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流动式起重机支腿专利技术综述

章华　龙银萍　刘冬梅

摘要：本文首先从流动式起重机支腿的型式及布置、支腿的结构方面、控制方面三个方面来介绍流动式起重机支腿的技术发展路线，然后对国内主要申请人关于支腿专利申请量进行分析，以供大家了解一下流动式起重机支腿的发展方向。
关键词：起重机；支腿；技术路线
引言
流动式起重机设置支腿主要用来提高起重机的稳定性及起重能力，支腿在作业时承受整机的自重和吊重，要求结构坚固，动作可靠；因此，对支腿的技术改进也是近年来起重机技术的一个重点发展方向。
1.流动式起重机支腿的技术起源
流动式起重机主要指汽车起重机、履带起重机等。由于战后复兴需要，欧美发展出了履带起重机和汽车起重机取代了战前的缆索式起重机，从结实耐用和高可靠性转变为追求作业性能、经济性、操作性和安全性等，为了提高流动式起重机的稳定性及起重性能，设计支腿来支撑起重机的自重以及起吊负载等重量，因此，支腿是流动式起重机的一个重要部件，研究支腿，有利于提高起重机的安全性。
2.流动式起重机支腿技术发展路线
目前流动式起重机支腿的技术发展涉及到支腿的型式及布置、支腿的结构、控制三条主线，三者共同影响着支腿的性能，从这三方面的发展技术路线进行研究，有助于了解流动式起重机支腿的技术发展历史和现状，明确其未来发展方向。
2.1支腿的型式及布置
2.11支腿的型式
支腿的型式主要有以下几种：蛙式支腿、X型支腿、H型支腿、辐射式支腿。如图1所示，1951-1970年，美国许多公司推动了流动式起重机发展，占有主导地位，这时主要是小吨位的流动式起重机，因此蛙式支腿较多，蛙式支腿的液压油缸安装在固定支腿上，其能够实现活动支腿的展开与收纳（参见US3144138A）；随着起重机的技术发展，还出现了X型支腿（参见US3945666A），但X型支腿在撑脚着地的过程中容易发生滑移，导致不常用X型支腿；随着起重机的大型化发展，支腿的跨距也需增大，便出现了采用两个液压缸的H支腿（参见JP58-136547A），这种支腿对场地适应性较好，目前已被广泛采用；另外，还有辐射式支腿（参见DE3336638A1），这种支腿以转台的回转中心为中心，从车架辐射状向外伸出四个支腿，其具有稳定性好、载荷直接作用在支腿上，可减轻车架自重并降低整机重心高度、保护底盘不受损坏等优点。
2.1.2支腿的布置
对于支腿的布置方面，除了四个支腿之外，还额外增加一些辅助支腿，例如，为了防止流动式起重机的起重时车架下沉或提高拆装效率，在车架上设置辅助支腿以提高车架刚度（参见JP2001-026394 A），另外，还有防止活动支腿在作业时出现变形、下沉等，设置辅助支腿顶住活动支腿（参见JP2011-153028A），而这类支腿结构形式比较简单，通常采用液压缸等；为了提高车架的刚度，同时减轻车架重量，国内一些起重机公司，在垂直支腿的侧面设置辅助支腿（参见CN103663199A）。
2.2支腿的结构
2.2.1伸缩机构
如图1所示，上世纪50年代流动式起重机刚兴起时，支腿的结构比较简单，通常采用机械传动来实现伸缩，例如四个支腿安装在车架上，支腿主要有支撑脚、螺杆、支架组成，通过螺杆来实现支腿的升降（参见US2914194A），随着吨位增大，支腿跨距需要增加，通过水平支腿的伸缩来实现增加跨距，通常在水平支腿安装伸缩液压缸，伸缩液压缸通过拉杆等连接件与垂直支腿连接，既能实现水平支腿伸缩，又能将垂直支腿折叠收纳起来，从而便于作业与运输（参见FR1376550 A）；考虑在一些野外环境下工作以及降低支腿重量等，许多公司采用液压缸作为垂直支腿来实现垂直支腿的伸缩，同时在水平支腿上设置一个液压缸来实现水平支腿的伸缩（参见JP59-192656A）；随着伸缩支腿的技术发展，伸缩支腿逐渐变成多级伸缩支腿，一般采用多级伸缩油缸来实现水平支腿装置的伸缩（参见SU1736909A1），两个伸缩液压缸分别安装在固定腿、活动腿，通过伸缩液压缸之间的伸缩来实现活动支腿之间、活动支腿相对于固定支腿的伸缩。由于多级油缸的每一级活塞需要嵌套在其上一级活塞杆中，各级的配合部件之间的配合精度的要求较高，加工工艺较为复杂，安装调试以及维护较为困难，且该种结构的支腿装置自重较大，限制了支腿装置承载能力的进一步提高，为了解决这些问题，还出现了采用油缸、齿轮、齿条来实现水平活动支腿的伸缩（参见CN101698407A），這种支腿包括固定支腿箱、两级活动支腿以及驱动活动支腿伸缩的伸缩油缸，第一活动支腿安装有齿轮，固定支腿箱安装有与齿轮相啮合的齿条，第二活动支腿安装有与齿轮相啮合的齿条，齿轮在连接部件的作用下联动，以便第一活动支腿和第二活动支腿相对于固定支腿箱运动的方向相同。随着绳排式伸缩臂的发展，许多公司将这种技术应用到支腿上，于是出现了绳排式支腿（参见CN102992211A）。
2.2.2间隙调整
对于间隙调整方面，内、外水平支腿的间距会出现过大或小等问题，导致起重机支腿断裂和减短使用寿命等，因此需要调整水平支腿的间隙，早期技术中通常采用滑块、滑动板之类的（参见CN86101757A）来减小水平支腿之间的间隙和便于滑动，但是经过长期磨擦之后，间隙会变大；为了调整间隙，有些公司在两个伸缩的水平支腿之间设置轴承和轴来调节间隙，从而将滑动变为滚动来减小摩擦；另外，有些公司在支腿之间设置螺栓，通过螺栓抵压在导向件上来实现间隙的调整（参见GB2327216A），但调节间隙时需要较大的转动力矩，人工调节、维修、拆装不方便，还需要占用支腿的内部空间，于是对出现了在两个水平支腿之间设置由固定支座、滑块、调整螺钉、滚珠等支腿调节装置（参见CN102115014A）。
2.2.3 锁定
对于支腿的锁定方面，支腿在伸长、回缩、运输等情况下，通常需要对活动支腿之间进行固定，通常采用销来锁定（参见JP57-138452A），由于在运输状态时，销易松开脱落，为了防止脱落，采用绳索与定位销连接，通过把手拉动绳索带动定位销的插拔以及防止销松动（参见JP2001-80477A）；由于支腿重量大造成下垂，导致支腿变形，使销无法发挥锁定功能，如何校正支腿的变形，一些公司在车架上设置托架将支腿逐渐托起，再采用销将支腿上的支座固定在托架上，在支腿需要向外伸展时，销处于解锁状态（参见CN102060244A）；在固定支腿和活动支腿重合部位的顶部和底部分别增设有销轴装置，通过伸缩油缸上设有的解锁块与销轴装置的推杆实现销的插拔（参见CN102381291A）。
2.3支腿的控制
2.3.1 伸缩量
对于检测支腿的伸缩量，早期主要通過控制阀以及限位器来限制液压缸的伸缩（参见SU589203 A1），为了使支腿伸缩的长度相同，通过操作杆来实现限位开关的开闭以控制油缸的伸缩（参见JP58-102808A），这种检测不能实时监测伸缩量，于是采用伸出检测器与限位开关来检测支腿的伸缩量（参见JP2001-19361A），为了更好地监测支腿，在支腿上设置多个检测点，通过收发机和接受机来传送检测信息，以便于实时控制（参见DE202005015516U），有些将传感器安装在活动支腿上，传感器生成随活动支腿沿着轴线移动而变化的信号，来提供指示活动支腿位置的信号（参见CN103648957A）；有些公司从检测支腿的伸缩缸压力来控制伸缩动作，通过压力传感器来检测伸缩缸腔压力以及设定阈值来控制支腿自动回缩到给定距离（参见CN103523687A）。
2.3.2 防倾翻
对于防倾翻方面，早期出现的是采用压力继电器来检测油缸的压力，当超过设定值时就关闭开关以及通过警报装置提醒操作人员（参见US3680714A）；由于支腿与地面接触存在作用力，有些日本公司通过地面压力检测器检测支腿与地面的压力，再将检测的压力与臂的油缸压力、回转角度等信息输入到CPU中进行处理，防止力矩超过设定值（参见JP3-67894A）；如何准确地判断出倾翻的状况，从多个方面来检测，例如将支腿油缸的压力与地面的作用力都检测出来，再对检测信息进行判断分析以及进行警报提醒（参见JP2000-136091A）；另外，还从支腿的应力方面来检测，将应变传感器检测支腿受力并向控制器输入受力感应信号，控制器根据受力感应信号确定支承腿的受力以及预定受力阈值向执行机构输出指令（参见CN101457589A）；由于地面承载能力不同，通过地面承载检验装置来检测地面的承载能力，例如在支腿上设置地面承载检验装置，地面承载检验装置向地面施加预定载荷，根据地面对预定载荷的反应，检验地面是否能够承载极限工况下的载荷（参见CN103625440A）。
3.国内重要申请人的专利分析
流动式起重机最早先从欧美、苏联发展起来的，后来日本的技术发展很快，其中对支腿的技术发展方面日本较突出、技术划分细致，到90年代后期时，我国的流动式起重机技术水平与国外还存在一定差距，对支腿方面的技术专利文献量也较少，然而到21世纪后，中国出现了一大批起重机公司，对起重机技术发展有很大的推动作用，其中比较著名的有三一、中联、徐工，而这三个集团公司对支腿技术方面也作了很大的改进，而国外公司对支腿技术的改进相对很少；其中，三一的专利申请量占国内申请量的29%，中联占到21%，徐工占到6%。
4.结语
综观技术发展，支腿的型式、布置的技术发展已经比较成熟了，支腿结构的技术发展比较细分、改进点也很小，随着起重机稳定性、安全性的发展需要，支腿的控制方面具有很大的发展空间。

-全文完-