包括混合部 160。 起重臂 124 还 包括起重臂连接装置 165,在起重臂连接装置 165 的位置,起重臂升降缆绳可连接到起重 臂 124。
图 4 示出了垂直于起重臂 124 的纵轴线的图 3 的混合部 160 的横截面。 在该实 施例中,混合部 160 的横截面具有大体矩形的形状,其中矩形形状的相对的两侧由两个 限定空腔 175 的细长空心壳体 170 形成。 可构想到,空腔 175 包括加强肋或其它的加强 结构。 空腔 175 还可形成其它的形状,例如,更接近椭圆的形状。 在该实施例中,每个 壳体 170 具有四个侧壁。 可替换地,四个侧壁中的至少一个侧壁也可以是大致拱形的以 硬化侧壁。 还可构想到,细长空心壳体的横截面具有圆角,甚至可为大体椭圆的形状。 空腔 175 在壳体 170 仍能承受扭转载荷的情况下保持重量很轻。
在两个壳体 170 之间,具有梁 171 的桁架设置为连接壳体 170,使得壳体 170 与 带有梁 171 的桁架形成一个刚性体。
图中示出了平行于壳体 170 并穿过截面中心的中心轴线 172。 混合部 160 的关于 中心轴线 172 附近的弯曲刚度取决于关于中心轴线 172 的惯性面积矩。 远离中心轴线 172 的材料比靠近中心轴线的材料对弯曲刚度的贡献更大。 因此,壳体 170 是提供该混合部 的绝大部分弯曲刚度的部分。
起重臂 124 不仅受到弯矩,还受到可施加于混合部 160 的剪切力和扭矩。 如果
两个壳体 170 没有刚性地相互连接,则剪切力仍造成混合部 160 的严重变形。 因此,带 有梁 171 的桁架通过连接壳体 170 防止混合部 160 的严重变形。 在图 3 和图 4 的剖视图 中,桁架由两组梁 171 形成,两组梁 171 构成混合部 160 的矩形横截面的另外相对的两 侧,由此具有混合部 160 的抗扭强度增大的优点。 依据起重臂 124 上的机械载荷,也可 使用其它的桁架构造。 例如,从混合部 160 的横截面的一侧对角穿越到另一侧的梁。 还 可构想到,梁 171 相互交叉。
位于壳体 170 之间的带梁 171 的桁架的优点在于 :该桁架减轻了混合部 160 的重 量,同时混合部 160 仍非常坚固足以承受施加到混合部 160 的不同的机械载荷。
还可构想到,壳体构成混合部的大体矩形的横截面的另外的相对的两侧。 因 此,这种混合部具有关于垂直于水平枢转轴线和起重臂的纵轴线的中心轴线的相对较大 的弯曲刚度。
在图 5 所示的本发明的另一个实施例的侧视图中,起重臂 324 的一部分具有升降 端 327 和起重臂腿 329。 起重臂腿 329 一端连接到升降端 327,另一端可连接到起重臂连 接构件 ( 未示出 ),从而围绕大体水平的枢转轴线枢转。 该实施例示出了 :几乎整个起 重臂腿 329 可包括具有两个细长壳体 370 以及壳体 370 之间的带有梁 371 的桁架的混合部 360。 在图 5 中,使用附图标记 371 仅表示了桁架的一些梁。 带有梁 371 的桁架的附加 优点在于 :与壳体状结构的实心壁相比横截面积减小,并且基本平行于大体水平的枢转 轴线 28 的风对起重臂 324 的影响相对较小。 起重臂 324 还包括升降缆绳引导件 347 和起重臂连接装置 365,在连接装置 365 的位置,起重臂升降缆绳可连接到起重臂 324( 未示出 )。
该侧视图还清楚地示出了 :桁架的两个梁 371 和壳体 370 构成三角形,在此优先 地构成等边三角形。 也可使用其它构造,但三角形是优选的,因为已知这种形状具有较 好的抗弯曲、扭转以及剪切的性能。
等边三角形还具有可使梁 371 的尺寸大体相同的优点,由此有利于制造和组 装,因此,每个梁 371 对混合部 360 的强度的贡献大体相等。
图 6 示出了桁架的梁 471 和壳体 470 之间的一种可能的连接。 壳体 470 包括四 个平板部 470a、470b、470c 以及 470d。 平板部 470a 具有延伸到由平板部 470a、470b、 470c 以及 470d 限定的矩形横截面外的延伸体 470e。 在该实例中,延伸体为局部更宽的 平板部 470a。 图 6 中还示出桁架的一部分,该桁架采用具有槽的梁 471 的形式,延伸体 470e 配合到槽中。该实施例示出了通过焊接实现的连接。焊接接头 480 设置为连接梁 471 与延伸体 470e。 延伸体 470e 使得可在延伸体 470e 的另一侧形成类似的焊接接头 ( 未示 出 )。 这种设计的优点在于 :这种连接比仅在一侧具有焊接接头的情况更牢固。 还可构 想到其它的连接方法,例如,螺纹连接。 因此,延伸体 470e 使得可容易接近螺纹接头, 并由此简化了组装和维护。
图 7 示出了具有根据本发明的实施例的升降起重机 520 的船舶 501。 船舶 501 包 括具有工作甲板 503 的船身 502。
升降起重机 520 在该实例中设置在船身 502 后端,升降起重机 520 具有带底座 522 的大体空心的立柱 521,底座 522 在此固定到船舶 501 的船身 502。 此外,立柱 521 具有顶部 523。
升降起重机 520 具有起重臂 524。 起重臂 524 设有升降缆绳引导件 547、548、 549,用以在起重臂 524 的升降端 527 引导升降缆绳。 环形轴承结构 525 围绕立柱 521 延 伸,该轴承结构引导和承载起重臂连接构件 526,以便起重臂连接构件 526 以及相应地起 重臂 524 能够围绕立柱 521 旋转。
在该实例中,起重臂连接构件 526 构成大体水平的枢转轴线 ( 未示出 ),以便起 重臂 524 还能够上下枢转。 为了使起重臂 524 上下枢转,设置包括起重臂绞车 ( 未示出 ) 以及与起重臂 524 接合的起重臂升降缆绳的俯仰装置 506。 此外,升降起重机 520 包括用 于提升和下降载荷的多个升降绞车 ( 未示出 ) 和各自的升降缆绳 536A、536B、536C,在 该实例中使用升降缆绳 536B 和 536C 提升和下降载荷 505。 在立柱 21 的顶部 523 具有顶 部缆绳引导件 540,用以引导起重臂升降缆绳和升降缆绳。
起重臂升降绞车和升降绞车都位于立柱 521 内部,优先设置在立柱 521 的底座 522 附近,以便起重臂升降缆绳和升降缆绳分别从起重臂升降绞车和升降绞车穿过空心立 柱 521,先后到达顶部缆绳引导件 540 和起重臂 524。 起重臂 524 设有升降缆绳引导件 547、548 和 549,用于导引起重臂 524 的升降端 527 处的升降缆绳。
为了简化,将不详细的描述起重臂升降缆索和起重臂绳索,因为如本领域技术 人员所公知的具有多种将缆索从起重臂 524 引导到相应的起重臂绞车和升降绞车的方 法。 可能的构造包括从升降端 527 到顶部缆绳引导件 540 的直接导引,或者经由起重臂 连接构件 526 的间接引导以减小在载荷的升降过程中由缆绳施加到起重臂 524 的力矩。
起重臂 524 包括升降端 527 和两个起重臂腿 529,在图 7 中仅从一侧示出了一个 起重臂腿。 还可构想到具有一个起重臂腿 529 的起重臂 524。 两个起重臂腿 529 具有大 体相同的长度,并且每个起重臂腿 529 的下端连接到连接构件 526,以围绕大体水平的枢 转轴线枢转。 起重臂腿 529 的相对端连接到升降端 527。
每个起重臂腿 529 包括混合部,在该实施例中,混合部具有大体矩形的横截 面。 两个细长空心壳体 570 构成混合部的矩形横截面的相对的两侧。 在该实施例中,两 个壳体 570 还具有大体矩形的横截面。 在壳体 570 之间,具有梁 571 的桁架设置为将两 个壳体 570 刚性地连接在一起。 在图 7 中,使用附图标记 571 仅表示了桁架的一些梁。
当升降起重机 520 包括多个升降缆绳 536A、536B、536C 以及各自的升降绞车 和升降缆绳引导件 547、548、549 时,这些升降装置可联合从而升降载荷 505,如图 7 所 示。 升降缆绳 536B 和 536C 两者附连到载荷 505 从而升降载荷 505。 各自的升降缆绳引 导件 548、549 可枢转,以允许升降缆绳与竖直方向成一定角度,从而增大升降起重机的 操作灵活度。 如果升降缆绳引导件不允许升降缆绳与竖直方向成一定角度,则限制了升 降缆绳连接到载荷的方式,因为仅允许升降缆绳竖直设置。
图 8 中更详细地示出了升降缆绳引导件 549。 图 8 示出了起重臂 524 的一部分, 具体是连接起重臂腿 529 和升降端 527 的中间构件 524。 中间构件 524 包括引导升降缆绳 536C 的升降缆绳引导件 549。
在该实施例中,升降缆绳引导件 549 包括两个滑轮组 528,每个滑轮组包括多个 可绕相关联的旋转轴线 532 旋转的滑车滑轮 531。
滑轮组 528 可绕大体水平的枢转轴线 530 枢转,枢转轴线 530 大体平行于由起重 臂连接构件 526 限定的、起重臂可绕其枢转的水平枢转轴线。 由此允许升降缆绳 536C 与竖直方向成一定角度,而在升降过程中在滑车滑轮和 / 或滑轮组上没有非期望的载荷, 并由此使升降缆绳可连接到载荷的方式增多。