一种无竖八字型可调整式预制沉箱芯模及预制方法

本发明涉及机械和液压技术领域，尤其是一种无竖八字型可调整式预制沉箱芯模及预制方法。

背景技术：

在各种工程建设中，重力式沉箱是码头工程建设中一种常用的设备，沉箱在浇筑过程中，需要使用沉箱芯模。现有技术中，沉箱内仓格的模板往往是采用散装模板，在仓格内设置支撑系统，完成模板的架立成形后浇筑混凝土，这种施工方法的缺点是：撑模过程繁琐；在浇筑混凝土后，需要通过人工将模板分离，再将模板诸块取出，这样使用模板的拆除工作进展缓慢，而且工人的安全也不能得到很好地保证；至于芯模底板的定位，一般都是采用人工校正，其过程繁琐，而且难以保证定位的精度。

然而，国内现存的自动收缩式内模板虽然可以实现自动化，如申请号为2017207827298的专利，模板采用竖八字，结构复杂，加工难度大，拆装不方便；模板运动时，虽有两个自由度，但控制难度大，运动精度低；在吊装过程中，需要有人观察芯模位置，对位置进行实时校正，定位精度低。

因此，需研发一种结构简单，效率高，精度高的自动收缩式内模板结构。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种无竖八字型可调整式预制沉箱芯模及预制方法，用于沉箱预制的自动收缩式无竖八字形内模板结构，该自动收缩式内模板结构简单，运动同步和定位精度高，拆装均较为方便，且工作效率高，同时给操作人员的安全提供了保障。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种无竖八字型可调整式预制沉箱芯模，包括设置在芯模四周的4片组合钢模板、设置在芯模底端的底板、设置在底板上端的井字架、液压系统、采集系统以及控制系统，所述芯模还包括设置在相邻组合钢模板之间的挡板；所述组合钢模板为无竖八字型钢架结构；所述井字架上设置与组合钢模板上的钢架结构相连接的若干个液压缸一，所述液压缸一活塞杆伸缩带动组合钢模板移动，用于调整芯模与外模板的位置；所述底板上部的两侧嵌有固定芯模的液压墙栓，底板下部的另两侧嵌有调整芯模位姿的调整机构。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述底板为正方形结构，包括上底板和下底板，所述上底板的左右两侧各嵌有2个由1个液压缸二驱动的液压墙栓。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述下底板的前后两侧各设置有1个调整机构；所述调整机构包括液压缸三、固定安装在液压缸三活塞杆上的连杆一、与连杆一垂直固定连接的连杆二、垂直设置在连杆二两端的支撑杆以及安装在支撑杆内的万向球。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述采集系统包括分别设置在各个液压缸一、液压缸二、液压缸三的活塞杆上的位移传感器和分别设置在各进油管和回油管上的压力传感器以及设置在下底板底端的激光测距装置。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述井字架上共设置16个液压缸一，其中在井字架的上部四个角各设置2个，在井字架的下部四个角各设置2个。

本发明技术方案的进一步改进在于：在各液压缸一旁边还设置能够确保液压缸一的活塞杆沿直线运动的导向装置。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述组合钢模板的两端设置供挡板插入的凹槽。

一种无竖八字型可调整式预制沉箱芯模的预制方法，包括以下步骤：

步骤1、采用吊车将芯模水平吊放至仓格内，设置在底板上的调整机构在液压缸三的驱动下伸出，提供力和力偶，对芯模位姿进行动态调整，万向球沿着仓格内壁滚动，起到从动调整位姿的作用，随着芯模的水平下降，朝向地面的激光测距装置实时监控芯模位置，待芯模底面与参考面距离达到设定值时，液压缸二驱动液压墙栓自动弹出，伸入仓格的预留墙栓孔内；

步骤2、开始工作时，液压缸一的活塞杆运动并推动组合钢模板向外滑动，当设置在液压缸一活塞杆上的位移传感器检测组合钢模板移动至目标位置，依靠液压锁紧装置进行锁紧，随后使用楔子背紧，人工放置4个挡板，然后开始浇筑混凝土；

步骤3、浇筑混凝土完成后，待砼强度满足拆模要求时，解锁导向装置，首先将楔子松开，使芯模和混凝土离开，然后16个液压缸一同时动作将组合钢模板回拉至指定位置，完成芯模的回收，最后2个液压缸二动作收回液压墙栓，使用吊车吊起芯模并移出。

本发明技术方案的进一步改进在于：若芯模运动过程中触碰障碍物，压力传感器检测液压缸回油腔压力升高，且位移传感器检测芯模未运动至目标位置，溢流阀自动卸荷，实现遇阻保护。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

1、本发明是为满足无竖八字芯模定位直立往复运动而设计，能够替代人工张紧器实现芯模归位功能，且可适应模板滑动时顶部、底部阻力不同的工况；采用液压系统与导向装置相结合的方式，能够实现无竖八字模板按照指定的运动同步和定位精度进行直立往返移动。

2、本发明通过在下底板的两侧设置调整机构，调整机构的末端装配万向球，能够实现底板小幅度旋转，用于调整芯模位姿，从而替代了手动扭转调整底板位姿的情况。

3、本发明通过在上底板的另两侧嵌有液压墙栓，用于固定芯模，能够实现芯模的自动固定。

4、本发明在底板底端装有激光测距装置，使芯模具有空中定位功能，在水平吊装过程中，通过对底板与仓格底面距离的监控，来判断芯模的位置，底部距离达到设定值，底板墙栓自动弹出，并伸入到预留墙栓孔。

5、本发明采用四片组合无竖八字形钢架模板拼装成整体式结构，吊装方便，模板结构简单，加工方便，收放过程简单。

6、本发明采用液压驱动，液压缸出力大；采用电气控制，通过控制机械装置完成芯模的往复运动，实现了模板作业的机电液一体化。

7、本发明采用plc控制的电气系统，通过plc对比例阀控制，可以实现对液压缸位置准确控制，可以保障模板和调整机构的平行度，而且plc具有通用性强、便于维护的优点。

8、本发明采用位移传感器和压力传感器相结合，可实时检测模板的位置，且当模板触碰障碍物时自动停止，能够有效的保护芯模。

9、本发明采用机械系统安全性设计、驱动系统安全保护、控制系统硬件保护和软件保护等多层安全保护策略，能够实现对液压模板系统的安全保护，保证模板安全可靠工作。

附图说明

图1是本发明的平面结构示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是本发明底板的平面视图；

图4是本发明底板的正视图；

图5是本发明调整机构结构示意图；

图6是本发明中液压系统示意图；

图7是本发明中导向装置结构示意图；

其中，1、挡板，2、液压缸一，3、井字架，4、组合钢模板，5、钢架结构，6、爬梯，7、斜支撑，8、底板，9、万向球，10、调整机构，11、液压墙栓，12、激光测距装置，13、上底板，14、下底板，15、连杆一、16、连杆二，17、蓄能器，18、单向阀，19、溢流阀，20、风冷却器，21、过滤器，22、油箱，23、电动机，24、液位温度计，25、联轴器，26、常开截止阀，27、液压泵，28、压力表，29、常闭截止阀，30、三位四通伺服阀，31、位移传感器、32、压力传感器，33、固定箱，34、伸缩杆，35、承压板、36、导向装置，37、液压锁紧装置。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：

需要说明的是，在本专利申请的描述中，术语“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

如图1-7所示，一种无竖八字型可调整式预制沉箱芯模，包括设置在芯模四周的4片组合钢模板4、设置在芯模底端的底板8、设置在底板8上端的井字架3、液压系统、采集系统以及控制系统；所述芯模还包括设置在相邻组合钢模板4之间的挡板1；所述组合钢模板4为无竖八字型钢架结构；所述井字架3上设置与组合钢模板4上的钢架结构5相连接的若干个液压缸一2，所述液压缸一2活塞杆伸缩带动组合钢模板4移动，用于调整芯模与外模板的位置；所述底板8的上端放置液压系统中的液压泵站，中部的两侧嵌有固定芯模的液压墙栓11，底部的另两侧嵌有调整芯模位姿的调整机构10。所述液压泵站为液压系统中的部分装置。

如图1、2所示，所述无竖八字型钢架结构，具体指的是钢架结构之间的连接方式为无竖八字型，此种结构连接简单方便。

如图3、4所示，所述底板8为正方形结构，包括上底板13和下底板14，所述上底板13的左右两侧各嵌有2个由1个液压缸二驱动的液压墙栓11；具体设置为1个液压缸二驱动一侧的2个液压墙栓11，另1个液压缸二驱动另一侧的2个液压墙栓11。

所述下底板14的前后两侧各设置有1个调整机构10；所述调整机构10包括液压缸三、固定安装在液压缸三活塞杆上的连杆一15、与连杆一15垂直固定连接的连杆二16、垂直设置在连杆二16两端的支撑杆以及安装在支撑杆内的万向球9。

具体的：所述调整机构10用于在吊装过程中对芯模的位姿进行动态调整，在底板8的下底板14的两侧各设置1组调整机构10，在底板8上共设置有两组调整机构10，每组调整机构中包含一个连杆一15与一个液压缸三，连杆一15与液压缸三固定相连，由液压缸三提供动力，连杆一15与连杆二16由两个螺钉固定连接；万向球9组件由支撑杆和万向球元件焊接，在连杆二16上对称分布，与连杆二16同样为双螺钉固定连接。

所述采集系统包括分别设置在各个液压缸一2、液压缸二、液压缸三的活塞杆上的位移传感器和分别设置在各进油管和回油管上的压力传感器以及设置在下底板14底端的激光测距装置12。

所述液压缸一2、所述液压缸二、所述液压缸三的规格型号可以选用统一型号，为了节省成本，也可以根据使用要求选用不同型号。

如图1、2所示，所述井字架3上共设置16个液压缸一2，其中在井字架3的上部四个角各设置2个，在井字架3的下部四个角各设置2个。液压缸一2的活塞杆与组合钢模板4上的钢架结构5固定连接，活塞杆伸缩带动组合钢模板4移动，即每片组合钢模板4由4个液压缸一2带动。所述井字架3固定设置在底板8的上端的中间位置，井字架3之间设置起加固作用的斜支撑7和横支撑，井字架3上还焊接有方便工人维修检查的爬梯6。所述液压缸一2的安装位置均与相对应连接的组合钢模板4相垂直。

如图6所示，所述液压系统包括蓄能器17、单向阀18、溢流阀19、风冷却器20、过滤器21、油箱22、电动机23、液位温度计24、联轴器25、常开截止阀26、液压泵27、压力表28、常闭截止阀29、三位四通伺服换向阀30；所述蓄能器17安装在单向阀18与三位四通伺服换向阀30之间；所述液压泵27通过常开截止阀26吸油，所述液压泵27通过联轴器25与电动机23连接，所述液压泵27输出的高压油流经单向阀18连接三位四通伺服换向阀30和液压缸，该部分为系统的主油路；所述压力表28安装在系统的主油路上；所述溢流阀19、风冷却器20和过滤器21分别并联在液压泵27的出口处；所述油箱22通过进出油管与系统连接，所述液位温度计24和常闭截止阀29安装在油箱22上。

如图1所示，在各液压缸一2旁边设置能够确保液压缸一2的活塞杆沿直线运动的导向装置36；如图7所示，所述导向装置36包括从左到右依次设置的固定箱33、伸缩杆34和承压板35，每个液压缸一的旁边各安装1个，左端固定箱33与井字架3固定相连，中间伸缩杆34与右端承压板35固定相连并可以和左端固定箱33发生相对运动，右端承压板35与组合钢模板4的钢架结构5固连，伸缩杆34随着液压缸一2运动，此时起到导向作用；当组合钢模板4到达指定位置，伸缩杆34依靠左端固定箱33内的机械结构锁紧，此时起到锁紧作用。所述导向装置36的运动过程就像液压缸一2的工作过程，所述固定箱33上有插销孔，当芯模到达指定位置时，需要人工把插销插上来固定，这个过程和放楔子一起进行。

图6是每片组合钢模板4的液压系统，包括4个液压缸一2；每个液压缸一2均设置1套液压锁紧装置37，所述液压锁紧装置37由两个单向阀18组成，在液压系统卸荷后，芯模依靠液压锁紧装置37顶紧，使用液压系统中的蓄能器17保压。液压缸二和液压缸三的液压系统图同理，各液压缸二和各液压缸三均设置液压锁紧装置37。

如图1所示，所述组合钢模板4的两端设置供挡板1插入的凹槽。当组合钢模板4移动到指定位置时，将挡板1放置于两个相邻组合钢模板4之间，防止浇筑时混凝土渗入芯模内部。

所述控制系统包括plc、液压系统中的控制元件等；通过plc控制液压系统中的控制阀来为液压系统提供动力，从而控制组合钢模板4、调整机构10、液压墙栓11的运动状态，在采集系统中有压力传感器32采集液压系统中的压力值，作为执行机构的各个液压缸上有位移传感器31采集各个液压缸的位移值，激光测距装置12实时监控芯模高度，采集系统的采集信号作为输入信号输入到plc中，控制着整个机械系统的运动状态。

一种无竖八字型可调整式预制沉箱芯模的预制方法，包括以下步骤：

步骤1、采用吊车将芯模水平吊放至仓格内，设置在底板8上的调整机构10在液压缸三的驱动下伸出，提供力和力偶，对芯模位姿进行动态调整，万向球9沿着仓格内壁滚动，起到从动调整位姿的作用，随着芯模的水平下降，朝向地面的激光测距装置12实时监控芯模位置，待芯模底面与参考面距离达到设定值时，液压缸二驱动液压墙栓11自动弹出，伸入仓格的预留墙栓孔内；

步骤2、开始工作时，液压缸一2的活塞杆运动并推动组合钢模板4向外滑动，当设置在液压缸一2活塞杆上的位移传感器检测组合钢模板4移动至目标位置，依靠液压锁紧装置37进行锁紧，随后使用楔子背紧，人工放置4个挡板1，然后开始浇筑混凝土；

步骤3、浇筑混凝土完成后，待砼强度满足拆模要求时，解锁导向装置，首先将楔子松开，使芯模和混凝土离开，然后16个液压缸一2同时动作将组合钢模板4回拉至指定位置，完成芯模的回收，最后2个液压缸二动作收回液压墙栓11，使用吊车吊起芯模并移出。

若芯模运动过程中触碰障碍物，压力传感器32检测各液压缸回油腔压力升高，且位移传感器31检测芯模未运动至目标位置，溢流阀19自动卸荷，实现遇阻保护。

综上所述，本发明为一种自动收缩式内模板，结构简单，运动同步和定位精度高，拆装均较为方便，且工作效率高，同时给操作人员的安全提供了保障。

以上所述的实施仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。