一种用于墩柱混凝土的自动振捣装置及施工方法与流程

1.本发明涉及墩柱混凝土振捣装置技术领域。更具体地说，本发明涉及一种用于墩柱混凝土的自动振捣装置及施工方法。


背景技术：

2.墩柱作为桥梁的一种常见的下部结构，其混凝土施工质量对桥梁的整体稳定性有着至关重要的影响。为了保证混凝土的强度及质量，在浇筑混凝土后要进行振捣，排除其中的气泡，使混凝土结合密实，消除蜂窝麻面。目前在施工现场常用的振捣方式为：插入式振捣棒为主，附着式振捣棒为辅，并且插入式振捣棒为传统的电机外置的软轴式振捣棒。这种振捣方式不仅需要大量人工投入，振捣质量很大程度上依赖工人的工作经验和自觉性，并且该类振捣棒一般为低频振捣，振捣效果相对较差，耗时长。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
4.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于墩柱混凝土的自动振捣装置，设置于墩柱混凝土浇筑施工设备上，所述浇筑施工设备上固定设置有轨道，所述自动振捣装置包括：
5.伸缩臂，其水平设置；所述伸缩臂包括固定臂和活动臂，所述固定臂滑动套设在所述活动臂的外部，形成可伸缩结构；所述固定臂的一端与所述轨道滑动连接；
6.电缆卷筒，其上卷绕有电缆，所述电缆卷筒与所述固定臂固定连接；
7.电缆收放装置，其与所述活动臂固定连接，用以收放电缆；
8.振捣棒，其竖直设置，电缆的一端与所述振捣棒连接，另一端穿过所述电缆收放装置后卷绕在所述电缆卷筒上。
9.优选的是，所述固定臂的截面形状呈类倒u型，所述活动臂的截面形状呈类u型，所述固定臂的两侧壁与所述活动臂的两侧壁滑动连接。
10.优选的是，所述固定臂的内顶面固定设置有滑轨和至少两个连接板，所述活动臂的内部设置有丝杠和第一驱动电机，所述丝杠穿过各所述连接板，且所述丝杠上配合连接有滑块，所述滑块与所述活动臂固定连接，所述第一驱动电机带动所述丝杠转动，进而带动所述滑块沿所述滑轨滑动，以使所述活动臂相对于所述固定臂滑动。
11.优选的是，所述电缆收放装置包括：
12.收放轮组，其至少包括三个摩擦轮组，任意所述摩擦轮组包括一对摩擦轮，电缆从一对摩擦轮之间穿过；一对摩擦轮之间的间距可调节，以夹紧电缆；各摩擦轮组沿所述活动臂的长度方向间隔设置，电缆依次穿过各摩擦轮组后与所述振捣棒连接；
13.驱动装置，其包括第二驱动电机和涡轮蜗杆结构，所述第二驱动电机用以驱动所述涡轮蜗杆结构，所述涡轮蜗杆结构用以带动所述收放轮组中两侧的摩擦轮同时反向转动，实现电缆的收放。
14.优选的是，所述电缆收放装置还包括检测轮组，所述检测轮组包括一对弹簧夹紧轮，其中一个所述弹簧夹紧轮同轴连接有编码器；所述检测轮组设置在电缆卷筒与所述收放轮组之间，电缆穿过一对弹簧夹紧轮之间后再穿过所述收放轮组。
15.优选的是，所述电缆收放装置还包括导向轮组，所述导向轮组包括竖直设置的第一导向轮组和水平设置的第二导向轮组，所述导向轮组设置在所述收放轮组和所述振捣棒之间，电缆从所述收放轮组穿过后依次穿过所述第一导向轮组和所述第二导向轮组，再与所述振捣棒连接。
16.优选的是，所述固定臂与所述轨道之间还设置有行走小车和第三驱动装置，所述固定臂与所述行走小车转动连接，所述第三驱动装置用以驱动所述行走小车沿所述轨道移动。
17.本发明还有一个目的是提供一种用于墩柱混凝土的自动振捣装置的施工方法，在墩柱混凝土浇筑设备上设置一个或多个所述自动振捣装置，调整各所述伸缩臂的长度使各所述振捣棒正对预设的振捣点位；当墩柱混凝土采用分层浇筑方式时，每浇筑一层混凝土即下放各所述振捣棒进行振捣，振捣完成后提起各所述振捣棒；当墩柱混凝土采用整体浇筑方式时，下放各所述振捣棒至浇筑的混凝土底部，悬停振捣至时长满足设定值后，上提各所述振捣棒至下一振捣高度，悬停振捣至时长满足设定值后继续提升各所述振捣棒，直至完成所有混凝土的振捣。
18.优选的是，当墩柱混凝土采用分层浇筑方式时，具体包括以下步骤：
19.sa1：浇筑当前层高的墩柱混凝土；
20.sa2：调节各所述自动振捣装置的伸缩臂的伸缩长度，使各所述振捣棒正对预设的振捣点位；此时各所述振捣棒所在位置为初始位置，即下放各所述振捣棒的零点位置；
21.sa3：当前层的混凝土浇筑完成后，通过各所述电缆收放装置快速下放各所述振捣棒，当进入混凝土面后，开启各所述振捣棒，此时各所述编码器开始检测并记录各所述振捣棒的下放高度；
22.sa4：各所述振捣棒下放至目标位置后保持悬停，并开始振捣作业计时，当满足振捣时长设定值后，通过各所述电缆收放装置将各所述振捣棒缓慢提升，待各所述振捣棒完全提出混凝土后，停止各所述振捣棒；
23.sa5：通过各所述电缆收放装置快速提升各所述振捣棒至初始位置，完成该层混凝土的自动振捣作业；
24.sa6：重复sa1-sa5步骤，直至所有混凝土的振捣完成，将各所述振捣棒收起。
25.优选的是，当墩柱混凝土采用整体浇筑方式时，具体包括以下步骤：
26.sb1：一次性完成墩柱混凝土的整体浇筑；
27.sb2：调节各所述自动振捣装置的伸缩臂的伸缩长度，使各所述振捣棒正对预设的振捣点位；此时各所述振捣棒所在位置为初始位置，即下放各所述振捣棒的零点位置；
28.sb3：通过各所述电缆收放装置快速下放各所述振捣棒，当进入混凝土面后，开启各所述振捣棒，此时各所述编码器开始检测并记录各所述振捣棒的下放高度；
29.sb4:各所述振捣棒下放至混凝土底部后保持悬停，并开始振捣作业计时，当满足振捣时长设定值后，通过各所述电缆收放装置将各所述振捣棒缓慢提升至下一振捣高度后保持悬停，并继续振捣至时长满足设定值后，再将各所述振捣棒提升下一振捣高度继续振
捣，直到各所述振捣棒完全提出混凝土面，停止各所述振捣棒；
30.sb5:通过各所述电缆收放装置快速提升各所述振捣棒至初始位置，完成所有的混凝土的自动振捣作业，将各所述振捣棒收起。
31.本发明至少包括以下有益效果：
32.1、本发明提供的用于墩柱混凝土的自动振捣装置，通过伸缩臂将振捣棒准确定位至振捣点位，适应不同半径范围内的振捣；可以根据混凝土浇筑高度，通过电缆收放装置控制振捣深度以及提升和下放振捣棒的速率，可有效代替人工进行振捣，减少人工投入，降低施工风险，提高振捣质量。
33.2、本发明提供的用于墩柱混凝土的自动振捣装置，可以多个同时进行振捣作业，达到排阵的效果，进一步提高振捣效率和振捣质量。
34.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
35.图1为本发明中所述自动振捣装置的安装位置示意图；
36.图2为本发明所述自动振捣装置的结构示意图；
37.图3为本发明所述伸缩臂的侧面结构示意图；
38.图4为本发明所述伸缩臂的内部结构示意图；
39.图5为图2的a处局部放大图；
40.图6为本发明中墩柱混凝土分层浇筑时振捣作业流程图；
41.图7为本发明中墩柱混凝土整体浇筑时振捣作业流程图。
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
43.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，并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发明的限制。
44.如图1～图2所示，本发明提供一种用于墩柱混凝土的自动振捣装置100，设置于墩柱混凝土浇筑施工设备200上，所述浇筑施工设备200上固定设置有轨道201，所述自动振捣装置100包括：
45.伸缩臂110，其水平设置；所述伸缩臂110包括固定臂111和活动臂112，所述固定臂111滑动套设在所述活动臂112的外部，形成可伸缩结构；所述固定臂111的一端与所述轨道201滑动连接；
46.电缆卷筒150，其上卷绕有电缆140，所述电缆卷筒150与所述固定臂111固定连接；
47.电缆收放装置130，其与所述活动臂112固定连接，用以收放电缆140；
48.振捣棒120，其竖直设置，电缆140的一端与所述振捣棒120连接，另一端穿过所述电缆收放装置130后卷绕在所述电缆卷筒150上。
49.在这种技术方案中，所述自动振捣装置100可设置在爬模等墩柱混凝土浇筑施工设备200上用以对墩柱混凝土进行振捣，也可以与其他施工设备相配合进行混凝土振捣，而不限于墩柱施工中。所述伸缩臂110为可伸缩结构，可灵活调整其伸出长度，以适应不用范围内的振捣作业。通过所述电缆收放装置130收放电缆140，来根据混凝土浇筑的高度将所述振捣棒120下放至目标振捣深度。较优地，所述振捣棒120可选择高频振捣棒。待振捣时间满足设定值后，通过所述电缆收放装置130提升所述振捣棒120。所述自动振捣装置100可有效减少人工投入，降低施工风险，提高振捣质量。并且，可以在墩柱混凝土施工设备200上设置多个所述自动振捣装置100，多个所述自动振捣装置100同时进行振捣，达到排阵的效果，进一步提高振捣效率和振捣质量。
50.在另一种实施例中，所述固定臂111的截面形状呈类倒u型，所述活动臂112的截面形状呈类u型，所述固定臂111的两侧壁与所述活动臂112的两侧壁滑动连接。
51.在这种技术方案中，由于所述固定臂111套设在所述活动臂112上，因此所述固定臂111的开口端与所述活动臂112的开口端相对设置，且所述活动臂112的开口端正对所述固定臂111的内顶面。所述固定臂111的两侧壁和所述活动臂112的两侧壁可采用多种滑动连接方式，参照图3，较优地可在所述活动臂112的两侧壁外侧设置所述滑轨113，在所述固定臂111的两侧臂内侧对应设置所述滑块114，通过滑块与滑轨的结构为所述活动臂112沿所述固定臂111的伸缩提供导向支撑。为进一步保证所述活动臂112与所述固定臂111相对滑动的稳定性，还可以在所述固定臂111的两侧壁内侧沿其长度方向设置多个导向支撑轮115，对应在所述活动臂112的两侧壁外侧设置伸出部，并使所述伸出部搭接在所述导向支撑轮115上，并可沿所述导向支撑轮115移动。
52.为了实现所述伸缩臂110的自动伸缩调整，进一步地，所述固定臂111的内顶面固定设置有滑轨113和至少两个连接板117，所述活动臂112的内部设置有丝杠116和第一驱动电机118，所述丝杠116穿过各所述连接板117，且所述丝杠116上配合连接有滑块114，所述滑块114与所述活动臂112固定连接，所述第一驱动电机118带动所述丝杠116转动，进而带动所述滑块114沿所述滑轨113滑动，以使所述活动臂112相对于所述固定臂111滑动。各所述连接板117用以为所述丝杠116提供支撑，为进一步保证所述丝杠116转动的稳定性，所述活动臂112远离所述固定臂的一端设置有固定板，所述丝杠116的一端还可穿过所述固定臂。通过所述第一驱动电机118来控制所述丝杠116的转动，进而带动所述滑块114移动，使所述活动臂112相对于所述固定臂111滑动。参照图4，所述第一驱动电机118可选择空心轴步进电机，所述丝杠116穿过空心轴步进电机，空心轴步进电机固定在任意所述连接板117上，以使所述伸缩臂110结构更加紧凑，所述第一驱动电机118也可以选择常规的驱动电机，所述第一驱动电机118设置在所述丝杠116的任意一端。
53.在另一种实施例中，所述电缆收放装置130包括：
54.收放轮组133，其至少包括三个摩擦轮组，任意所述摩擦轮组包括一对摩擦轮，电缆140从一对摩擦轮之间穿过；一对摩擦轮之间的间距可调节，以夹紧电缆140；各摩擦轮组沿所述活动臂112的长度方向间隔设置，电缆140依次穿过各摩擦轮组后与所述振捣棒120连接；
55.驱动装置，其包括第二驱动电机135和涡轮蜗杆结构，所述第二驱动电机135用以驱动所述涡轮蜗杆结构，所述涡轮蜗杆结构用以带动所述收放轮组中两侧摩擦轮同时反向转动，实现电缆140的收放。
56.在这种技术方案中，所述电缆收放装置130与所述活动臂112固定连接，由于所述固定臂111的截面形状呈类倒u型，其下端开口，因此为不影响所述伸缩臂110的伸缩活动，较优地所述电缆收放装置130可固定设置在所述活动臂112的底部，具体地，可在所述活动臂112的底部设置多个支撑连接板来分别固定所述收放轮组133、所述第二驱动装置135等。所述第二驱动电机135与所述涡轮蜗杆机构传动连接，所述涡轮蜗杆机构包括蜗杆、涡轮以及齿轮组，所述第二驱动电机135驱动所述蜗杆，所述蜗杆带动所述涡轮，所述涡轮通过所述齿轮组同时带动各所述摩擦轮组两侧的摩擦轮反向转动。所述涡轮蜗杆机构与所述收放轮组133可封装于一盒体中，以避免杂进入影响所述涡轮蜗杆机构的传动效率。所述第二驱动装置135可通过联轴器136与所述蜗杆连接。一对摩擦轮之间的间距可调节，以适应不同直径的电缆，并调整摩擦轮对电缆140的夹紧力，可通过将一侧的摩擦轮固定，移动另一侧的摩擦轮来调整间距；也可以同时调整两侧的摩擦轮位置来调整间距。多组所述摩擦轮组同时夹紧电缆140，同一所述摩擦轮组中的两个摩擦轮的转向相反，即所述收放轮组两侧的摩擦轮反向转动，在摩檫力的作用下带动电缆140移动，通过调整摩擦轮的转向，实现电缆140的收放。并且可以通过所述第二驱动电机135调整各所述摩擦轮的转动速度，来调整电缆140的收放速率。
57.为实现对电缆收放长度的精确控制，所述电缆收放装置130还包括检测轮组134，所述检测轮组134包括一对弹簧夹紧轮，其中一个所述弹簧夹紧轮同轴连接有编码器；所述检测轮组设置在电缆卷筒150与所述收放轮组133之间，电缆从所述电缆卷筒伸出，穿过一对弹簧夹紧轮之间后再穿过所述收放轮组133。一对弹簧夹紧轮在弹簧的作用下始终保持与电缆的良好接触，使得所述编码器可以准确记录通过的电缆140的长度，进而得到电缆140的收放量。同样地，所述检测轮组134也可以通过支撑连接板固定在所述活动臂112的底部。为保证所述编码器的记录精度，电缆140在进入一对弹簧夹紧轮前需尽量保持平直，为此可在所述检测轮组134之前设置一端电缆导向管137，通过所述电缆导向管137将电缆140整理平直。
58.考虑到所述振捣棒120下放和提升的稳定性，所述电缆收放装置130还包括导向轮组，所述导向轮组包括竖直设置的第一导向轮组132和水平设置的第二导向轮组131，所述导向轮组设置在所述收放轮组133和所述振捣棒之间，电缆140从所述收放轮组133穿过后依次穿过所述第一导向轮组132和所述第二导向轮组131，再与所述振捣棒120连接。通过所述第一导向轮组132和所述第二导向轮组131将电缆140从水平方向导向到竖直方向，保证电缆140的平稳转向，进而使得所述振捣棒120得以平稳下放和提升。较优地，所述第二导向轮组131上设置有重锤限位开关，所述重锤限位开关与所述第二驱动电机连接，防止所述振捣棒120在快速提升时发生冲顶，并且可及时自动判断所述振捣棒120是否已提升至最高位置。
59.在另一种实施例中，所述固定臂111与所述轨道201之间还设置有行走小车170和第三驱动装置180，所述固定臂111与所述行走小车170转动连接，所述第三驱动装置180用以驱动所述行走小车170沿所述轨道201移动。
60.在这种技术方案中，所述第三驱动装置180固定设置在所述行走小车170上。所述固定臂111与所述行走小车170转动连接，当不需要振动时，可转动所述固定臂111使其与所述轨道201平行，从而不影响其他作业施工。具体地，可在所述固定臂111上设置连接底座160，所述连接底部160通过转轴与所述行走小车170连接，并通过插销来固定转轴，以实现对所述固定臂111与所述轨道201之间的夹角。
61.考虑到所述自动振捣装置100中所述伸缩臂110、所述电缆收放装置130、所述振捣棒120和所述行走小车170进行调整时的便捷性，所述自动振捣装置100上还设置有控制柜190，所述控制柜190包括控制元件和控制面板，所述控制元件可选择常规使用的控制元器件，所述控制元件与所述第一驱动装置118、所述第二驱动装置135、所述第三驱动装置180、所述振捣棒120和所述编码器电连接，控制所述伸缩臂110的伸缩长度、电缆140的收放长度和速率以及所述振捣棒120的振捣时间和振捣频率。为进一步保证施工人员的安全性，所述自动振捣装置100还包括遥控器，所述遥控器与所述控制元件无线通信连接，供现场施工人员使用，用以远程控制所述第一驱动装置118、所述第二驱动装置135、所述第三驱动装置180、所述振捣棒120。
62.本发明还提供了一种用于墩柱混凝土的自动振捣装置的施工方法：在墩柱混凝土浇筑设备200上设置一个或多个所述自动振捣装置100，调整各所述伸缩臂110的长度使各所述振捣棒120正对预设的振捣点位；当墩柱300的混凝土采用分层浇筑方式时，每浇筑一层混凝土即下放各所述振捣棒120进行振捣，振捣完成后提起各所述振捣棒120；当墩柱300的混凝土采用整体浇筑方式时，下放各所述振捣棒120至浇筑的混凝土底部，悬停振捣至时长满足设定值后，上提各所述振捣棒120至下一振捣高度，悬停振捣至时长满足设定值后继续提升各所述振捣棒120，直至完成所有混凝土的振捣。
63.当墩柱混凝土采用分层浇筑方式时，每层混凝土的层高h＝30-50cm，流程图参照图6，具体包括以下步骤：
64.sa1：浇筑当前层高的墩柱混凝土；
65.sa2：调节各所述自动振捣装置100的伸缩臂110的伸缩长度，使各所述振捣棒120正对预设的振捣点位；此时各所述振捣棒120所在位置为初始位置，即下放各所述振捣棒120的零点位置；
66.sa3：当前层的混凝土浇筑完成后，通过各所述电缆收放装置130快速下放各所述振捣棒120，当进入混凝土面(xn，yn，zn)后，开启各所述振捣棒，此时各所述编码器开始检测并记录各所述振捣棒120的下放高度；
67.sa4：各所述振捣棒下放至目标位置(xn，yn，z0)后保持悬停，并开始振捣作业计时，当满足振捣时长设定值后，通过各所述电缆收放装置130将各所述振捣棒120缓慢提升，待各所述振捣棒120完全提出混凝土后，停止各所述振捣棒120；目标位置应插入至上一次振捣完成、初凝前混凝土5-10cm，以消除上、下两层之间的接缝，即z
n-z0》h。
68.sa5：通过各所述电缆收放装置120快速提升各所述振捣棒至初始位置，完成该层混凝土的自动振捣作业；
69.sa6：重复sa1-sa5步骤，直至所有混凝土的振捣完成，将各所述振捣棒120收起。
70.当墩柱混凝土采用整体浇筑方式时，流程图参照图7，具体包括以下步骤：
71.sb1：一次性完成墩柱混凝土的整体浇筑；
72.sb2：调节各所述自动振捣装置100的伸缩臂110的伸缩长度，使各所述振捣棒120正对预设的振捣点位；此时各所述振捣棒120所在位置为初始位置，即下放各所述振捣棒120的零点位置；
73.sb3：通过各所述电缆收放装置130快速下放各所述振捣棒120，当进入混凝土面(x
′n，y
′n，z
′n)后，开启各所述振捣棒120，此时各所述编码器开始检测并记录各所述振捣棒120的下放高度；
74.sb4:各所述振捣棒120下放至混凝土底部(x
′n，y
′n，z
′0)后保持悬停，并开始振捣作业计时，当满足振捣时长设定值后，通过各所述电缆收放装置130将各所述振捣棒120缓慢提升至下一振捣高度(x
′n，y
′n，z
′1)后保持悬停，并继续振捣至时长满足设定值后，再将各所述振捣棒提升下一振捣高度(x
′n，y
′n，z
′2)继续振捣，直到各所述振捣棒120完全提出混凝土面(x
′n，y
′n，z
′n)，停止各所述振捣棒120；数列(z
′0，z
′1，z
′2，
……
，z
′n)为等差数列，公差为h
′
，h
′
为预设的一个单位振捣高度。
75.sb5:通过各所述电缆收放装置120快速提升各所述振捣棒至初始位置，完成所有的混凝土的自动振捣作业，将各所述振捣棒120收起。
76.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。