悬挑钢梁的全自动矫正装置及其施工方法与流程

文档序号:15627890发布日期:2018-10-12 19:51

本发明涉及土木工程中的桁架式钢结构的连接施工技术领域,具体讲是一种在桁架式钢结构的型钢立柱上安装悬挑钢梁时对其悬挑端进行纠偏矫正的全自动装置及利用该装置施工悬挑钢梁的方法。



背景技术:

大型场馆多采用由钢横梁及型钢立柱纵横连接成的桁架式钢结构,在上述桁架式钢结构中,经常需施工出外探的悬挑式平台以作为悬挑看台或挡雨棚等。其具体的施工方法是在一排平行的型钢立柱上部连接固定一排平行的悬挑式型钢横梁即悬挑钢梁,再用外横梁将各根悬挑钢梁的外端即悬挑端连接固定,最后在悬挑钢梁及外横梁之间的框架上铺设看台底板或玻璃顶板,以构成悬挑看台或挡雨棚等。

现有技术的将每根悬挑钢梁与对应的一根钢立柱连接固定的具体过程为,先在钢立柱顶部固定一个钢牛腿,该钢牛腿的竖面与钢立柱外表面焊接固定,用吊机吊运悬挑钢梁,使其内端搁置在钢牛腿水平面上,并将悬挑横梁内端与钢牛腿焊接固定,且在焊接过程中,吊车继续吊住悬挑钢梁承受其大部分重力,待悬挑钢梁与钢牛腿焊接牢固后,再将吊绳与悬挑钢梁脱离。

上述现有技术的连接过程存在一个技术难题,即一排本来应该是平行的悬挑横梁,其外端也就是悬挑端高低不齐,有的上翘或有的下垂,有的外凸有的内缩,甚至有的左偏有的右偏,换句话说,以高度向为z轴建立坐标系,悬挑钢梁的悬挑端可能沿z向出现高低偏差,也可能沿x向出现内缩或外凸,还可能沿y向出现左倾或右倾。这不仅使得整个悬挑平台的外边缘非常难看,更给后续的外横梁的对齐、焊接施工提高了难度。

造成上述难题的原因是多方面的,一是施工人员具体操作失误导致悬挑端最终位置的误差,二是因为在悬挑钢梁内端焊接固定的同时,悬挑钢梁的大部分重量仍然是依靠吊车吊起的,悬挑端缺乏有效支撑,导致施工难度加大,会进一步放大悬挑端的偏差;三也是更主要的原因为,每根钢立柱在实际施工中难免存在误差,不可能完全保持垂直,所以钢立柱顶部就已经产生了内外向或左右向的偏差,而悬挑横梁是内端抵住钢立柱顶部以钢立柱作为基准面焊接的,基准都出现偏差了,悬挑端自然会出现误差,虽然钢立柱顶部的误差是保持在施工能接受的范畴内,但经过了大尺寸大体积的悬挑横梁的放大,最终体现在悬挑横梁的外端也就是悬挑端的误差,自然就被放大到有碍观瞻、难以接受的程度了。



技术实现要素:

本发明要解决的一个技术问题是,提供一种能自动将悬挑钢梁的悬挑端在xyz各个方向对齐的悬挑钢梁的全自动矫正装置。

本发明的一个技术解决方案是,提供一种悬挑钢梁的全自动矫正装置,它包括支撑架、z向千斤顶和顶头;z向千斤顶的固定件固定在支撑架顶部,z向千斤顶的托座与顶头固定,顶头内安装有x向千斤顶和y向千斤顶,x向千斤顶的托座上可转动安装有用于支承悬挑钢梁悬挑端的x向滚轮,x向千斤顶的托座上还设有用于驱动x向滚轮的第一电动机;y向千斤顶的托座上可转动安装有用于支承悬挑钢梁悬挑端的y向滚轮;y向千斤顶的托座上还设有用于驱动y向滚轮的第二电动机。

本发明悬挑钢梁的全自动矫正装置与现有技术相比,具有以下显著优点和有益效果。

首先,z向千斤顶能驱动顶头上升,进而抬升悬挑钢梁的下垂的悬挑端,使其水平,完成z向修正;且此时x向和y向两组相互垂直的滚轮均与悬挑钢梁抵靠,以确保将其水平向锁死,避免调节竖向高度时发生水平向错动;然后驱动x向千斤顶下降x向滚轮,使得悬挑端底面仅与y向滚轮抵靠,这样,悬挑端支承在y向滚轮上,故仅仅通过电动机驱动y向滚轮向左或向右旋转就能实现y向的修正;同理,y向修正完成后,先上升x向滚轮顶住悬挑端,再下放y向滚轮,使得悬挑端仅与x向滚轮接触,x向滚轮在电动机驱使下旋转,从而牵引悬挑端沿x向移动,以实现x向的修正。其次,该装置实现了调节的全自动化,完全不依赖人工,即可完成三个方向全部的调节过程,自动化程度高、操作更加方便省力,节约了人工成本,降低了劳动强度。

支撑架结构优选为:它由多个钢架单元上下螺接而成,每个单元包括四根立杆、四根上梁和四根下梁,上述的立杆、上梁和下梁构成正方体框架结构,该正方体框架的每个面上还设有一根连接斜梁,这样,可以根据钢立柱也就是悬挑钢梁的高度,来选择合适数目的钢架单元,组成高度接近的支撑架。

顶头结构优选为:它为中空的矩形壳体,顶头底板与z向千斤顶的托座固定,x向千斤顶和y向千斤顶的固定件均固定在顶头底板上,x向滚轮为一个而y向滚轮为两个,三个滚轮成品字形三角分布;顶头的顶板上贯通有三个供滚轮凸出顶头的长孔;三角形品字结构,更加稳定,为悬挑钢梁的悬挑端提供更稳定的支撑,而顶头中空,可以将千斤顶、滚轮、电动机及传动机构都收容在顶头内部,更好的保护上述动力部件,也使得结构更加紧凑合理。

每个滚轮与对应的千斤顶托座的连接关系优选为,每个滚轮与一根联动轴固定,每根联动轴经一个轴座固定在对应的千斤顶托座上,且每个滚轮与所在的托座相互抵靠。每个滚轮下端与千斤顶托座直接抵靠而上端直接与悬挑钢梁底部抵靠,这样,有效将上部负荷直接传递到千斤顶,其支撑性更加稳固,使用寿命长。

每个滚轮与对应的电动机的连接关系优选为,电动机外壳也固定在该滚轮所在的千斤顶托架上,电动机输出轴设有蜗杆,滚轮的联动轴上固定有涡轮,上述的涡轮蜗杆相互啮合。上述结构简单,传动稳定可靠,而且电动机及传动部件均能跟随千斤顶上升下降,不干涉滚轮正常抵靠功能。

作为优选,顶头的外端固定有用于限定悬挑钢梁x向最外侧位置的外端限位板,外端限位板高于顶头的顶板;这样,当x向滚轮向外移动悬挑钢梁时,外端限位板可以作为一个有效的判断依据,当悬挑端与外端限位板抵靠时,则x向修正完成,该结构简单且对该方向的修正判定精准。

作为进一步优选,顶头的左右两侧分别设有两个y向限位气缸,每个限位气缸的活塞杆上设有一侧限位板,当活塞杆伸出到最大行程时侧限位板与顶头的同一侧的侧面平齐,每个侧限位板上设有一个距离传感器;这样,两个距离传感器会检测与悬挑端的距离,距离近的为偏移侧,这样就驱动非偏移侧的侧限位板与顶头同侧抵靠,作为y向修正的判断依据和基准面,当y向滚轮将悬挑端带动到与该侧限位板抵靠,则y向修正完成,该结构设计合理,对y向的修正精确方便。

作为再进一步优选,顶头上设有桅杆和卷扬机,桅杆顶部设有吊梁,吊梁内外两端各设一个定滑轮,卷扬机的牵引绳绕过吊梁的两定滑轮后与一个电磁座连接,电磁座上设有水平仪。这样,水平仪可以精确测得悬挑钢梁是否水平,为z向修正提供精准的依据。而且,只需要驱动卷扬机上提或下放电磁座,且对电磁座通断电,使其与悬挑钢梁吸附或脱离,即可完成水平仪的安装或拆卸,上述装拆过程均简单方便,而且完全实现了自动化,便于水平仪的反复循环使用。

该矫正装置还包括一个主控制器,外端限位板设有第一压力传感器,每个侧限位板设有第二压力传感器,三个千斤顶、三个滚轮对应的三个电动机、三个压力传感器和一个水平仪均与主控制器信号连接。第一传感器可以精确判定x向修正是否到位,第二传感器可以精确判定y向修正是否完成,更重要的是,主控制器和上述各个部件的信号连接,使得上述各个部件动作更加连续,自动化程度更高。

作为又进一步优选,该矫正装置还包括一条y向轨道,轨道滑动配合有小车,支撑架底端固定在小车上,在每个悬挑钢梁悬挑端的下方设有对小车定位的插销式锁紧装置。上述矫正装置,自动化程度和智能化程度很高,三个方向的自动调节完全不依赖人工操作,更加方便可靠,但相对应的,各个零部件也较多,体积和自重也变得更大,也就是说,该矫正装置是以增加体积和自重自重为代价而获取更高的自动化和智能化的,所以,为降低自重和体积的影响,配备了y向的轨道和小车,便捷该矫正装置的整体移动。而且,由于各个悬挑钢梁的安装位置是固定的,所以轨道上小车的锁定位置也是分级固定的,故配备了插销式的有级调节装置。

本发明要解决的另一个技术问题是,提供一种能使得各个悬挑钢梁的悬挑端在xyz各个方向均保持对齐的利用悬挑钢梁的全自动矫正装置来施工悬挑钢梁的方法。

本发明的另一个技术解决方案是,提供一种利用悬挑钢梁的全自动矫正装置来施工悬挑钢梁的方法,其步骤包括:

a、在钢立柱顶部固定钢牛腿,利用小车沿轨道将矫正装置移动到需要安装的悬挑钢梁的悬挑端的预定位置下方并用插销将小车锁紧定位,并使得顶头的高度低于钢牛腿,用吊机将悬挑钢梁吊起,并将悬挑钢梁的焊接端搁置在钢牛腿上,且将悬挑钢梁的悬挑端搁置在顶头上;

b、主控制器驱动顶头处的卷扬机,使得牵引绳将电磁座及水平仪下放至悬挑钢梁顶面,对电磁座通电,使得电磁座吸附在悬挑钢梁顶面,完成水平仪的安装;

c、主控制器驱动z向千斤顶,使得顶头抬升悬挑钢梁的悬挑端,直至悬挑钢梁的水平仪向主控制器报水平;此刻,一个x向滚轮和两个y向滚轮均与悬挑钢梁的悬挑端抵靠;悬挑端完成z向的修正;

d、主控制器驱动x向千斤顶,带动x向滚轮下沉与悬挑钢梁脱离,此时,悬挑钢梁的悬挑端仅与两个y向滚轮抵靠,且悬挑钢梁的悬挑端难免沿着y方向的左侧或右侧偏移,两侧的两侧限位板的两个距离传感器会测量与悬挑端的距离,并发送给主控制器,主控制器判断出距离较大的一侧为非偏移侧,并驱动非偏移侧的限位气缸,使得该侧的限位气缸的侧限位板与顶头同侧的侧面平齐,随后驱动y向千斤顶上的电动机,经蜗杆和涡轮带动y向滚轮旋转,进而带动悬挑钢梁的悬挑端向非偏移侧摆动,直至悬挑端与非偏移侧的侧限位板抵靠,非偏移侧的侧限位板上的第二压力传感器受压,将结果反馈给主控制器,促使主控制器关闭y向滚轮的电动机;悬挑端完成y向的修正;

e、复位x向千斤顶,使x向滚轮上升并与悬挑端重新抵靠,再驱动y向千斤顶下降,使y向滚轮与悬挑钢梁脱离,此时,悬挑钢梁的悬挑端仅与x向滚轮抵靠,主控制器驱动x向千斤顶上的电动机,经蜗杆和涡轮带动x向滚轮旋转,进而带动悬挑钢梁的悬挑端向外移动,直至悬挑端与外端限位板抵靠,外端限位板上的第一压力传感器受压,将结果反馈给主控制,促使主控制器关闭x向滚轮的电动机;悬挑端完成x向的修正;

e、将悬挑端修正完成后的悬挑钢梁的内端与钢牛腿焊接固定;

f、主控制器对电磁座断电,使得电磁座与悬挑钢梁不再吸附,反向驱动卷扬机,完成水平仪与悬挑钢梁的脱离,下降z向千斤顶,驱动小车向下一个悬挑钢梁的安装位置移动。

上述方法的优点和技术效果为:x向和y向两组滚轮呈品字形共同支撑悬挑钢梁的悬挑端,支撑稳定,且两组滚轮相互垂直,实现自锁,使得抬升可靠;而悬挑钢梁顶面设水平仪,使得z向修正效果精确;进行x向和y向两个水平向修正时,下降一组滚轮,利用剩下一组滚轮起到支撑、导向和牵引的作用,使得移动悬挑端的过程顺畅省力,外端限位板的存在保证了x向修正精确;侧限位板通过比较距离确定偏移侧,再驱动非偏移侧的侧限位板作为依据,保证了y向修正精确;且水平仪的电磁底座与卷扬机及牵引绳的连接,使得其装卸均方便可靠;且主控制器、两压力传感器、各个千斤顶和电动机的连接,使得上述方法完全脱离人工,自动化和智能化程度高,工作过程连续、精准、可靠。

综上,上述方法,解决了行业内一直渴望解决却无法解决的大型悬挑式钢梁悬挑端的修正问题,且修正过程也简单方便顺畅快捷。且上述方法,为增强自动化和智能化,付出了整体体积和自重增大的代价,故作为弥补,设置了横向轨道和小车,便捷其移动。况且,上述方法,是先修正悬挑端的各种误差,使得悬挑端对齐对准后再焊接悬挑钢梁的,在焊接过程中,该矫正装置始终支撑在悬挑梁底部,使得整个悬挑钢梁内外端均搁置稳定,这就降低了后续焊接的操作难度,进一步降低了施工误差的概率,保证焊接施工的效果。

附图说明

图1是将悬挑钢梁安装在钢立柱上的结构示意图。

图2是本发明悬挑钢梁的全自动矫正装置的爆炸结构示意图。

图3是本发明悬挑钢梁的全自动矫正装置的结构示意图。

图4是本发明悬挑钢梁的全自动矫正装置的顶头的侧剖视结构示意图。

图中所示1、支撑架,2、z向千斤顶,3、顶头,4、x向千斤顶,5、y向千斤顶,6、悬挑钢梁,7、x向滚轮,8、y向滚轮,9、第一电动机,10、第二电动机,11、联动轴,12、钢架单元,13、轴座,14、外端限位板,15、蜗杆,16、侧限位板,17、涡轮,18、限位气缸,19、距离传感器,20、桅杆,21、卷扬机,22、吊梁,23、定滑轮,24、电磁座,25、水平仪,26、轨道,27、钢牛腿,28、钢立柱,29、小车。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示,本发明悬挑钢梁的全自动矫正装置,它包括支撑架1、z向千斤顶2、顶头3和主控制器。支撑架1由多个钢架单元12上下螺接而成,每个单元包括四根立杆、四根上梁和四根下梁,上述的立杆、上梁和下梁构成正方体框架结构,该正方体框架的每个面上还设有一根连接斜梁。具体的说,四根上梁组成上方框,四根下梁组成下方框,四根立柱位于四角连接上下两个方框。每个方框的四角设有带孔的凸耳,每个钢架单元12的上方框和上一个钢架单元12的下方框经凸耳螺接。

z向千斤顶2的固定件固定在支撑架1顶部,具体的说,z向千斤顶2的固定件与最上层钢架单元12上方框的凸耳螺接。

z向千斤顶2的托座与顶头3底板固定,顶头3为中空的矩形壳体。x向千斤顶4和y向千斤顶5均位于顶头3中空壳体内且x向千斤顶4和y向千斤顶5的固定件均固定在顶头3底板上。

x向千斤顶4的托座上可转动安装有用于支承悬挑钢梁6悬挑端的x向滚轮7,x向千斤顶4的托座上还设有用于驱动x向滚轮7的第一电动机9;y向千斤顶5的托座上可转动安装有用于支承悬挑钢梁6悬挑端的y向滚轮8;y向千斤顶5的托座上还设有用于驱动y向滚轮8的第二电动机10。x向滚轮7为一个而y向滚轮8为两个,三个滚轮成品字形三角分布;顶头3的顶板上贯通有三个供滚轮凸出顶头3的长孔;一个x向滚轮7和两个y向滚轮8均经各自对应的长孔凸出顶头3的顶板。

每个滚轮与对应的千斤顶托座的连接关系为,每个滚轮与一根联动轴11固定,每根联动轴11经一个轴座13固定在对应的千斤顶托座上,且每个滚轮与所在的托座相互抵靠。

每个滚轮与对应的电动机的连接关系为,电动机外壳也固定在该滚轮所在的千斤顶托架上,电动机输出轴设有蜗杆15,滚轮的联动轴11上固定有涡轮17,上述的涡轮17蜗杆15相互啮合。

顶头3的外端固定有用于限定悬挑钢梁6x向最外侧位置的外端限位板14,外端限位板14高于顶头3的顶板。外端限位板14设有第一压力传感器

顶头3的左右两侧分别设有两个y向限位气缸18,每个限位气缸18的缸体经一个连接架与顶头3的一个侧面固定。每个限位气缸18的活塞杆上设有一侧限位板16,当活塞杆伸出到最大行程时侧限位板16与顶头3的同一侧的侧面平齐,每个侧限位板16上设有一个距离传感器19和一个第二压力传感器。

顶头3的外端限位板14上设有桅杆20和卷扬机21,桅杆20顶部设有横向的吊梁22,吊梁22内外两端各设一个定滑轮23,卷扬机21的牵引绳绕过吊梁22的两定滑轮23后与一个电磁座24连接,电磁座24上设有水平仪25。该电磁座24附带连接有电池和通断开关,该通断开关与主控制器信号连接。上述的吊梁22可采用自动伸缩式,伸缩的目标是腾出空间,便于悬挑钢梁6的悬挑端搁置在顶头3上。所述的伸缩可以是搭配伸缩气缸或搭配滚珠丝杠副,等。

主控制器优选PLC芯片,三个千斤顶、三个滚轮对应的三个电动机、三个压力传感器和一个水平仪25均与主控制器信号连接。

该矫正装置还包括一条y向轨道26,轨道26滑动配合有小车29,支撑架1底端固定在小车29上。在每个悬挑钢梁6悬挑端的下方设有对小车29定位的插销式锁紧装置。也就是说,小车29上设有销孔,而轨道26上设有过孔,插销由过孔插入销孔以锁紧小车29。

当然,考虑到小车29需要承担的巨大重量,型钢轨道26难以承受,所以小车29可以直接搁置在地面或楼板上,轨道26为两根相背的槽钢,其作用一是夹在小车29两侧防止其跑偏,且每根槽钢的下翼缘板经地脚螺栓与地面或楼板固定,而槽钢的腹板则设过孔供插销定位小车29。

利用本发明的悬挑钢梁的全自动矫正装置来施工悬挑钢梁的方法,其步骤如下。

a、在钢立柱28顶部固定钢牛腿27,即将钢牛腿27的竖面与钢立柱28一个侧面的顶部焊接。

再利用小车29沿轨道26将矫正装置移动到需要安装的悬挑钢梁6的悬挑端的预定位置下方并用插销将小车29锁紧定位,且使得顶头3的高度低于钢牛腿27,用吊机将悬挑钢梁6吊起,并将悬挑钢梁6的内端也就是焊接端搁置在钢牛腿27上,且将悬挑钢梁6的悬挑端搁置在顶头3上;由于顶头3低于钢牛腿27,故悬挑端下垂。

b、主控制器驱动顶头3处的卷扬机21,使得牵引绳将电磁座24及水平仪25下放至悬挑钢梁6顶面,对电磁座24通电,使得电磁座24吸附在悬挑钢梁6顶面,完成水平仪25的安装。

c、主控制器驱动z向千斤顶2,使得顶头3抬升悬挑钢梁6的悬挑端,直至悬挑钢梁6的水平仪25向主控制器报水平;此刻,一个x向滚轮7和两个y向滚轮8均与悬挑钢梁6的悬挑端抵靠;悬挑端完成z向的修正。

d、主控制器驱动x向千斤顶4,带动x向滚轮7下沉与悬挑钢梁6脱离,此时,悬挑钢梁6的悬挑端仅与两个y向滚轮8抵靠,且悬挑钢梁6的悬挑端难免沿着y方向的左侧或右侧偏移,两侧的两侧限位板16的两个距离传感器19会测量与悬挑端的距离,并发送给主控制器,主控制器判断出距离较大的一侧为非偏移侧,并驱动非偏移侧的限位气缸18,使得该侧的限位气缸18的侧限位板16与顶头3同侧也就是非偏移侧的侧面平齐以作为校正的基准面,随后驱动y向千斤顶5上与y向滚轮8对应的电动机,经蜗杆15和涡轮17带动y向滚轮8旋转,进而带动悬挑钢梁6的悬挑端向非偏移侧摆动,直至悬挑端与非偏移侧的侧限位板16抵靠,非偏移侧的侧限位板16上的第二压力传感器受压,将结果反馈给主控制器,促使主控制器关闭y向滚轮8的电动机;悬挑端完成y向的修正。

e、复位x向千斤顶4,使x向滚轮7上升并与悬挑端重新抵靠,再驱动y向千斤顶5下降,使y向滚轮8与悬挑钢梁6脱离,此时,悬挑钢梁6的悬挑端仅与x向滚轮7抵靠,主控制器驱动x向千斤顶4上的电动机,经蜗杆15和涡轮17带动x向滚轮7旋转,进而带动悬挑钢梁6的悬挑端向外移动,直至悬挑端与外端限位板14抵靠,外端限位板14上的第一压力传感器受压,将结果反馈给主控制,促使主控制器关闭x向滚轮7的电动机;悬挑端完成x向的修正。

e、将悬挑端修正完成后的悬挑钢梁6的内端与钢牛腿27焊接固定;经过修正后,悬挑钢梁6内端可能与钢牛腿27的顶面不再水平,甚至悬挑钢梁6内端与钢立柱28都不再抵靠,但只需要将钢牛腿27与悬挑钢梁6之间,以及悬挑钢梁6与钢立柱28之间加设垫块,再焊接即可。

f、主控制器对电磁座24断电,使得电磁座24与悬挑钢梁6不再吸附,反向驱动卷扬机21,完成水平仪25与悬挑钢梁6的脱离,下降z向千斤顶2,驱动小车29向下一个悬挑钢梁6的安装位置移动。

再多了解一些
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