流動式起重機支腿專利技術綜述

章華　龍銀萍　劉冬梅

摘要：本文首先從流動式起重機支腿的型式及布置、支腿的結構方面、控制方面三個方面來介紹流動式起重機支腿的技術發展路線，然后對國內主要申請人關于支腿專利申請量進行分析，以供大家了解一下流動式起重機支腿的發展方向。

關鍵詞：起重機；支腿；技術路線

引言

流動式起重機設置支腿主要用來提高起重機的穩定性及起重能力，支腿在作業時承受整機的自重和吊重，要求結構堅固，動作可靠；因此，對支腿的技術改進也是近年來起重機技術的一個重點發展方向。

1.流動式起重機支腿的技術起源

流動式起重機主要指汽車起重機、履帶起重機等。由于戰后復興需要，歐美發展出了履帶起重機和汽車起重機取代了戰前的纜索式起重機，從結實耐用和高可靠性轉變為追求作業性能、經濟性、操作性和安全性等，為了提高流動式起重機的穩定性及起重性能，設計支腿來支撐起重機的自重以及起吊負載等重量，因此，支腿是流動式起重機的一個重要部件，研究支腿，有利于提高起重機的安全性。

2.流動式起重機支腿技術發展路線

目前流動式起重機支腿的技術發展涉及到支腿的型式及布置、支腿的結構、控制三條主線，三者共同影響著支腿的性能，從這三方面的發展技術路線進行研究，有助于了解流動式起重機支腿的技術發展歷史和現狀，明確其未來發展方向。

2.1支腿的型式及布置

2.1.1支腿的型式

支腿的型式主要有以下幾種：蛙式支腿、X型支腿、H型支腿、輻射式支腿。如圖1所示，1951-1970年，美國許多公司推動了流動式起重機發展，占有主導地位，這時主要是小噸位的流動式起重機，因此蛙式支腿較多，蛙式支腿的液壓油缸安裝在固定支腿上，其能夠實現活動支腿的展開與收納（參見US3144138A）；隨著起重機的技術發展，還出現了X型支腿（參見US3945666A），但X型支腿在撐腳著地的過程中容易發生滑移，導致不常用X型支腿；隨著起重機的大型化發展，支腿的跨距也需增大，便出現了采用兩個液壓缸的H支腿（參見JP58-136547A），這種支腿對場地適應性較好，目前已被廣泛采用；另外，還有輻射式支腿（參見DE3336638A1），這種支腿以轉臺的回轉中心為中心，從車架輻射狀向外伸出四個支腿，其具有穩定性好、載荷直接作用在支腿上，可減輕車架自重并降低整機重心高度、保護底盤不受損壞等優點。

2.1.2支腿的布置

對于支腿的布置方面，除了四個支腿之外，還額外增加一些輔助支腿，例如，為了防止流動式起重機的起重時車架下沉或提高拆裝效率，在車架上設置輔助支腿以提高車架剛度（參見JP2001-026394 A），另外，還有防止活動支腿在作業時出現變形、下沉等，設置輔助支腿頂住活動支腿（參見JP2011-153028A），而這類支腿結構形式比較簡單，通常采用液壓缸等；為了提高車架的剛度，同時減輕車架重量，國內一些起重機公司，在垂直支腿的側面設置輔助支腿（參見CN103663199A）。

2.2支腿的結構

2.2.1伸縮機構

如圖1所示，上世紀50年代流動式起重機剛興起時，支腿的結構比較簡單，通常采用機械傳動來實現伸縮，例如四個支腿安裝在車架上，支腿主要有支撐腳、螺桿、支架組成，通過螺桿來實現支腿的升降（參見US2914194A），隨著噸位增大，支腿跨距需要增加，通過水平支腿的伸縮來實現增加跨距，通常在水平支腿安裝伸縮液壓缸，伸縮液壓缸通過拉桿等連接件與垂直支腿連接，既能實現水平支腿伸縮，又能將垂直支腿折疊收納起來，從而便于作業與運輸（參見FR1376550 A）；考慮在一些野外環境下工作以及降低支腿重量等，許多公司采用液壓缸作為垂直支腿來實現垂直支腿的伸縮，同時在水平支腿上設置一個液壓缸來實現水平支腿的伸縮（參見JP59-192656A）；隨著伸縮支腿的技術發展，伸縮支腿逐漸變成多級伸縮支腿，一般采用多級伸縮油缸來實現水平支腿裝置的伸縮（參見SU1736909A1），兩個伸縮液壓缸分別安裝在固定腿、活動腿，通過伸縮液壓缸之間的伸縮來實現活動支腿之間、活動支腿相對于固定支腿的伸縮。由于多級油缸的每一級活塞需要嵌套在其上一級活塞桿中，各級的配合部件之間的配合精度的要求較高，加工工藝較為復雜，安裝調試以及維護較為困難，且該種結構的支腿裝置自重較大，限制了支腿裝置承載能力的進一步提高，為了解決這些問題，還出現了采用油缸、齒輪、齒條來實現水平活動支腿的伸縮（參見CN101698407A），這種支腿包括固定支腿箱、兩級活動支腿以及驅動活動支腿伸縮的伸縮油缸，第一活動支腿安裝有齒輪，固定支腿箱安裝有與齒輪相嚙合的齒條，第二活動支腿安裝有與齒輪相嚙合的齒條，齒輪在連接部件的作用下聯動，以便第一活動支腿和第二活動支腿相對于固定支腿箱運動的方向相同。隨著繩排式伸縮臂的發展，許多公司將這種技術應用到支腿上，于是出現了繩排式支腿（參見CN102992211A）。

2.2.2間隙調整

對于間隙調整方面，內、外水平支腿的間距會出現過大或小等問題，導致起重機支腿斷裂和減短使用壽命等，因此需要調整水平支腿的間隙，早期技術中通常采用滑塊、滑動板之類的（參見CN86101757A）來減小水平支腿之間的間隙和便于滑動，但是經過長期磨擦之后，間隙會變大；為了調整間隙，有些公司在兩個伸縮的水平支腿之間設置軸承和軸來調節間隙，從而將滑動變為滾動來減小摩擦；另外，有些公司在支腿之間設置螺栓，通過螺栓抵壓在導向件上來實現間隙的調整（參見GB2327216A），但調節間隙時需要較大的轉動力矩，人工調節、維修、拆裝不方便，還需要占用支腿的內部空間，于是對出現了在兩個水平支腿之間設置由固定支座、滑塊、調整螺釘、滾珠等支腿調節裝置（參見CN102115014A）。

2.2.3 鎖定

對于支腿的鎖定方面，支腿在伸長、回縮、運輸等情況下，通常需要對活動支腿之間進行固定，通常采用銷來鎖定（參見JP57-138452A），由于在運輸狀態時，銷易松開脫落，為了防止脫落，采用繩索與定位銷連接，通過把手拉動繩索帶動定位銷的插拔以及防止銷松動（參見JP2001-80477A）；由于支腿重量大造成下垂，導致支腿變形，使銷無法發揮鎖定功能，如何校正支腿的變形，一些公司在車架上設置托架將支腿逐漸托起，再采用銷將支腿上的支座固定在托架上，在支腿需要向外伸展時，銷處于解鎖狀態（參見CN102060244A）；在固定支腿和活動支腿重合部位的頂部和底部分別增設有銷軸裝置，通過伸縮油缸上設有的解鎖塊與銷軸裝置的推桿實現銷的插拔（參見CN102381291A）。

2.3支腿的控制

2.3.1 伸縮量

對于檢測支腿的伸縮量，早期主要通過控制閥以及限位器來限制液壓缸的伸縮（參見SU589203 A1），為了使支腿伸縮的長度相同，通過操作桿來實現限位開關的開閉以控制油缸的伸縮（參見JP58-102808A），這種檢測不能實時監測伸縮量，于是采用伸出檢測器與限位開關來檢測支腿的伸縮量（參見JP2001-19361A），為了更好地監測支腿，在支腿上設置多個檢測點，通過收發機和接受機來傳送檢測信息，以便于實時控制（參見DE202005015516U），有些將傳感器安裝在活動支腿上，傳感器生成隨活動支腿沿著軸線移動而變化的信號，來提供指示活動支腿位置的信號（參見CN103648957A）；有些公司從檢測支腿的伸縮缸壓力來控制伸縮動作，通過壓力傳感器來檢測伸縮缸腔壓力以及設定閾值來控制支腿自動回縮到給定距離（參見CN103523687A）。

2.3.2 防傾翻

對于防傾翻方面，早期出現的是采用壓力繼電器來檢測油缸的壓力，當超過設定值時就關閉開關以及通過警報裝置提醒操作人員（參見US3680714A）；由于支腿與地面接觸存在作用力，有些日本公司通過地面壓力檢測器檢測支腿與地面的壓力，再將檢測的壓力與臂的油缸壓力、回轉角度等信息輸入到CPU中進行處理，防止力矩超過設定值（參見JP3-67894A）；如何準確地判斷出傾翻的狀況，從多個方面來檢測，例如將支腿油缸的壓力與地面的作用力都檢測出來，再對檢測信息進行判斷分析以及進行警報提醒（參見JP2000-136091A）；另外，還從支腿的應力方面來檢測，將應變傳感器檢測支腿受力并向控制器輸入受力感應信號，控制器根據受力感應信號確定支承腿的受力以及預定受力閾值向執行機構輸出指令（參見CN101457589A）；由于地面承載能力不同，通過地面承載檢驗裝置來檢測地面的承載能力，例如在支腿上設置地面承載檢驗裝置，地面承載檢驗裝置向地面施加預定載荷，根據地面對預定載荷的反應，檢驗地面是否能夠承載極限工況下的載荷（參見CN103625440A）。

3.國內重要申請人的專利分析

流動式起重機最早先從歐美、蘇聯發展起來的，后來日本的技術發展很快，其中對支腿的技術發展方面日本較突出、技術劃分細致，到90年代后期時，我國的流動式起重機技術水平與國外還存在一定差距，對支腿方面的技術專利文獻量也較少，然而到21世紀后，中國出現了一大批起重機公司，對起重機技術發展有很大的推動作用，其中比較著名的有三一、中聯、徐工，而這三個集團公司對支腿技術方面也作了很大的改進，而國外公司對支腿技術的改進相對很少；其中，三一的專利申請量占國內申請量的29%，中聯占到21%，徐工占到6%。

4.結語

綜觀技術發展，支腿的型式、布置的技術發展已經比較成熟了，支腿結構的技術發展比較細分、改進點也很小，隨著起重機穩定性、安全性的發展需要，支腿的控制方面具有很大的發展空間。

作者簡介：章華（1985-），女，安徽安慶人，碩士研究生，單位：國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心機械發明審查部，職稱：機械發明專利實質審查員。