专利名称：桩体扶正与纠偏系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海上风电设备安装设备，更具体地说，涉及一种桩体扶正与纠偏系统。
背景技术：
近年来，随着海上风电机组向高功率,大型化方向发展,海上风电基础桩的施工难度是越来越大，技术要求是越来越高，而且海上施工环境恶劣，没有高技术装备支持，是难以胜任的。根据海床地质的不同，海上风电机组的基础桩类型及尺寸变化多样，从直径I米多的多管桩到直径6 7米的单管桩，长度达40 60米，重量达700多吨，甚至更大，更长，打桩的精度要求在千分之四，甚至千分之二，对设备及施工提出了较高要求。专利号:ZL201120129170.1中，出现了国内第一个的全液压式打桩纠偏及扶正装置，但其最大纠偏力只有50吨，且位于甲板面，非双层结构，大大降低了纠偏能力和施工效率，将油缸等推力装置设于夹臂的上表面，占用了宝贵的施工空间，有改进的余地。而目本文要介绍的新一代打桩纠偏及扶正装置目前能适应打桩直径范围为2米至6米，且具有双层纠偏装置，每层可独立控制，其最大纠偏能力达100吨，纠偏方式可分为XY两向±1米范围的粗调及圆周面四点±150mm范围的精调。对于老一代的打桩纠偏辅助系统，单层作业，如遇船体作业水深浅或座滩作业时，桩体长50米，重心偏高，而位于甲板面的纠偏点偏低，根据杠杆原理，最大纠偏能力较小，纠偏作业效率偏低，难以实现大型钢桩打桩垂直度的需求，况且单层的纠偏设计也难于实现沉桩时的扶正导向功能。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种桩体扶正与纠偏系统，来解决现有技术中系统结构复杂、精度不高、不利于施工的问题。根据本发明，提供一种桩体扶正与纠偏系统，包括夹臂。夹臂包括大夹臂和小夹臂，大夹臂和小夹臂两段圆弧，一端为活动端，可活动地连接在夹套上，另一端为连接端，闭合环绕成一个扣住桩体的圆环。大夹臂和小夹臂上分别设置顶推系统，顶推系统的顶推方向朝向圆环的圆心。顶推系统的基座设置在大夹臂或小夹臂的圆弧上，基座上设置千斤顶，朝向圆心的方向，千斤顶的顶端设置撑杆，撑杆的顶部设置滚轮。根据本发明的一实施例，扶正系统包括垂直上下设置的两个夹臂，两个夹臂间用支腿连接。根据本发明的一实施例，大夹臂对应的圆弧为优弧，小夹臂对应的圆弧为劣弧。根据本发明的一实施例，大夹臂上设置3个顶推系统，小夹臂上设置I个顶推系统。根据本发明 的一实施例，大夹臂的连接端为公锁头，小夹臂的连接端为母锁头，公锁头和母锁头通过销轴固定，销轴连接纵锁油缸。
根据本发明的一实施例，大夹臂和夹套、小夹臂和夹套之间通过抱桩油缸连接。根据本发明的一实施例，夹套与伸缩臂相连接，伸缩臂的另一端与旋转臂相连接，旋转臂及伸缩臂的两侧设置主推油缸。根据本发明的一实施例，伸缩臂两侧设置侧推系统，且伸缩臂穿过侧推系统框架与夹套连接。侧推系统与伸缩臂垂直。根据本发明的一实施例，侧推系统上设置操作台，位于伸缩臂上方。根据本发明的一实施例，前支腿末端设置前基座，旋转臂的末端设置后基座，支腿包括前支腿和后支腿，前支腿与前基座相连接，后支腿与后基座相连接。根据本发明的一实施例，顶推系统最大伸展位置与圆心的距离为2 6米。根据本发明的一实施例，大夹臂、小夹臂形成的闭合圆的圆心可以活动的范围即最大的纠偏范围是XY两向±1米。采用了本发明的技术方案，能够改变现有的复杂结构，尤其是使推进结构安装在大、小夹臂内部，精简了整体的系统结构，并且上下两侧夹臂的结构能够有效增加纠偏作用力矩，同时可形成扶正导向框架结构，可实现严格控制钢桩初始入泥的垂直度，重而实现不同水深，不同长度钢桩的沉桩扶正与打桩纠偏功能。
在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中:图1是本发明桩体扶正与纠偏系统的俯视
图2是本发明桩体扶正与纠偏系统的侧视图；图3是顶推系统的结构示意图；图4A和图4B是公锁头和母锁头的结构示意图；图5是本发明桩体扶正系统的使用示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。参照图1和图2，本发明将夹臂设为上下两层，每层均可独立操作，每层均由旋转臂17，伸缩臂14夹套7及大、小夹臂组成。旋转臂17可绕后支腿18铰点转动。两层间距一定距离，下层位于主甲板面，从而可有效增加纠偏作用力矩，同时可形成扶正导向框架结构，可实现严格控制钢桩初始入泥的垂直度，钢桩入泥后打桩过程中出现偏斜，也可通过油缸对钢桩的垂直度进行纠正。重而实现不同水深，不同长度钢桩的沉桩扶正与打桩纠偏功倉泛。夹臂包括大夹臂I和小夹臂5，大夹臂I和小夹臂5两段圆弧，一端为活动端，可活动地连接在夹套7上，另一端为连接端，闭合环绕成一个扣住桩体的圆环。大夹臂1、小夹臂5均可绕夹套7上的连接轴旋转，从而实现夹臂的展开和闭合。大夹臂I和小夹臂5上分别设置顶推系统2。为了适应大吨位大直径钢桩的沉桩作业,化解起重机对大吨位大直径构件吊重回转半径的不足而造成构件离舷侧较近容易碰撞的安全隐患，夹臂设计成左右非对称形式，呈一长一短配置，大夹臂I对应的圆弧为优弧，小夹臂5对应的圆弧为劣弧。可有效解决起重机回转半径不足的矛盾，也能有效避免桩体与船舷的碰撞，实现正常的吊桩及打桩纠偏操作。如图3所示，本发明改进了原来的通过控制抱桩油缸6行程及增加抱桩油缸6数量的方式，转而采用外围固定框结构，将夹臂两侧做成一个整体，提高了夹臂的整体刚度及强度，通过更换不同长度的水平撑杆23，可实现直径2 6米的钢桩扶正与纠偏，且操作方便。老一代的打桩纠偏系统的手动千斤顶直接位于夹臂上表面，使原本紧张工作面杂乱不堪，更影响操作人员安全。本发明将千斤顶更换为电动高压千斤顶13，使其嵌入于夹臂内部，腾出夹臂表面的宝贵施工空间，两侧均设置扶手，确保操作人员安全，而且提高了自动化程度，只需远程遥控，提高了施工安全系数和作业效率。大、小夹臂5内嵌有4套均匀分布的顶推系统2，电动千斤顶13嵌于其内，配合水平撑杆23和端部滚轮21 ，可直接将纠偏力施加于钢桩外侧。大夹臂I上设置3个顶推系统2，小夹臂5上设置I个顶推系统2。顶推系统2最大伸展位置与圆心的距离为2 6米。相比于老一代的扶正与纠偏系统，要实现直径2米 6米大范围的打桩作业，不同直径钢桩通过4个顶推系统2配合不同长度的撑杆23得以实现。顶推系统2内部由电动千斤顶13，基座20，撑杆23及滚轮21组成。顶推系统2的顶推方向朝向圆环的圆心。顶推系统2的基座20设置在大夹臂I或小夹臂5的圆弧上，基座20上设置千斤顶13，朝向圆心的方向，千斤顶13的顶端设置撑杆23，撑杆23的顶部设置滚轮21。当桩径不同时，配套安装不同长度的撑杆23，以满足滚轮21顶住桩体外表面，实现打桩时的扶正导向和纠偏功能。这样设计既节省了油缸数量，又能更好的实现施加在桩体表面的纠偏力不打折扣。从而使纠偏可以轻松完成，提高了纠偏效率。如图4A和图4B所示，两侧夹臂增加了一套自动控制的纵向锁紧机构，大夹臂I的连接端为公锁头3，小夹臂5的连接端为母锁头4，公锁头3和母锁头4通过销轴固定，销轴连接纵锁油缸22。纠偏作业时，两夹臂抱拢，纵锁油缸22动作，实现两侧夹臂的刚性铰接。一方面可以降低对抱桩油缸6的载荷要求，提高经济性，另一方面，增加了夹臂的整体刚度，从而可以实现更精确调节桩体的水平位移，减少因夹臂弹性变形带来的干扰，提高了整套设备的纠偏精度和纠偏能力。大夹臂I和夹套7、小夹臂5和夹套7之间通过抱桩油缸6连接。大、小夹臂5通过轴安装于夹套7之内，通过抱桩油缸6控制大、小夹臂开合。夹臂末端设有纵锁油缸22，在大、小夹臂闭合后，可推动销轴，实现大、小夹臂的刚性铰接。夹套7与伸缩臂14相连接，伸缩臂14的另一端与旋转臂17相连接，旋转臂17及伸缩臂14的两侧设置主推油缸16。伸缩臂14上设置操作台8，操作台8与伸缩臂14垂直。伸缩臂14两侧设置侧推系统12，侧推系统12与伸缩臂14垂直，操作台8设置于侧推系统12顶部。伸缩臂14套于旋转臂17之内，可实现一定范围的伸缩。侧推系统12套于伸缩臂14之外，配合侧推油缸9，可控制旋转臂17左右转动一定的范围。支腿包括前支腿10和后支腿18，前支腿10与前基座11相连接，后支腿18与后基座19相连接。操作台8位于侧推系统12顶部，侧推系统两侧与前支腿10连接，旋转臂17末端与后支腿铰接。由箱形腿作为支撑，与甲板面的支座法兰连接，方便整体拆装。上下两层与支腿由法兰连接。整个箱形腿前后均设置斜撑杆15，以增加其刚度。
上下两层纠偏系统都可独立控制，控制台位于侧推系统12顶部，加上一定的层高，利用杠杆效应，可精确控制沉桩的垂直度不超过千分之二。施加于钢桩表面的纠偏力在XY两向均不低于100吨。每个电动千斤顶13的纠偏力也是100吨，最大纠偏范围可实现XY两向±1米。最大纠偏直径范围可达2 6米。通过主推油缸16及侧推油缸9，可实现XY两向± I米范围的粗步定位及纠偏调整。通过圆周面内4个均布的电动千斤顶13,可实现±150毫米范围的精细调整纠偏。粗调与细调相结合，最大程度提高作业效率。如图5所示，工作时，本发明伸缩臂14及旋转臂17回到指定位置，大、小夹臂张开，待钢桩进入夹臂就位后上下两层大、小夹臂合拢，并不锁死，留一定间隙，两夹臂择其一作为扶靠点，顶推系统2伸出一定长度，使其端部滚轮21接触钢桩，以控制其入泥初始的垂直度，使其顺利自沉，夹臂为钢桩下沉提供扶正导向支撑，自沉结束后开始压锤，响锤，在打锤过程中均保持实时测量，且钢桩为自由体，不受约束，以免打坏液压系统。一旦发现需要纠偏，则停锤，顶推系统2归位，大、小夹臂由纵锁油缸22实现刚性铰接。视情况分层启动某些电动千斤顶13，实施精细调整纠偏作业。此时，钢桩在水平方向是全约束的，以精确控制其水平位移，竖直方向仅顶侧推滚轮21的滚动摩擦。纠偏结束后，夹臂打开，保持钢桩为自由体，重复上述操作开始打桩。本发明的整套系统包括机械，液压及电气自成一整体，与船体主甲板设置快速连接。可实施撬块式安装，整体式拆卸。便于作业者根据不同任务模式灵活多样配置不同专用施工装备，最大程度合理利用甲板空间。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保 护的范围内。
权利要求
1.一种桩体扶正与纠偏系统,包括夹臂,其特征在于: 所述夹臂包括大夹臂和小夹臂，所述大夹臂和小夹臂两段圆弧，一端为活动端，可活动地连接在夹套上，另一端为连接端，可绕夹套内的连接轴转动一定角度，从而闭合环绕成一个扣住桩体的圆环； 所述大夹臂和小夹臂上分别设置顶推系统，所述顶推系统的顶推方向朝向圆环的圆心; 所述顶推系统的基座设置在大夹臂或小夹臂的圆弧上，基座上设置千斤顶，朝向圆心的方向，千斤顶的顶端设置撑杆，撑杆的顶部设置滚轮。
2.如权利要求1所述的桩体扶正与纠偏系统，其特征在于，所述扶正系统包括垂直上下设置的两套夹臂，两套伸缩臂及旋转臂，上下两套夹臂系统间用支腿连接，并设置斜撑杆。
3.如权利要求1所述的桩体扶正 与纠偏系统，其特征在于，所述大夹臂对应的圆弧为优弧，小夹臂对应的圆弧为劣弧。
4.如权利要求1所述的桩体扶正与纠偏系统，其特征在于，所述大夹臂上设置3个顶推系统，所述小夹臂上设置I个顶推系统。且顶推系统嵌于大夹臂、小夹臂的内部。
5.如权利要求1所述的桩体扶正与纠偏系统，其特征在于，所述大夹臂的连接端为公锁头，所述小夹臂的连接端为母锁头，所述公锁头和所述母锁头通过销轴固定，销轴连接纵锁油缸。
6.如权利要求1所述的桩体扶正与纠偏系统，其特征在于，所述大夹臂和夹套、所述小夹臂和夹套之间通过设于夹套上的轴连接，通过抱桩油缸控制其展开或是闭合。
7.如权利要求2所述的桩体扶正与纠偏系统，其特征在于，所述夹套与伸缩臂相连接，伸缩臂的另一端与旋转臂相连接，伸缩臂与旋转臂之间设置主推油缸。
8.如权利要求7所述的桩体扶正与纠偏系统，其特征在于，所述伸缩臂两侧设置侧推系统，且伸缩臂套于侧推系统的框架内，所述侧推系统与所述伸缩臂垂直。
9.如权利要求8所述的桩体扶正与纠偏系统，其特征在于，所述侧推系统上设置操作台，所述操作台与所述伸缩臂垂直。
10.如权利要求9所述的桩体扶正与纠偏系统，其特征在于，所述侧推系统两端设置前支腿，所述旋转臂的末端设置后支腿，所述前支腿与所述前基座相连接，所述后支腿与所述后基座相连接。前后支腿通过斜撑杆连接。
11.如权利要求1所述的桩体扶正与纠偏系统，其特征在于，所述顶推系统最大伸展位置与圆心的距离为2 6米。
12.如权利要求1所述的桩体扶正与纠偏系统，其特征在于，大夹臂、小夹臂形成的闭合圆的圆心可以活动的范围是XY两向±1米。
全文摘要
本发明揭示了一种桩体扶正与纠偏系统，包括夹臂。夹臂包括大夹臂和小夹臂，大夹臂和小夹臂两段圆弧，一端为活动端，可活动地连接在夹套上，另一端为连接端，闭合环绕成一个扣住桩体的圆环。大夹臂和小夹臂上分别设置顶推系统，顶推系统的顶推方向朝向圆环的圆心。顶推系统的基座设置在大夹臂或小夹臂的圆弧上，基座上设置千斤顶，朝向圆心的方向，千斤顶的顶端设置撑杆，撑杆的顶部设置滚轮。本发明能够改变现有的复杂结构，尤其是使推进结构安装在大、小夹臂内部，精简了整体的系统结构，并且上下两侧夹臂的结构能够有效增加纠偏作用力矩，可实现严格控制钢桩初始入泥的垂直度，重而实现不同水深，不同长度钢桩的沉桩扶正与打桩纠偏功能。
文档编号F03D11/04GK103233867SQ201310163710
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月6日 优先权日2013年5月6日
发明者刘天文 申请人:上海振华重工(集团)股份有限公司