用于合模机的螺母旋拧单元及合模机的制作方法

本发明涉及一种管桩加工设备。

背景技术：

管桩主要用于建筑领域，其由圆形的水泥本体和水泥本体中的钢筋网构成。现有制作管桩的方法是采用两个截面为半圆形的管桩模具(简称管模)，将钢筋网放置于下管模内，再往下管模内灌入水泥，将上管模盖合到下管模上，上下管模间用螺栓固定好，然后采用离心机转动管模，使管桩离心成型于管模内，随后拆卸螺栓进行脱模，揭开上管模，取出管桩。

如图1所示，该管模1包括上下合拢的上管模11和下管模12，该上管模11和下管模12的两侧均设有一径向凸起的凸缘13，凸缘13上间隔设有凹口14，每个螺栓15穿过该凹口14，通过旋紧螺母17夹紧凸缘13以将上管模11和下管模12固定。通常，该螺栓15通过一铰接轴16与下管模12铰接，螺栓上旋有螺母17。合模时，将螺栓15向上翻转180度，置于凹口14中，然后利用风炮将螺母17旋紧。脱模时，则首先用风炮将螺母17旋松，然后将螺栓15以铰接轴16为支点向下翻转180度，使螺栓15由凹口14中脱出，最后将上管模11揭开，取出管桩。

现有技术中，通常采用风炮对螺母进行旋拧，但螺栓不一定处于严格的竖直方向，其中心轴可能与竖直方向有一定倾斜角度，风炮旋拧螺母使其相对于螺栓向上或向下的移动过程中会出现卡顿或卡死的情况。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种用于合模机的螺母旋拧单元，以解决上述问题中的至少一个。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于合模机的螺母旋拧单元，包括：

固定于合模机框架上的旋拧升降装置；

能够由旋拧升降装置驱动在y向运动的旋拧支架；

设于旋拧支架上的浮动装置，其包括移动组件和弹性复位部件；以及设于浮动装置上的旋拧机构；

上述部件配置成，当旋拧机构工作时受到反作用力，能够通过移动组件在xz平面上产生偏移，且能够通过弹性复位部件恢复到初始位置。

本发明的螺母旋拧单元，通过设置移动组件和弹性复位部件，能够在螺栓倾斜的情况下防止旋拧机构卡顿、卡死。其中，移动组件的作用是使旋拧机构在工作过程中遭遇来自螺母或螺栓等反作用力时，可以在xz平面上产生一定偏移，使其位置更灵活，减少卡顿、卡死的情况。弹性复位部件的作用是在旋拧机构相对于其初始位置产生偏移后，使其能够回复到初始位置，这样一来，在旋拧机构旋拧螺母使其相对于螺栓向上或向下的移动过程中，弹性复位部件可逐渐使旋拧机构复位至居中位置，同时，通过旋拧机构带动螺栓，可将螺栓逐渐扶正至竖直位置，上下运动更为顺畅，避免了螺栓和旋拧机构相互形成夹角以致卡顿或卡死的情况。

在一些实施方式中，移动组件包括：

x向移动组件，其配置成，当所述旋拧机构受到x向的反作用力时，能够通过所述x向移动组件实现x向偏移；以及

z向移动组件，其配置成，当所述旋拧机构受到z向的反作用力时，能够通过所述z向移动组件实现z向偏移。

由此，分别通过x向和z向的移动组件，实现旋拧机构在xz平面上沿两个相互垂直的方向的偏移。

在一些实施方式中，z向移动组件包括：

至少两条z向导轨，其一端固定在旋拧支架上，其另一端形成延伸端；

滑动地设置于z向导轨上的z向滑块；

x向移动组件包括：

两端分别地固定在z向滑块上的x向导轨；以及

滑动地设置于x向导轨上的x向滑块；

旋拧机构设置于x向滑块上。

由此，通过x向和z向的导轨、滑块和限位块结构，实现旋拧机构在x向和z向的偏移效果，其结构简单、工作效果稳定。

在一些实施方式中，z向移动组件还包括用于支撑每条z向导轨的z向支撑架，z向支撑架上形成有至少一支撑肋，支撑肋的一端与旋拧支架固定，其另一端与z向导轨的延伸端固定。由此，能够对z向导轨的延伸端进行支撑，防止其摇晃摆动。

在一些实施方式中，z向滑块为一框型支架，框型支架的两端形成与z向导轨滑动连接的耳部，x向导轨固定在框型支架内部。由此，移动组件的结构更为简单稳定。

在一些实施方式中，弹性复位部件包括套设在z向导轨上的z向复位弹簧，以使得z向滑块在偏移后能够复位至初始位置。由此，通过弹簧结构实现z向复位功能，结构简单、工作效果稳定。

在一些实施方式中，弹性复位部件包括套设在x向导轨上的x向复位弹簧，以使得x向滑块在偏移后能够复位至初始位置。由此，通过弹簧结构实现x向复位功能，结构简单、工作效果稳定。

在一些实施方式中，还包括缓冲装置，旋拧支架通过缓冲装置与旋拧升降装置相关联；

上述部件配置成，当旋拧支架由旋拧升降装置驱动向下运动并承受向上的反作用力时，缓冲装置能够为旋拧支架和旋拧升降装置之间提供缓冲。

由此，在旋拧支架向下移动以使旋拧机构对螺母进行装拆的过程中，当旋拧机构的底端抵在螺栓、螺母或其他结构上，受到其施加的向上的反作用力时，该缓冲装置可防止旋拧机构通过旋拧支架将反作用力的冲击直接传递到旋拧升降装置上，损坏旋拧升降装置。

在一些实施方式中，缓冲装置包括：

与所述旋拧升降装置的输出部件相固定的连接板；

分别穿过所述连接板两端并可相对于所述连接板滑动的两个y向弹簧轴，所述y向弹簧轴的底端与所述旋拧支架固定；

固定在所述y向弹簧轴顶端以防止所述y向弹簧轴脱出所述连接板的限位螺母；

套设在每个所述y向弹簧轴上并位于所述连接板与所述旋拧支架之间的缓冲弹簧。

由此，当旋拧机构需要上升时，旋拧升降装置依次带动连接板、y向弹簧轴和旋拧支架上升，带动其上升；当旋拧机构需要下降时，旋拧升降装置带动连接板下降，旋拧支架由于重力作用压在连接板上，可随连接板下降，当旋拧支架上的旋拧机构受到向上的反作用力时，其带动y向弹簧轴向上移动，并压缩缓冲弹簧，缓冲弹簧对反作用力进行吸收，由于y向弹簧轴直接穿过连接板向上运动，连接板仅受到缓冲弹簧缓冲后的向上作用力，避免了反作用力的冲击直接通过连接板传到旋拧升降装置上以造成损坏。该缓冲装置的结构简单、工作效果稳定。

本发明还提供一种合模机，其包括上述任一项的螺母旋拧单元。该合模机，通过设置一螺母旋拧单元，该螺母旋拧单元设有移动组件和弹性复位部件，能够在螺栓倾斜的情况下防止旋拧机构卡顿、卡死。

附图说明

图1为现有技术的管模的示意图；

图2为本发明实施例一的合模机的结构框图；

图3为实施例一的合模机的结构示意图；

图4显示了实施例一的外框架和三维移动单元的配合示意图；

图5为从图4的背侧观察的结构示意图；

图6为实施例一的装配了内框架、螺母旋拧单元和螺栓翻转单元的结构示意图；

图7为实施例一的一组内框架、螺母旋拧单元和螺栓翻转单元的结构示意图；

图8为图7中a处的放大图；

图9为图7的侧面示意图；

图10为图9中b处的放大图；

图11为从图7的背侧观察的示意图；

图12为本发明实施例二的装配了内框架、螺母旋拧单元和螺栓翻转单元的结构示意图；

图13为实施例二的一组内框架、螺母旋拧单元和螺栓翻转单元的结构示意图；

图14为图13的c处的放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

本发明的合模机可以单独作为合模机或拆模机使用，也可以作为合模拆模一体机使用。

参考图1和3，在本发明中，x向是指管模长度的方向，也是管模运输线路的方向；y向是指竖直方向；z向是指管模宽度的方向；上述三个方向相互垂直并共同构成三维移动方向。

实施例一

图2示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的合模机的结构框图，图3为合模机的结构示意图。如图所示，该合模机包括行走单元2、外框架3、三维移动单元、内框架5、螺母旋拧单元6和螺栓翻转单元7。另外，还可设置一路轨，该路轨沿x方向设置在管模运输线路的两侧，该合模机安装在路轨上，可沿路轨移动。

合模机的整体结构

如图3所示，该外框架3大致为一长方形对称结构，其跨设在管模运输线路上，其中部的空间用于安置管模。

如图6所示，该行走单元2包括行走驱动装置21和行走制动装置22，该行走驱动装置21用于驱动外框架3在路轨上移动，该行走制动装置22用于实现外框架3的制动。

该三维移动单元有两组，分别安装在外框架的两侧(图6所示为合模机的其中一侧)，每组三维移动单元上安装两个内框架5，该两个内框架5共用y向移动装置41和z向移动装置43，而分别使用两个独立的x向移动装置44。该三维移动单元还包括与该y向移动装置41相配合的y向锁紧装置42，为了更清晰地示意，图4显示了外框架和三维移动单元的配合示意图，而图5为图4的背侧观察的示意图。

如图4-5所示，该y向移动装置41为涡轮丝杆升降机，其安装在外框架3上方。该y向锁紧装置42可以对高度位置进行锁紧，以避免涡轮丝杆升降机的电机长期受力。

该z向移动装置43为丝杆驱动装置，其安装在y向移动装置41上，可由y向移动装置41驱动而沿y方向上下移动。该x向移动装置44为丝杆驱动装置，其安装在z向移动装置43上，可由z向移动装置43驱动而沿z方向前后移动。

该x向移动装置44有两个，每个内框架5与一个独立的x向移动装置一一对应安装。如图6-7所示，每个内框架5上安装有一个螺母旋拧单元6和一个螺栓翻转单元7，每个内框架5及螺母旋拧单元6和螺栓翻转单元7作为一个独立的加工单元，可分别对两个不同位置的螺栓进行处理，其数量可以灵活调整。该螺母旋拧单元6安装在内框架5的上部，该螺栓翻转单元安装在螺母旋拧单元6的下方。

以合模为例，合模机的整体工作过程如下：

步骤一，通过行走单元2沿x向移动外框架3，使其位于管模的一端。

步骤二，通过三维移动单元移动每个内框架5，使每个内框架5对应于管模上的一个凹口，从而使螺栓翻转单元7的y向、x向和z向的三维位置对应于凹口的位置，也使螺母旋拧单元6的风炮位于凹口的正上方。

步骤三，通过螺栓翻转单元7将螺栓向上翻转180度。

步骤四，通过螺母旋拧单元6将螺栓上的螺母向下旋紧。

步骤五，行走单元2驱动外框架3沿x向朝管模另一端的方向移动至下一加工位置；

循环执行上述步骤二至五，直至对管模上的所有螺栓完成翻转和旋拧固定工作。

脱模的工作过程与合模类似，仅需要变更一些工序的顺序和操作方向，因此不赘述。

该合模机通过三维移动单元调节内框架5的位置，同时令螺栓翻转单元7和螺母旋拧单元6对应于凹口位置；每个内框架5可以对应一个工位独立工作，一共四个内框架能够同时对四个螺栓进行装拆，行走单元2沿x向顺着管模移动，可快速对管模上的所有螺栓进行装拆。

在其他实施方式中，螺栓翻转单元7和螺母旋拧单元6也可以分别由一组三维移动单元驱动而调整位置；内框架5的数量可以根据需要变更。

螺母旋拧单元

如图7-11所示，该螺母旋拧单元包括导正装置66、旋拧升降装置61、旋拧支架63、旋拧机构65、浮动装置64和缓冲装置62，其中，旋拧升降装置61可驱动旋拧支架63上下运动，该缓冲装置62充当两者之间的缓冲，该旋拧机构65通过浮动装置64安装在旋拧支架63上，实现xz平面上的偏移以及对中复位，该导正装置66进一步确保旋拧机构65的对中复位效果。

如图7所示，该旋拧升降装置61包括旋拧升降驱动机构611和y向的旋拧升降导轨612，该旋拧升降驱动机构611具体为气缸，在其他实施方式中也可以是油缸、电机等其他驱动装置。该旋拧升降驱动机构611和旋拧升降导轨612固定在内框架上，该旋拧支架63可滑动地安装在旋拧升降导轨612上，并与旋拧升降驱动机构611的活塞杆相关联，由其驱动而在旋拧升降导轨612沿y向移动。

如图11所示，该缓冲装置62连接于旋拧升降驱动机构611的活塞杆与旋拧支架63之间，其作用是单向缓冲，即对向上的冲击进行缓冲。具体地，在旋拧支架63向下移动以使旋拧机构65对螺母进行装拆的过程中，当旋拧机构65的底端抵在螺栓、螺母或其他结构上，受到其施加的向上的反作用力时，该缓冲装置62可防止旋拧机构65通过旋拧支架63将反作用力的冲击直接传递到旋拧升降驱动机构611上，损坏旋拧升降驱动机构。

该缓冲装置62具体包括连接杆621、缓冲弹簧622、弹簧套623和承托件625，该弹簧套623和承托件625可以是螺母。该连接杆621的第一端与旋拧升降驱动机构611的活塞杆(即旋拧升降装置61的输出部件)固接，其第二端穿过旋拧支架63。该承托件625固定在连接杆621的第二端上。该缓冲弹簧622套设在连接杆621上。该弹簧套623套设在缓冲弹簧622的顶端处，将缓冲弹簧622的顶端压紧固定在连接杆621上，使缓冲弹簧622的第一端可以由连接杆621带动上下运动，而缓冲弹簧622的其他部分仍然可以相对连接杆621上下滑动。该旋拧支架63能够在连接杆621上运动，且位于缓冲弹簧622的尾端和承托件625之间，在自然状态下，旋拧支架63由于自身重力压在承托件625上，由承托件625承托。

当旋拧支架63需要下降时，旋拧升降驱动机构611驱动连接杆621下降，旋拧支架63由于重力作用压在承托件625上，随承托件625下降，当旋拧支架63上的旋拧机构65受到向上的反作用力时，其沿连接杆621向上移动并压缩该缓冲弹簧622，以缓冲反作用力，避免直接冲击旋拧升降驱动机构611。当旋拧支架63需要上升时，旋拧升降驱动机构611驱动连接杆621上升，随连接杆621上升的承托件625将旋拧支架63托起，带动其上升。

该旋拧机构65具体为风炮，用于旋拧螺母，其通过浮动装置64安装在旋拧支架63上。

如图8和10所示，该浮动装置64设置在xz平面上，其包括移动组件和弹性复位部件，作用是在螺栓倾斜的情况下防止旋拧机构65卡顿、卡死。其中，移动组件的作用是使旋拧机构65在工作过程中遭遇来自螺母或螺栓等反作用力时，可以在xz平面上产生一定偏移，使其位置更灵活，减少卡顿、卡死的情况。弹性复位部件的作用是在旋拧机构65相对于其初始位置产生偏移后，使其能够回复到初始位置(本实施例中，该初始位置具体是居中位置)。

具体地，该移动组件包括x向移动组件和z向移动组件，在其他实施方式中，也可以仅设置两者其中之一，实现x向或z向偏移，或设置为其他方向的移动组件，只要能够允许旋拧机构65在xz平面上的至少一个方向产生偏移即可。该旋拧机构65安装在x向移动组件上，x向移动组件安装在z向移动组件上，z向移动组件安装在旋拧支架63上，在其他实施方式中，x向移动组件和z向移动组件的安装顺序也可以相反：该旋拧机构65安装在z向移动组件上，z向移动组件安装在x向移动组件上，x向移动组件安装在旋拧支架63上，但本实施例中采用前者。

该x向移动组件和z向移动组件都由一组导轨、滑块和限位块实现。其中，该z向移动组件包括两条z向导轨642、两个z向滑块644和两个z向限位块647，对应z向移动组件的弹性复位部件包括四根z向弹簧轴648和各自套设在该z向弹簧轴648上的四个z向复位弹簧646。该x向移动组件包括两根x向导轨641和一个x向滑块643，其限位块通过z向滑块644实现(或固定在z向滑块644上)，对应x向移动组件的弹性复位部件包括四根x向弹簧轴649和各自套设在该x向弹簧轴649上的四个x向复位弹簧645。

具体地，如图8所示，该旋拧机构65固定在x向滑块643上，该x向滑块643初始设置在x向导轨641的中点处并可沿其滑动，滑块x向导轨641的两端分别固定在两个z向滑块644上滑块滑块导轨滑块x向移动组件z向移动组件。该x向弹簧轴649和x向复位弹簧645分别连接在z向滑块644和x向滑块643之间，当x向滑块643在x向滑移后，可由x向复位弹簧645提供复位的弹力，推动其复位至x向导轨641中点。优选地，x向滑块643的两侧分别都设有x向复位弹簧645，两侧的x向复位弹簧645共同使x向滑块643置中，在其他实施方式中，也可以仅在一侧设置x向复位弹簧645。

如图10所示，该z向导轨642的一端固定在旋拧支架63上，其另一端形成延伸端。该z向滑块644初始设置在z向导轨642的中点处并可沿其滑动，该z向限位块647固定在z向导轨642的延伸端，该z向滑块644被限定在z向限位块647以及旋拧支架63之间滑动。该z向弹簧轴648和z向复位弹簧646分别连接在z向限位块647和z向滑块644之间、以及连接在z向滑块644与旋拧支架63之间，当z向滑块644在z向滑移后，可由z向复位弹簧646提供复位的弹力，推动其复位至z向导轨642的中点。优选地，z向滑块644的两侧分别都设有z向复位弹簧646，两侧的z向复位弹簧646共同使z向滑块644置中，在其他实施方式中，也可以仅在一侧设置z向复位弹簧646。

如图7所示，该导正装置66包括第一对中件和第二对中件，具体地，该第一对中件为定心套661，该第二对中件为导正锥662。该导正锥662为圆锥形状，其顶部的口径比底部的口径小，其固定在旋拧机构65的顶部。该定心套661为圆筒状，其固定在内框架上并位于旋拧机构65的初始位置(即x向导轨和z向导轨的中点)的正上方，当旋拧支架63上升时，导正锥662可伸入定心套661内，使旋拧机构65与定心套661对中，以复位至浮动装置64的居中位置。其作用是，当旋拧机构65在旋拧螺母的过程中，通过浮动装置64产生了偏移，而浮动装置64中的x向复位弹簧645和z向复位弹簧646的弹力不足以使旋拧机构65复位至中点，就在旋拧机构65完成旋拧螺母后上升回到初始位置时，通过导正锥662和定心套661对中，防止在下一次工作时偏移量过大而影响工作效果。

螺母旋拧的具体工作过程如下：

首先通过三维移动单元调整内框架的位置，使旋拧机构65位于螺栓的正上方。然后通过旋拧升降装置61带动旋拧支架63下降，使旋拧机构65从上方接近螺栓，其底端的套筒套设在螺母上。若螺栓具有倾斜，套设的时候可以使套筒旋转，以更好套设，这个过程中，旋拧机构65可通过x向移动组件和z向移动组件产生一定x向和z向偏移，来与螺母的位置相适应，同时x向复位弹簧645和z向复位弹簧646可实现一定的复位，将偏移程度控制在一定范围内。旋拧机构65继续将螺母向下旋紧或向上旋松。由于螺栓倾斜，旋拧机构65旋拧螺母使其相对于螺栓向上或向下的移动过程中，x向复位弹簧645和z向复位弹簧646可逐渐使旋拧机构65复位至居中位置，同时，通过旋拧机构65的套筒带动螺栓，可将螺栓逐渐扶正至竖直位置，上下运动更为顺畅，避免了螺栓和旋拧机构65相互形成夹角以致卡顿或卡死的情况在加工完成后，旋拧升降装置61通过旋拧支架63带动旋拧机构65向上移动复位，当其上升到最高位置时，其顶部的导正锥662伸入定心套661中，再次对中，以防止x向复位弹簧645和z向复位弹簧646并未将旋拧机构65完全复位。为了使旋拧机构65能够偏移，x向复位弹簧和z向复位弹簧不能选用过于过紧的弹簧，因此优选另外设置导正装置66，以进一步确保旋拧机构65完全复位，防止对下一次工作产生影响。

在其他实施方式中，该导正装置66也可以采用其他结构，第一对中件和第二对中件的形状可以变化，只要能够在其相互嵌合时实现对中的效果即可，另外，该第一对中件和第二对中件也可以颠倒，即定心套661固定在旋拧机构65上，导正锥662固定在内框架上并位于定心套661的上方；该浮动装置64可以是其他结构和形状，只要能够允许旋拧机构65在xz平面的至少一个方向上能够有一定自由移动的空间即可；该缓冲装置62也可以采用其他结构和形状，还可以采用液压缓冲器等缓冲设备，该缓冲装置的位置可以改变，例如设置在x向滑块上，旋拧机构设置通过缓冲装置与x向滑块关联，x向滑块随旋拧支架y向运动而带动旋拧机构65沿y向运动，并由缓冲装置实现x向滑块与旋拧机构65之间的缓冲；该三维移动单元可内置在内框架内，直接实现旋拧支架63的单独移动，其中，旋拧升降装置61可以与三维移动单元的y向移动装置整合，同时实现y向位置调整以及加工时旋拧机构65的y向升降功能。

实施例二

本实施例与实施例一大致相同，外框架以及三维移动单元的结构不变，螺母旋拧单元6存在区别，图12为装配了本实施例的螺母旋拧单元的合模机结构示意图。

如图13和14所示，该z向移动组件还包括用于支撑每条z向导轨642的z向支撑架649。该z向支撑架649为梯形框架，其底边部分固定在旋拧支架上，其顶边部分向外延伸，该z向导轨642的两端分别固定在梯形框架的底边和顶边处，该梯形框架的两腰形成支撑肋649，对z向导轨642向外的延伸端起到支撑的作用，防止其摇摆晃动。在其他实施方式中，该支撑架也可以是正方形、长方形，其上下两边形成支撑肋对z向导轨642的延伸端进行支撑，该支撑架也可是三角形；本实施例中，该支撑肋有上下两条，在其他实施方式中，也可以仅设置一条，只要对z向导轨642的延伸端形成支撑即可。

该z向滑块644为一框型支架，其两端形成与z向导轨642滑动连接的耳部6441，该x向导轨641固定在框型支架的内部。相对于实施例一，本实施例的框型支架的结构更为简洁。

该x向复位弹簧645和z向复位弹簧646分别直接套设在x向导轨641和z向导轨642上，不另设x向弹簧轴649和z向弹簧轴648，以简化设计。

如图13和14所示，该缓冲装置62包括连接板626、y向弹簧轴627、限位螺母628和缓冲弹簧622。该连接板626与旋拧升降驱动机构611的活塞杆固定。该y向弹簧轴627的顶端分别穿过连接板626的两端，并通过旋拧在顶端的限位螺母628与连接板626抵接，放置y向弹簧轴627向下脱出该连接板626。y向弹簧轴627的底端与旋拧支架63固定。该缓冲弹簧622分别套设在每个y向弹簧轴627上，并位于连接板626与旋拧支架63之间。

当旋拧升降驱动机构611驱动其活塞杆沿y向上升时，依次带动连接板626、y向弹簧轴627和旋拧支架63上升，以使得旋拧机构65上升；当旋拧升降驱动机构611驱动其活塞杆沿y向下降时，带动连接板626下降，旋拧支架63由于重力作用压在连接板626上，可随连接板626下降，当旋拧支架63上的旋拧机构65受到向上的反作用力时，其带动y向弹簧轴627向上移动，并压缩缓冲弹簧622，缓冲弹簧622对反作用力进行吸收，由于y向弹簧轴627直接穿过连接板626向上运动，连接板626仅受到缓冲弹簧622缓冲后的向上作用力，避免了反作用力的冲击直接通过连接板626传到旋拧升降驱动机构611上以造成损坏。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，或对上述技术方案进行自由组合，这些都属于本发明的保护范围。