一种基于啮合传动的挂篮桁架及轨道驱动行走系统

1.本发明涉及桁架轨道行走系统领域，具体是一种基于啮合传动的挂篮桁架及轨道驱动行走系统。


背景技术：

2.浇筑较大跨径的悬臂梁桥时，常采用吊篮施工方法，就地分段悬臂作业浇筑梁段。挂篮系统是一套能行走移动的装备，挂篮是一个空中施工平台，通过吊杆挂在桁架的外伸端上（桁架数量一般有两个或两个以上），逐段浇筑施工，当本节梁段施工完成后，解除挂篮约束，桁架带动挂篮向前移动一个梁段，进行下一梁段施工，如此循环直至悬臂梁段浇筑全部完成，桁架及其导轨的移动是实现挂篮系统移动的主要环节。桁架及其导轨的行走移动目前主要靠人工辅助完成，移动步骤一般为：解除导轨与梁面之间约束、松开锚固系统、顶升起桁架、移动导轨到位、放下导轨、紧固导轨于梁面、放下桁架、拆除锚固约束、移动桁架到位、紧固锚固系统使桁架固定于桥面导轨上。桁架移动过程中，劳动强度大，用人多，工作效率不高，移动精度难以控制，如能实现桁架及导轨自动化行走，对于减轻劳动强度、提高工作效率和工作质量具有重要现实意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于啮合传动的挂篮桁架及轨道驱动行走系统，以解决现有技术桁架移动时存在需要人工辅助、移动精度难以控制的问题。
4.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于啮合传动的挂篮桁架及轨道驱动行走系统，包括桁架（02）以及铺设于梁段（11）上沿前后方向延伸的导轨（06），导轨（06）上支撑设置有前支座（40）和后支座（04），所述桁架（02）底部由前支座（40）、后支座（04）共同支撑，桁架（02）底部后侧通过锚入至梁段（11）的锚固系统（03）实现固定，桁架（02）的前侧相对于导轨（06）前端外伸，所述导轨（06）至少具有上翼板和两侧腹板，所述前支座（40）下端开口，前支座（40）通过下端卡口卡于导轨（06）前侧上部，前支座（40）内固定有水平的环形筋板（41），所述环形筋板（41）压于导轨（06）的上翼板，由导轨（06）通过其上翼板支撑前支座（40）；前支座（40）内顶部固定有液压千斤顶（45），液压千斤顶（45）的活塞杆竖直向下并固定连接有门形支脚（47），所述门形支架（47）下端依次穿过环形筋板（41）、导轨（06）的上翼板后伸入至导轨（06）内两侧腹板之间，前支座（40）两侧对应于导轨（06）上翼板下方位置分别各自转动安装有前挂轮轴（43），前挂轮轴（43）的轴向分别水平垂直于导轨（06）延伸方向，每侧的前挂轮轴（43）一端分别伸向导轨（06）对应侧的腹板，且前挂轮轴（43）伸向导轨（06）腹板的一端分别同轴固定有前挂轮（42），所述前挂轮（42）与导轨（06）的上翼板之间有间隙；所述后支座（04）下端开口，后支座（04）通过其下端开口卡入导轨（06）后侧上部，后支座（04）内固定有水平的加厚筋板（04a），加厚筋板（04a）压于导轨（06）的上翼板，由导轨（06）通过其上翼板支撑后支座（04）；后支座（04）内位于加厚筋板（04a）顶部安放有减速
器箱体外壳（21），减速器箱体外壳（21）下端依次穿过加厚筋板（04a）、导轨（06）的上翼板伸入至导轨（06）内两侧腹板之间；加厚筋板（04a）上方的减速器箱体外壳（21）内转动安装有涡轮轴（24），涡轮轴（24）轴向水平垂直于导轨（06）延伸方向，涡轮轴（24）同轴安装有涡轮（23）和一对第一齿轮（25），涡轮轴（24）上方的减速器箱体外壳（21）内转动安装有蜗杆（22），蜗杆（22）轴向平行于导轨（06）延伸方向，所述涡轮（23）与蜗杆（22）传动啮合，蜗杆（22）轴向一端的减速器箱体外壳（21）安装有驱动机构，驱动机构与蜗杆（22）轴向对应端连接；位于导轨（6）中的减速器箱体外壳（21）两侧分别各自转动安装有齿轮轴（30），齿轮轴（30）轴向分别垂直于导轨（06）延伸方向，每侧的齿轮轴（30）一端伸向导轨（06）对应侧腹板并同轴固定有主齿轮，所述导轨（06）的上翼板底部对应每侧齿轮轴（30）上的主齿轮位置分别固定有齿条（26），所述齿轮轴（30）上的主齿轮与对应的齿条（26）之间有间隙，每侧的齿轮轴（30）另一端分别伸入至减速器箱体外壳（21）内并分别同轴固定有第二齿轮（31），所述第二齿轮（31）一一对应与所述涡轮轴（24）上的两个第一齿轮（25）传动啮合；所述减速器箱体外壳（21）两侧对应于导轨（06）上翼板下方位置分别各自转动安装有后挂轮轴（28），后挂轮轴（28）的轴向分别水平垂直于导轨（06）延伸方向，每侧的后挂轮轴（28）一端分别伸向导轨（06）对应侧的腹板，且后挂轮轴（28）伸向导轨（06）腹板的一端分别同轴固定有后挂轮（29），所述后挂轮（29）与导轨（06）的上翼板之间有间隙。
5.进一步的，所述梁段（11）上铺设有多个沿前后分布的垫块（10），所述导轨（06）还包括下翼板，导轨（06）通过其下翼板铺压于各个垫块（10）上，导轨（06）的下翼板中间有开口，导轨（06）内位于下翼板开口面上压设有多个导轨压块（09），每个导轨压块（09）分别贯穿有导轨紧固系统（08），导轨紧固系统（08）通过联接器07联接在预埋于梁段中的螺纹钢桩头15上，各个导轨紧固系统（08）分别压紧导轨（06）两条工字钢轨道下翼板内侧，由此使导轨（06）实现固定。
6.进一步的，所述前支座（40）下端前部设有半圆形开口槽（13）。
7.进一步的，所述液压千斤顶（45）的活塞杆下端与门形支脚（47）结合处之间设置有球形垫片（46）。
8.进一步的，所述减速器箱体外壳（21）安装的驱动机构为液压马达（35）或者电机，驱动机构的输出轴与蜗杆（22）轴向一端连接。
9.进一步的，所述蜗杆（22）轴向另一端穿出减速器箱体外壳（21）。
10.进一步的，所述减速器箱体外壳（21）对应于涡轮轴（24）轴向一端的一侧安装有编码器（33），所述编码器（33）的转轴轴端与涡轮轴（24）轴向对应端同轴连接。
11.进一步的，所述齿轮轴（30）上的主齿轮与齿条（26）之间的间隙距离，小于齿条（26）的齿顶高。
12.进一步的，所述前支座（40）两侧对应于导轨（06）腹板位置、后支座（04）两侧对应于导轨（06）腹板位置分别螺合贯穿有调节螺钉（44），调节螺钉（44）一端分别伸向导轨（06）对应侧腹板。
13.进一步的，所述前支座（40）两侧对应于导轨（06）腹板位置、后支座（04）两侧对应于导轨（06）腹板位置分别各自转动安装有前挂轮轴（43）、后挂轮轴（28）.进一步的，所述前挂轮轴（43）、后挂轮轴（28）上伸向导轨（06）腹板的一端分别同轴固定有前挂轮（42）、后挂轮（29）。
14.本发明中，在与桁架固联的前支座和后支座上分别设置安装有前挂轮和后挂轮；在正常浇筑梁段工作状态下，导轨安装固定在已浇筑梁段，桁架及固定其上的前支座和后支座安放在导轨上，锚固系统将桁架后端及后支座压紧在导轨和梁段上，此时前挂轮和后挂轮与导轨脱离接触；当需要移动导轨时，拆除导轨在梁段上的约束，松开锚固系统使桁架后端及后支座升高，在后支座升高过程中通过后挂轮将导轨后端抬起，同时用液压千斤顶将桁架前端及前支座顶起升高，在前支座升高过程中通过前挂轮将导轨前端抬起，从而使导轨悬空挂在前挂轮和后挂轮上；通过液压马达（也可用电机）或人工扳手驱动固联在后支座上的蜗杆、涡轮、齿轮以及固联在导轨上翼板下侧面上的齿条等实现导轨相对于静止桁架的移动行走；导轨移动到位后，液压马达控制前支座和导轨落下，操作锚固系统压下后支座使导轨后端落下，再将导轨定位调整并固定于梁面，完成导轨移动；导轨移动到位后再移动桁架：拆除锚固系统对桁架的约束，在挂篮重力作用下桁架后支座上升，使桁架后支座上的后挂轮自动反扣在导轨工字钢轨道上翼板下侧面，前支座仍落放在导轨上面（也可在前支座底面与导轨面之间安放滚筒以减小移动时的摩擦力，待桁架移动到位后拆除），通过液压马达（也可用电机）或人工扳手驱动固联在后支座上的蜗杆、涡轮、齿轮以及固联在导轨上翼板下侧面上的齿条等实现桁架相对于静止导轨的移动行走，桁架移动到位后，通过锚固系统将桁架及后支座压紧在导轨和梁面上，完成桁架的移动；联接在蜗杆上的编码器通过实时测量蜗杆的转角位移可计算出导轨或桁架的位移量大小，以便对导轨或桁架的运动进行实时控制，特别是多桁架同步移动时，可提高各桁架同步移动精度。
15.本发明的有益之处为：传动链中包含了蜗杆涡轮机构，且全传动链均为啮合传动，因此具有反向行程自锁、传动精度高等优点，确保了导轨或桁架移动过程中不会出现打滑或刹不住车现象，操作安全性高；可以实现长距离连续匀速移动行走，克服了步进式行走易产生的挂篮与桁架系统不稳定的缺陷；具有导轨或桁架自动移动行走或手动移动行走功能，适应性更强；具有移动距离实时检测功能，便于控制多桁架同步移动行走，提高了各桁架同步移动精度。
附图说明
16.图1是桁架固定在导轨桥面上状态示意图。
17.图2是图1中标号为ⅰ的局部放大图（正常工作状态）。
18.图3是图1中a
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a剖视图（正常工作状态）。
19.图4是图3中c
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c剖视图。
20.图5是图1中b
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b剖视图（前支座正常工作状态）。
21.图6是图1中b
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b剖视图（前支座及导轨被升起状态）。
22.图7是图1中a
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a剖视图（锚固松开控制导轨升起状态）。
23.图8是图1中a
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a剖视图（导轨固定，锚固拆除状态）。
24.图9是图1中标号为ⅰ的局部放大图（前支座下放入滚筒状态）。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
26.参见图1
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图3：导轨06为两条结构相同且相互平行的工字钢并通过设置在其两端
的后挡板05和前挡板14焊接在一起的刚性整体，导轨紧固系统08通过联接器07联接在预埋于梁段中的螺纹钢桩头15上，导轨06安放在一组垫块10上并被一组导轨紧固系统08和导轨压块09紧固在梁段11上，本发明的导轨紧固系统08为螺栓螺母，螺栓贯穿导轨压块09并通过联接器07联接在预埋于梁段中的螺纹钢桩头15上，螺母用于锁紧螺栓。桁架02通过固联在其下面的前支座40和后支座04安放在导轨06上，预埋在梁段11内的锚固系统03压紧桁架02的后端，使得桁架02压紧在导轨06上实现在梁面上的固定，挂篮通过挂杆01挂在桁架的外伸端；本发明中锚固系统03为螺杆螺母，螺杆贯穿桁架02底部后侧并锚入至梁段11，螺母用于锁紧螺杆。
27.挂篮重量通过挂杆01作用在桁架02前端使得桁架受到绕前支座40顺时针转动的力矩，但锚固系统03始终压在桁架02后端使得桁架02同时受到绕前支座40逆时针转动的力矩而使桁架02处于平衡状态，显然，松开锚固系统03（但不解除），桁架后端会随之升高。
28.参见图2：在前支座40下端面16设置有贯通的半圆形开口槽13，以便需要移动桁架时可在其中放入滚筒减小移动时的摩擦；正常工作时前支座40下端面16压在导轨06的上表面。
29.参见图3：后支座04是上下两头贯通的方箱结构，在其内部设置有环形加厚筋板04a，环形加厚筋板04a中间为方孔；内部上下两头贯通且外部设置有安装筋板34的方箱结构的减速器箱体外壳21贯通环形加厚筋板04a中间的方孔并安装固定在环形加厚筋板04a上；在箱体外壳21上部设置安装有蜗杆22（蜗杆以箱体外壳21为支承，同时参见图4）、中部设置安装有涡轮轴24、下部设置安装有齿轮轴30且齿轮轴上的齿轮端位于箱体外壳21的外侧，在涡轮轴24上通过键连接固定安装有涡轮23以及两只对称布置的第一齿轮25，在齿轮轴30上位于箱体外壳21内侧固定安装有第二齿轮31，蜗杆22与涡轮23啮合，第一齿轮25与第二齿轮31啮合；在后支座04下端两侧箱体壁上分别固定安装有后挂轮轴28，后挂轮轴28上位于后支座04下端箱体壁内侧安装有后挂轮29，在后挂轮轴28下方的后支座04下端两侧箱体壁上还设置有贯穿箱体壁的调节螺钉，用于调节和控制后支座04相对于导轨06在左右方向的位置。导轨06的工字钢轨道腹板位于后挂轮29和齿轮轴30之间，工字钢上翼板位于环形加厚筋板04a之下、后挂轮29和齿轮轴30一端的齿轮之上，在两条工字钢轨道上翼板靠近导轨中心的下侧面上固定安装有齿条26，正常工作时，导轨紧固系统08通过导轨压块09将放置在垫块10上的导轨06紧固在梁段11上，后支座04上的环形加厚筋板04a压在导轨的两条工字钢轨道上翼板上；设置后挂轮29与齿轮轴30的位置符合以下原则：若后支座04升高使得后挂轮29与导轨06工字钢轨道上翼板下侧面27接触时，固联在上翼板下侧的齿条26与齿轮轴30上的齿轮恰好正常啮合（参见图7），而正常工作时，后挂轮29与工字钢轨道上翼板下侧面27之间保持有间隙，该间隙小于齿条26齿顶高，以保证齿条26与齿轮轴30上的主齿轮在脱离正常啮合状态下不会出现齿顶相互抵触现象。位于涡轮轴24一端的轴承端盖32中间设置有通孔，固定安装在轴承端盖32外侧面上的编码器33的转轴与涡轮轴24同轴固联，使得编码器33可以测量涡轮轴24的转角位移量，进而按照啮合传动链传动比可计算出齿轮轴32的角位移，最后计算出后支座04与导轨06之间的相对位移量大小；反之也可以根据后支座04与导轨06之间所需要的相对位移量大小控制蜗杆21需要转过的角度，这可以方便地控制多个桁架同步移动。
30.参见图4：蜗杆22一端通过联轴器36与固定在箱体外壳21上的液压马达35转轴相
联，蜗杆22的另一端伸出箱体外壳21之外，且其端部设置有一段扁方可供人工用扳手转动蜗杆22。
31.参见图5：设置在桁架02前端下面与之固联的前支座40为上下通透的矩形方箱结构，在其内部下段设置有环形筋板41，筋板41中间为方孔以便门形支架47能够无阻碍上下通过；两个前挂轮轴43安装在前支座40两侧下延壁上，在前挂轮轴43上靠近前支座40两侧下延壁内侧的一端安装有前挂轮42；在与前支座40上端面固联的上底板48的下侧面上固定安装有液压千斤顶45，在液压千斤顶45的活塞杆伸出端端面上安装有门形支脚47，并且在液压千斤顶45的活塞杆伸出端端面与门形支脚47之间设置有球形垫片46；前支座40与导轨06位置关系设置为：导轨06的工字钢轨道上翼板位于筋板41和挂轮42之间，正常工作时，垫块10放置在梁段11上面，导轨06安放在垫块10上并被导轨紧固系统紧固于梁段11上。
32.图6所示的是前支座及导轨被升起的状态。控制液压千斤顶45的活塞杆伸出，使门形支脚47触地后继续将前支座40顶起，球形垫片46使得门形支脚47能在落地时能自动调整位姿、受力均匀。前支座40在升起过程中，通过挂轮42将导轨06抬起，导轨抬起的高度以导轨移动时不受预埋螺纹钢桩头15的阻碍为止。
33.（1）导轨移动方式：需要导轨移动时，拆除导轨紧固系统08，以解除导轨与梁面的约束，松开锚固系统03使桁架与后支座升高带动导轨升起（参见图7），导轨抬起的高度以导轨移动时不受预埋螺纹钢桩头15的阻碍为止，此时导轨后端悬空挂在挂轮29上，齿轮轴30上的主齿轮与齿条26处于正常啮合状态；同时，将前支座升起至图6状态；至此导轨完全被悬挂在前挂轮和后挂轮上；控制液压马达35旋转，便可通过联轴器36、蜗杆22、涡轮23、第一齿轮25、齿轮轴30及齿条26等驱动导轨06移动，也可以利用扳手人工转动蜗杆22一端的扁方实现导轨的移动。导轨移动到位后，紧固锚固系统03使得导轨06落到垫块10上但并不压紧导轨，控制液压千斤顶45使导轨下落至垫块10上处于自由状态（即：导轨06的上翼板与筋板41以及前挂轮42均不接触），此时可校正导轨位置，导轨位置校正好以后再通过导轨紧固系统15将其固定到梁段上。
34.（2）桁架移动方式：导轨固定在梁段上；拆除锚固系统03，与桁架02固联的后支座04上的后挂轮29自动反扣到导轨06工字钢轨道的上翼板下侧面（参见图8）从而使桁架保持受力平衡；在桁架前端，控制液压千斤顶45的活塞杆伸出，使门形支脚47触地后继续将前支座40顶起，在导轨与前支座40底面之间的半圆形开口槽13中安放滚筒17，然后放下前支座40使得前支座40重量压在滚筒17上（参见图9、图2），此时前支座40的底面16与导轨06不接触。至此，桁架前支座通过滚筒17压在导轨上，后支座04通过后挂轮29反扣在导轨06上。控制液压马达35旋转，便可通过联轴器36、蜗杆22、涡轮23、第一齿轮25、第二齿轮31、齿轮轴30及齿条26驱动桁架移动行走，也可以利用扳手人工转动蜗杆22一端的扁方实现桁架的移动；桁架移动到位后，先通过液压千斤顶45顶起前支座40取下滚筒17，然后在将前支座40完全放到导轨06上。
35.作为另一种可选方案，在导轨06与前支座40底面之间不安放滚筒17，前支座40直接安放在导轨06上让前支座底面16与导轨06直接接触（可在接触面上涂上润滑油），然后移动导轨。
36.桁架移动过程中，编码器33可实时测出桁架移动距离，以便控制各桁架同步移动；桁架移动到位后，可通过调节螺钉44调整桁架左右位置（参见图5），桁架位置调整完毕后锚
固系统03压紧桁架后端使其固定在梁段11上。至此，导轨和桁架移动完毕。
37.本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。