技术领域
[0001] 本实用新型主要涉及
工程机械领域，具体地说，涉及一种集装箱起重机起升机构，以及包括该集装箱起重机起升机构的集装箱起重机。
背景技术
[0002] 港口集装箱起重机是集装箱装卸技术装备的一种，如图1所示，它一般包括龙
门架、运行小车系统、起升机构、绕绳系统及吊具上架等，起升机构实现集装箱或吊具升降运动，运行小车系统负责集装箱或货物的
水平往复运动，运行小车系统在起重机的高处
滑行，它通过绕绳系统的
滑轮组利用
钢丝绳连接吊具上架，吊具上架实施货物的调运。
[0003]
现有技术中，集装箱起重机起升机构如图2所示，其采用
电机驱动，电机通过
联轴器和减速机相连，减速机的转动轴与卷筒连接，带动
钢丝绳实现货物的起升。
[0004] 世界集装箱运输的旺盛需求和集装箱港口吞吐量的不断增长，对集装箱装卸技术设备提出了更新更高的要求。伴随着集装箱装运向大型化、重载化方向的发展，集装箱起重机负载越来越大，减速机驱动卷筒的驱动
力要求更大，而大功率减速机往往尺寸很大，自身重量也大，长期超载工作下易使减速机疲劳受损。
[0005] 因此，如何提供一种驱动力大、结构简单、尺寸小、重量轻的集装箱起重机起升机构，以满足大型化、重型化集装箱起重机不断提升的性能需求，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。实用新型内容
[0006] 本实用新型旨在提供一种油缸驱动的集装箱起重机起升机构，该起升机构避免了现有技术尺寸、自重大的缺点，增加了起升机构的驱动力，尤其适用于大型化、重型化集装箱起重机。
[0007] 本实用新型的集装箱起重机起升机构，包括：
[0008] 卷筒和在所述卷筒上收放的线性部件，所述线性部件连接用于吊装集装箱的吊具；
[0009] 包括缸筒、
活塞和
活塞杆的至少一个液压油缸，所述缸筒可摆动地设置于固定部件上，所述活塞与所述活塞杆的第一端固定连接；
[0010] 包括
主轴颈和
连杆轴颈的
曲轴，所述
主轴颈设置于所述固定部件上，所述活塞杆的第二端设置于所述连杆轴颈上，整体形成
曲柄连杆机构，所述曲轴与所述卷筒连接。
[0011] 进一步地，所述卷筒包括两个，分别连接所述曲轴两端的主轴颈。
[0012] 进一步地，所述线性部件为钢丝绳。
[0013] 进一步地，所述曲轴包括与所述液压油缸数量相同的多个连杆轴颈，各液压油缸的活塞杆的第二端设置于对应的连杆轴颈上。
[0014] 进一步地，所述液压油缸排成一排，形成直列式结构。
[0015] 进一步地，所述液压油缸分为两组，各组液压油缸排成一排，两排液压油缸之间的
角度为180°，形成水平对置结构。
[0016] 进一步地，所述液压油缸为双作用油缸，其有杆腔和无杆腔交替进回油，所述活塞杆伸出时，所述无杆腔进油、有杆腔回油；所述活塞杆缩回时，所述有杆腔进油、无杆腔回油。
[0017] 进一步地，所述液压油缸为单作用油缸，仅有其无杆腔进回油，所述活塞杆伸出时，所述无杆腔进油；所述活塞杆缩回时，所述无杆腔回油。
[0018] 进一步地，所述起升机构还包括第一电磁换向
阀、压力
传感器和第一
控制器，其中：
[0019] 所述第一电磁换向阀用于控制所述液压油缸的进回油方向；
[0020] 所述
压力传感器设置于所述液压油缸的有杆腔和/或无杆腔，用于检测活塞运动至相应
位置时的液压油压力；
[0021] 所述第一控制器连接所述第一电磁换向阀和所述压力传感器，并根据所述压力传感器的压力
信号，控制所述第一电磁换向阀换向。
[0022] 进一步地，所述第一电磁换向阀为包括第一工作油口、第二工作油口、第一进油口和第一回油口的三位四通换向阀或二位四通换向阀，所述第一工作油口和第二工作油口分别连接所述液压油缸的有杆腔和无杆腔，所述第一进油口连接
液压泵，所述第一回油口连接油箱。
[0023] 进一步地，所述第一电磁换向阀为二位三通换向阀，所述二位三通换向阀包括第三工作油口、第二进油口和第二回油口，所述第三工作油口连接所述液压油缸的无杆腔，所述第二进油口连接
液压泵，所述第二回油口连接油箱。
[0024] 进一步地，所述起升机构还包括机械式换向阀、
凸轮、第一杆件和第二杆件，其中：
[0025] 所述机械式换向阀上设置有控制端；
[0026] 所述凸轮连接所述曲轴的主轴颈，并随所述主轴颈进行相应的旋转；
[0027] 所述第一杆件的第一端设置于所述凸轮的周面上并在所述凸
轮作用下进行往复运动；
[0028] 所述第二杆件相对于所述固定部件可摆动地设置，所述第二杆件的第一端连接所述机械式换向阀的控制端，所述第二杆件的第二端连接所述第一杆件的第二端。
[0029] 进一步地，所述起升机构还包括第二电磁换向阀、
角位移传感器和第二控制器，其中：
[0030] 所述第二电磁换向阀用于控制所述液压油缸的进回油方向；
[0031] 所述角位移传感器用于检测所述曲轴旋转运动的角位移；
[0032] 所述第二控制器连接所述第二电磁换向阀和所述角位移传感器，并根据所述角位移传感器的角位移信号，控制所述第二电磁换向阀换向。
[0033] 进一步地，所述液压油缸的缸筒的端部设置有铰接座，所述液压油缸通过所述铰接座铰接于所述固定部件上。
[0034] 进一步地，所述液压油缸的缸筒的外壁对称设置有两组
耳座，所述液压油缸通过所述耳座铰接于所述固定部件上。
[0035] 进一步地，所述液压油缸工作过程中，部分液压油缸停缸，仅另外一部分液压油缸对曲轴做功。
[0036] 进一步地，所述起升机构还包括
飞轮和/或
平衡块，其中所述飞轮设置于所述曲轴的主轴颈上，所述平衡块为重量部件，用于平衡曲轴
重心。
[0037] 本实用新型的另一方面，还提供一种集装箱起重机，该集装箱起重机设置有前述的集装箱起重机起升机构。
[0038] 本实用新型的集装箱起重机起升机构由油缸驱动，通过液压力带动曲轴并驱动卷筒正转和反转，进而实现吊具的升降。与现有技术相比，本实用新型采用驱动力大的液压油缸，具有很大的驱动力；而且，对于双作用油缸而言，除死点外，活塞都会在液压力的驱动下对外做功，因此能提升曲轴运行的效率，提高集装箱起重机起升机构的功率和
扭矩。
[0039] 此外，本实用新型无需依靠设置减速机来增大扭矩，其曲轴输出的扭矩即可以直接用于对卷筒进行驱动，满足集装箱起重机大型化、重载化的发展需求，具有结构紧凑、体积小、重量轻的优点。
[0040] 而且，本实用新型还可以通过引用先进的计算机技术来实现液压油缸的协同动作控制，从而提高装置的控制性能，保证系统的良好运行。
[0041] 本实用新型油缸驱动的集装箱起重机起升机构相比于现有技术还具有运行平稳、无偏载、结构简单、易于实施等优点。
附图说明
[0042] 图1是现有的集装箱起重机的结构示意图；
[0043] 图2是一种现有技术的集装箱起重机起升机构的结构示意图；
[0044] 图3是本实用新型一
实施例的集装箱起重机起升机构的结构原理图；
[0045] 图4是本实用新型一实施例的直列式液压油缸的结构原理图；
[0046] 图5是本实用新型一实施例的油缸控制的液压原理图；
[0047] 图6是本实用新型另一实施例的油缸控制的液压原理图；
[0048] 图7是本实用新型又一实施例的油缸控制的液压原理图；
[0049] 图8是本实用新型又一实施例的油缸控制的液压原理图。
具体实施方式
[0050] 为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。
[0051] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开的具体实施例的限制。
[0052] 图3所示是本实用新型一实施例的集装箱起重机起升机构的结构原理图。从图中可以看出，本实用新型油缸驱动的集装箱起重机起升机构包括卷筒1a、线性部件（未图示）、至少一个液压油缸1和曲轴2。其中，线性部件在卷筒1a上进行收放，该线性部件连接用于吊装集装箱的吊具，从而实现吊具的升降。卷筒1a可以在曲轴2的带动下进行正转和反转，不同转向时线性部件和吊具具有不同的运动方向，从而可以实现集装箱在高度方向（Z轴）的位置改变，配合运行小车机构在水平方向（X轴）的位置改变，可以将集装箱从起始位置吊装至目标位置。
[0053] 该线性部件优选为钢丝绳，也可以是其它高强度材料制成的线性部。在图3所示的实施例中，卷筒1a包括两个，分别连接所述曲轴2两端的主轴颈。为适应集装箱起重机的作业需求，卷筒1a也可以是其它数量，本实用新型并不受限于此。
[0054] 参考图4，液压油缸1包括缸筒10、活塞11和活塞杆12，缸筒10可摆动地设置于固定部件上，活塞11与活塞杆12的第一端固定连接。该固定部件构成本实用新型集装箱起重机起升机构的骨架，起到
支撑和安装其它部件的作用，其可以是
机体或壳体等结构部件。
[0055] 活塞11和活塞杆12沿缸筒10进行直线式往复运动，该液压油缸1的活塞11在液压油的作用下进行往复运动，其既可以是单作用油缸，也可以是双作用油缸，本实用新型并不受限于此。
[0056] 液压油缸1的缸筒10相对于固定部件摆动设置，作为一种实施方式，可以在缸筒10的端部设置有铰接座，液压油缸1通过铰接座铰接于固定部件上；作为另一种实施方式，可以在缸筒10的外壁对称设置有两组耳座，液压油缸1通过耳座铰接于固定部件上。
[0057] 值得说明的是，本实用新型的缸筒10为活动设置，液压油缸1整体上为二力杆结构，其只在两端受力，整体处于平衡状态，不会产生侧向力和偏载，受力状况良好。
[0058] 本实用新型的曲轴2包括主轴颈21和连杆轴颈22，主轴颈21设置于固定部件上，活塞杆12的第二端设置于连杆轴颈22上，整体形成曲柄连杆机构，曲轴2与卷筒1a连接。为了便于驱动卷筒1a，曲轴2可以直接与卷筒1a直接连接，也可以间接连接（如通过传动部件或连接部件连接），本实用新型并不受限于此。
[0059] 曲柄连杆机构是本实用新型的集装箱起重机起升机构的动力传递机构，其可以将活塞11的直线式往复运动转换为曲轴2的旋转运动，并将该运动输出至卷筒1a。由于液压油缸1驱动力大，能输出很大的扭矩；而且，对于双作用油缸而言，除死点外，活塞11都会在液压力的驱动下对外做功，因此能提升曲轴2运行的效率，提高输出功率和输出扭矩。
[0060] 本实用新型的曲轴2既可以实现正转，也可以实现反转，进而带动卷筒1a的正反转。曲轴2的转向可以通过控制液压油缸1的往复式运动来实现。
[0061] 曲轴2的主轴颈21位于曲轴轴线所在的位置，连杆轴颈22和该轴线之间具有一定的偏心距离。曲轴2以主轴颈21轴线为中心进行旋转运动，并将该旋转运动传递至卷筒1a上，进而带动线性部件的收放和吊具的升降。曲轴2一般选用强度高、耐冲击韧度和
耐磨性能好的优质中
碳结构钢、优质中碳
合金钢或高强度球墨
铸铁来
锻造或
铸造。
[0062] 进一步地，鉴于曲轴2旋转的不均匀性，本实用新型在曲轴2的主轴颈21上还设置有如图4所示的飞轮3。飞轮3可以为圆盘状结构。该飞轮3可以储存曲轴2运动过程中的运动
能量，它具有较大的
转动惯量，当曲轴2转速增高时，飞轮3的
动能增加，可以将能量储存起来；当曲轴2转速降低时，飞轮3的动能减少，可以将能量释放出来。飞轮3可以减小运转过程中的速度
波动，便于带动曲轴2平稳运转。
[0063] 本实用新型在曲轴2上还可以设置有平衡块，平衡块为重量部件，用于平衡曲轴2重心。该平衡块可以保证曲轴2的平衡性，减小曲轴2运行的振动。该平衡块设置于曲轴2偏重部分的相对侧。应当清楚，还可以在曲轴2上钻去一部分重量，以达到平衡的目的。
[0064] 应当清楚，本实用新型的曲轴2上可以设置有一个或多个液压油缸1。优选地，在图3和图4所示的结构原理图中，液压油缸1包括4个，曲轴各包括与液压油缸数量相同的4个连杆轴颈22，各液压油缸1的活塞杆1的第二端设置于对应的连杆轴颈22上。应当清楚，连杆轴颈22和液压油缸1也可以是其它数量，本实用新型并不受限于此。
[0065] 在各曲轴上设置有多个液压油缸1时，各液压油缸1在曲轴2上可以有多种排列布置方式。在图3所示的实施例中，各曲轴2上的液压油缸1分为两组，各组液压油缸1排成一排，两排液压油缸1之间的角度为180°，形成水平对置结构。由于相邻两个液压油缸1之间水平对置，可以相互抵消振动，从而使得曲轴2运转更加平稳。
[0066] 图4是本实用新型一实施例的直列式液压油缸的结构原理图，在该图中各曲轴上的液压油缸1排成一排，形成直列式结构。各液压油缸1可以如图4所示竖向排成一排，为了降低高度，也可以布置成倾斜的甚至水平的结构，具有体积紧凑、布局灵活等优点。此外，本实用新型的液压油缸也可以排列为“V”字形或近似于“W”字形的结构，本实用新型并不受限于此。
[0067] 在上述技术方案的
基础上，由于液压油缸驱动力大，本实用新型无需依靠设置减速机来增大扭矩，其曲轴2输出的扭矩即可以直接用于对卷筒1a进行驱动，满足集装箱起重机的大型化、重载化的发展需求，具有结构紧凑、体积小、重量轻的优点。
[0068] 作为本实用新型的一个实施例，液压油缸1工作过程中，部分液压油缸1停缸，仅另外一部分液压油缸1对曲轴2做功。在上述技术方案的基础上，可以根据集装箱起重机起升机构的运行及负载状况，仅控制部分液压油缸1对外做功，而停缸的部分液压油缸1不对外做功（其活塞杆在曲轴的带动下运动），从而能够调整本实用新型起升机构的功率，提高能量利用率。
[0069] 需要说明的是，本实用新型在液压油缸1为多个时，液压油缸1之间相互需要协同作业，方能保证曲轴2运动的一致性。各液压油缸1的进出油动作可以通过电控技术控制，也可以采用机械结构控制，本实用新型并不受限于此。
[0070] 在图5所示的实施例中，液压油缸1为双作用油缸，其有杆腔和无杆腔交替进回油，并且当活塞杆12伸出时，无杆腔进油、有杆腔回油；当活塞杆12缩回时，有杆腔进油、无杆腔回油。此外，图5所示为多个液压油缸1排成一排的直列式结构。液压油缸1的动作可以通过包括第一电磁换向阀41、压力传感器5和第一控制器61的系统来控制。
[0071] 第一电磁换向阀41用于控制液压油缸1的进回油方向，其既可以控制一个液压油缸，也可以同时控制多个液压油缸（如位差相同的其中两个液压油缸）。优选第一电磁换向阀41与液压油缸1的数量相同。在图4所示的双作用油缸中，该第一电磁换向阀41为三位四通换向阀，并包括第一工作油口、第二工作油口、第一进油口和第一回油口。其中，第一工作油口和第二工作油口分别连接液压油缸1的有杆腔和无杆腔，第一进油口连接液压泵40，第一回油口连接油箱。在第一状态，第一工作油口进油、第二工作油口回油；在第二状态，第一工作油口回油、第二工作油口进油；在第三状态，第一工作油口和第二工作油口均为截止状态。应当清楚，在该第一电磁换向阀41为二位四通换向阀（包括同样的油口）时，同样能够实现本实用新型的技术效果。
[0072] 压力传感器5设置于液压油缸1的有杆腔和/或无杆腔，用于检测活塞11运动至相应位置时的液压油压力。该压力传感器5可以设置于缓冲套上，当该处缓
冲压力大于预设值时，则可以判断活塞11已经完全伸出或缩回，并需要立刻进行换向运动，从而保证活塞11在
上止点（活塞顶部离曲轴中心最大距离时的位置）和
下止点（活塞顶部离曲轴中心最小距离时的位置）的准确
定位。需要说明的是，本实用新型也可以采用接近
开关、行程开关等装置来实现对上止点和/或下止点的定位。
[0073] 第一控制器61连接第一电磁换向阀41和压力传感器5，并根据压力传感器5的压力信号，控制第一电磁换向阀41换向。第一电磁换向阀41换向后，活塞11在缸筒10内变向运动，从而达到往复式运动的目的。
[0074] 在图6所示的实施例中，液压油缸1为单作用油缸，仅有其无杆腔进回油，活塞杆12伸出时，无杆腔进油；活塞杆12缩回时，无杆腔回油。此外，图6所示为多个液压油缸1排成一排的直列式结构。液压油缸1可以通过包括第一电磁换向阀41、压力传感器5和第一控制器61的系统来控制。
[0075] 在图6所示的单作用油缸中，该第一电磁换向阀41为二位三通换向阀，包括第三工作油口、第二进油口和第二回油口。第三工作油口连接液压油缸1的无杆腔，第二进油口连接液压泵40，第二回油口连接油箱。在第一状态，液压油经过第二进油口和第三工作油口进入液压油缸1的无杆腔；在第二状态，液压油经过第三工作油口和第二回油口回入油箱。
[0076] 图6的压力传感器5仅设置于液压油缸1的无杆腔，其结构和作用与图5相似，此外第一控制器61的结构和作用也与图5相似，本文在此不再赘述。
[0077] 图7是本实用新型又一实施例的油缸控制的液压原理图，其通过包括第二电磁换向阀42、角位移传感器8和第二控制器62的系统来控制液压油缸1的动作。其中，第二电磁换向阀42用于控制液压油缸1的进回油方向，其既可以控制一个液压油缸，也可以同时控制多个液压油缸（如位差相同的其中两个液压油缸）。优选第二电磁换向阀42与液压油缸1的数量相同。角位移传感器8用于检测曲轴2旋转运动的角位移；第二控制器62连接第二电磁换向阀42和角位移传感器8，并根据角位移传感器8的角位移信号，控制第二电磁换向阀42换向。
[0078] 由于液压油缸1在曲轴2的连杆轴颈22上安装完成后，各液压油缸1之间具有固定的角度关系，因而根据角度测量可以精确地控制液压油缸1上止点和下止点的定位。该角位移传感器8可以是设置于曲轴2的主轴颈21上的
编码器。
[0079] 图8是本实用新型又一实施例的油缸的液压原理图，与前述图5-7中采用的计算机技术不同，图8采用的是一种机械控制的结构，液压油缸1可以通过包括机械式换向阀43、凸轮20、第一杆件71和第二杆件72的系统来控制。机械式换向阀43既可以控制一个液压油缸，也可以同时控制多个液压油缸（如位差相同的其中两个液压油缸）。优选机械式换向阀43与液压油缸1的数量相同。
[0080] 其中，机械式换向阀43上设置有控制端43a。该控制端43a可以是和阀芯连接的阀杆，该阀杆可以位于机械式换向阀43的端部。该控制端43a相对于
阀体位于不同位置时，机械式换向阀43具有不同的换向状态。
[0081] 凸轮20连接曲轴2的主轴颈21，并随主轴颈21进行相应的旋转。该凸轮20可以固定于主轴颈21上并与其同步旋转，也可以通过传动部件1c连接主轴颈21，凸轮20的转速可以与主轴颈21相同，也可以具有一定的差速比，本实用新型并不受限于此。
[0082] 第一杆件71的第一端设置于凸轮20的周面上并在凸轮20作用下进行往复运动，第一杆件71可以套装在一套筒内，以限制其径向移动。
[0083] 第二杆件72相对于固定部件可摆动地设置，第二杆件72的第一端连接机械式换向阀43的控制端43a，第二杆件72的第二端连接第一杆件71的第二端。第二杆件72与固定部件之间的铰接点位于其第一端和第二端之间。第二杆件72可以为图7所示的倒“V”字形结构，也可以是弧形结构或其它可能的结构。
[0084] 在图8所示的方位中，假如曲轴2进行顺
时针转动，当活塞杆12下行时，第一杆件71向下移动，相应地带动第二杆件72以铰接点为中心逆时针摆动，并向左拉动机械式换向阀43的控制端43a；当活塞杆12下行至下止点时，第二杆件72拉动换向阀实现换向，此时液压油进回油方向改变，在液压油的作用下，活塞杆12上行，第一杆件71向上移动，相应地第二杆件72顺时针摆动，并向右推动换向阀的控制端43a，直至活塞杆12上行至上止点后，再次实现换向。如此反复，从而实现活塞杆12的直线式往复运动和曲轴2连续的旋转运动，进而驱动卷筒1a的连续旋转及吊具的升降。
[0085] 除了前述集装箱起重机起升机构外，本实用新型还提供一种包括前述集装箱起重机起升机构的集装箱起重机。该集装箱起重机的其它结构参考现有技术，本文在此不再赘述。
[0086] 综上所述，本实用新型的集装箱起重机起升机构由油缸驱动，整体形成了曲柄连杆机构，通过液压力带动曲轴并驱动卷筒1a正转和反转，进而实现吊具的升降。与现有技术相比，本实用新型主要具有以下优点：
[0087] 1）驱动功率大
[0088] 本实用新型集装箱起重机起升机构采用液压油缸1驱动，驱动力大，具有很大的功率和扭矩；而且，对于双作用油缸而言，其有杆腔和无杆腔可以交替进回油，在活塞11从上止点到下止点、以及从下止点到上止点的各冲程中，除死点外，活塞11都会在液压力的驱动下对外做功，因此能提升曲轴2运行的效率，提高集装箱起重机起升机构的功率和扭矩。
[0089] 2）结构紧凑
[0090] 本实用新型无需依靠设置减速机来增大扭矩，其曲轴输出的扭矩即可以直接用于对卷筒1a进行驱动，满足集装箱起重机大型化、重载化的发展需求，具有结构紧凑、体积小、重量轻的优点。
[0091] 3）控制方便
[0092] 本实用新型可以通过引用先进的计算机技术来实现对本实用新型液压油缸的协同动作控制，可以提高起升机构的控制性能，保证机构的良好运行。
[0093] 此外，本实用新型油缸驱动的集装箱起重机起升机构相比于现有技术还具有运行平稳、无偏载、结构简单、易于实施等优点。因此，本实用新型的有益效果是显而易见的。
[0094] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
