ПОДЪЕМНЫЙ КРАН (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО НАЛАДКИ
HOISTING CRANE (VERSIONS) AND METHOD FOR ITS ADJUSTING

Предпосылки к созданию изобретения
Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию подъемных кранов с поворотной стрелой, имеющей канат грузоподъемной лебедки (подъемный канат), спускающийся (свисающий) со стрелы, а более конкретно, имеет отношение к созданию подъемного крана с конструкцией содействия, помогающей поднимать стрелу во время операции наладки (сборки) крана.
Подъемные краны типично содержат: шасси; элементы зацепления с землей, поднимающие шасси над землей; поворотное основание, соединенное с возможностью поворота с шасси таким образом, что поворотное основание может совершать поворот относительно элементов зацепления с землей; и стрелу, установленную с возможностью поворота на поворотном основании, с канатом грузоподъемной лебедки, спускающимся с нее. Подъемные краны с поворотной стрелой также содержат механизм подъема стрелы, который может быть использован для изменения угла стрелы относительно поворотного основания во время работы крана. В случае самоходных подъемных кранов имеются различные типы подвижных элементов зацепления с землей, а чаще всего шины для установленных на грузовых автомобилях кранах и гусеницы. Типично, подъемный кран содержат противовес, который позволяет уравновешивать кран, когда кран поднимает стрелу или поднимает груз. Кроме того, подъемный кран типично содержит стрелу, образованную из множества секций стрелы, некоторые из которых имеют различную длину, чтобы образовать стрелы различной длины. Таким образом, может быть собран кран с определенной длиной стрелы, выбранной на основании высоты или длины подъема, причем более длинные стрелы используют для подъема на большую высоту или для перемещения груза на большее расстояние (для увеличения зоны досягаемости).
Подъемные краны типично конструируют на основании наибольшего груза, который они могут поднимать, а также конструируют принимая во внимание момент, созданный грузом и стрелой, когда кран поднимает груз при различных углах (углах наклона) стрелы и длинах стрелы. Типично фирмы-изготовители кранов снабжают каждый проданный кран диаграммами грузоподъемности, в которых указаны максимальные грузы, которые могут быть подняты при различных углах стрелы для каждой длины стрелы. Эти диаграммы грузоподъемности учитывают конструктивные функциональные возможности и устойчивость крана. Конструктивные возможности основаны на оценке нагрузки на индивидуальные компоненты крана и их детали, возникающей при подъеме груза. Например, поворотное кольцо крана должно быть изготовлено из деталей, имеющих достаточную прочность, так чтобы при подъеме груза краном каждый из компонентов поворотного кольца, такой как ролики, мог выдерживать приложенные нагрузки. Аналогичным образом, стрела должна быть сконструирована так, чтобы она не прогибалась, когда все сжимающие усилия (нагрузки сжатия) воздействуют на индивидуальные элементы стрелы. Для многих компонентов конструктивные возможности связаны с приложенными нормальными (продольными, осевыми) силами и моментами сил, причем также следует учитывать тот факт, что кран может совершать поворот или может перемещаться с грузом на крюке. С другой стороны, требования к устойчивости являются наиболее жесткими, когда весь кран стоит вертикально во время операций подъема груза. Если поднят слишком большой груз при малом угле стрелы, то момент, созданный грузом и выдвинутой за переднюю точку опоры стрелой (типично за самую дальнюю точку, в которой гусеницы крана входит в зацепление с землей), может вызывать опрокидывание крана. Использование противовеса повышает устойчивость крана, но также требует повышения конструктивных возможностей крана.
В дополнение к максимальному грузу, который может быть поднят, подъемный кран имеет ограничения по весу и длине стрелы, которая должна быть поднята с земли во время наладки (сборки) крана. Стрелы, которые могут выдерживать большее сжатие и, таким образом, могут повышать максимальную грузоподъемность крана, обычно должны быть изготовлены с использованием большего числа поперечных секций и более толстых элементов. Однако при этом увеличивается вес на единицу длины стрелы. Когда при помощи крана пытаются поднять стрелу с земли во время операции наладки крана, стрела расположена горизонтально и момент, созданный весом стрелы и элементами, прикрепленными к вершине стрелы, является громадным.
В большинстве конструкций кранов баланс конструктивных возможностей и устойчивости крана ограничивает максимальную длину стрелы, которая может быть поднята с земли. На практике обычно устойчивости придают большее значение, чем конструктивным возможностям, то есть устойчивость обычно управляет выбором максимальной длины стрелы и максимального веса, который может быть поднят.
Пользователи крана могут использовать более длинные стрелы для расширения зоны досягаемости или более тяжелые стрелы для увеличения грузоподъемности. В некоторых случаях пользователи хотят как расширения зоны досягаемости, так и увеличения грузоподъемности. Иногда в прошлом было можно использовать более длинную/более тяжелую стрелу, которую кран может поднять и опустить с использованием вспомогательного крана на рабочей площадке, который помогает поднимать и опускать стрелу во время разборки (демонтажа) и сборки (наладки) крана. Однако если стрелу необходимо срочно опустить на землю, а вспомогательный кран отсутствует, то достаточно сложно опустить стрелу на землю без риска опрокидывания крана.
Фирмы-изготовители кранов предусматривают на кранах приспособления, которые позволяют поднимать более длинную стрелу. Например, в модели крана Liebherr LR 1600/2 имеется дополнительная пара подъемных опор, по одной с каждой стороны шасси. Это позволяет улучшить качество опоры и, таким образом, обеспечить большую устойчивость при подъеме стрелы. Однако с учетом того, что подъемные опоры находятся на шасси, приходится повышать вес всей конструкции крана (всех конструктивных компонентов), чтобы можно было поднимать более длинную/тяжелую стрелу.
Таким образом, существует необходимость в дополнительном повышении устойчивости крана, так чтобы кран мог поднимать более длинную/тяжелую стрелу, в операции наладки крана без необходимости повышения конструктивных возможностей крана (без необходимости увеличения веса крана) и без необходимости использования вспомогательного крана.
Краткое изложение изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается конструкция содействия подъему стрелы подъемного крана, которая может работать совместно с нормальной крановой системой подъема стрелы, чтобы обеспечивать дополнительную возможность подъема стрелы. При этом к стреле будет приложена сила содействия подъему стрелы. Однако нагрузка на конструктивные компоненты крана возрастает несущественно.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается подъемный кран, который содержит шасси; элементы зацепления с землей, поднимающие шасси над землей; поворотное основание, соединенное с шасси с возможностью поворота; стрелу, установленную с возможностью поворота на первом конце на поворотном основании, с канатом грузоподъемной лебедки, идущим рядом со вторым концом стрелы; механизм подъема стрелы, который может быть использован для изменения угла стрелы относительно поворотного основания во время работы крана; и конструкцию содействия подъему стрелы, соединенную со стрелой, которая содержит: по меньшей мере один элемент зацепления с землей, имеющий контакт с землей; и элемент подъема стрелы, идущий между элементом зацепления с землей конструкции содействия и стрелой, причем элемент подъема стрелы поддерживает по меньшей мере часть веса стрелы.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается самоходный подъемный кран, который содержит шасси; подвижные элементы зацепления с землей, поднимающие шасси над землей; поворотное основание, соединенное с возможностью поворота с шасси; стрелу, установленную с возможностью поворота на первом конце на поворотном основании, с канатом грузоподъемной лебедки, идущим рядом со вторым концом стрелы; барабан подъема стрелы, который соединен с поворотным основанием, и такелаж подъема стрелы, присоединенный между барабаном подъема стрелы и вторым концом стрелы, причем барабан подъема стрелы и такелаж используют для изменения угла стрелы относительно поворотного основания; и конструкцию содействия подъему стрелы, соединенную со стрелой, которая содержит два гидроцилиндра, каждый из которых имеет опорную подушку на своем нижнем конце.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предлагается способ наладки подъемного крана, причем подъемный кран содержит шасси; элементы зацепления с землей, поднимающие шасси над землей; поворотное основание, соединенное с возможностью поворота с шасси; стрелу, установленную с возможностью поворота на первом конце на поворотном основании, с канатом грузоподъемной лебедки, идущим рядом со вторым концом стрелы; механизм подъема стрелы, который может быть использован для изменения угла стрелы относительно поворотного основания во время работы крана; и конструкцию содействия подъему стрелы; причем указанный способ включает в себя следующие операции: а) прикрепление первого конца стрелы к поворотному основанию и конструирование (сборку) стрелы, причем стрела опирается на землю в первом положении, при этом вес и длина стрелы достаточны для создания момента, который мог бы опрокинуть кран при попытке подъема стрелы с земли при помощи кранового механизма подъема стрелы без использования конструкции содействия подъему стрелы; b) установка конструкции содействия подъему стрелы между землей и стрелой, причем конструкция содействия подъему стрелы соединена со стрелой; c) совместное использование конструкции содействия подъему стрелы и механизма подъема стрелы для поворота стрелы относительно ее точки соединения с поворотным основанием и подъем стрелы из первого положения во второе положение с образованием первого угла стрелы, причем первый угол стрелы по меньшей мере равен углу стрелы, при котором создаваемый стрелой момент не позволяет опрокидывать кран, даже если конструкция содействия подъему стрелы больше не имеет контакта с землей; и d) использование механизма подъема стрелы для подъема стрелы до второго угла, более крутого, чем первый угол, при котором конструкция содействия подъему стрелы больше не имеет контакта с землей.
В одной примерной конструкции содействия подъему стрелы используют два телескопических (трехкаскадных) цилиндра, расположенных рядом с хвостовиком стрелы. Эти создающие усилие цилиндры работают совместно с нормальным крановым механизмом подъема стрелы и обеспечивают дополнительную возможность подъема стрелы. В этой примерной конструкции создается сила содействия цилиндра, позволяющая поднимать стрелу с земли до угла стрелы от 35° до 40°. При этом угле момент от стрелы снижается и геометрия подъема стрелы улучшается, так что устойчивость крана и нормальный механизм подъема стрелы позволяют поддерживать стрелу. Конструкция содействия подъему стрелы также может быть использована для придания дополнительной устойчивости, когда стрелу опускают на землю.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид сбоку самоходного подъемного крана, в котором использовано настоящее изобретение, причем кран показан сплошными линиями в положении наладки и пунктирными линиями в рабочем положении.
На фиг.2 показан с увеличением вид сбоку участка крана, показанного на фиг.1, в положении наладки, на начальной стадии операции наладки.
На фиг.3 показан с увеличением вид сбоку участка крана, показанного на фиг.2, на второй стадии операции наладки.
На фиг.4 показан с увеличением вид сбоку участка крана, показанного на фиг.2, на третьей стадии операции наладки.
На фиг.5 показан с увеличением вид сбоку участка крана, показанного на фиг.2, на четвертой стадии операции наладки.
На фиг.6 показан с увеличением вид сбоку участка крана, показанного на фиг.2, в рабочем положении.
На фиг.7 показан вид в перспективе конструкции содействия подъему стрелы, использованной на кране, показанном на фиг.1.
На фиг.8 показан вид спереди по стрелкам 8-8 на фиг.7 конструкции содействия подъему стрелы.
На фиг.9 показан вид сбоку по стрелкам 9-9 на фиг.7 конструкции содействия подъему стрелы.
Подробное описание изобретения
Далее различные аспекты настоящего изобретения будут описаны более подробно, причем каждый аспект настоящего изобретения может быть объединен с любым другим аспектом или аспектами настоящего изобретения, если только четко не указано иное. В частности, любой признак, который указан как предпочтительный, может быть объединен с любым другим признаком или признаками, указанными как предпочтительные.
Различные термины, использованные в описании изобретения и в формуле изобретения, имеют следующее значение.
Термин "центр тяжести стрелы" относится к точке, относительно которой стрела может быть уравновешена. При расчете центра тяжести необходимо учитывать все компоненты, прикрепленные к конструкции стрелы, которые должны быть подняты при первоначальном подъеме стрелы, такие как любые шкивы для каната грузоподъемной лебедки, установленные на вершине стрелы.
Стрелы могут иметь различные формы поперечного сечения, однако они спроектированы так, что сжимающие нагрузки преимущественно распределены относительно осевой линии, так что термином "угол стрелы" обозначен угол осевой линии стрелы относительно горизонтали.
Термин "угол горизонтальной стрелы" относится к стреле, которая находится под прямым углом (или близко к нему) к направлению силы тяжести. Аналогично, термин "параллельно земле" имеет такое же значение. В том и другом термине учитывают небольшие вариации, которые случаются при нормальной работе или при наладке крана, но которые не мешают специалисту в данной области считать стрелу горизонтальной. Например, когда стрелу сначала собирают на земле, ранее ее подъема в рабочее положение, считают, что имеется угол горизонтальной стрелы, несмотря на то, что уровень земли не является точно горизонтальным, или несмотря на то, что некоторые части стрелы висят на блоках. Стрела может немного отклоняться вверх или вниз от горизонтального положения в зависимости от использованной блокировки, однако ее все еще считают горизонтальной и параллельной земле.
Термин "выдвижной цилиндр" относится к цилиндру, который имеет по меньшей мере одну ступень выдвижения (удлинения). Таким образом, простой гидравлический цилиндр со штоком, который может быть выдвинут из цилиндра, считается выдвижным цилиндром в соответствии с настоящим изобретением. В дополнение к гидроцилиндрам цилиндры с воздушным управлением также относятся к категории выдвижных цилиндров. Многокаскадные телескопические цилиндры также относятся к категории выдвижных цилиндров.
Как уже было указано здесь выше, риск потери устойчивости во время операций подъема груза является наибольшим для стоящего вертикально крана. Устойчивость против (от) опрокидывания вперед для подъемных кранов, которые имеют верхнюю часть конструкции, которая вращается (совершает поворот) относительно нижней части конструкции, может быть выражена как отношение а) расстояния между центром тяжести всего крана и осью вращения к b) расстоянию между передней точкой опоры (типично, между самой дальней вперед точкой, в которой гусеницы крана входят в зацепление с землей) и осью вращения. Таким образом, если расстояние между центром тяжести всего крана и осью вращения составляет 4.5 метра, а расстояние между передней точкой опоры и осью вращения составляет 5 метров, то устойчивость будет равна 0.9. Чем ниже значение этого отношения, тем более устойчивым является кран. Само собой разумеется, что центр тяжести крана является функцией относительных значений и относительных положений центров тяжести различных компонентов крана. Таким образом, длина и вес стрелы и угол стрелы могут сильно влиять на местоположение центра тяжести всего крана и, таким образом, на его устойчивость. Подъем стрелы повышает устойчивость крана, так как центр тяжести стрелы при этом становится ближе к оси вращения, и поэтому центр тяжести всего крана становится ближе к оси вращения. При этом численное значение устойчивости уменьшается, так как числитель указанного отношения уменьшается, а это означает, что кран становится более устойчивым.
При определении центра тяжести всего крана часто полезно определить влияние на этот центр тяжести веса каждого индивидуального компонента крана и расстояния центра тяжести этого компонента от опорной точки и затем произвести суммирование моментов, создаваемых относительно этой опорной точки каждым компонентом крана. Индивидуальные значения при суммировании определяют путем умножения веса компонента на расстояние между центром тяжести этого компонента и опорной точкой. Для расчета устойчивости от опрокидывания вперед обычно используют переднюю точку опоры как опорную (реперную) точку при суммировании для определения центра тяжести всего крана.
При определении момента, создаваемого стрелой, обычно разделяют полный вес стрелы, приложенный в центре тяжести всей стрелы, на два отдельных веса, один у хвостовика стрелы, который называют как "вес хвостовика стрелы", и другой у вершины стрелы, который называют как "вес вершины стрелы". Полный вес стрелы будет равен весу вершины стрелы плюс вес хвостовика стрелы. Эти веса определяют путем расчета силы, которая будет возникать, если стрела будет просто поддерживаться на каждом конце, с допущениями, что канат грузоподъемной лебедки доходит до вершины стрелы, но не запасован через нее и что подсоединены оттяжки стрелы. Таким образом, если одни весы поместить под хвостовик стрелы, в точке, в которой стрела соединена с поворотным основанием (точка шарнира стрелы), а другие весы поместить под вершиной (верхней частью) стрелы, в точке, в которой присоединены шкивы вершины стрелы, то суммарный вес на двух весах будет равен весу стрелы, а весом на индивидуальных весах будет соответственно вес хвостовика стрелы и вес вершины стрелы.
Одной из возможностей оценки устойчивости крана во время поднимания стрелы с земли или опускания стрелы на землю является оценка "резерва стрелы". Резерв стрелы представляет собой дополнительный вес, который может быть подвешен к вершине стрелы, чтобы привести устойчивость к значению 1.0. Например, если стрела в специфической конфигурации крана может быть поднята из горизонтального положения при помощи кранового механизма подъема стрелы без опрокидывания крана и если добавление 3,000 фунтов груза к вершине стрелы приведет к тому, что центр тяжести всего крана переместится в точку, расположенную непосредственно над передней точкой опоры (а это означает, что при попытке подъема стрелы задняя часть крана будет отрываться от земли также легко, как стрела будет подниматься от земли), то тогда кран и стрела в специфической конфигурации будут иметь резерв стрелы 3,000 фунтов. Чем выше резерв стрелы, тем больше коэффициент безопасности, гарантирующий, что при поднимании стрелы с уровня земли и при опускании стрелы на уровень земли кран не опрокинется.
Несмотря на то, что настоящее изобретение может найти применение для многих типов кранов, оно будет описано далее со ссылкой на самоходный подъемный кран 10, показанный в рабочей конфигурации на фиг.1. Самоходный подъемный кран 10 содержит нижнюю часть конструкции, также называемую шасси, и подвижные элементы зацепления с землей в виде гусениц 14. Само собой разумеется, что имеются две гусеницы 14, хотя в виде сбоку можно увидеть только одну из гусениц. На кране 10 элементами зацепления с землей могут быть два комплекта гусениц, в этом случае в виде сбоку можно увидеть переднюю гусеницу и заднюю гусеницу на каждой стороне. Само собой разумеется, что могут быть использованы дополнительные к показанным гусеницы или могут быть использованы другие типы элементов зацепления с землей, такие как шины.
Поворотное основание 20 установлено на шасси с использованием поворотного кольца, так что поворотное основание может совершать поворот вокруг (вертикальной) оси относительно элементов 14 зацепления с землей. Поворотное основание 20 поддерживает стрелу 22, шарнирно установленную на переднем участке поворотного основания, и механизм подъема стрелы, который может быть использован для изменения угла стрелы относительно поворотного основания во время работы крана. В кране 10 механизм подъема стрелы содержит барабан 50 подъема стрелы, соединенный с поворотным основанием, и такелаж подъема стрелы (описанный далее более подробно), подсоединенный между барабаном подъема стрелы и вторым концом стрелы. Механизм подъема стрелы также содержит активную мачту 28, установленную на своем первом конце на поворотном основании, причем набор 38 верхних шкивов соединен с мачтой рядом со вторым концом мачты, а набор 37 нижних шкивов установлен на задней части поворотного основания. Кран 10 также содержит узел 34 противовеса. Противовесы, которые используют в узле 34 противовеса, могут иметь вид множества наборов индивидуальных контргрузов (или блоков), установленных на опорном элементе.
При нормальной работе крана канат 24 грузоподъемной лебедки запасован по меньшей мере через один шкив на стреле 22 и будет поддерживать блок 26 крюка (крюкоблок). Более типично, как вершина стрелы, так и блок крюка содержат множество шкивов, через которые запасован каждый канат грузоподъемной лебедки, что обеспечивает эффект полиспаста. На другом конце канат грузоподъемной лебедки намотан на барабане 70 грузоподъемной лебедки, соединенном с поворотным основанием. Барабан подъема стрелы может быть соединен с поворотным основанием за счет установки на другом элементе, который, в свою очередь, соединен с поворотным основанием. Поворотное основание 20 также может содержать и другие элементы, которые обычно имеются на самоходном подъемном кране, такие как кабина машиниста и барабан 50 подъема стрелы для такелажа подъема стрелы. Второй барабан 80 грузоподъемной лебедки для стропа может быть установлен на хвостовике стрелы.
Такелаж подъема стрелы между поворотным основанием 20, вершиной мачты 28 и стрелой 22 используют для регулировки угла стрелы и переноса груза таким образом, что противовес может быть использован для уравновешивания груза, поднятого краном. Такелаж подъема стрелы содержит канат подъема стрелы в виде проволочного каната 25, намотанного на барабане 50 подъема стрелы и запасованного через шкивы в наборе 37 нижних шкивов и в наборе 38 верхних шкивов. Барабан 50 подъема стрелы установлен на каркасе, соединенном с поворотным основанием. Такелаж также содержит оттяжки 21 фиксированной длины, подсоединенные между вершиной стрелы и осью у вершины мачты 28, на которой установлены шкивы набора 38 верхних шкивов. Такая схема построения позволяет за счет вращения барабана 50 подъема стрелы изменять длину участка каната 25 подъема стрелы между набором 37 нижних шкивов и набором 38 верхних шкивов, за счет чего изменяется угол между поворотным основанием 20 и мачтой 28, что, в свою очередь, приводит к изменению угла между стрелой 22 и поворотным основанием 20.
Упор 15 стрелы соединен со стрелой и перемещается вместе с ней. Однако при крутых углах стрелы упор 15 стрелы входит в контакт с поворотным основанием и не позволяет стреле опрокинуться назад. Если стрела 22 совершает поворот назад за ее максимальное расчетное почти вертикальное положение, то нагрузки сжатия будут передаваться через упор 15 стрелы к поворотному основанию.
Как уже было указано здесь выше, стрела 22 образована за счет соединения вместе множества секций стрелы. Секция стрелы, шарнирно соединенная с поворотным основанием, образует хвостовик 27 стрелы. Как уже было указано здесь выше, стрела поддерживается во время работы крана при помощи пары оттяжек 21 стрелы, каждая из которых состоит из секций.
Кран 10 отличается от обычного крана во многих отношениях. Во-первых, вес и длина стрелы создают момент, который может опрокинуть кран 10, если крановый механизм подъема стрелы один пытается поднять стрелу с земли, когда стрела отходит от поворотного основания параллельно земле. Во-вторых, кран 10 содержит конструкцию 40 содействия подъему стрелы, введенную между стрелой и землей при малых углах стрелы. Конструкцию 40 содействия подъему стрелы используют для помощи в подъеме стрелы до угла, при котором создаваемый стрелой момент больше не создает риска опрокидывания крана, даже если конструкция содействия подъему стрелы больше не имеет контакта с землей.
Конструкция 40 содействия подъему стрелы соединена со стрелой 22, преимущественно между первым концом стрелы, который шарнирно соединен с поворотным основанием 20, и центром тяжести стрелы. Преимущественно конструкция содействия подъему стрелы находится относительно близко к соединению поворотного основания со стрелой, так что расстояние, на которое конструкция должна подниматься, является малым по сравнению с увеличением угла стрелы, созданным за счет такого подъема, однако достаточно удаленным от соединения поворотного основания, так что минимизируется требуемая сила. Конструкция содействия подъему стрелы должна быть расположена впереди от передней точки опоры крана. Место соединения зависит от двух вещей: хода (расстояния перемещения) цилиндра и развиваемого цилиндром усилия. Может быть желательно ограничить ход в разумных пределах и также может быть желательно минимизировать силу, по конструктивным соображениям, связанным с самим цилиндром, а также потому, что стрела должна выдерживать нагрузку, которую цилиндр прикладывает к ней. Чтобы минимизировать силу, необходимо дополнительно перемещаться в направлении удаления от шарнира стрелы, однако это увеличивает требуемый ход. Чтобы минимизировать ход, необходимо находиться возможно ближе к точке опоры, однако это увеличивает полную силу цилиндра. Таким образом, необходимо использовать баланс между двумя указанными параметрами в каждой конструкции содействия подъему стрелы. Кроме того, так как стрелу типично конструируют из секций стрелы, и если конструкцию содействия подъему стрелы используют как отдельный узел, введенный между уже спроектированными секциями стрелы, то местоположение конструкции содействия подъему стрелы будет находиться в одном из стыков между секциями стрелы. В этом отношении, предпочтительным является ее присоединение в месте соединения хвостовика 27 стрелы или первого короткого сегмента стрелы с остальными секциями стрелы. Само собой разумеется, что конструкция содействия подъему стрелы может быть выполнена с возможностью присоединения к существующему сегменту стрелы, что создает большую гибкость в этом месте.
Конструкция 40 содействия подъему стрелы содержит по меньшей мере один элемент зацепления с землей, имеющий контакт с землей; и элемент подъема стрелы, идущий между элементом зацепления с землей конструкции содействия и стрелой, причем элемент подъема стрелы поддерживает по меньшей мере часть веса стрелы, когда его используют. Элемент подъема стрелы расположен так, что он может помогать поддерживать стрелу, когда стрела находится в горизонтальном положении относительно земли, и может продолжать помогать поддерживать стрелу, когда стрела поднята до угла, при котором кран имеет устойчивость не более 1.0. Эта точка может быть достигнута при малом угле стрелы, таком как 5°, когда стрела только немного длиннее или тяжелее, чем при нормальном использовании на кране. Преимущественно элемент подъема может поддерживать стрелу до положения, в котором кран имеет резерв стрелы, составляющий по меньшей мере 1% веса на вершине стрелы (веса вершины стрелы), а предпочтительнее до положения, в котором кран имеет резерв стрелы, составляющий ориентировочно от 2% до 5% веса на вершине стрелы. Типично, при этом угол (стрелы) составляет от 20° до 45°, а предпочтительнее угол составляет ориентировочно от 35° до 45° относительно земли. Дополнительно, элемент подъема стрелы имеет шарнирное соединение со стрелой, что позволяет элементу подъема стрелы совершать поворот относительно точки соединения со стрелой при подъеме стрелы.
Как это лучше всего показано на фиг.7-9, элемент подъема стрелы преимущественно выполнен как по меньшей мере один, а предпочтительнее два однокаскадных или многокаскадных выдвижных цилиндра 42. Цилиндры 42 шарнирно соединены с каркасом 44, который соединен с секциями стрелы. Выдвижные цилиндры 42 преимущественно представляют собой телескопические цилиндры и преимущественно являются многокаскадными гидроцилиндрами. В показанном предпочтительном варианте каждый цилиндр 42 имеет три каскада. Использование по меньшей мере трехкаскадных цилиндров позволяет иметь короткие цилиндры во втянутом положении, что позволяет вводить их между стрелой и землей, когда стрела находится в горизонтальном положении относительно земли, однако с возможностью достаточного выдвижения для того, чтобы поднимать стрелу до точки, в которой момент стрелы не может опрокинуть кран. Каждый из двух многокаскадных гидроцилиндров имеет опорную подушку 43 на нижнем конце в виде элемента зацепления с землей конструкции содействия.
Каркас 44 содержит главную поперечину 45, два боковых элемента 46, верхние и нижние элементы 47 и раскосы 48. Цилиндры 42 прикреплены к каркасу 44 при помощи шпилек у основания пластин 49, приваренных к концам главной поперечины 45. За счет этого цилиндры 42 и каркас 44 прикреплены к стреле 22 таким образом, что цилиндры 42 могут совершать поворот относительно стрелы 22, между первым положением, в котором цилиндры 42 в целом перпендикулярны к осевой линии стрелы, и вторым положением, в котором угол между осевой линией стрелы и гидроцилиндрами облегчает установку в надлежащее положение опорных подушек 43, когда конструкцию содействия подъему стрелы используют при опускании стрелы на землю. Второе положение выбрано таким образом, что, когда стрелу опускают на землю и когда угол доходит до угла, при котором конструкция содействия подъему стрелы приводится в действие для обеспечения устойчивости, цилиндры будут иметь наклон, чтобы направлять опорные подушки к точкам на земле, расстояние которых от передней части крана главным образом равно расстоянию, на котором находятся гидроцилиндры от передней части крана, когда стрела находится в горизонтальном положении. За счет этого цилиндры еще раз будут почти вертикальными, когда стрела расположена параллельно земле, при этом цилиндры создают максимальное усилие. В некоторых вариантах во втором положении образуется угол между цилиндрами и осевой лини стрелы меньше чем 60° (см. фиг.6).
Каркас 44 преимущественно присоединен между секциями стрелы, например между хвостовиком 27 стрелы и первой секцией 29 вставки стрелы. В соответствии с другими вариантами, каркас также может быть присоединен к вставке над хвостовиком стрелы. На обращенной наружу стороне верхней части каркаса 44 установлены охватывающие соединители 52 в виде крюков для секции стрелы, а на обращенной внутрь стороне каркаса 44 установлены охватываемые соединители 53 для секции стрелы. (Само собой разумеется, что настоящее изобретение может быть использовано для стрел с различными типами соединителей, например с обычными имеющими четыре шпильки соединителями.) На обращенной наружу стороне нижней части каркаса 44 установлены охватывающие соединители 54, а на обращенной внутрь стороне каркаса 44 установлены охватываемые соединители 55. Эти соединители для секции стрелы являются стандартными и соединяются с аналогичными соединителями на хвостовике 27 стрелы и на первой секции 29 вставки стрелы, причем если конструкция 40 содействия подъему стрелы не нужна, потому что в собираемом кране 10 будут использовать короткую стрелу, то тогда первую секцию 29 вставки стрелы соединяют непосредственно с хвостовиком 27 стрелы с использованием стандартных соединителей секций стрелы.
Выступающая часть 56 выходит из каждого из боковых элементов 46 каркаса 44 поблизости от расположения нижнего элемента 47. Выступающие части не позволяют нижней части цилиндров 42 поворачиваться вперед. Кроме того, подвеска 57 может быть присоединена между шасси и каждой опорной подушкой 43, чтобы удерживать опорную подушку от скольжения вперед, когда цилиндры 42 выдвинуты. После подъема стрелы кран будет находиться в рабочем положении и конструкцию содействия подъему стрелы больше не используют, при этом подвеску 58 используют для соединения между стрелой и цилиндром 42, чтобы удерживать нижнюю часть (каждого) цилиндра 42 от поворота назад (фиг.6). Подвеска 58 также устанавливает цилиндр 42 под правильным углом, когда стрелу опускают, так чтобы опорные подушки 43 контактировали с землей в том же самом положении (относительно передней части крана), как и при подъеме стрелы. Как это лучше всего показано на фиг.7, подвеска 58 прикреплена к стреле через каркас 44 и выступающую часть 56.
Способ наладки подъемного крана 10 предусматривает, во-первых, прикрепление первого конца стрелы к поворотному основанию и сборку (конструирование) стрелы, при этом стрела отходит от поворотного основания параллельно земле и поддерживается землей во многих точках. Как это показано на фиг.2, хвостовик 27 стрелы сначала прикрепляют к поворотному основанию 20. Каркас 44 прикрепляют к хвостовику 27 стрелы, и секции стрелы прикрепляют друг к другу, когда они лежат на блоках 19 на земле. Гидроцилиндры 42 прикреплены к задней части хвостовика стрелы, чтобы создать зазор от земли. Хвостовик 27 стрелы и каркас 44 только частично соединены с первой секцией 29 вставки стрелы, когда стрела лежит на блоках 19 на земле. Несмотря на то, что соединители 53 и 55 на задней стороне каркаса 44 соединены с хвостовиком 27 стрелы, только верхние соединители 52 введены в зацепление (и поэтому обеспечивают частичное, но поворотное зацепление) с верхними соединителями на первой секции 29 вставки стрелы, потому что точка соединения хвостовика 27 стрелы с поворотным основанием не находится на той же высоте, что и осевая линия стрелы, когда секции стрелы лежат на блоках 19 на земле.
Во-вторых, конструкцию 40 содействия подъему стрелы устанавливают между землей и стрелой 22, причем конструкцию содействия подъему стрелы преимущественно подсоединяют к стреле между поворотным основанием и центром тяжести стрелы. Эта операция может содержать множество различных промежуточных операций. Как это показано на фиг.3, эту операцию осуществляют за счет присоединения подвесок 39 перемещения стрелы между активной мачтой 28 и хвостовиком 27 стрелы. Затем активную мачту используют для подъема хвостовика 27 стрелы до точки, в которой конструкция содействия подъему стрелы может быть установлена между землей и стрелой, при этом второй конец стрелы все еще поддерживается землей. Само собой разумеется, что активную мачту поднимают за счет наматывания каната 25 подъема стрелы на барабан 50, за счет чего уменьшается длина участка каната между набором 37 нижних шкивов и набором 38 верхних шкивов. Систему подъема стрелы используют для подъема стрелы до точки, показанной на фиг.3, когда нижний соединитель секции стрелы на вставке 29 секции может быть прикреплен шпильками к нижним соединителям 54 на каркасе 44. В этот момент мачту 28 опускают, так что подвески 39 перемещения стрелы могут быть удалены, при этом вес стрелы будет распределяться между точкой поворота (шарниром) стрелы на поворотном основании и вершиной стрелы, лежащей на земле. Затем оттяжки 21 стрелы устанавливают между мачтой 28 и вершиной стрелы. После этого механизм подъема стрелы используют в обычном режиме, когда он действует через активную мачту 28 и помогает поднимать стрелу с ее внешнего конца. Цилиндры 42 затем поворачивают от положения хранения в рабочее положение и подвески 57 подсоединяют между шасси крана и опорными подушками 43. Цилиндры 42 затем выдвигают, чтобы опорные подушки легли на землю. Преимущественно на земле устанавливают стальную плиту 41 под опорными подушками 43 в качестве опоры подушек и за счет скольжения перемещают подушки в заданное положение.
В-третьих, конструкцию 40 содействия подъему стрелы и механизм подъема стрелы используют совместно для поворота стрелы 22 относительно ее точки соединения с поворотным основанием 20, за счет чего стрелу поднимают из первого положения, в котором стрела имеет поддержку на земле, во второе положение (фиг.5), в котором стрела имеет первый угол относительно поверхности земли. Когда используют многокаскадные телескопические цилиндры, стрелу поднимают до промежуточных точек, которые показаны на фиг.4, за счет выдвижения каждого из каскадов цилиндров 42. Этот первый угол, до которого стрела поднята за счет совместного действия механизма подъема стрелы и конструкции содействия подъему стрелы, по меньшей мере равен углу стрелы, необходимому для того, чтобы создаваемый стрелой момент не мог больше опрокинуть кран, даже если конструкция содействия подъему стрелы больше не имеет контакта с землей. Другими словами, это тот угол, при котором момент стрелы уменьшен так, что имеется резерв стрелы. Это соответствует положению за той точкой, в которой кран не будет опрокидываться, если конструкцию содействия подъему стрелы больше не используют. Первый угол типично соответствует резерву стрелы по меньшей мере 1% веса на вершине стрелы, а преимущественно соответствует резерву стрелы ориентировочно от 2% до 5% веса на вершине стрелы. В некоторых моделях крана при первом угле образуется по меньшей мере 3,000-5,000 фунтов резерва. В зависимости от конфигурации крана и стрелы этот первый угол обычно равен по меньшей мере 5°. Однако более длинные/тяжелые стрелы могут быть использованы на кране, если конструкция содействия подъему стрелы может помочь поднять стрелу на первый угол больше чем 5°. Более типично первый угол составляет ориентировочно от 20° до 45°. Длина выдвинутых цилиндров 42 преимущественно достаточна для того, чтобы помочь поднять стрелу на угол в диапазоне ориентировочно от 35° до 45°. Само собой разумеется, что угол, на который поднимают стрелу в режиме содействия ее подъему, является функцией длины выдвижения (цилиндров) и расположения конструкции содействия подъему стрелы.
В некоторый момент времени, а преимущественно после удаления подвесок 39, но до того, как второй конец стрелы будет находиться очень высоко от земли, канат 24 грузоподъемной лебедки сматывают с барабана 70 грузоподъемной лебедки (фиг.4) и запасовывают через шкивы на вершине стрелы и в блоке 26 крюка. Это увеличивает вес вершины стрелы, так как вес каната грузоподъемной лебедки теперь частично поддерживает вершина стрелы. Принимая во внимание вес блока крюка, он остается на земле при первоначальном подъеме стрелы.
В-четвертых, механизм подъема стрелы используют для подъема стрелы до второго угла, более крутого, чем первый угол, при котором конструкция 40 содействия подъему стрелы больше не имеет контакта с землей, как это показано на фиг.6. Преимущественно конструкция содействия подъему стрелы остается соединенной со стрелой, когда стрела расположена под этим вторым, рабочим углом. После этого кран может быть использован для обычного подъема грузов. Однако оператор крана должен избегать опускания стрелы до малого угла стрелы (даже безо всякого груза), при котором собственный момент стрелы может вызвать опрокидывание крана. Если необходимо опускать стрелу до углов, меньших первого угла, например, при демонтаже крана, стрелу можно опускать до положения, в котором цилиндры могут быть выдвинуты до уровня земли. От этого положения для управления опусканием стрелы вниз следует совместно использовать цилиндры 42 и механизм подъема стрелы.
В соответствии с одним из вариантов цилиндр 42 может быть удлинен от длины около 100 дюймов в полностью втянутом положении до длины около 312 дюймов в полностью выдвинутом положении. Примерная конструкция содействия подъему стрелы позволяет, например, в кране типа Manitowoc увеличить длину стрелы от 60 футов до максимальной длины стрелы 374 футов.
Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения обладает многими преимуществами. Во-первых, конструкция содействия подъему стрелы придает крану устойчивость против опрокидывания относительно передней точки опоры, что позволяет крану поднимать более длинные и/или более тяжелые стрелы. Цилиндры содействия подъему придают крану устойчивость во время подъема стрелы, так как цилиндры создают момент относительно точки опоры, помогающий поднимать стрелу. Устойчивость против опрокидывания преимущественно может быть повышена ориентировочно на 25%. Во-вторых, это может быть сделано без необходимости повышения конструктивных возможностей крана. В самом деле, использование предпочтительной конструкции содействия подъему стрелы уменьшает нагрузки в крановой конструкции поддержки стрелы, преимущественно ориентировочно на 35%, так как цилиндры 42 создают большой содействующий момент относительно оси шарнира стрелы. В-третьих, использование настоящего изобретения изменяет форму прогиба стрелы при ее подъеме, вызывая прогиб вверх посредине стрелы вместо прогиба вниз. Это помогает снизить максимальное напряжение в хорде стрелы. В-четвертых, настоящее изобретение может быть применено в существующих кранах, чтобы повысить их способность подъема стрелы. Конструкция содействия подъему стрелы может быть выполнена с возможностью введения между хвостовиком стрелы и первой вставкой стрелы и может быть использована в кране без необходимости модификации каких-либо других частей крана.
Следует иметь в виду, что в описанные предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения специалистами в данной области могут быть введены различные изменения и модификации. Настоящее изобретение применимо к другим типам кранов, кроме кранов на гусеничном ходу, и оно особенно хорошо подходит для использования в кранах, установленных на грузовых автомобилях, и в кранах, установленных на средствах перемещения по пересеченной местности. Вместо барабана подъема стрелы и такелажа подъема стрелы, которые используют для изменения угла стрелы, в механизме подъема стрелы может быть использован гидравлический цилиндр, подсоединенный между поворотным основанием и стрелой. Кроме того, вместо активной мачты может быть использована неподвижная мачта с балансиром между вершиной мачты и вершиной стрелы, чтобы изменять угол стрелы во время работы крана. Вместо установки на каркасе, который введен между секциями стрелы, конструкция содействия подъему стрелы может быть непосредственно установлена на секции стрелы. Кроме того, вместо использования многокаскадных гидроцилиндров для подъема стрелы могут быть использованы другие устройства, такие как длинные однокаскадные гидроцилиндры с цапфовым креплением к стреле, или некоторые другие устройства, которые имеют фиксированную длину и содержат подвижный элемент, прикрепленный к стреле. Барабан 50 подъема стрелы и набор 37 нижних шкивов не обязательно должны быть непосредственно соединены с поворотным основанием. Например, набор нижних шкивов может быть соединен с поворотным основанием за счет установки на портале. Все такие изменения и модификации могут быть сделаны не выходя за рамки настоящего изобретения, в соответствии с его сущностью и без снижения заявленных преимуществ. Поэтому можно полагать, что все такие изменения и модификации перекрываются формулой изобретения.