КРАН И СОПРЯЖЕННОЕ СОЕДИНЕНИЕ МЕЖДУ СЕКЦИОННЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ КРАНА
CRANE AND JOINT BETWEEN CRANE SECTION ELEMENTS

Предпосылки к созданию изобретения
Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию подъемных кранов, а более конкретно к системам соединений, предназначенным для соединения секционных элементов колонны для кранов и других подобных устройств.
Подъемные краны большой грузоподъемности типично имеют удлиненные поддерживающие груз конструкции колонны, такие как конструкции основной стрелы крана, мачты и дополнительной стрелы, содержащие секционные элементы колонны, прикрепленные конец к концу. Каждый из секционных элементов колонны преимущественно изготовлен из множества хорд и решетчатых элементов. Концевые участки каждой хорды обычно снабжены соединителями одного или другого вида, позволяющими скреплять прилегающие сегменты колонны вместе и нести сжимающие нагрузки, приложенные между прилегающими хордами. Типичные соединители содержат охватывающие и охватываемые бобышки, скрепленные при помощи штыря, несущего сжимающие нагрузки при двойном срезе.
Примерная стрела длиной 220 футов может быть изготовлена с использованием нижней части стрелы длиной 40 футов, шарнирно установленной на верхней части конструкции крана, с использованием верхней части стрелы длиной 30 футов, снабженной шкивами и такелажем для подъема и поддержки грузов, и с использованием пяти секционных элементов стрелы между ними: одного длиной 10 футов, одного длиной 20 футов и трех длиной 40 футов. Такая примерная стрела имеет шесть соединений сегментов стрелы. Типично, каждый сегмент имеет четыре хорды и, следовательно, четыре соединителя, так что всего 24 соединителя необходимо совместить и соединить штырями для сборки стрелы.
В кранах большой грузоподъемности необходимо использовать стрелы с очень большим поперечным сечением. В результате, даже когда сегменты стрелы лежат плоско на земле, соединители между верхними хордами типично находятся на высоте 8 футов или больше над поверхностью земли. Поэтому такелажники должны передвигать приставную лестницу (стремянку) к каждому месту установки штыря или становиться сверху на лежащую стрелу и двигаться по ней к каждому верхнему соединителю.
Секционный элемент стрелы длиной 40 футов может весить свыше 50,000 фунтов. Таким образом, требуется вспомогательный кран для подъема элемента стрелы. При этом один такелажник обычно удерживает подвешенный сегмент стрелы в состоянии выравнивания, в то время как второй такелажник использует кувалду (весом 10 или 15 фунтов) для введения вручную штыря, который типично имеет длинный конусный участок, в заданное положение. Штыри, соединяющие сегменты стрелы, обычно несут сжимающие нагрузки между хордами. Поэтому штыри должны иметь плотную посадку, что дополнительно повышает сложность сборки стрелы. Обычно необходимы три человека (оператор крана и два такелажника), которым требуются четыре или больше часов для сборки примерной стрелы длиной 220 футов. Если кран часто перемещают на другие рабочие площадки, стоимость сборки и разборки может превышать стоимость подъема и перемещения груза при работе крана.
Для переноса очень больших грузов краном большой грузоподъемности одну охватывающую бобышку типично зажимают между двумя охватываемыми бобышками и получают соединение двойного среза, требующее использования штыря с очень большим диаметром, чтобы нести сжимающие нагрузки, а также требующее использования очень больших соединителей. Уже известны соединители с тремя охватываемыми бобышками и двумя охватывающими бобышками, однако отсутствуют технические средства для этих типов соединений стрелы, обеспечивающие любое соединение самосовмещения или поворотное соединение (когда первоначально могут быть соединены сегменты стрелы, которые не имеют осевого выравнивания, и затем они повернуты в положение, в котором могут быть сделаны остальные соединения) между секциями стрелы при их сборке.
Таким образом, требуется простая система быстрого соединения сегментов стрелы, которая позволяет осуществлять быстрое соединение сегментов стрелы и первоначальное соединение из положения, в котором сегменты не имеют осевого выравнивания.
Кроме того, если соединения сегментов колонны являются большими и несут большие нагрузки, то штыри, которые удерживают соединения вместе, могут быть очень большими, так что они становятся очень тяжелыми и их трудно вставить на место. Если в соединении иногда используют большее число штырей, например два штыря для каждого соединения, то размер и вес штырей может быть уменьшен. Однако при этом получают двойное число штырей, которые необходимо установить, что увеличивает время сборки крана. Таким образом, необходима система соединения с использованием штырей, которая позволяет уменьшить время сборки крана.
Краткое изложение изобретения
В изобретении предлагается усовершенствованная система соединения для сегментов колонны крана, таких как сегменты стрелы. В соответствии с настоящим изобретением сегменты стрелы имеют соединители, которые содержат по меньшей мере один установленный с плотной посадкой штырь, который первоначально может быть использован для удержания сегментов стрелы вместе, причем другие штыри, которые могут иметь свободную посадку, вводят затем, чтобы закончить соединение. В предпочтительном конструктивном варианте каждый соединитель содержит два штыря, что позволяет уменьшить размер каждого штыря. Однако так как некоторые из штырей вводят со свободной посадкой, их введение может быть осуществлено легче, что позволяет ускорить процесс сборки стрелы. Более того, поверхности совмещения и/или поверхности упора на предпочтительных соединителях позволяют легко совмещать соединители для вставки штырей и позволяют первоначально соединять сегменты стрелы и затем поворачивать их в окончательное положение, в котором могут быть сделаны остальные соединения между сегментами.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается кран, который имеет верхнюю часть конструкции, установленную с возможностью поворота на нижней части конструкции, причем кран содержит по меньшей мере один элемент колонны, при этом элемент колонны содержит: по меньшей мере первый и второй сегменты колонны, каждый из которых имеет продольную ось и первый и второй концы, причем второй конец первого сегмента соединен с первым концом второго сегмента; по меньшей мере первый, третий и пятый соединители на втором конце первого сегмента, сопрягаемые соответственно по меньшей мере со вторым, четвертым и шестым соединителями на первом конце второго сегмента; причем каждый из соединителей содержит по меньшей мере первый удлинитель, имеющий сквозное отверстие, при этом сквозное отверстие имеет ось, перпендикулярную к указанной продольной оси и расположенную в удлинителе так, что сквозные отверстия сопрягаемых соединителей будут совмещены, когда будут совмещены сегменты колонны; при этом каждый из соединителей содержит несущую сжимающую нагрузку поверхность, причем несущие сжимающую нагрузку поверхности расположены так, чтобы нести сжимающие нагрузки между первым и вторым сегментами колонны, когда сегменты колонны совмещены; первый штырь, пропущенный с плотной посадкой через сквозное отверстие первого удлинителя первого соединителя и через сквозное отверстие первого удлинителя второго соединителя, чтобы удерживать первый и второй соединители вместе; и второй штырь, пропущенный со свободной посадкой через сквозное отверстие первого удлинителя третьего соединителя и через сквозное отверстие первого удлинителя четвертого соединителя на первом конце второго сегмента, чтобы удерживать второй и четвертый соединители вместе.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается сопряженное соединение между двумя секционными элементами колонны, которое содержит: первый соединитель, прикрепленный к концу первого секционного элемента колонны, и второй соединитель, прикрепленный к концу второго секционного элемента колонны; причем каждый первый и второй соединитель имеет первый и второй набор удлинителей, при этом каждый удлинитель имеет сквозное отверстие для введения штыря; причем каждый соединитель также содержит несущую сжимающую нагрузку поверхность, расположенную между первым набором и вторым набором удлинителей, при этом несущая сжимающую нагрузку поверхность первого соединителя расположена напротив несущей сжимающую нагрузку поверхности второго соединителя; причем первый штырь проходит через сквозные отверстия первого набора удлинителей первого соединителя и первого набора удлинителей второго соединителя с плотной посадкой, а второй штырь проходит через сквозные отверстия второго набора удлинителей первого соединителя и второго набора удлинителей второго соединителя со свободной посадкой.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ соединения первого и второго сегментов колонны подъемного крана, причем каждый сегмент колонны имеет продольную ось и по меньшей мере три хорды, при этом каждая из хорд имеет соединитель на каждом ее конце, причем указанный способ включает в себя следующие операции: а) сведение двух сегментов колонны вместе, так что по меньшей мере один имеющий сквозное отверстие удлинитель по меньшей мере одного первого соединителя на первом сегменте колонны чередуется соответственно по меньшей мере с двумя имеющими сквозное отверстие удлинителями по меньшей мере одного второго соответствующего соединителя на втором сегменте колонны, чтобы образовать по меньшей мере первую пару сопряженных соединителей, с совмещенными сквозными отверстиями в удлинителях соединителя; b) скрепление сопряженных первого и второго соединителей вместе при помощи штыря, который введен с плотной посадкой в сквозные отверстия удлинителей, что создает шарнирное соединение; и с) соединение ранее не связанных соединителей с их соответствующим сопряженным соединителем при помощи штыря со свободной посадкой.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения большие секции стрелы подъемного крана или другие элементы колонны крана могут быть собраны быстрее. Один из штырей может иметь плотную посадку, так что может потребоваться гидроцилиндр для его установки на место, однако другие штыри могут иметь свободную посадку, что позволяет вводить их быстрее и без использования гидроцилиндра. Таким образом, вторая бригада такелажников может вставлять эти другие штыри, в то время как такелажники с гидравлическим толкателем штырей перемещаются к следующему сегменту соединения. Более того, если сегменты необходимо соединять из невыровненных положений, то после установки на место штыря или штырей с плотной посадкой, секции можно повернуть в выровненную конфигурацию, причем они автоматически останавливаются в выровненной конфигурации, при этом сквозные отверстия на остальных соединителях будут уже совмещены. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения используют штыри меньшего диаметра, по два штыря на каждое соединение. Однако в соответствии с настоящим изобретением только верхний штырь или штыри на каждой верхней хорде имеют плотную посадку, а остальные штыри имеют более свободную посадку.
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, в которой использованы соединенные штырями сегменты системы соединения в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 показан вид сбоку двух сегментов стрелы, которые сведены вместе из первого положения, чтобы образовать стрелу для крана, показанного на фиг.1.
На фиг.3 показан вид сбоку двух сегментов стрелы, показанных на фиг.2, которые сведены вместе из второго положения, чтобы образовать стрелу для крана, показанного на фиг.1.
На фиг.4 показан вид в перспективе сопряженных пар соединителей, использованных 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 с торца в перспективе одного угла сегмента стрелы, с введенным штырем и с присоединенным устройством для вставки штырей (retraction device, устройством втягивания).
На фиг.5b показан вид в перспективе штыря, который используют в системе соединения в соответствии с настоящим изобретением.
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 охватываемого соединителя, использованного для сегмента стрелы, показанного на фиг.6.
На фиг.9 показан с увеличением вид сверху охватывающего соединителя, использованного для сегмента стрелы, показанного на фиг.6.
На фиг.10 показан с увеличением вид сбоку охватываемого соединителя, показанного на фиг.8.
На фиг.11 показан с увеличением вид сбоку охватываемого соединителя, показанного на фиг.9.
На фиг.12 показан частично вид в перспективе альтернативной секции стрелы, выполненной с использованием настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
В последующих параграфах будут описаны более подробно различные аспекты настоящего изобретения. Каждый такой описанный аспект может быть объединен с любым другим аспектом или аспектами, если только четко не указано обратное. В частности, любой признак, который указан как предпочтительный или полезный, может быть объединен с любым другим признаком (или признаками), указанным как предпочтительный или полезный.
Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения имеет отношение к созданию самоходного подъемного крана большой грузоподъемности, другие аспекты которого раскрыты в патенте США No. 7,546,928 (Mobile Lift Crane With Variable Position Counterweight), в патенте США No. 7,762,412 (Mast Raising Structure And Process For High-Capacity Mobile Lift Crane), в патенте США No. 7,946,560 (Crane Hook Block), в патенте США No. 7,954,657 (Connection System For Crane Boom Segments), в патенте США No. 7,967,158 (Mobile Lift Crane With Variable Position Counterweight) и в патенте США No. 7,997,432 (Trunnion Transportation System And Crane Using Same).
Для упрощения отсчета в описании и в формуле изобретения использованы обозначения "верхний," "нижний," "горизонтальный" и "вертикальный", чтобы указать участки секционной стрелы в том положении, в котором ее типично собирают на земле или поблизости от поверхности земли. Это обозначения применяют также и после подъема стрелы под различными углами, в том числе при ее вертикальном положении.
Диаметры штырей представляют собой диаметры рабочих секций штырей, за исключением любых конических секций. Имеющие одинаковые размеры детали представляют собой детали крана одинаковых размеров с нормальными допусками по своей природе. Термины "плотная" и "свободная" относительно посадки являются относительными терминами, позволяющими оценить степень плотности посадки одного штыря в одном отверстии со степенью плотности посадки другого штыря в другом отверстии. В предпочтительном конструктивном варианте, когда имеются два верхних соединителя и два нижних соединителя на каждом сегменте колонны, желательная плотность посадки верхних штырей и желательная свобода посадки нижних штырей зависят от конфигураций сегмента колонны. Однако в соответствии с настоящим изобретением верхние штыри имеют существенно большую плотность посадки, чем нижние штыри. Приведенные ниже примеры позволяют понять смысл терминов "плотная" и "свободная " относительно посадки.
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, хотя в виде сбоку на фиг.1 можно увидеть только одну из каждой пары гусениц.) На кране 10 элементами зацепления с землей может быть только один комплект 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 12 с использованием роликоподшипника (roller path), так что поворотное основание 20 может совершать поворот вокруг (вертикальной) оси относительно элементов 14, 16 зацепления с землей. Поворотное основание 20 поддерживает стрелу 50, установленную на переднем участке поворотного основания; мачту 28, установленную на своем первом конце на поворотном основании; задний упор 30, введенный между мачтой и задним участком поворотного основания; подвижный узел 13 противовеса, имеющий противовесы (контргрузы) 34 на опорном элементе 33. Противовесы могут иметь вид множества наборов индивидуальных контргрузов (или блоков), установленных на опорном элементе 33.
Такелаж 25 подъема стрелы между вершиной мачты 28 и стрелой 50 используют для регулировки угла стрелы и переноса груза таким образом, что противовес может быть использован для уравновешивания груза, поднятого краном. Канат 24 грузоподъемной лебедки спускается со стрелы 50 и поддерживает крюк 26. Поворотное основание 20 также может содержать и другие элементы, которые обычно имеются на самоходном подъемном кране, такие как кабина машиниста и барабаны лебедки для такелажа 25 подъема стрелы и для каната 24 подъема груза. 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, как это показано на фиг.1, выдерживающий нагрузки сжатия и растяжения. В кране 10 мачта удерживается под постоянным углом относительно поворотного основания при работе крана, например при операциях захвата и перемещения груза краном и при сборке крана.
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 от нее, в соответствии с патентом США No. 7,546,928 (Mobile Lift Crane With Variable Position Counterweight) и с патентом США No. 7,967,158 (Mobile Lift Crane With Variable Position Counterweight). Натяжной элемент 32, соединенный с мачтой поблизости от ее вершины, поддерживает узел противовеса в подвешенном состоянии. 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 пунктирными линиями на фиг.1) позади вершины мачты и удерживаться в этом положении.
В кране 10 гидроцилиндр 36, шарнирная стойка 40 и задний кронштейн 38 могут быть использованы для перемещения узла противовеса. (Как и в случае с гусеницами, задний кронштейн 38 фактически имеет как левый, так и правый элементы, только один из которых можно видеть на фиг.1, шарнирная стойка (поворотная траверса) 40 имеет два боковых элемента, а гидроцилиндр содержит два гидроцилиндра, которые движутся последовательно. Альтернативно, один большой гидроцилиндр или механизм реечной передачи, преимущественно с приводом от четырех гидравлических двигателей, могут быть использованы вместо двух гидроцилиндров 36, для создания линейного приведения в действие. Кроме того, шарнирная стойка может быть изготовлена в виде сплошной листовой конструкции, а два задних кронштейна 38 могут быть заменены одной конструкцией.) Шарнирная стойка 40 присоединена между поворотным основанием 20 и гидроцилиндром 36, а задний кронштейн 38 присоединен между шарнирной стойкой 40 и узлом противовеса. Гидроцилиндр 36 шарнирно соединен с поворотным основанием 20 на опорной раме, которая поднимает гидроцилиндр 36 до точки, в которой геометрия гидроцилиндра 36, шарнирной стойки 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 выдвигается.
Кронштейны 38 имеют угловой участок 39 на конце, который соединен с шарнирной стойкой 40. Это позволяет непосредственно по одной линии соединять кронштейны 38 с боковыми элементами шарнирной стойки 40. Угловой участок 39 не позволяет кронштейнам 38 мешать боковым элементам шарнирной стойки, когда противовес находится в положении, показанном сплошными линиями на фиг.1.
Стрела 50 изготовлена из нескольких секционных элементов и содержит нижнюю часть 51 стрелы, вставные сегменты 52, 53, 54 и 55 стрелы, число которых может быть различным и которые могут иметь различную длину, и верхнюю часть 56 стрелы. Секционные элементы 51-56 стрелы типично содержат множество хорд.
Каждый сегмент 53 и 54 стрелы имеет прямоугольное поперечное сечение с хордой в каждом углу. Сегменты 53 и 54 являются представительными, и их можно рассматривать как первый и второй сегменты стрелы, причем каждый сегмент имеет продольную ось 41 (фиг.2), а также первый и второй концы. Второй конец первого сегмента 53 связан с первым концом второго сегмента 54. Имеются две верхние хорды 61 и две нижние хорды 63 (только по одной из которых можно видеть в виде сбоку), соединенные друг с другом при помощи промежуточной решетки или при помощи решетчатых элементов 65, соединяющих хорды с созданием прочной, параллельной взаимосвязи, образующей сегмент стрелы. В показанном конструктивном варианте, хорды изготовлены из стали с круглым, трубчатым поперечным сечением. Горизонтальная плоскость, которая содержит продольную ось 41, может рассматриваться как делящая сегмент стрелы на первый и второй продольные участки 67 и 68, причем две верхние хорды 61 имеются в первом (продольном) участке 67 и две нижние хорды 63 имеются во втором продольном участке сегмента 68 стрелы. Эти специфические первый и второй продольные участки показаны одинаковыми для упрощения описания настоящего изобретения. Само собой разумеется, что возможны и другие конфигурации сегментов стрелы с другим числом хорд, и другие конструктивные решения продольных участков сегментов стрелы.
Каждая хорда имеет вертикальную нейтральную ось и горизонтальную нейтральную ось. Сжимающие нагрузки, которые приложены в точке пересечения вертикальной и горизонтальной нейтральных осей хорды, или симметрично относительно горизонтальной и вертикальной нейтральных осей, не будут создавать изгибающих моментов в хорде. Таким образом, соединители, которые используют для соединения сегментов стрелы вместе, преимущественно должны быть установлены на сегментах стрелы у концов хорд, так чтобы сжимающие нагрузки, передаваемые через соединители, были симметричными относительно нейтральных осей хорд.
Как это показано на фиг.2, в предпочтительной системе соединения сегментов стрелы в соответствии с настоящим изобретением соединители на верхних хордах 61 могут быть соединены первыми, или, как это показано на фиг.3, соединители на нижних хордах 63 могут быть соединены первыми, когда сегменты стрелы находятся не в выровненной конфигурации. Как это описано далее более подробно, при использовании предпочтительных соединителей, сегменты стрелы затем могут быть повернуты и будут автоматически останавливаться в положении, в котором будут совмещены дополнительные соединители. Сегменты стрелы также могут быть сведены вместе с уже выровненными продольными осями сегментов. В предпочтительной системе выравнивания в соответствии с настоящим изобретением конфигурация соединителей облегчает такое выравнивание (совмещение) и соединение сегментов стрелы, что также описано далее более подробно.
Соединители первого конструктивного варианта могут быть двух типов и их соответственно можно назвать как первый и второй соединители, которые показаны детально на фиг.8-11. Каждый соединитель содержит по меньшей мере один удлинитель, имеющий сквозное отверстие, через которое может быть пропущен штырь, причем удлинители идут в направлении удаления от сегментов стрелы, к которым они прикреплены, а отверстие имеет ось, перпендикулярную к продольной оси. Удлинители и отверстия расположены на своих соответствующих соединителях таким образом, что когда второй конец сегмента стрелы находится в выровненном положении с первым концом идентичного сегмента стрелы и соединен с ним, а соединители на двух сегментах стрелы соединены вместе, тогда удлинители соединенных соединителей перекрывают друг друга и отверстия будут совмещены, так что штырь может быть введен 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 указано, что соединители соединяют с соединителями на идентичных сегментах стрелы, в кранах, в которых используют настоящее изобретение, не обязательно должны использоваться идентичные сегменты стрелы, так что эта терминология использована только для упрощения описания процесса соединения. Заявленные сегменты стрелы, использованные в стреле, могут иметь множество различий, особенно в том, что касается характеристик, связанных со сборкой крана и с другими операциями, не связанными с системой соединения одного сегмента с другим). Преимущественно, половина соединителей имеет первое число удлинителей и половина соединителей имеет второе число удлинителей, причем второе число больше, чем первое число, при этом соединители на противоположных концах каждой хорды имеют различное 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 этом конструктивном варианте эти поверхности образованы за счет различных структур на соединителях.
Первая и вторая поверхности совмещения взаимодействуют так, что первый и второй соединители будут сведены вместе при сборке стрелы, причем поверхности совмещения направляют сегменты стрелы в такое относительное положение, в котором сквозные отверстия удлинителей в соединителях будут совмещены настолько, что конический штырь может быть пропущен через отверстия удлинителей в первом и втором сопряженных соединителях, даже если сегменты стрелы не выровнены по оси. Расположение поверхностей упора на соединителях является таким, что когда идентичный сегмент стрелы расположен так, что штырь может быть пропущен через отверстия в удлинителях соединителей остальных хорд на втором продольном участке сегментов стрелы, тогда поверхности упора взаимодействуют, чтобы совместить отверстия в удлинителях соответствующих соединителей, когда поверхности упора входят в контакт друг с другом.
На фиг.4 показано сопряженное соединение между двумя секционными элементами 53 и 54 стрелы. Первый соединитель 70 прикреплен ко второму концу верхней хорды 61 на первом секционном элементе 53 стрелы. Соединитель 70 имеет два набора из трех удлинителей 71a, 72а и 73а, и 71b, 72b и 73b (как это лучше всего показано на фиг.5), каждый из которых имеет сквозное отверстие. Соединитель 70 также содержит первую поверхность совмещения в виде закругленных наружных поверхностей 74 на дистальных концах каждого удлинителя. Соединитель 70 дополнительно содержит в основном плоскую, несущую сжимающую нагрузку поверхность 78, которая идет по ширине соединителя и разделяет два набора удлинителей. В этом конструктивном варианте несущая сжимающую нагрузку поверхность 78 образует поверхность упора для соединителя.
Второй соединитель 80 прикреплен к первому концу верхней хорды 61 на втором секционном элементе 54 стрелы. Второй соединитель 80 имеет два набора из двух удлинителей 81а и 82а, и 81b и 82b, каждый из которых имеет сквозное отверстие. Удлинители 71, 72 и 73 каждого набора на соединителе 70 чередуются (перемежаются) с соответствующими удлинителями 81 и 82 на соединителе 80, когда соединители соединены вместе, как это показано на фиг.4. Соединитель 80 имеет вторые поверхности совмещения в виде выемок 84, расположенных рядом с основанием внешних участков удлинителей 81 и 82 и имеющих форму, согласованную с формой закругленных наружных поверхностей 74. Дренажные отверстия 89 предусмотрены в каждом соединителе 70, 80, как это показано на фиг.10 и 11. Соединитель 80 также содержит в основном плоскую, несущую сжимающую нагрузку поверхность 88, которая идет по ширине соединителя. В этом конструктивном варианте несущие сжимающую нагрузку поверхности 78 и 88 образуют поверхности упора для соединителей.
Когда штырь (не показан на фиг.4) пропускают через отверстия чередующихся удлинителей 71a, 8la, 72a, 82a и 73a, тогда соединители 70 и 80 будут скреплены с возможностью поворота, при этом вторые поверхности 84 совмещения и закругленные первые поверхности 74 совмещения находятся в непосредственной близости друг от друга, но не в контакте 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 все еще могут быть соединены друг с другом. В этом случае первые поверхности 74 совмещения и вторые поверхности 84 совмещения будут контактировать друг с другом, когда секции стрелы приближают друг к другу. Когда эти поверхности находятся в контакте, отверстия в удлинителях 71, 72, 73, 81 и 82 будут достаточно совмещены, так что конический штырь (показанный на фиг.5b) может быть пропущен через эти отверстия, причем, при начале введения штыря, его конусность побуждает отверстия полностью совместиться, чтобы пропустить штырь через отверстия.
После этого, когда сегменты стрелы поворачивают относительно этого первого штыря, несущая сжимающую нагрузку поверхность 78 будет контактировать с несущей сжимающую нагрузку поверхностью 88, чтобы остановить поворот в точке, в которой сегменты стрелы будут выровнены. Таким образом, поверхности упора расположены так, что если по одному набору первого и второго соединителей соединены вместе при помощи штыря, пропущенного через их отверстия, и сегменты стрелы, находятся в невыровненном положении, то поворот сегментов стрелы вокруг штыря, введенного в отверстия соединенных соединителей, до точки, в которой поверхности упора дополнительных соединителей на сегментах стрелы контактируют друг с другом, будет приводить сегменты стрелы в положение выравнивания и приводить отверстия в этих дополнительных соединителях в совмещение. После достижения осевого совмещения сегментов 54 и 56 другой штырь 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 сжимающую нагрузку поверхности этих нижних соединителей будут входить в контакт друг с другом одновременно с входом в контакт друг с другом несущих сжимающую нагрузку поверхностей 78 и 88 на верхних соединителях. Таким образом, нижние несущие сжимающую нагрузку поверхности будут действовать как поверхности упора, совмещая отверстия в нижних соединителях.
Соединители в соответствии с настоящим изобретением позволяют соединять секционные элементы стрелы и затем поворачивать их на угол до 90º. Даже если сегменты стрелы находятся под углом 90º от их выровненного положения, первые поверхности 74 совмещения и вторые поверхности 84 совмещения могут быть введены в контакт друг с другом, чтобы создать достаточное совмещение отверстий в удлинителях для введения штыря. Само собой разумеется, что, после полного ввода штыря, вторые поверхности 84 совмещения и первые поверхности 74 совмещения не контактируют друг с другом. Это обеспечивает приложение всех нагрузок к поверхности контакта несущих сжимающую нагрузку поверхностей 78 и 88. Любые растягивающие нагрузки могут нести штыри. Несущие сжимающую нагрузку поверхности преимущественно являются симметричными относительно горизонтальной и вертикальной нейтральных осей хорды, к которой они прикреплены.
Когда сегменты стрелы собирают из невыровненной схемы расположения, показанной на фиг.2 или 3, то обычно осуществляют следующие операции. Сначала 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 пары сопряженных соединителей, однако при этом продольные оси 41 двух сегментов еще не выровнены. Остальные соединители на каждом сегменте не соединены. Затем сопряженные соединители скрепляют вместе с образованием шарнирного соединения, когда штыри пропускают через отверстия на одной стороне обеих пар сопряженных соединителей. Затем два сегмента 53 и 54 поворачивают друг относительно друга в шарнирном соединении, пока несущая сжимающую нагрузку поверхность 78 не входит в контакт с несущей сжимающую нагрузку поверхностью 88. Эта схема расположения позволяет секциям стрелы "изгибаться назад" относительно их верхнего или нижнего соединения стрелы. Секции стрелы при повороте могут быть введены в зацепление за счет введения верхнего или нижнего штыря, а затем повернуты в положение, в котором сегменты будут выровнены, и противоположные соединители могут быть соединены друг с другом, и другой штырь может быть пропущен через отверстия внутри верхних соединителей.
Сегменты стрелы также могут быть сведены вместе в основном в выровненном положении, когда соединители на верхних и нижних хордах контактируют друг с другом ориентировочно одновременно. Следует иметь в виду, что, при предпочтительной геометрии соединителей, если секции стрелы не точно выровнены, когда их сводят вместе, тогда первые поверхности 74 совмещения будут входить в зацепление со вторыми поверхностями 84 совмещения и побуждать соединители скользить друг относительно друга, пока поверхности 74 совмещения не будут полностью сидеть в выемках 84, в результате чего обеспечивается надлежащее выравнивание сегментов стрелы, так что когда элемент зацепления (первая поверхность совмещения) и вторая поверхность совмещения обоих верхнего и нижнего наборов соединителей полностью введены в зацепление, тогда отверстия удлинителей в соединителях будут совмещены, так что штырь может быть пропущен через отверстия всех удлинителей в первом и втором сопряженных соединителях.
Сегменты стрелы преимущественно содержат кронштейны, так что гидравлическое оборудование для вставки штырей может быть установлено в заданном положении на сегменте стрелы, чтобы принудительно вставлять штырь через отверстия. На фиг.5а показана одна такая конфигурация гидравлического устройства для вставки штырей. Кронштейны 92 поддерживают наконечники 96 штырей 95, размер которых позволяет плотно ввести их в отверстия в удлинителях 71, 72, 73, 81 и 82. Другой кронштейн 91 соединен с центром верхнего решетчатого элемента 65, введенного между концами верхних хорд 61. Гидравлическое устройство 93 для вставки/извлечения штырей с гидроцилиндром двустороннего действия может быть установлено на одной стороне кронштейна 91 и соединено с наконечником 96 штыря 95. После вставки нижних штырей, палец 94 удаляют, что позволяет повернуть кронштейн 91 вокруг пальца 97 в верхнее положение. Затем палец 94 пропускают через сквозные отверстия 98 и устройство 93 возвращают в кронштейн 91 и соединяют с наконечником 96 верхнего штыря 95. Извлечение штырей производят в обратном порядке. Как можно понять из проведенного описания, в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения гидравлическое устройство 93 для вставки/извлечения штырей может быть использовано только для вставки одного из штырей 95, а другой штырь должен быть введен вручную.
Было обнаружено, что в описанной здесь выше системе соединения только верхние штыри 95а необходимо вводить с плотной посадкой в сквозные отверстия, а другие образующие соединение штыри 95b, 95с и 95d могут быть введены со свободной посадкой. Штырь 95а показан на фиг.5b. Он имеет головку 192, основной корпус 194 и конусную часть 196. Кроме того, расточка 198 образована в головке 192, чтобы создать место для соединения с наконечником 96. Расточка 198 имеет резьбовое отверстие 191 на дне, которое может быть использовано для удержания штыря при нанесении гальванического покрытия в процессе изготовления штыря. Сквозное отверстие 199 в головке 192 пересекает расточку 198. Отверстие (не показано) на конце наконечника 96, совпадающее с отверстием 199, позволяет пропускать удерживающий штифт через отверстие 199, для соединения наконечника 96 со штырем 95а, когда штырь вставляют в соединитель 70 или извлекают из него. Другое отверстие 197 в корпусе 194 штыря 95а позволяет вводить удерживающий штифт, чтобы удерживать штырь 95а на месте, после его пропускания через удлинители соединителей. Другие штыри 95b, 95 с и 95d изготовлены аналогично, но имеют меньший диаметр корпуса.
Размер (диаметр) основного корпуса штыря 95а выбран так, чтобы он входил с плотной посадкой в сквозные отверстия удлинителей 71a, 81a, 72a, 82a и 73а. Несмотря на то что величина разности между диаметром корпуса 194 и диаметром сквозных отверстий в удлинителях соединителей может изменяться при различных размерах сегментов колонны (стрелы), в примерном конструктивном варианте штырь 95а имеет диаметр 110.20 мм, с допуском +0.00 мм, -0.08 мм, в то время как отверстия имеют внутренний диаметр 110.40 мм, с допуском+0.08 мм, -0.00 мм. Таким образом, самая малая возможная разность между диаметром штыря и диаметром отверстия (минимальный зазор) составляет 0.20 мм. Даже на предельных концах обоих полей допусков (минимум материала) разность между диаметрами штыря и отверстия составляет 0.36 мм. Отношение а) разности между внутренним диаметром сквозных отверстий и внешним диаметром установленного с плотной посадкой штыря к b) внешнему диаметру установленного с плотной посадкой штыря (обозначенное как X) составляет меньше чем 0.0055, а преимущественно составляет меньше чем 0.004, предпочтительнее, меньше чем 0.0035, а еще лучше, меньше чем 0.002. Для приведенного выше конструктивного варианта, отношение Х составляет 0.0018, когда штырь является самым большим в своем допустимом диапазоне отклонений, а отверстие является самым малым в своем допустимом диапазоне отклонений. На другом предельном конце отношение Х при условиях минимума материала составляет 0.0033.
В примерном конструктивном варианте штыри 95b, 95 с и 95d со свободной посадкой имеют диаметр основного корпуса 109.65 мм, с допуском +0.00 мм, -0.08 мм, в то время как размер отверстий является одинаковым. Таким образом, самая малая возможная разность между диаметром штыря и диаметром отверстия (минимальный зазор) составляет 0.75 мм, а разность на предельных концах обоих областей допустимых значений (минимальный материал) составляет 0.91 мм. Преимущественно, отношение (обозначенное как Y) а) разности между внутренним диаметром сквозных отверстий и внешним диаметром штырей со свободной посадкой к b) внешнему диаметру штырей со свободной посадкой составляет больше чем 0.0065, преимущественно больше чем 0.007 и предпочтительнее больше чем 0.0075. В соответствии с примерным конструктивным вариантом отношение Y составляет 0.0068 в условиях минимального зазора и 0.0083 на предельных концах области допустимых значений. Преимущественно, разность между отношениями Х и Y составляет по меньшей мере 0.003.
Другим путем сравнения штырей с плотной и свободной посадкой является сравнение их относительного зазора. Как указано ниже, М равно разности между внутренним диаметром сквозных отверстий первого и второго соединителей и внешним диаметром штыря с плотной посадкой. N равно разности между внутренним диаметром сквозных отверстий третьего и четвертого соединителей и внешним диаметром штыря со свободной посадкой. М преимущественно меньше чем 0.5 мм и предпочтительнее меньше чем 0.4 мм, а N преимущественно больше чем 0.6 мм и предпочтительнее больше чем 0.7 мм для стрелы больших размеров, когда настоящее изобретение является наиболее полезным.
Штыри 95b, 95 с и 95d и их соответствующие отверстия преимущественно имеют зазор N, который по меньшей мере в 2 раза, а преимущественно в 3 раза больше зазора М между штырем 95а и отверстиями, через которые он пропущен. В приведенном выше примере, если штырь 95а имеет диаметр 110.16 мм (посредине его поля допуска) и отверстия, в которые он вставлен, имеют внутренний диаметр 110.44 мм (посредине их поля допуска), то тогда зазор М составляет 0.28 мм. Если бы штырь 95b имел диаметр 109.61 мм (посредине его поля допуска) и отверстия, в которые он вставлен, имели внутренний диаметр 110.44 мм (посредине их поля допуска), то тогда зазор N составил бы 0.83 мм. Таким образом, зазор N штыря со свободной посадкой больше чем в 2 раза, а ориентировочно в 3 раза, превышает зазор М штыря с плотной посадкой.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения каждый из сегментов колонны содержит три хорды и решетчатые элементы, причем только три соединителя используют для удержания первого и второго сегментов колонны вместе. Один конец одного из сегментов 250 этого конструктивного варианта показан на фиг.12. Сегмент 250 содержит три хорды 261, 262 и 263, которые удерживаются вместе при помощи решетчатых элементов 265. Как и в ранее описанном конструктивном варианте, показанном на фиг.2-11, соединители 271, 272 и 273 с двумя наборами из трех удлинителей каждый (аналогичные соединителям 70) расположены на концах хорды, на одном конце сегмента 250 колонны, в то время как другие соединители, аналогичные соединителям 80, которые имеют два набора из двух удлинителей каждый, могут находиться на противоположном конце (не показан) сегмента 250 колонны. Несмотря на то что это не показано, штыри, которые используют для соединения соединителей 271, 272 и 273 с их сопряженными соединителями, представляют собой штыри как с плотной посадкой, так и со свободной посадкой. Например, один штырь с плотной посадкой может быть использован в отверстиях в верхнем наборе удлинителей в соединителе 271, в то время как штыри со свободной посадкой могут быть использованы в отверстиях в нижнем наборе удлинителей на соединителе 271 и в каждом из наборов удлинителей в соединителях 272 и 273. Альтернативно, два штыря с плотной посадкой могут быть использованы в нижних отверстиях соединителей 272 и 273, а штыри со свободной посадкой могут быть использованы в верхних отверстиях соединителей 272 и 273 и в обоих наборах отверстий в соединителе 271.
Одним из преимуществ любого из этих конструктивных вариантов является то, что одинаковые отливки могут быть использованы для изготовления всех соединителей на одном конце сегмента стрелы, что упрощает процесс изготовления. В предпочтительном процессе изготовления эти отливки предварительно подвергают механической обработке, а затем приваривают к хордам. Хорды затем соединяют с образованием сегмента стрелы, после чего проводят окончательную механическую обработку соединителей, в том числе сверление отверстий, которые преимущественно имеют одинаковые размеры во всех удлинителях на всех соединителях сегмента стрелы. Эта процедура позволяет создать окончательную конфигурацию соединителей, не заботясь об предотвращении деформаций, вызванных сваркой и механической обработкой больших секций стрелы.
Несмотря на то что используют указанные большие примерные штыри 95а весом свыше 25 кг, даже до 32 кг каждый, в соответствии с настоящим изобретением легко могут быть использованы более легкие штыри 95b, 95 с и 95d, после того как вставлены штыри 95а и произведен поворот для окончательного выравнивания сегментов стрелы.
Другое преимущество настоящего изобретения является особенно полезным для использования в стрелах очень большой грузоподъемности. Несмотря на то что соединители в первую очередь предназначены для работы при больших сжимающих нагрузках, существуют ситуации, в которых соединители должны выдерживать приложенные к ним растягивающие нагрузки. Пропущенные через отверстия штыри позволяют выдерживать такие растягивающие нагрузки.
Следует иметь в виду, что устройство в соответствии с настоящим изобретением может быть осуществлено в различных конструктивных вариантах, только некоторые из которых были описаны здесь выше со ссылкой на чертежи. Настоящее изобретение может быть осуществлено и в других формах, что не выходит за рамки основных характеристик настоящего изобретения. Например, вместо использования всех сквозных отверстий одинакового размера и штырей различного размера с плотной и скользящей посадкой, все штыри могут иметь одинаковые размеры, а отверстия, в которые вставляют штыри с плотной посадкой, могут быть меньше, чем отверстия, в которые вставляют штыри со скользящей посадкой. Кроме того, вместо соединителей, имеющих два набора удлинителей на каждом соединителе, настоящее изобретение может быть использовано на сегментах колонны, где соединители удерживаются вместе только при помощи одного штыря, пропущенного через один набор удлинителей. Более того, вместо наборов удлинителей, имеющих три удлинителя (71a, 72a и 73а) на одном соединителе и два удлинителя (81а и 82а) на сопряженном соединителе, могут быть использованы соединители с меньшим или большим числом удлинителей, несмотря на то что предпочтительно, чтобы один из соединителей имел большее число удлинителей, чем число удлинителей на сопряженном соединителе. Несмотря на то что настоящее изобретение было описано со ссылкой на использование на самоходном подъемном кране, оно может быть использовано на сегментах колонны на других типах кранов, таких как башенные краны. Описанные варианты осуществления изобретения следует рассматривать во всех отношениях только как пояснительные, а не как ограничительные, причем объем патентных притязаний настоящего изобретения определяется приложенной формулой изобретения, а не проведенным описанием изобретения. Все изменения, которые соответствуют сущности изобретения и диапазону эквивалентности его признаков, охватываются объемом формулы изобретения.