一种长线型结构大角度竖转的拉索补张装置、方法及应用 |
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| 申请号 | CN202410121703.3 | 申请日 | 2024-01-29 | 公开(公告)号 | CN117738472A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 中铁十五局集团有限公司; 雄安高速铁路有限公司; | 发明人 | 高昊; 王广周; 李国栋; 韩志会; 陈团团; 赵锐; 唐冬雪; 赵东海; 王小虎; 史学萍; 王明杰; 吕一鹏; 陈钊; 张杰; 黄俊彪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种长线型结构大 角 度竖转的拉索补张装置、方法及应用，属于一长线型结构大角度竖转安装装置技术领域。设置于竖转部件 位置 较高一端的拉索锚固端处，包括索 力 识别模 块 、机械转传模块和张拉模块，所述索力识别模块包括若干力测量元件，所述力测量元件分别设置于拉索中的每一根 钢 绞线上，所述机械转传模块包括三级旋转铰轴结构，所述三级旋转铰轴结构包括顺次连接的第一旋转铰轴结构、第二旋转铰轴结构和第三旋转铰轴结构。本技术方案用以解决 现有技术 中长线型结构在进行大角度竖转时，拉索中的个别钢绞线会出现松弛的情况，且由于安装部件的长度和安装高度的限制，导致难以对松弛的钢绞线进行补张的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种长线型结构大角度竖转的拉索补张装置，其特征在于：设置于竖转部件位置较高一端的拉索锚固端处，包括索力识别模块、机械转传模块和张拉模块，所述索力识别模块包括若干力测量元件，所述力测量元件分别设置于拉索中的每一根钢绞线上，所述机械转传模块包括用以调整端部空间位置的三级旋转铰轴结构，所述三级旋转铰轴结构包括顺次连接的第一旋转铰轴结构、第二旋转铰轴结构和第三旋转铰轴结构，所述张拉模块包括固定缸体、工作夹片和伸缩缸体，所述工作夹片设置于固定缸体内，所述伸缩缸体与固定缸体朝向拉索锚固端的一端固定连接，所述第一旋转铰轴结构的端部固定于竖转部件的表面上，所述第三旋转铰轴结构的端部固定于固定缸体上。 |
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| 说明书全文 | 一种长线型结构大角度竖转的拉索补张装置、方法及应用技术领域[0001] 本发明属于长线型结构大角度竖转安装装置技术领域，具体涉及一种长线型结构大角度竖转的拉索补张装置、方法及应用。 背景技术[0002] 随着计算机动态同步控制技术的不断进步，集群化机械设备已经广泛应用于土木工程施工，其中转体技术更是取得了长足发展。其中采用竖向转体工艺的结构，一般采用“横拼竖转”方式进行，结构在地面拼装或预制，在保证精度的同时，大幅减少高空作业量，降低施工安全风险，该工艺对高塔(墩)，跨越山谷、沟壑的拱肋，以及铁路中的连续梁拱中的拱肋均尤为适用。竖转体系通常包括拉杆、压杆、拉索、背索、转向架、转铰、千斤顶/油缸等。但随着塔高或拱肋竖转角度的增加，拉索的索力变化愈加明显，一般会随角度的增加或减小。 [0003] 随着竖转角度的增加，拉索的受力水平不断发生改变，每束拉索中极易出现单根或几根钢绞线受力相对较小或不受力的情况，造成钢绞线松弛，易从索鞍中悬出，后续转体施工中能否顺利收紧、进入鞍槽带来一定的不确定性，存在安全隐患。现有的千斤顶/油缸很少具备对某一特定钢绞线在张拉端进行张紧的功能，且此时拉索锚固端通常又停留于高处，超出一般吊车工作高度，结构仰角大、坡度陡，人员、器具均无法到达，故上述个别钢绞线受力相对较小或不受力的问题不能得到有效解决。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种长线型结构大角度竖转的拉索补张装置、方法及应用，用以解决现有技术中长线型结构在进行大角度竖转时，拉索中的个别钢绞线会出现松弛的情况，且由于安装部件的长度和安装高度的限制，导致难以对松弛的钢绞线进行补张的问题。 [0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案： [0006] 本发明一种长线型结构大角度竖转的拉索补张装置，设置于竖转部件位置较高一端的拉索锚固端处，包括索力识别模块、机械转传模块和张拉模块，所述索力识别模块包括若干力测量元件，所述力测量元件分别设置于拉索中的每一根钢绞线上，所述机械转传模块包括用以调整端部空间位置的三级旋转铰轴结构，所述三级旋转铰轴结构包括顺次连接的第一旋转铰轴结构、第二旋转铰轴结构和第三旋转铰轴结构，所述张拉模块包括固定缸体、工作夹片和伸缩缸体，所述工作夹片设置于固定缸体内，所述伸缩缸体与固定缸体朝向拉索锚固端的一端固定连接，所述第一旋转铰轴结构的端部固定于竖转部件的表面上，所述第三旋转铰轴结构的端部固定于固定缸体上。 [0007] 进一步，所述拉索锚固端处设有压板模块，所述压板模块包括紧固螺钉、限位压板、板下弹簧和板下夹片，所述紧固螺钉将限位压板固定于拉索锚固端上，所述板下弹簧和板下夹块设置于限位压板和拉索锚固端之间。 [0008] 进一步，所述拉索锚固端的外侧套接设有钢绞线剪切结构，所述钢绞线剪切结构包括固定环，所述固定环固定于拉索锚固端上，所述固定环的表面上设有至少两根升降柱，所述升降柱上设有与之滑动连接的升降板，所述升降板上设有若干与拉索中钢绞线相匹配的通孔，所述升降柱上设有复位弹簧，所述复位弹簧位于固定环和升降板之间，所述升降板上对称设有固定座，所述固定座上设有伸缩杆，所述伸缩杆的输出端朝向升降板的中部设置，且伸缩杆的输出端上设有切刀，常态下，所述升降板与若干位于拉索锚固端外侧的钢绞线端部齐平。 [0009] 进一步，所述固定环上还设有若干限位柱，所述限位柱沿限位环的圆周方向均布设置。 [0010] 本技术方案中还公开了一种长线型结构大角度竖转拉索补张装置的补张方法，包括如下步骤： [0011] ①智能控制系统确定上一次机械转传模块停留的位置，进行初始化，确认当前所在位置坐标； [0012] ②追踪拉力最小的钢绞线位置坐标，确认与机械转传模块位置坐标之间的θ，h，r； [0013] ③机械转传模块启动第一旋转铰轴结构，进行极轴追踪，到达目标坐标θ分量的精准方向位置； [0014] ④机械转传模块启动第二旋转铰轴结构，进行高度追踪，到达目标坐标h分量的方向区间Δh，r分量的方向区间Δr； [0015] ⑤机械转传模块启动第三旋转铰轴结构，进行半径追踪，到达目标坐标r分量的精准方向位置； [0017] ⑦复认无误后，张拉模块开始工作； [0018] ⑧张拉完成后，机械转传模块装置复位； [0019] ⑨重新启动索力识别模块，实时监测拉索每根钢绞线受力，按照索力数值差异情况，判断是否再次启动智能张拉控制系统程序。 [0020] 本技术方案中还公开了一种长线型结构大角度竖转的拉索补张装置的应用，其主要应用于超高塔、超高墩以及拱肋的超大角度竖转安装。 [0021] 本发明的有益效果在于： [0022] (1)本技术方案的工作原理清晰，功能模块划分合理，直接解决了以往结构竖转至人员、机具无法到达的高空高位和大仰角时，拉索钢绞线受力不均匀的技术难题； [0023] (2)竖转全过程可实现无需人工操作介入，有效减少了高空作业量，大幅降低了施工安全风险； [0024] (3)推动了转体技术，尤其是超高塔(墩)竖转、拱肋超大角度竖转技术进一步发展； [0025] (4)本发明拟提供一种在拉索锚固端可对任意单根拉索/钢铰线进行张拉收紧的智能化装置，能够实时监测每根钢绞线的索力，当识别到个别钢绞线受力较小的情况时，可有针对性地在拉索锚固端对受力较小的钢绞线进行补张，以保证每束拉索中的每根钢绞线受力均匀，从监测、识别、张拉，全过程不需要介入人工操作，从而保证结构转体体系时刻安全、可靠。 [0026] 本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明 [0027] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明： [0028] 图1为本发明中补张装置安装于竖转部件拉索锚固部位的示意图； [0029] 图2为本发明中补张装置安装于竖转部件拉索锚固部位的局部示意图； [0030] 图3为本发明中补张装置安装于竖转部件上的俯视图示意图； [0031] 图4为本发明中拉索锚固端的结构平面示意图； [0032] 图5为本发明中补张装置作用于单根钢绞线上的立体示意图； [0033] 图6为本发明中补张装置作用于单根钢绞线上的另一个视角的立体示意图； [0034] 图7为本发明中补张装置中钢绞线剪切结构的立体示意图； [0035] 图8为本发明中补张装置中钢绞线剪切结构安装于拉索锚固端部位的立体示意图； [0036] 图9为本发明中补张装置应用于拱肋安装时的平面示意图； [0037] 图10为本发明中补张装置的补张方法的流程图示意图； [0038] 图11为本发明中补张装置应用于拱肋安装中的实物图示意图； [0039] 图12为本发明中补张装置应用于拱肋安装中的实物图示意图。 [0040] 附图中标记如下： [0041] 拉索锚固端1、锚拉板2、板下夹片3、板下弹簧4、压板5、紧固螺钉6、钢绞线7、拱肋8、第一旋转铰轴结构9、第二旋转铰轴结构10、第三旋转铰轴结构11、伸缩缸体12、固定缸体 13、索力识别模块14、固定环15、升降杆16、复位弹簧17、限位柱18、升降板19、端部凸起20、伸缩杆21、固定座22、切刀23。 具体实施方式[0042] 如图1～8所示，本发明一种长线型结构大角度竖转的拉索补张装置，设置于竖转部件位置较高一端的拉索锚固端1处，当然具体实施的时候，每一个竖转部件较高端上设置的拉索锚固端1处都应该设置一个本技术方案中的拉索补张装置，具体的，拉索补张装置主要包括索力识别模块14、机械转传模块和张拉模块，索力识别模块14主要用于对拉索中的任意一根钢绞线7的拉力进行监测和采集，其包括若干力测量元件，力测量元件分别设置于拉索中的每一根钢绞线7上，机械转传模块包括三级旋转铰轴结构，三级旋转铰轴结构包括顺次连接的第一旋转铰轴结构9、第二旋转铰轴结构10和第三旋转铰轴结构11，张拉模块包括固定缸体13、工作夹片和伸缩缸体12，工作夹片设置于固定缸体13内，用于对钢绞线7的端部进行夹持，其设置和夹持的具体方式可参照现有技术中的前卡式千斤顶的加持部分，伸缩缸体12与固定缸体13朝向拉索锚固端1的一端固定连接，第一旋转铰轴结构9的端部固定于竖转部件的表面上，第三旋转铰轴结构11的端部固定于固定缸体13上。 [0044] 机械转传模块设计：该模块由三级旋转铰轴组成。第一旋转铰轴，进行极轴追踪，到达目标坐标θ分量的精准方向位置(一维概略搜寻)；第二旋转铰轴，进行高度追踪，到达目标坐标h分量的方向区间Δh，r分量的方向区间Δr(二维模糊定位)，其中Δh为机械转传模块装置可以正常进行张拉工作的距离拉索锚固端1的高度区间，Δr为沿极轴方向两坐标点连线的合理长度区间，Δh与Δr的设定逻辑关系为：r在Δr的范围内进行精准确定后h的数值不应在其合理区间Δh之外；第三旋转铰轴，进行半径追踪，到达目标坐标r分量的精准方向位置(三维精准锁定)。 [0045] 压板5模块设计：由紧固螺钉6、压板5、板下弹簧4、板下夹片3四部分组成，紧固螺钉将限位压板5固定于拉索锚固端1上，板下弹簧4和板下夹块设置于限位压板5和拉索锚固端1之间，保证张拉模块可以对钢绞线7进行单根张拉的同时，又能防止夹片退出工作，拉索体系失效现象发生。 [0046] 张拉模块设计：由固定缸体13、工作夹片、伸缩缸体12三部分组成，其中工作夹片内置在固定缸体13之中，该模块工作时，固定缸体13可以通过该夹片夹紧钢绞线7，再通过伸缩油缸伸长顶进压板5模块对目标钢绞线7施加拉力。 [0047] 进一步，拉索锚固端1的外侧套接设有钢绞线7剪切结构，钢绞线7剪切结构包括固定环15，固定环15固定于拉索锚固端1的外侧，固定环15的表面上设有至少两根升降柱16，升降柱16上设有与之滑动连接的升降板19，升降柱16的端部设有端部凸起20对升降板19的移动进行限位，升降板19上设有若干与拉索中钢绞线7相匹配的通孔，升降柱16上设有复位弹簧17，复位弹簧17位于固定环15和升降板19之间，升降板19上对称设有固定座22，固定座22上设有伸缩杆21，伸缩杆21的输出端朝向升降板19的中部设置，且伸缩杆21的输出端上设有切刀23，不难理解的是，伸缩杆21的移动距离到升降板19的中心处，即两个切刀23合并时，就能覆盖整个升降板19表面，常态下，升降板19与若干位于拉索锚固端1外侧的钢绞线7端部齐平，端部齐平的方式，不会对机械转传模块对钢绞线7的定位造成影响和误差。 [0048] 在机械转传模块的作用下，固定缸体13和伸缩缸体12会移动套接至松弛的钢绞线7端部上，此时伸缩缸体12在进行移动套接的过程中，会与升降板19接触，并挤压复位弹簧 17，当挤压弹簧压缩至极限位置时，则能起到支撑作用，则伸缩缸体12的端部抵接于升降板 19上进行张拉是可以实现的，同时在机械转传模块复位之后，在复位弹簧17的作用下，升降板19会回到于钢绞线7端部齐平的位置，然后启动伸缩杆21，就能带动切刀23向中部升降板 19的中部移动，进而对张拉之后端部变长部分的钢绞线7端部进行切割，使张拉之后钢绞线 7的端部与其余钢绞线7的端部齐平，即不会由于端部突出的钢绞线7对后去机械旋转模块对其余松弛钢绞线7的定位造成干涉和阻挡。 [0049] 进一步，固定环15上还设有若干限位柱18，限位柱18沿限位环的圆周方向均布设置，限位柱18的设置能对升降板19的位置进行限位和支撑，即不会造成复位弹簧17的过渡压缩，即复位弹簧17不会由于压缩过渡而损坏。 [0050] 如图10所示，本技术方案中还公开了一种长线型结构大角度竖转拉索补张装置的补张方法，包括如下步骤： [0051] ①智能控制系统确定上一次机械转传模块停留的位置，进行初始化，确认当前所在位置坐标； [0052] ②追踪拉力最小的钢绞线7位置坐标，确认与机械转传模块位置坐标之间的θ，h，r； [0053] ③机械转传模块启动第一旋转铰轴结构9，进行极轴追踪，到达目标坐标θ分量的精准方向位置； [0054] ④机械转传模块启动第二旋转铰轴结构10，进行高度追踪，到达目标坐标h分量的方向区间Δh，r分量的方向区间Δr； [0055] ⑤机械转传模块启动第三旋转铰轴结构11，进行半径追踪，到达目标坐标r分量的精准方向位置； [0056] ⑥机械转传模块将张拉模块转传到达锁定位置后，视频系统进行复核确认； [0057] ⑦复认无误后，张拉模块开始工作； [0058] ⑧张拉完成后，机械转传模块装置复位； [0059] ⑨重新启动索力识别模块14，实时监测拉索每根钢绞线7受力，按照索力数值差异情况，判断是否再次启动智能张拉控制系统程序。 [0060] 上述步骤具体为： [0061] 首先通过压力传感器法或者振动频率法或者其他有效方法测得索力，当测得的任意两根钢绞线7的索力数值差值Δij小于规定的目标限值K时，智能控制系统静默；当测得的任意两根钢绞线7的索力数值差值Δij大于规定的目标限值K时，智能控制系统开始启动工作。①智能控制系统确定上一次机械转传模块停留的位置，进行初始化，确认当前所在位置坐标。②追踪拉力最小的钢绞线7位置坐标，确认与机械转传模块位置坐标之间的θ，h，r，其中θ为两坐标点连线与水平线的夹角(θ即为极轴方向)，h为机械转传模块装置可以正常进行张拉工作的距离拉索锚固端1的高度，r为沿极轴方向两坐标点连线的长度(r即为极轴半径)。③机械转传模块启动第一旋转铰轴结构9，进行极轴追踪，到达目标坐标θ分量的精准方向位置(一维概略搜寻)。④机械转传模块启动第二旋转铰轴结构10，进行高度追踪，到达目标坐标h分量的方向区间Δh，r分量的方向区间Δr(二维模糊定位)，其中Δh为机械转传模块装置可以正常进行张拉工作的距离拉索锚固端1的高度区间，Δr为沿极轴方向两坐标点连线的合理长度区间，Δh与Δr的设定逻辑关系为：r在Δr的范围内进行精准确定后h的数值不应在其合理区间Δh之外。⑤机械转传模块启动第三旋转铰轴结构11，进行半径追踪，到达目标坐标r分量的精准方向位置(三维精准锁定)。⑥机械转传模块将张拉模块转传到达锁定位置后，视频系统进行复核确认。⑦复认无误后，张拉模块开始工作，固定缸体13可以通过自身内置的夹片夹紧钢绞线7，再通过可伸缩油缸伸长顶进压板5模块对目标钢绞线7施加拉力。⑧张拉完成后，机械转传模块复位到初始位置，本次智能化张拉程序结束。⑨重新启动索力识别模块14，实时监测拉索每根钢绞线7受力，按照索力数值差异情况，判断是否再次启动智能张拉控制系统程序。 [0062] 如图11和图12所示，本技术方案中还公开了一种长线型结构大角度竖转的拉索补张装置的应用，其主要应用于超高塔、超高墩以及拱肋8的超大角度竖转安装。 [0063] 需要说明的是，在本技术方案中，还应该包括现有技术中的控制系统和若干电控元件，其中，机械转传模块也应该还包括其他的一些连接部件、驱动部件和电控部件等，用以控制第一旋转铰轴、第二旋转铰轴和第三旋转铰轴的运动，用以实现对松弛钢绞线7的空间定位，而利用三轴实现精准定位的方式为现有技术，例如现有技术中的机械手的结构，因此在本技术方案中并未做过多的赘述。 [0064] 需要强调的是，本技术方案的应用场景主要是针对超高塔、超高墩以及拱肋8的安装，将本技术方案中的装置和方法应用于建筑行业，或者是长线型结构大角度的竖转安装过程中，是现有该行业中未曾可见和未曾研发的，其安装方式如图9、图11和图12中的安装方式所示，拱肋8较低的一端位于地面，较低一端的拉索是与千斤顶等部件连接，在下部的一端没有足够的空间和也没有较好的方式，实现对单根松弛钢绞线7的张拉，因此传统的方式是通过吊车的方式将人工送至拱肋8的较高一端上的拉索锚固端1处，对松弛的钢绞线7进行张拉，但是此种方式，终究受限于拱肋8的高度，同时人工进行高空作业的风险性较大，因此才会在实际的安装过程中研发出本技术方案的结构和采用该结构的张拉方法，因此本技术方案是面临现有安装过程中的难点进行设计和研发。 [0065] 最后，本技术方案实则是在拉索锚固端处提出一种可对任意单根钢铰线进行张紧的智能化控制系统，能从锚固端对单根松弛的钢绞线进行补张(位置高，施工人员无法到达该位置，张拉端由于对拉索的张拉部件的设置，进而无法实现对拉索中单根钢绞线进行张拉)，能有效解决在结构竖转至高空高位，竖转拉索索力明显减小，拉索中个别钢绞线出现受力相对较小或不受力的现象。 |
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