预应力管桩自动张拉设备的制作方法

本发明涉及建筑设备技术领域，尤其涉及一种多型号预应力管桩自动张拉设备。

背景技术：

目前，混凝土管桩作为一种水泥制品，广泛的应用于各种基础建设工程领域。预应力张拉是混凝土管桩的一个重要生产环节，其作用在于，在混凝土管桩承受外荷载之前,对其内部的钢筋笼，施加预拉应力,提高管桩的抗弯能力和刚度,推迟裂缝出现的时间,增加混凝土管桩的耐久性。

目前在管桩的生产过程中，张拉主要由人工操作张拉机进行，其详细步骤为：1、设备搬运管桩模具到张拉位置，人工在管桩头板部位套入螺母辅助齿轮和张拉头梅花螺母。2、人工操作张拉机穿心油缸升降、前后、左右移动，对接管桩模具张拉螺杆，使张拉螺杆与张拉油缸中心线一致，反力架端面与管模头板端面接触、贴平。3、人工将穿心螺杆前部梅花螺母，与张拉螺杆上的梅花螺母公母对接。4、人工旋转张拉机上的穿心螺杆、锁紧张拉螺母梅花头。5、人工并紧穿心螺杆后部的油缸并紧螺母，使张拉油缸产生的张拉力传导到穿心螺杆上。6、人工下压反力架端部上方的交流电机，使其前部的齿轮与管模螺母辅助齿轮啮合。7、人工启动张拉机，油缸进入张拉状态，带动张拉螺杆与模具内部的钢筋笼横向拉伸，使钢筋笼产生预应力。电机通过传动齿轮啮合收紧螺母辅助齿轮，带动管模螺母收紧，张拉同时并紧管模张拉螺母。8、油压达到设定值时，分阶段保压与拉伸。直至达到张拉预应力的预定值。电机通过传动齿轮啮合收紧螺母辅助齿轮，使螺母并紧到位，使张拉螺杆与模具内部的钢筋笼不产生回缩。9、人工确认状态，启动放张按钮，油压迅速回落。油缸回退。人工拨开驱动啮合齿轮的交流电机，解锁张拉梅花螺母。10、人工将设备回复初始位置，拆除管模上的梅花螺母与螺母辅助齿轮。并对应模具号记录张拉参数值。

现有张拉设备在整个张拉过程中，大部分张拉辅助工作需要人工完成，自动化程度低，设备工作精度低，危险性高，工作量大而繁琐。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种预应力管桩自动张拉设备，在对管桩预应力张拉时自动化集成程度高、对接精度高，能有效减少安全事故发生概率、提高工作效率。

本发明所述一种预应力管桩自动张拉设备，包括底座，所述底座上安装液压站、控制机台、移动升降平台、张拉机浮动装置、张拉对接锁紧装置、油缸螺母自动并紧装置和管桩螺母自动并紧装置。所述移动升降平台通过底座的轻型轨道安装,并可以在底座的轻型轨道上前后移动；所述张拉机浮动装置固定安装于移动升降平台上；所述油缸螺母自动并紧装置、张拉对接锁紧装置、管桩螺母自动并紧装置均安装于张拉机浮动装置上且安装于同一中心线上，可以沿同一中心线作前后移动。通过液压站和控制机台控制移动升降平台前后、上下移动，从而使张拉机浮动装置移动至预定位置，可以免除人工操作，提高设备自动化程度。

优选的，所述预应力管桩自动张拉设备，在移动升降平台单侧安装有升降高度检测装置。用以实时发送移动升降平台上张拉机浮动装置高度情况，通过控制机台能自动控制与管桩对接高度，提高设备自动化程度。

所述移动升降平台包括剪式支承件、升降控制油缸、驱动轮和张拉驱动电机。移动升降平台一端为驱动轴，张拉驱动电机安装于该驱动轴上并通过驱动轴带动驱动轮旋转，控制移动升降平台沿轨道；所述升降控制油缸尾部与移动升降平台底板铰接安装，所述剪式支承件与移动升降平台底板铰接安装，与升降控制油缸头部铰接安装，升降控制油缸通过驱动剪式支承件使移动升降平台上部做升降、悬停动作。通过控制移动升降平台做升降、悬停动作，可以有效控制张拉机浮动装置自动调节前后位置完成与管桩模具自动对位。

所述张拉对接锁紧装置包含对接驱动电机、穿心螺杆、拉杆气缸、穿心式张拉油缸、反力架、端部对接头和到位检测开关。所述穿心式张拉油缸固定在反力架上；所述穿心螺杆与穿心式张拉油缸同心安装，并穿过穿心式张拉油缸与端部对接头一端螺纹连接固定；所述端部对接头另一端内螺纹与管桩张拉螺杆的外螺纹匹配，端部对接头旋入管模张拉螺杆对接；所述到位检测开关固定在端部对接头上，检测管模张拉螺杆旋入端部对接头的深度；所述对接驱动电机与穿心螺杆端部连接，可以带动穿心螺杆传动；所述拉杆气缸尾部与反力架铰接，拉杆气缸头部与驱动电机固定框架铰接，拉杆气缸带动驱动电机移动，从而带动穿心螺杆在穿心式张拉油缸中沿中心线方向窜动。通过到位检测开关、穿心螺杆传动，实现了端部对接头与管桩模具张拉螺杆的自动对接；通过张拉气缸作用能给端部对接头施加一定压紧力作用于管模张拉螺杆。

所述油缸螺母自动并紧装置包括驱动电机、联轴器、立式固定板、传动齿轮、回转支承，回转支承内圈与立式固定板固定连接，回转支承外圈与传动齿轮啮合；所述驱动电机与立式固定板固定连接，驱动电机输出轴与联轴器连接，联轴器与传动齿轮连接。通过驱动电机输出轴与联轴器、轴器与传动齿的同心轴孔安装、键传动，带动与回转支撑内螺纹连接的穿心螺杆传动，从而自动并紧穿心式张拉油缸的活塞端面，将穿心式张拉油缸产生的张拉力传递到穿心螺杆上。

优选的，所述油缸螺母自动并紧装置包括防偏转轴。通过防偏转轴在反力架导向槽中滑动，消除油缸螺母自动并紧装置在前后移动时产生径向旋转。

所述管桩螺母自动并紧装置包括第二驱动电机、移动底板、导向轨道、拉伸气缸、第二立式固定板、限位块、第二回转支承、第二传动齿轮、第二联轴器、卧式底板；所述第二驱动电机与第二立式固定板通过框架固定安装，框架中安装第二联轴器，驱动电机输出轴与联轴器连接，联轴器与第二传动齿轮连接，传动齿轮与第二回转支承外圈啮合；所述第二回转支承内圈与第二立式固定板固定连接，第二立式固定板与移动底板固定连接；优选的所述第二回转支承内圈为张拉螺母套筒；所述拉伸气缸一端与卧式底板连接，另一端与移动底板连接，其带动移动底板沿导向轨道纵向滑动。通过张拉螺母套筒与管桩螺母卡接，可以使管桩螺母自动并紧装置在张拉时自动并紧管桩模具上的管桩螺母，使张拉预应力通过管桩螺母保持，实现预应力管桩自动张拉过程。

本发明所述的预应力管桩自动张拉设备，通过控制机台控制以及移动升降平台作用，能自动控制升降、前后移动系统，实现了精确的对位；通过张拉机浮动装置以及张拉对接锁紧装置、油缸螺母自动并紧装置、管桩螺母自动并紧装置的作用，提高设备工作精度。本发明所述预应力管桩自动张拉设备，能实现对多种直径管桩的全自动对位、对接、张拉，实现对预应力管桩张拉的自动化生产。

附图说明

图1为预应力管桩自动张拉机的结构示意图；

图2为移动升降平台的示意图；

图3为张拉机浮动装置的示意图；

图4为张拉对接锁紧装置的示意图；

图5为油缸螺母自动并紧装置的示意图；

图6为管桩螺母自动并紧装置的示意图；

图7为管桩模具的示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

1：移动升降平台；2：张拉机浮动装置；3：张拉对接锁紧装置；4：油缸螺母自动并紧装置；5：管桩螺母自动并紧装置；6：底座；7：液压站；8：控制机台；9：升降高度检测装置；10：对接检测装置；

1-1：高度传感器；1-2：剪式支承件；1-3：升降控制油缸；1-4：驱动轮；1-5：张拉驱动电机；1-6：支撑面；

2-1：浮动导向杆；2-2：浮动基座底板；2-3：万向节；2-4：张拉机构；2-5：浮动限位件；2-6：前端面；

3-1：对接驱动电机；3-2：穿心螺杆；3-3：拉杆气缸；3-4：穿心式张拉油缸；3-5：反力架；3-6：端部对接头；3-7：到位检测开关；3-8：反力架固定板；

4-1：驱动电机；4-2：联轴器；4-3：立式固定板；4-4：传动齿轮；4-5：回转支承；4-6：防偏转轴；

5-1：第二驱动电机；5-2：移动底板；5-3：第二导向轨道；5-4：拉伸气缸；5-5：第二立式固定板；5-6：限位块；5-7：第二回转支承；5-8：张拉螺母套筒；5-9：第二传动齿轮；5-10：联轴器；5-11：卧式底板；

6-1：管桩模具端面板；6-2：管桩螺母；6-3：管模张拉螺杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1-7所示，本发明提供了一种预应力管桩自动张拉设备，包括设置在底座6上的液压站7、控制机台8、移动升降平台1、张拉机浮动装置2、张拉对接锁紧装置3、油缸螺母自动并紧装置4、管桩螺母自动并紧装置5、升降高度检测装置9和对接检测装置10。移动升降平台1安装于底座6的轻型轨道上,并可以在轨道上前后移动；张拉机浮动装置2固定安装于移动升降平台1上，在设备上提供对接浮动作用；油缸螺母自动并紧装置4、张拉对接锁紧装置3、管桩螺母自动并紧装置5均安装于张拉机浮动装置2上且安装于同一中心线上，可以沿同一中心线作前后移动，在设备上提供张拉过程中对接锁紧的作用。对接检测装置10固定安装于张拉对接锁紧装置3的反力架3-5单侧，用于监测张拉机构2-4与管桩模具对接是否成功；所述升降高度检测装置9安装固定于移动升降平台1单侧，用于实时检测移动升降平台1的高度，并反馈给控制机台8。液压站7提供升降与拉升的动力来源与液压控制；控制机台8上安装人机界面与电气控制元件，用于控制本发明所述预应力管桩自动张拉设备的所有动作。

如图2所示，所述移动升降平台1包含高度传感器1-1、剪式支承件1-2、升降控制油缸1-3、驱动轮1-4、张拉驱动电机1-5。张拉驱动电机1-5安装于移动升降平台1的底板后端驱动轴上，驱动轴带动驱动轮1-4旋转，控制移动升降平台1沿底座6上的轨道前进、后退；升降控制油缸1-3尾部与移动升降平台1底板铰接安装，与剪式支承件1-2铰接安装；剪式支承件1-2右下端与移动升降平台1底板铰接安装、右上端与支撑面1-6铰接安装，剪式支承件1-2左下端在移动升降平台1上滑动、左上端在支撑面1-6上滑动。升降控制油缸1-3驱动剪式支承件1-2绕铰接处转动从而使移动升降平台支撑面1-6做升降、悬停动作，剪式支承件1-2在升降中起到支承、导向作用；高度传感器1-1在升降中起到实时检测高度并传送至控制机台8的作用。控制机台8控制张拉驱动电机1-5和升降控制油缸1-3运作，液压站7为升降控制油缸1-3提供动力源，移动升降平台支撑面1-6根据控制机台8的控制与升降高度检测装置9反馈的高度信号，自动调节高度，从而使移动升降平台1实现可控性升降、悬停及前后移动动作，实现本发明所述设备与管桩模具准确对接。

如图3所示，张拉机浮动装置2固定安装于移动升降平台支撑面1-6上，随移动升降平台1升降、悬停及前后移动。张拉机浮动装置2包含浮动导向杆2-1、浮动基座底板2-2、万向节2-3、张拉机构2-4、浮动限位件2-5。浮动导向杆2-1安装在浮动基座底板2-2的导向限位槽中，沿导向限位槽滑动；张拉机构2-4与浮动导向杆2-1铰接，与浮动基座底板2-2通过万向节2-3铰接，使张拉机构2-4相对浮动基座底板2-2相对浮动；浮动限位件2-5固定安装于浮动基座底板2-2两端，从而限制张拉机构2-4在浮动基座底板2-2的移动距离。随移动升降平台1升降、悬停及前后移动，张拉机浮动装置2移动至合适位置，使张拉机构2-4与管桩模具的管模张拉螺杆6-3对接，此时，移动升降平台1根据控制机台8的控制与对接检测装置10自动调节前后位置完成与管桩模具自动对位；同时，通过张拉机浮动装置2有一定角度的浮动，从而消除与管桩模具端面板6-1对接间隙。

如图4所示，张拉对接锁紧装置3包含对接驱动电机3-1、穿心螺杆3-2、拉杆气缸3-3、穿心式张拉油缸3-4、反力架3-5、端部对接头3-6和到位检测开关3-7，穿心螺杆3-2和穿心式张拉油缸3-4安装在反力架3-5上，穿心螺杆3-2穿过穿心式张拉油缸3-4与端部对接头3-6一端采用螺纹连接固定，端部对接头3-6另一端内螺纹与管桩模具张拉螺杆6-3外螺纹匹配并螺旋对接；到位检测开关3-7与端部对接头3-6螺丝固定，检测管桩模具张拉螺杆6-3旋入端部对接头3-6后的深度是否达到设定值。穿心螺杆3-2与穿心式张拉油缸3-4同心安装，并且可沿中心线方向窜动；对接驱动电机3-1与穿心螺杆3-2端部轴孔连接、键传动，驱动穿心螺杆3-2做顺、逆时针旋转，从而通过穿心式张拉油缸3-4和端部对接头3-6作用于管桩模具张拉螺杆6-3，实现松开、锁紧管桩模具张拉螺杆6-3。所述拉杆气缸3-3缸体尾部与反力架3-5铰接，头部与驱动电机3-1固定框架铰接，穿心螺杆3-2固定安装在驱动电机3-1固定框架上，当拉杆气缸3-3带动驱动电机3-1固定框移动时，穿心螺杆3-2在穿心式张拉油缸3-4中沿中心线方向窜动时，与端部对接头3-6连接的张拉螺杆6-3受到压紧力作用。

所述张拉对接锁紧装置3安装在张拉机浮动装置2上，反力架3-5一端插入张拉机构2-4中间并固定连接，此时反力架固定板3-8与张拉机构前端面2-6抵靠。

如图5所示，所述油缸螺母自动并紧装置4套装在张拉对接锁紧装置3的穿心螺杆3-2上。所述油缸螺母自动并紧装置4包括驱动电机4-1、联轴器4-2、立式固定板4-3、传动齿轮4-4、回转支承4-5、防偏转轴4-6。驱动电机4-1与立式固定板4-3固定连接，且中间安装有联轴器4-2，驱动电机4-1输出轴与联轴器4-2同心、轴孔连接、键传动；联轴器4-2与传动齿轮4-4同心、轴孔连接、键传动；所述回转支承4-5内圈与立式固定板4-3固定连接，回转支承4-5外圈与传动齿轮4-4啮合。当驱动电机4-1旋转时带动传动齿轮4-4旋转，传动齿轮4-4通过啮合传动带动回转支承4-5旋转。

穿心螺杆3-2穿过回转支撑4-5和立式固定板4-3，对接驱动电机3-1安装在穿心螺杆3-2端部并置于驱动电机下端。回转支承4-5驱动内螺纹与穿心螺杆3-2外螺纹匹配并同心安装，回转支承4-5旋转时油缸螺母自动并紧装置4在穿心螺杆3-2上沿中心线方向前后移动，达到锁紧油缸螺母的目的，此时，穿心式张拉油缸3-4产生的张拉力传导到穿心螺杆3-2上。防偏转轴4-6与立式固定板4-3固定连接，并在反力架3-5导向槽中滑动，从而消除油缸螺母自动并紧装置4在前后移动时产生的径向旋转。

如图6所示，所述管桩螺母自动并紧装置5通过卧式底板5-11固定在张拉对接锁紧装置3的反力架3-5上端。所述管桩螺母自动并紧装置5包括第二驱动电机5-1、移动底板5-2、导向轨道5-3、拉伸气缸5-4、第二立式固定板5-5、限位块5-6、第二回转支承5-7、张拉螺母套筒5-8、第二传动齿轮5-9、第二联轴器5-10、卧式底板5-11。第二回转支承5-7内圈与第二立式固定板5-5固定连接，第二回转支承5-7外圈与传动齿轮5-9啮合；第二驱动电机5-1与第二立式固定板5-5通过框架固定安装，框架中安装第二联轴器5-10，驱动电机5-1输出轴与联轴器5-10同心、轴孔连接、键传动，联轴器5-10与第二传动齿轮5-9同心、轴孔连接、键传动；第二立式固定板5-5与移动底板5-2固定连接。同时移动底板5-2沿导向轨道5-3纵向滑动。导向轨道5-3与卧式底板5-11固定连接。拉伸气缸5-4一端与移动底板5-2连接，另一端与卧式底板5-11连接。限位块5-6与卧式底板5-11固定连接，限制移动底板5-2的活动范围。第二回转支承5-7内圈为张拉螺母套筒(5-8)，驱动电机5-1旋转时带动传动齿轮5-9旋转，传动齿轮5-9通过啮合传动带动回转支承5-7的张拉螺母套筒5-8旋转。

未张拉时，第二驱动电机5-1、联轴器5-10、第二立式固定板5-5、第二传动齿轮5-9、回转支撑5-7和移动底板5-2整体置于卧式底板5-11最前端，此时，张拉螺母套筒5-8突出卧式底板5-11表面；准备张拉时，拉伸气缸5-4开始拉伸，张拉螺母套筒5-8首先与管桩模具端面板6-1接触，之后移动底板5-2相对于导向轨道5-3向后移动，带动第二立式固定板5-5和第二回转支承5-7向后移动，此时，张拉螺母套筒5-8有一定的压力压在管桩模具端面板6-1上，确保张拉螺母套筒5-8旋转管桩螺母6-2时，张拉螺母套筒5-8能与管桩模具6实现同步前进位移。

本发明所述预应力管桩自动张拉设备，其具体工作过程如下：

首先，控制机台8控制张拉驱动电机1-5驱动驱动轮1-4，使移动升降平台1在底座6的轨道上移动至所需位置；控制机台8控制升降控制油缸1-3、液压站7为升降控制油缸1-3提供动力源，使剪式支承件1-2在与移动升降平台1底板铰接处转动，从而使移动升降平台支撑面1-6做升降、悬停动作，移动升降平台1上安装的升降高度检测装置9实时发送高度信号反馈至控制机台8，直至移动升降平台1上固定的张拉机浮动装置2与管桩模具准确对接。

张拉机浮动装置2与管桩模具对接时，根据张拉机构2-4与管桩模具位置，控制机台8控制浮动导向杆2-1在浮动基座底板2-2的导向限位槽中移动至合适位置，从而使张拉机构2-4与管桩模具的管模张拉螺杆6-3对接；并使张拉机构2-4在与浮动导向杆2-1铰接转动、在万向节2-3铰接处转动，通过张拉机构2-4一定角度的浮动，从而消除与管桩模具端面板6-1小偏差导致的对接间隙。

张拉机浮动装置2与管桩模具对接时，管桩螺母自动并紧装置5的拉伸气缸5-4受控制机台8控制带动移动底板5-2在卧式底板5-11上移动，从而第二立式固定板5-5、第二回转支承5-7移动带动张拉螺母套筒5-8突出卧式底板5-11外侧，使张拉螺母套筒5-8与管桩模具端面板6-1接触，管桩螺母6-2与张拉螺母套筒5-8卡和；之后，拉伸气缸5-4开始拉伸，移动底板5-2相对于导向轨道5-3向后移动，同时带动第二立式固定板5-5和第二回转支承5-7向后移动，张拉螺母套筒5-8带动管桩模具6收回并移动至预定位置。管桩螺母自动并紧装置5在张拉时自动并紧管桩模具上的管桩螺母6-2，使张拉预应力通过管桩螺母6-2保持，实现预应力管桩自动张拉过程。

此时，管桩模具张拉螺杆6-3外螺纹与端部对接头3-6内螺纹匹配并螺旋对接，到位检测开关3-7检测管桩模具张拉螺杆6-3旋入端部对接头3-6后的深度是否达到设定值。控制机台8控制驱动电机4-1旋转时带动传动齿轮4-4旋转，传动齿轮4-4通过啮合传动带动回转支承4-5旋转，使回转支承4-5内螺纹与穿心螺杆(3-2)外螺纹匹配并同心安装。对接驱动电机3-1驱动穿心螺杆(3-2)做顺、逆时针旋转，从而通过穿心式张拉油缸3-4和端部对接头3-6作用于管桩模具张拉螺杆6-3，实现松开、锁紧管桩模具张拉螺杆6-3；拉伸气缸3-3带动驱动电机3-1固定框移动时，穿心螺杆3-2在穿心式张拉油缸3-4中沿中心线方向窜动时，与端部对接头3-6连接的管桩模具张拉螺杆6-3受到压紧力作用，管桩模具张拉螺杆6-3对于管桩模具内的笼筋进行预应力张拉。