СИСТЕМА СОЕДИНЕНИЯ ДЛЯ СЕГМЕНТОВ СТРЕЛЫ КРАНА
SYSTEM OF CONNECTION FOR CRANE BOOM SEGMENTS

Предпосылки к созданию изобретения
Настоящая группа изобретений в общем имеет отношение к подъемным кранам, а более конкретно к системам соединения для совмещения элементов секционной стрелы для кранов и других подобных устройств.
Подъемные краны большой грузоподъемности типично имеют удлиненные стрелы для подъема груза, которые содержат элементы секционной стрелы, скрепленные встык (конец к концу). Каждый из элементов секционной стрелы преимущественно содержит множество хорд и стяжных (или образующих решетку) элементов. Концевые участки каждой хорды обычно снабжены соединителями одного из двух видов для скрепления вместе примыкающих сегментов стрелы и для распределения сжимающих нагрузок между примыкающими хордами. Типичные соединители содержат охватываемый и охватывающий кронштейны, скрепленные при помощи штифта, несущего сжимающие нагрузки при двойном срезе.
В качестве примера можно привести стрелу длиной 220 футов, полученную с использованием нижнего сегмента длиной 40 футов, шарнирно установленного на верхней части конструкции крана, верхнего сегмента длиной 30 футов, снабженного шкивами и такелажем для подъема и поддержки грузов, и пяти элементов секционной стрелы, установленных между ними, один из которых имеет длину 10 футов, другой имеет длину 20 футов и три имеют длину 40 футов. Такая примерная стрела имеет шесть соединений сегментов стрелы. Типично, каждый сегмент имеет четыре хорды и, следовательно, четыре соединителя, что дает всего 24 соединителя, которые необходимо совместить (выровнять) и соединить штифтами для сборки стрелы.
Краны большой грузоподъемности требуют использования стрел с очень большим поперечным сечением. В результате, даже когда сегменты стрелы лежат на грунте, штифтовые соединители между верхними хордами типично находятся на высоте 8 футов или выше от грунта. Поэтому такелажники должны или перемещать приставную лестницу к местоположению каждого штифта или подниматься на верхнюю часть стрелы и идти по ней до каждого верхнего соединителя.
Имеющий длину 40 футов элемент секционной стрелы может весить свыше 5,000 фунтов. Таким образом, требуется вспомогательный кран для подъема элемента стрелы. Для соединения сегментов, один такелажник обычно удерживает подвешенный сегмент стрелы в состоянии общего выравнивания, в то время как второй такелажник при помощи кувалды (весом 10 или 15 фунтов) вручную забивает штифт, который типично имеет длинный конус, до заданного положения штифта. Штифты, соединяющие сегменты стрелы, обычно служат для распределения сжимающих нагрузок между хордами. Поэтому штифты имеют плотную посадку, что создает дополнительные трудности при сборке стрелы. Обычно, для трех человек (оператор и два такелажника) требуется четыре и более часов для сборки стрелы длиной 220 футов. Если кран приходится часто перемещать с одной площадки на другую, то стоимость сборки и разборки может превысить стоимость подъема груза, для чего предназначен кран.
В случае подъема очень больших грузов при помощи крана большой грузоподъемности, если использовать типичный одиночный охватываемый кронштейн, зажатый между двумя охватывающими кронштейнами, чтобы получить соединение с двойным срезом, потребуется штифт с очень большим диаметром для приема сжимающих нагрузок, что приводит к увеличению размеров соединителей. Известны соединители с тремя охватывающими кронштейнами и двумя охватываемыми кронштейнами, однако они не предназначены для указанных типов соединений стрелы, позволяющих обеспечивать самосовмещение или шарнирное соединение (когда сегменты стрелы могут быть первоначально соединены при отсутствии осевого совмещения и затем повернуты в положение, в котором могут быть осуществлены остальные соединения) между секциями стрелы при сборке секций.
Таким образом, существует необходимость в создании простой системы быстрого соединения сегментов стрелы, которая позволяет быстро производить начальное соединение сегментов стрелы из положения, в котором сегменты стрелы не имеют осевого совмещения.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается усовершенствованная система соединения для сегментов стрелы. Заявленные сегменты стрелы имеют соединители, которые содержат поверхности совмещения и/или поверхности упора, что позволяет легко выравнивать соединители для введения штифта, и позволяет производить первоначальное соединение сегментов стрелы и затем производить поворот в окончательное положение, в котором производят остальные соединения между сегментами.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается кран, имеющий стрелу с системой соединения сегментов стрелы, причем кран имеет верхнюю часть конструкции, установленную с возможностью поворота на нижней части конструкции, при этом верхняя часть конструкции содержит подъемную лебедку, причем стрела содержит:
a) по меньшей мере первый и второй сегменты стрелы, каждый из которых имеет продольную ось и первый и второй концы, причем второй конец первого сегмента соединен с первым концом второго сегмента;
b) по меньшей мере один первый соединитель на втором конце первого сегмента, соответственно сопряженный по меньшей мере с одним вторым соединителем на первом конце второго сегмента; причем
c) каждый первый и второй соединитель содержит по меньшей мере один удлинитель, имеющий сквозное отверстие, при этом отверстие имеет ось, перпендикулярную к указанной продольной оси и расположенную в удлинителях так, что все отверстия сопряженных первого и второго соединителей будут совмещены по оси, когда выровнены сегменты стрелы; при этом
d) по меньшей мере один первый соединитель имеет первую поверхность совмещения и по меньшей мере один второй соединитель имеет вторую поверхность совмещения; причем
e) первая и вторая поверхности совмещения взаимодействуют так, что когда первый и второй соединители сводят вместе при сборке стрелы, тогда указанные поверхности совмещения побуждают сегменты стрелы занимать такое относительное расположение, что отверстия через удлинители в соединителях будут совмещены по оси в достаточной степени для того, чтобы конический основной штифт можно было ввести через отверстия удлинителей в первом и втором сопряженных соединителях, даже если сегменты стрелы не имеют осевого совмещения.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается сегмент стрелы крана, который содержит:
a) по меньшей мере три хорды, со стяжными элементами, прочно соединяющими хорды параллельно друг другу, с образованием сегмента стрелы; причем каждая хорда и каждый сегмент стрелы имеют первый конец и второй конец; при этом по меньшей мере одна из по меньшей мере трех хорд присутствует на первом продольном участке сегмента стрелы, а остальные из по меньшей мере трех хорд присутствуют на втором продольном участке сегмента стрелы;
b) соединитель на каждом первом и втором концах каждой хорды; причем первая половина соединителей являются соединителями первого типа и имеют удлинители, а другая половина соединителей являются соединителями второго типа и имеют удлинители, при этом каждый из соединителей имеет поверхность упора;
c) причем удлинители имеют сквозное отверстие, размер которого позволяет принимать основной штифт, при этом удлинители и отверстия расположены на своих соответствующих соединителях так, что когда второй конец сегмента стрелы находится в выровненном положении с идентичным сегментом стрелы и соединен с его первым концом, при этом соединители на двух сегментах стрелы соединены вместе, тогда удлинители соединенных соединителей перекрывают друг друга и отверстия будут совмещены по оси, так что основные штифты могут быть пропущены через отверстия, для прикрепления соединителя второго конца сегмента стрелы к соединителю первого конца идентичного сегмента стрелы; и причем
d) расположение поверхностей упора на соединителях таково, что когда идентичный сегмент стрелы расположен так, что основной штифт может быть пропущен через отверстия в удлинителях соединителей остальных хорд на втором продольном участке сегментов стрелы, тогда поверхности упора взаимодействуют, чтобы совмещать по оси отверстия в удлинителях их соответствующих соединителей, когда поверхности упора контактируют друг с другом.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается сопряженное соединение между двумя элементами секционной стрелы, которое содержит:
a) первый соединитель, прикрепленный к концу первого элемента секционной стрелы, и второй соединитель, прикрепленный к концу второго элемента секционной стрелы; причем
b) каждый первый и второй соединитель имеет первый и второй наборы удлинителей, при этом каждый удлинитель имеет сквозное отверстие для приема штифта; причем
c) каждый соединитель также имеет несущую поверхность сжимающей нагрузки, расположенную между первым набором и вторым набором удлинителей, при этом несущая поверхность сжимающей нагрузки первого соединителя расположена напротив несущей поверхности сжимающей нагрузки второго соединителя; и
d) первый штифт, проходящий через отверстия первого набора удлинителей первого соединителя и первого набора удлинителей второго соединителя, и второй штифт, проходящий через отверстия второго набора удлинителей первого соединителя и второго набора удлинителей второго соединителя.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается сопряженное соединение между двумя элементами секционной стрелы, которое содержит:
a) первый соединитель, прикрепленный к концу первого элемента секционной стрелы, причем указанный соединитель содержит множество удлинителей, каждый из которых имеет сквозное отверстие, и направляющий штифт, введенный в дополнительное сквозное отверстие в удлинителях;
b) второй соединитель, прикрепленный к концу второго элемента секционной стрелы, причем указанный второй соединитель также имеет множество удлинителей, каждый из которых содержит сквозное отверстие, при этом удлинители первого соединителя перемежаются (чередуются) с удлинителями второго соединителя, причем второй соединитель дополнительно имеет поверхность упора, образованную на внешней стороне удлинителей; и
c) основной штифт, пропущенный через отверстия перемежающихся (чередующихся) удлинителей, соединяющий первый и второй соединители с возможностью поворота, причем поверхность упора и направляющий штифт находятся в контакте друг с другом, когда сегменты стрелы имеют осевое совмещение.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается способ соединения первого и второго сегментов стрелы подъемного крана, причем каждый сегмент стрелы имеет продольную ось и четыре хорды, при этом каждая хорда имеет соединитель на каждом ее конце, причем указанный способ включает в себя следующие операции:
a) сведение двух сегментов стрелы вместе, так что первая поверхность совмещения на двух соединителях на первом сегменте стрелы входит в контакт со второй поверхностью совмещения на двух соответствующих соединителях на втором сегменте стрелы, с образованием двух пар сопряженных соединителей, однако продольные оси двух сегментов не совмещены и остальные соединители на каждом сегменте не спарены, причем первая и вторая поверхности совмещения взаимодействуют для совмещения по оси отверстий в соединителях;
b) скрепление каждых сопряженных соединителей вместе при помощи штифта, с созданием шарнирного соединения;
c) поворот двух сегментов друг относительно друга в шарнирном соединении, до тех пор, пока поверхность упора на не спаренных соединителях первого сегмента не будет контактировать с поверхностью упора на не спаренных соединителях второго сегмента; и
d) соединение штифтами ранее не спаренных соединителей с их соответствующим сопряженным соединителем.
За счет использования предпочтительного варианта изобретения, большие секции стрелы подъемного крана могут быть собраны быстрее, потому что отверстия, через которые вводят штифты, будут совмещены по оси, когда соединители приводят в заданное положение и поверхности: совмещения вводят в контакт. Кроме того, если сегменты необходимо соединять из не выровненного расположения, то вставляют на место только один набор штифтов, при этом секции могут быть повернуты в выровненную конфигурацию и автоматически фиксированы в ней, так что отверстия в остальных соединителях будут совмещены по оси. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, это справедливо для случая вставки первыми как верхних, так и нижних штифтов.
Указанные ранее и другие характеристики и преимущества изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид сбоку крана с секционной стрелой, с использованием системы соединения и выравнивания секционной стрелы в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 показан вид сбоку двух сегментов стрелы, сведенных вместе из первого положения, чтобы образовать стрелу крана, показанного на фиг.1.
На фиг.3 показан вид сбоку двух сегментов стрелы, сведенных вместе из второго положения, чтобы образовать стрелу крана, показанного на фиг.1.
На фиг.4 показан вид в перспективе сопряженной пары соединителей, которые используют для соединения сегментов стрелы, показанных на фиг.2.
На фиг.5 показан вид в перспективе концов двух собранных сегментов стрелы, показанных на фиг.2.
На фиг.5а показан вид сверху в перспективе одного угла сегмента стрелы с прикрепленным устройством для введения и извлечения штифта.
На фиг.6 показан вид сверху одного из сегментов стрелы, показанных на фиг.2.
На фиг.7 показан вид сбоку одного из сегментов стрелы, показанных на фиг.2.
На фиг.8 показан с увеличением вид сверху охватывающего соединителя, использованного на сегменте стрелы, показанном на фиг.6.
На фиг.9 показан с увеличением вид сверху охватываемого соединителя, использованного на сегменте стрелы, показанном на фиг.6.
На фиг.10 показан с увеличением вид сбоку охватывающего соединителя, показанного на фиг.8.
На фиг.11 показан с увеличением вид сбоку охватываемого соединителя, показанного на фиг.9.
На фиг.12 показан вид сбоку двух сегментов стрелы второго варианта, сведенных вместе из первого положения, чтобы образовать стрелу крана, показанного на фиг.1.
На фиг.13 показан вид сбоку двух сегментов стрелы, показанных на фиг.12, сведенных вместе из второго положения, чтобы образовать стрелу крана, показанного на фиг.1.
На фиг.14 показан вид в перспективе сопряженных пар соединителей, использованных для соединения сегментов стрелы, показанных на фиг.12.
На фиг.15 показан вид в перспективе концов двух собранных сегментов стрелы, показанных на фиг.12.
На фиг.16 показан вид сверху одного из сегментов стрелы, показанных на фиг.
12.
На фиг.17 показан вид сбоку одного из сегментов стрелы, показанных на фиг.12.
На фиг.18 показан с увеличением вид сверху охватывающего соединителя, использованного на сегменте стрелы, показанном на фиг.16.
На фиг.19 показан с увеличением вид сверху охватываемого соединителя, использованного на сегменте стрелы, показанном на фиг.16.
На фиг.20 показан с увеличением вид сбоку охватывающего соединителя, показанного на фиг.18.
На фиг.21 показан с увеличением вид сбоку охватываемого соединителя, показанного на фиг.19.
Подробное описание изобретения
В следующих параграфах различные аспекты настоящего изобретения будут определены более подробно. Каждый из таких аспектов может быть объединен с любым другим аспектом или аспектами, если четко не указано иное. В частности, любой признак, который указан как предпочтительный или выгодный, может быть объединен с любым другим признаком (или признаками), который указан как предпочтительный или выгодный.
Для упрощения понимания, в описании и в формуле изобретения использованы обозначения "верх", "низ", "горизонтально" и "вертикально" для указания положения участков секционной стрелы, в котором типично ее собирают на поверхности земли или поблизости от нее. Эти определения остаются применимыми, даже если стрела поднята под различными углами, в том числе и в вертикальное положение.
Самоходный подъемный кран 10, показанный на фиг.1, содержит нижнюю часть конструкции, также называемую шасси 12, и подвижные элементы зацепления с землей в виде гусениц 14 и 16. (Само собой разумеется, что имеются две передние гусеницы 14 и две задние гусеницы 16, только по одной из которых можно видеть в виде сбоку на фиг.1.) На кране 10, элементами зацепления с землей может быть только один комплект гусениц, по одной гусенице на каждой стороне. Само собой разумеется, что могут быть использованы дополнительные к показанным гусеницы, или другие элементы зацепления с землей, такие как шины.
Поворотное основание 20 соединено с шасси 12 с возможностью поворота, с использованием роликовой дорожки, так что поворотное основание 20 может совершать поворот вокруг оси относительно элементов 14, 16 зацепления с землей. Поворотное основание поддерживает стрелу 50, шарнирно установленную на переднем участке поворотного основания; мачту 28, первый конец которой установлен на поворотном основании; задний упор 30, установленный между мачтой и задним участком поворотного основания; подвижный узел 13 противовеса, имеющий противовесы 34 на опорном элементе 33. Противовесы могут иметь вид множества наборов индивидуальных контргрузов на опорном элементе 33.
Такелаж 25 лебедки подъема стрелы между вершиной мачты 28 и стрелой 50 используют для контроля угла стрелы и перемещения груза таким образом, что противовес может быть использован для уравновешивания груза, поднятого краном. Подъемный канат 24, который свешивается со стрелы 50, снабжен крюком 26. Поворотное основание 20 также может содержать и другие элементы, которые обычно имеются на самоходном подъемном кране, такие как кабина машиниста и барабаны для такелажа 25 и подъемного каната 24. По желанию, стрела 50 может содержать дополнительную подъемную стрелу, шарнирно закрепленную на вершине основной стрелы, или может иметь другие конфигурации стрелы. Задний упор 30 соединен с мачтой 28 поблизости от ее вершины. Задний упор 30 может содержать решетчатый элемент, выдерживающий нагрузки сжатия и растяжения, как это показано на фиг.1. В кране 10, мачта удерживается под постоянным углом относительно поворотного основания при работе крана, например, при операциях захвата, перемещения и укладки груза краном.
Узел противовеса выполнен с возможностью перемещения относительно остальной части поворотного основания 20. В показанном варианте крана, узел 13 противовеса выполнен с возможностью перемещения в направлении передней части крана и в противоположном направлении. Натяжной элемент 32, соединенный с мачтой поблизости от ее вершины, поддерживает узел противовеса. Конструкция перемещения противовеса установлена между поворотным основанием и узлом противовеса таким образом, что узел противовеса может перемещаться в первое положение (показанное сплошными линиями на фиг.1) впереди вершины мачты и удерживаться в этом положении, и может перемещаться во второе положение (показанное штрихпунктирной линией на фиг.1) позади вершины мачты и удерживаться в этом положении.
В кране 10, гидроцилиндр 36, поворотная траверса 40 и задний кронштейн 38 могут быть использованы для перемещения узла противовеса. (Как и гусеницы, задний кронштейн 38 фактически имеет как левый, так и правый элементы, только один из которых виден на фиг.1, поворотная траверса имеет два боковых элемента, а гидроцилиндр может содержать два гидроцилиндра, которые движутся последовательно. Альтернативно, один гидроцилиндр большей мощности или механизм реечной передачи, с приводом преимущественно от четырех гидравлических двигателей, могут быть использованы вместо двух гидроцилиндров 36, чтобы создать линейное перемещение. Кроме того, поворотная траверса может быть выполнена как конструкция в виде сплошной пластины, и два задних кронштейна 38 могут быть заменены единой конструкцией.) Поворотная траверса 40 установлена между поворотным основанием 20 и гидроцилиндром 36, а задний кронштейн 38 установлен между поворотной траверсой 40 и узлом противовеса. Гидроцилиндр 36 шарнирно соединен с поворотным основанием 20 на опорной раме, которая поднимает гидроцилиндр 36 до такой точки, в которой геометрия гидроцилиндра 36, поворотной траверсы 40 и заднего кронштейна 38 позволяет перемещать противовес во всем диапазоне его перемещения. Указанным образом гидроцилиндр 36 побуждает задний кронштейн 38 перемещать узел противовеса, когда гидроцилиндр втягивается и удлиняется.
Кронштейны 38 имеют угловой участок 39 на конце, который соединен с поворотной траверсой 40. Это позволяет соединять кронштейны 38 непосредственно по одной линии с боковыми элементами поворотной траверсы 40. Угловой участок 39 не позволяет кронштейнам 38 мешать работе боковых элементов поворотной траверсы, когда противовес находится в положении, показанном сплошной линией на фиг.1.
Секционная стрела 50 содержит несколько элементов, в том числе элемент 51 основания стрелы, промежуточные сегменты 52, 53, 54 и 55 стрелы, которые могут иметь различную длину и число которых может быть различным, и верхний элемент 56 стрелы. Элементы 51-56 секционной стрелы типично содержат множество хорд. Далее описаны два варианта соединителей для соединения сегментов стрелы. На фиг.2-11 показан первый вариант, а на фиг.12-21 показан второй вариант.
Каждый сегмент 53 и 54 стрелы имеет прямоугольное поперечное сечение, с хордой в каждом углу. Каждый из сегментов 53 и 54, которые являются представительными и могут рассматриваться как первый и второй сегменты стрелы, имеет продольную ось 41 (фиг.2), а также первый и второй концы. Второй конец первого сегмента 53 соединен с первым концом второго сегмента 54. Имеются две верхних хорды 61 и две нижних хорды 63 (только по одной из которых можно видеть на виде сбоку), которые связаны при помощи промежуточных стяжных или решетчатых элементов 65, которые прочно соединяют параллельные хорды с образованием сегмента стрелы. В показанном варианте, хорды изготовлены из стальных труб с круговым поперечным сечением. Можно считать, что горизонтальная плоскость, в которой находится продольная ось 41, делит сегмент стрелы на первый и второй продольные участки 67 и 68, причем две верхние хорды 61 находятся в первом продольном участке 67, а две нижние хорды 63 находятся во втором продольном участке 68 сегмента стрелы. Эти конкретные первый и второй продольные участки введены для облегчения понимания изобретения. Само собой разумеется, что возможны и другие конфигурации сегментов стрелы, с другим числом хорд и другим обозначением продольных участков сегментов стрелы.
Каждая хорда имеет вертикальную нейтральную линию и горизонтальную нейтральную линию. Сжимающие нагрузки, приложенные в точке пересечения вертикальной и горизонтальной нейтральных линий хорды, или симметрично относительно вертикальной и горизонтальной нейтральных линий, не будут создавать моменты изгиба хорды. Поэтому является предпочтительным, чтобы соединители, которые используют для соединения сегментов стрелы вместе, были установлены на сегменты стрелы в концов хорд так, чтобы сжимающие нагрузки, передаваемые через соединители, были симметричны относительно нейтральных линий хорд.
В случае использования предпочтительной системы соединения сегментов стрелы в соответствии с настоящим изобретением, соединители на верхних хордах 61 могут быть соединены первыми, как это показано на фиг.2, или соединители на нижних хордах 63 могут быть соединены первыми, как это показано на фиг.3. Как это описано далее более подробно, в случае использования предпочтительных соединителей, сегменты стрелы затем могут быть повернуты и автоматически блокированы (фиксированы) в положении, в котором выровнены дополнительные соединители. Сегменты стрелы также могут быть сведены вместе с уже совмещенными продольными осями сегментов. В предпочтительной системе совмещения (выравнивания) в соответствии с настоящим изобретением, конфигурация соединителей облегчает такое совмещение и соединение сегментов стрелы, как это тоже описано далее более подробно.
Соединители первого варианта могут быть двух типов, которые могут быть названы как первый и второй соединители, показанные детально на фиг.8-11. Каждый соединитель содержит по меньшей мере один удлинитель, имеющий сквозное отверстие, размер которого позволяет ввести в него основной штифт, причем удлинители выступают в направлении удаления от сегментов стрелы, с которыми они связаны, а отверстие имеет ось, перпендикулярную к продольной оси (к оси 41). Удлинители и отверстия расположены на своих соответствующих соединителях так, что когда второй конец сегмента стрелы находится в выровненном положении с первым концом идентичного сегмента стрелы и соединен с ним, при этом соединители на двух сегментах стрелы соединены вместе, тогда удлинители соединенных соединителей перекрывают друг друга и оси отверстий совмещены так, что основной штифт может быть пропущен через отверстия, чтобы скрепить соединитель второго конца сегмента стрелы с соединителем первого конца идентичного сегмента стрелы. (Следует иметь в виду, что, несмотря на то что описано использование соединителей для соединения с соединителями на идентичных сегментах стрелы, в кранах, в которых используют настоящее изобретение, не обязательно применяют идентичные сегменты стрелы - так что эту терминологию используют только для того, чтобы облегчить понимание процесса соединения. Заявленные сегменты стрелы, которые используют в стреле, могут иметь несколько отличий, особенно в том, что касается признаков, касающихся сборки крана и работы системы соединения, в которой не производят поэтапное соединение одного сегмента с другим сегментом.) Первая половина соединителей преимущественно имеет первое число удлинителей, а другая половина соединителей имеет второе число удлинителей, причем второе число больше, чем первое число, при этом соединители на противоположных концах каждой хорды имеют разное число удлинителей.
Соединитель на первом конце хорды первого продольного участка сегмента стрелы содержит первую поверхность совмещения и поверхность упора. Соединитель на втором конце хорды первого продольного участка сегмента стрелы содержит вторую поверхность совмещения и поверхность упора. В соответствии с этим вариантом, эти поверхности образованы различными структурами на соединителях. Во втором варианте одна и та же структура может образовывать как поверхность совмещения, так и поверхность упора.
Первая и вторая поверхности совмещения взаимодействуют так, что когда первый и второй соединители сводят вместе при сборке стрелы, тогда поверхности совмещения побуждают сегменты стрелы занять такое относительное расположение, что отверстия через удлинители в соединителях будут совмещены по оси в достаточной степени для того, чтобы конический основной штифт можно было ввести через отверстия удлинителей в первом и втором сопряженных соединителях, даже если сегменты стрелы не имеют осевого совмещения. Расположение поверхностей упора на соединителях таково, что когда идентичный сегмент стрелы расположен так, что основной штифт может быть введен через отверстия в удлинителях соединителей остальных хорд на втором продольном участке сегментов стрелы, тогда поверхности упора взаимодействуют для совмещения по оси отверстий в удлинителях своих соответствующих соединителей, когда поверхности упора контактируют друг с другом.
На фиг.4 показано сопряженное соединение между двумя элементами 53 и 54 секционной стрелы. Первый соединитель 70 прикреплен ко второму концу верхней хорды 61 на первом элементе 53 секционной стрелы. Соединитель 70 имеет два набора по три удлинителя 71а, 72а и 73а, и 71b, 72b и 73b (как это лучше всего показано на фиг.5), причем каждый такой удлинитель имеет сквозное отверстие. Соединитель 70 также содержит первую поверхность совмещения в виде закругленной внешней поверхности 74 на дистальном конце каждого удлинителя. Соединитель 70 дополнительно содержит в целом плоскую, несущую поверхность 78 сжимающей нагрузки, которая проходит по ширине соединителя и разделяет два набора удлинителей. В соответствии с этим вариантом, несущая поверхность 78 образует поверхность упора для соединителя.
Второй соединитель 80 прикреплен к первому концу верхней хорды 61 на втором элементе 54 секционной стрелы. Второй соединитель 80 имеет два набора по два удлинителя 81а и 82а, и 81b и 82b, причем каждый такой удлинитель имеет сквозное отверстие. Удлинители 71, 72 и 73 каждого набора на соединителе 70 чередуются с соответствующими удлинителями 81 и 82 каждого набора на соединителе 80, когда соединители соединяют вместе, как это показано на фиг.4. Соединитель 80 имеет вторую поверхность совмещения в виде гнезда 84, расположенного поблизости от основания внешних участков удлинителей 81 и 82, согласованного с формой закругленной внешней поверхности 74. Дренажные отверстия 89 выполнены в каждом соединителе 70, 80, как это показано на фиг.10 и 11. Соединитель 80 также содержит в целом плоскую, несущую поверхность 88 сжимающей нагрузки, которая проходит по ширине соединителя. В соответствии с этим вариантом, несущие поверхности 78 и 88 образуют поверхности упора для соединителя.
Когда основной штифт (не показан) пропускают через отверстия чередующихся удлинителей 71а, 81а, 72а, 82а и 73а, за счет чего происходит шарнирное соединение соединителей 70 и 80, вторая поверхность 84 совмещения и закругленная первая поверхность 74 совмещения находятся в непосредственной близости друг от друга, но не входят в контакт друг с другом, когда сегменты стрелы имеют осевое совмещение, как это показано на фиг.4. Однако, как это показано на фиг.2, когда секции 53 и 54 стрелы не имеют осевого совмещения, соединители 70 и 80 могут быть все еще связаны друг с другом. В этом случае, первая поверхность 74 совмещения и вторая поверхность 84 совмещения будут контактировать друг с другом, когда секции стрелы сводят ближе друг к другу. Когда эти поверхности находятся в контакте, оси отверстий в удлинителях 71, 72, 73, 81 и 82 будут совмещены в достаточной степени, так что конический основной штифт может быть введен в отверстия, причем за счет своей конусности штифт будет полностью совмещать отверстия по оси, по мере своего движения через отверстия.
После этого, когда сегменты стрелы поворачивают относительно этого основного штифта, несущая поверхность 78 сжимающей нагрузки будет входить в контакт с несущей поверхностью 88 сжимающей нагрузки и останавливать поворот в точке, в которой сегменты стрелы будут выровнены. Таким образом, поверхности упора расположены так, что если один набор первого соединителя и один набор второго соединителя соединены вместе при помощи штифта, пропущенного через их отверстия, и сегменты стрелы находятся не в выровненном положении, то вращение сегментов стрелы вокруг штифта, введенного в отверстия спаренных соединителей, до точки, в которой поверхности упора дополнительных соединителей на сегментах стрелы контактируют друг с другом, будет приводить сегменты стрелы в положение выравнивания, при совмещении осей отверстий в этих дополнительных соединителях. После того как сегменты 54 и 56 будут иметь осевое совмещение, другой штифт может быть пропущен через второй набор удлинителей 71b, 72b, 73b, 81b и 82b.
Нижние хорды 63 снабжены соединителями, которые имеют такую же конфигурацию, что и соединители 70 и 80 на верхних хордах 61. Несущие поверхности сжимающей нагрузки этих нижних соединителей будут входить в контакт друг с другом одновременно с входом в контакт друг с другом несущих поверхностей 78 и 88 сжимающей нагрузки на верхних соединителях. Таким образом, нижние несущие поверхности сжимающей нагрузки будут действовать как поверхности упора, совмещающие по оси отверстия в нижних соединителях.
Соединители в соответствии с настоящим изобретением позволяют соединять элементы секционной стрелы и затем вращать их на полный угол 90°. Даже если сегменты стрелы находятся под углом 90° от их выровненного положения, первая поверхность 74 совмещения и вторая поверхность 84 совмещения могут быть введены в контакт друг с другом, что совмещает оси отверстий через удлинители в достаточной степени, так что штифт может быть пропущен через эти отверстия. Само собой разумеется, что после полного введения штифта, вторая поверхность 84 совмещения и первая поверхность 74 совмещения не будут иметь контакта друг с другом. Это гарантирует приложение всех (сжимающих) нагрузок через поверхностный контакт несущих поверхностей 78 и 88 сжимающей нагрузки. Все растягивающие нагрузки будут приложены к штифтам. Несущие поверхности сжимающей нагрузки преимущественно симметричны относительно горизонтальной и вертикальной нейтральных линий хорды, с которой они связаны.
Когда сегменты стрелы собирают из не выровненного расположения, такого как показанное на фиг.2 или 3, то обычно осуществляют следующие операции. Два сегмента стрелы сводят вместе так, что два соединителя 70 на первом сегменте 53 стрелы сопрягаются с двумя соответствующими соединителями 80 на втором сегменте 54 стрелы, чтобы образовать две нары сопряженных соединителей, однако при этом продольные оси 41 двух сегментов не совмещены. Остальные соединители на каждом сегменте не соединены. Затем сопряженные соединители скрепляют вместе с использованием шарнирного соединения, когда основные штифты вводят в отверстия на одной стороне обеих пар сопряженных соединителей. После этого два сегмента 53 и 54 поворачивают друг относительно друга в шарнирном соединении, до тех пор, пока несущая поверхность 78 сжимающей нагрузки не входит в контакт с несущей поверхностью 88 сжимающей нагрузки. Эта схема расположения позволяет секциям стрелы "изгибаться назад" относительно верхнего или нижнего соединения стрелы. Секции стрелы могут быть введены в зацепление с возможностью поворота за счет вставки верхнего или нижнего штифтов, а затем повернуты в положение, в котором сегменты будут выровнены и противоположные соединители могут быть соединены штифтами и другой штифт может быть введен через отверстия на внутренней стороне верхних соединителей.
Сегменты стрелы также могут быть сведены вместе в главным образом выровненное положение, когда соединители на верхней и нижней хордах контактируют друг с другом ориентировочно в одно и то же время. Следует иметь в виду, что при предпочтительной геометрии соединителей, если секции стрелы не точно выровнены, когда они сведены вместе, то первая поверхность 74 совмещения будет входить в зацепление со второй поверхностью 84 совмещения и побуждать соединители скользить друг относительно друга до тех пор, пока поверхность 74 совмещения не будет полностью введена в гнездо 84, за счет чего будут обеспечено надлежащее выравнивание сегментов стрелы, когда первая поверхность совмещения и вторая поверхность совмещения на верхнем и нижнем наборах соединителей полностью входят в зацепление, при этом оси отверстий в удлинителях соединителей будут совмещены так, что основной штифт может быть пропущен через отверстия всех удлинителей в первом и втором сопряженных соединителей.
Сегменты стрелы преимущественно имеют кронштейны, позволяющие устанавливать на сегменте стрелы гидравлическое оборудование для ввода штифта, так чтобы принудительно вставлять основной штифт через отверстия. На фиг.5а показана конфигурация одного такого гидравлического устройства для вставки штифта. Кронштейны 92 поддерживают удлинители 96 штифтов 95, диаметр которых позволяет плотно вводить их в отверстия в удлинителях 71, 72, 73, 81 и 82. Другой кронштейн 91 соединен с центром верхнего стяжного элемента 65, который установлен между концами верхних хорд 61. Гидравлический инструмент 93 для вставки/ извлечения штифта с гидроцилиндром двойного действия может быть плотно надет на одну сторону кронштейна 91 и соединен с удлинителем 96 штифта 95. После введения нижних штифтов, штифт 94 удаляют, что позволяет кронштейну 91 совершить поворот вокруг штифта 97 в верхнее положение. Штифт 94 затем пропускают через отверстия 98, инструмент 93 опять вводят в кронштейн 91 и соединяют с удлинителем 96 верхнего штифта 95. Извлечение штифтов производят в обратном порядке.
Второй вариант изобретения показан на фиг.12-21. Многие элементы во втором варианте, которые аналогичны элементам в первом варианте, имеют одинаковые позиционные обозначения с добавкой 100. Например, сегменты 152 и 154 стрелы имеют хорды 161 и 163 и стяжные элементы 165. В этом варианте используют предпочтительные соединители также двух типов, которые называют как первый и второй соединители, показанные детально на фиг.18-21.
На фиг.14 показано сопряженное соединение между двумя элементами 153 и 154 секционной стрелы. Первый соединитель 170 прикреплен ко второму концу верхней хорды 161 на первом элементе 153 секционной стрелы. Соединитель 170 имеет три удлинителя 171, 172, 173, каждый из которых имеет сквозное отверстие. Соединитель 170 также содержит элемент зацепления в виде направляющего штифта 174, введенное в дополнительное сквозное отверстие в удлинителях 171-173. Элемент зацепления выступает из внешних удлинителей 171 и 173, в целом параллельно оси отверстий в удлинителях соединителя 170. Элемент зацепления образует как поверхность совмещения, так и поверхность упора.
Второй соединитель 180 прикреплен к первому концу верхней хорды 161 на втором элементе 154 секционной стрелы. Второй соединитель 180 имеет два удлинителя 181 и 182, каждый из которых имеет сквозное отверстие. Удлинители 171, 172 и 173 чередуются с удлинителями 181 и 182, когда соединители будут сопряжены друг с другом. Соединитель 180 имеет вторую поверхность совмещения в виде седла 184 для штифта, согласованного с внешней окружностью направляющего штифта 174 и образованного на внешней стороне удлинителей 181 и 182. Первая и вторая поверхности совмещения позволяют вводить соединители в достаточно точное совмещение, позволяющее пропускать основной штифт (не показан) через отверстия чередующихся удлинителей, что позволяет обеспечивать шарнирное соединение соединителей 170 и 180, как это показано на фиг.14. Когда это происходит, вторая поверхность 184 совмещения и направляющий штифт 174 теряют контакт друг с другом и находятся на небольшом расстоянии друг от друга, когда сегменты стрелы имеют осевое совмещение.
Как это показано на фиг.12, когда секции 153 и 154 стрелы не имеют осевого совмещения, соединители 170 и 180 могут быть все еще связаны друг с другом, при этом основной штифт пропущен через отверстия в удлинителях 171, 172, 173, 181 и 182. После этого, когда сегменты стрелы поворачивают вокруг основного штифта, вторая поверхность 184 совмещения на другом соединителе будет входить в контакт с направляющим штифтом 174 и останавливать поворот в точке, в которой выровнены сегменты стрелы. Таким образом, структура, которая образует поверхности совмещения в одном наборе соединителей, образует поверхности упора в других соединителях на сегменте стрелы.
Нижние хорды 163 снабжены соединителями, которые имеют такую же конфигурацию, что и соединители 170 и 180 на верхних хордах 161, однако эти соединители установлены в зеркальном изображении, как это показано на фиг.15. Первые поверхности 174 совмещения и вторые поверхности 184 совмещения на соединителях верхних хорд 161 находятся на противоположных сторонах соединителей по сравнению с первыми поверхностями 174 совмещения и вторыми поверхностями 184 совмещения на соединителях нижних хорд. Первые поверхности совмещения и вторые поверхности совмещения на соединителях верхних хорд обращены к нижним хордам, а первые поверхности совмещения и вторые поверхности совмещения на соединителях нижних хорд обращены к верхним хордам.
Соединители второго варианта также позволяют соединять элементы секционной стрелы и затем вращать их на полный угол 90°. Даже если сегменты стрелы находятся под углом 90° от их выровненного положения, оси отверстий через удлинители могут быть совмещены и штифт может быть пропущен через эти отверстия. Само собой разумеется, что в этом положении первая и вторая поверхности совмещения не будут иметь контакта друг с другом. Когда сегменты стрелы собирают из не выровненного расположения, такого как показанное на фиг.12 или 13, то обычно осуществляют следующие операции. Два сегмента стрелы сводят вместе так, что два соединителя 170 на первом сегменте 153 стрелы сопрягаются с двумя соответствующими соединителями 180 на втором сегменте 154 стрелы, чтобы образовать две пары сопряженных соединителей, однако при этом продольные оси 141 двух сегментов не совмещены. Остальные соединители на каждом сегменте не соединены. Затем сопряженные соединители скрепляют вместе с использованием шарнирного соединения, когда основные штифты вводят в отверстия обеих пар сопряженных соединителей. После этого два сегмента 153 и 154 поворачивают друг относительно друга в шарнирном соединении, до тех пор, пока первая поверхность совмещения на не спаренных соединителях первого сегмента 153 не входит в контакт со второй поверхностью совмещения на не спаренных соединителях второго сегмента 154. Затем ранее не спаренные соединители соединяют штифтами с их соответствующими сопряженными соединителями. Эта схема расположения позволяет секциям стрелы "изгибаться назад" относительно верхнего или нижнего соединения стрелы. Секции стрелы могут быть введены в зацепление с возможностью поворота за счет вставки верхнего или нижнего штифтов, а затем повернуты в положение, в котором сегменты будут выровнены и противоположные соединители могут быть соединены штифтами.
Сегменты стрелы также могут быть сведены вместе в главным образом выровненное положение, когда соединители на верхней и нижней хордах контактируют друг с другом ориентировочно в одно и то же время. Следует иметь в виду, что при предпочтительной геометрии соединителей, если секции стрелы не точно выровнены, когда они сведены вместе, то радиус на внешней стороне удлинителей 181 и 182 будут входить в контакт со штифтом 174 и побуждать соединители скользить вокруг штифта 174, до надлежащего выравнивания сегментов стрелы, причем, когда первая и вторая поверхности совмещения на верхнем и нижнем наборах соединителей имеют полное зацепление, то оси отверстий через удлинители в соединители будут совмещены так, что основной штифт может быть пропущен через отверстия всех удлинителей в первом и втором сопряженных соединителях.
Во втором варианте настоящего изобретения, воздействующие на стрелу сжимающие нагрузки создают срезающие усилия в основном штифте, удерживающем первый и второй соединители вместе. Сжимающие нагрузки приложены к четырем поверхностям среза в каждом из основных штифтов, что позволяет уменьшить диаметр этих штифтов по сравнению с системой, имеющей только одно двойное соединение среза.
Одним из преимуществ вариантов настоящего изобретения является возможность использования обычных отливок для всех четырех соединителей на одном и том же конце сегмента стрелы, что упрощает изготовление. В соответствии с предпочтительным способом изготовления, производят предварительную механическую обработку отливок и затем их сваривают с хордами. Хорды затем собирают в сегмент стрелы, после чего производят окончательную механическую обработку соединителей. Этот способ позволяет получить окончательную конфигурацию соединителей без проблем, связанных с возможной деформацией за счет сварки и механической обработки больших секций стрелы.
Кроме предпочтительного варианта изобретения, описанного со ссылкой на чертежи, могут быть использованы и другие варианты. Например, на чертежах показано, что все четыре соединителя имеют одинаковое число удлинителей на данном конце сегмента стрелы. Однако соединители 70 могут быть использованы на верхних хордах, а соединители 80 могут быть использованы на нижних хордах на одном конце сегмента, при этом соединители 80 используют на верхних хордах, а соединители 70 используют на нижних хордах на противоположном конце сегмента. Когда два сегмента сводят вместе, могут быть использованы аналогичные операции соединения в выровненном и в не выровненном положениях.
Другое преимущество настоящего изобретения весьма полезно при очень высокой грузоподъемности стрелы. Несмотря на то что соединители в первую очередь предназначены для больших сжимающих нагрузок, они могут быть использованы иногда при приложении к ним растягивающих нагрузок. Штифты, пропущенные через отверстия, позволяют выдерживать такие растягивающие нагрузки.
Следует иметь в виду, что устройство в соответствии с настоящим изобретением может иметь различные варианты исполнения, только некоторые из которых были описаны здесь выше со ссылкой на чертежи. Изобретение может быть реализовано в различных формах, что не выходит за рамки основных признаков настоящего изобретения и соответствует его сущности. Например, несмотря на то что были описаны сегменты стрелы с четырьмя хордами, в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы сегменты стрелы с тремя хордами, или имеющие больше четырех хорд. Вместо использования элемента зацепления и второй поверхности совмещения как в верхнем, так и в нижнем соединителях они могут быть использованы только в одном наборе соединителей, при этом другие соединители могут иметь только простой уже известный ранее соединитель. Описанные варианты следует рассматривать во всех отношениях только как пояснительные и не ограничительные, причем объем патентных притязаний определяется приложенной формулой изобретения, а не проведенным описанием. Все изменения, которые соответствуют смыслу формулы изобретения и эквивалентны включенным в нее признакам, не выходят за рамки формулы изобретения.