CN110130224B - 用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶及其定位方法 - Google Patents
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Abstract
用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶，包括用于顶起箱梁的竖向千斤顶和水平设置的基盘，基盘是底部为平面、具有圆柱面状的侧壁的盆状结构，竖向千斤顶可滑动地竖立在基盘上；竖向千斤顶的外壁与基盘的侧壁之间设有横向千斤顶，横向千斤顶安装在L形支架上横向千斤顶的顶推部抵触在竖向千斤顶外壁，L形支架的长边的端部和短边的端部通过平面滚珠轴承分别支撑在基盘的侧壁和底部；基盘上设有一内齿轮圈；L形支架上装有步进电机和受步进电机驱动的齿轮，齿轮与内齿轮圈啮合。本发明还包括使用上述三维千斤顶用于大型箱梁落梁精确定位的方法。本发明外形小、重量轻，能自动完成大型箱梁落梁的精确定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶及其定位方法。
背景技术
现有技术申请专利的尚不少见，以专利申请号201510296185.X为例加以说明。该专利技术提供了一种三维可调千斤顶装置，该装置采用两只横向设置的千斤顶推动竖立的主千斤顶作左右、前后的水平移动。由于该装置结构分两个层次，增加了高度及重量，从而导致该装置外观尺寸过大，对于大型箱梁的精确定位，鉴于实际工况中客观存在的桥墩空间的局限性，均难于得到实际使用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种针对高速铁路大型箱梁落梁可以精确定位的三维千斤顶及定位方法。
本发明所述的用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶，包括用于顶起箱梁的竖向千斤顶和水平设置的基盘，竖向千斤顶可滑动地设置在基盘的内底板上，其特征在于：基盘为盆状结构，底部为平面，侧壁为有足够厚度的空心圆柱体环壁(见图3剖面图)。横向千斤顶安装在L形支架上，横向千斤顶的顶推部抵触在竖向千斤顶外壁。所述的L形支架的短边通过平面滚珠轴承支撑在基盘底部；L形支架的长边同样通过平面滚珠轴承支撑在基盘的侧壁上。所述基盘侧壁的内侧设有一内齿轮圈；所述的L形支架上连接有步进电机和受所述的步进电机驱动的齿轮，所述的齿轮与所述基盘侧壁内侧下部的内齿轮圈相啮合。
竖向千斤顶的顶升部装有竖向千斤顶压强传感器、竖向千斤顶位移传感器；横向千斤顶的顶推部装有横向千斤顶活塞位移传感器，横向千斤顶的油腔装有横向千斤顶压强传感器，横向千斤顶上还装有用于测定横向千斤顶转动角度的横向千斤顶转动传感器；所述竖向千斤顶压强传感器的信号输出端、竖向千斤顶位移传感器的信号输出端、横向千斤顶压强传感器的信号输出端、横向千斤顶转动传感器的信号输出端、横向千斤顶活塞位移传感器的信号输出端均与一带有人机交互界面的控制器的信号输入端相应引脚电连接，所述控制器的信号输出端与竖向千斤顶的控制端、横向千斤顶的控制端以及步进电机的控制端电连接。
所述基盘与所述竖向千斤顶之间增设用于减小摩擦力的缓冲装置，所述缓冲装置包括第一MGE滑板和第二MGE滑板，所述第一MGE滑板安装在竖向千斤顶的底面上，第二MGE滑板铺设在基盘的内底板上，并保持第一MGE滑板与第二MGE滑板直接接触或者用润滑油润滑。
所述竖向千斤顶和基盘之间还增设定心装置，所述定心装置包括三个沿基盘的侧壁周向均匀分布的定心架，定心架沿基盘径向排布，且定心架的外端拆卸式安装在基盘的侧壁上沿，定心架的内端抵在竖向千斤顶的侧壁上，且三个定心架之间的夹角为120°，用于实现竖向千斤顶的纵向中心轴与基盘的中心轴重合。
横向千斤顶固定在横向L形支架上，横向L形支架的长边通过平面滚动轴承支撑在环壁侧面的内圆柱面上，横向L形支架的短边通过平面滚动轴承支撑在基盘底部的平面上。横向L形支架的长边上还安装一只步进电机，该步进电机的输出轴端安装有圆柱齿轮，该圆柱齿轮与基盘上的内圆柱齿轮，构成齿轮副。当横向千斤顶尚未工作时，即横向千斤顶外伸端尚未与主顶外圆柱面接触时，步进电机便可驱动横向千斤顶在基盘圆周上转动，可以到达任意基盘圆周角度的位置。
所述基盘的外侧壁设有能与桥墩上的X方向线对应的X方向标线,与桥墩上的预先设置的与架桥方向一致的X方向线须彼此重合,其中X方向是桥墩在施工完成后，按照施工要求，必须在桥墩与箱梁设计要求的结合部位加注定位标线，与箱梁长度方向平行一致的是X方向。
根据本发明所述的用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶的定位方法，包括以下步骤：
1)将四台三维千斤顶装置两两安放在两个相邻的箱梁桥墩的垫石旁，并将装置上标出的X方向标线与架桥方向，即X方向线重合；
2)通过定心支架将竖向千斤顶定心，即保持竖向千斤顶的纵向中心轴与基盘的中心轴重合，调整好后拆除定心支架；
3)在人机交互界面上手动输入竖向千斤顶位置与箱梁落梁安装要求的位置的偏差x值与y值，即竖向千斤顶需要精确移动到位的安装位置，需人工测量后输入；输入后，人机交互界面上即显示：
θ及r,见下式：
式中θ是横向千斤顶需要转动的圆周角度，单位是度；式中r是横向千斤顶转到所需角度θ值之后，横向千斤顶活塞需要移动竖向千斤顶的距离，单位是毫米；
4)启动控制器，控制器发出指令，使竖向千斤顶进油，顶升箱梁，使箱梁的重量由这样的四个竖向千斤顶顶起；驱动各自的步进电机，使齿轮带动各自的横向千斤顶在各自的基盘上做圆周运动，直至达到各自的θ角的位置自动停下；
5)四个横向千斤顶按控制器发出的精确指令，分别推动各自的竖向千斤顶完成各自要求的移动距离r值，从而实现对箱梁进行精确定位。
本发明的有益效果是：采用一只竖向千斤顶，外加另一只可以绕主竖向千斤顶转动的横向千斤顶而构成，竖向千斤顶底部及基盘底上采用减摩擦MGE滑板材料，结构紧凑、外形小、重量轻，自动完成大型箱梁落梁的精确定位。
附图说明
图1是本发明的结构图之一。
图2是本发明的结构图之二。
图3是本发明的剖视图。
图4是本发明的俯视图。
图5是本发明的控制装置示意图。
图6是本发明的控制器结构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
实施例一：用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶，包括用于顶起箱梁的竖向千斤顶2和水平设置的基盘1，竖向千斤顶2可滑动地设置在基盘1的内底板上，所述的基盘1为一盆形，基盘底部为一平面，侧壁为一厚度足够的圆柱形环壁。所述的竖向千斤顶2设置在环壁内部的空腔内，所述的环壁的内侧下部设有一内齿轮圈11；所述的环壁内设置有可相对环壁做周向移动的L形支架12，所述的L形支架12上连接有步进电机4和受所述的步进电机驱动的齿轮41，所述的齿轮41与内齿轮圈11啮合；横向千斤顶3固定在L形支架12上，横向千斤顶3的顶推部抵触在竖向千斤顶2外壁，所述L形支架12其长边端部通过平面滚动轴承13支撑在环壁侧面的内圆柱面上，所述L形支架的短边端部通过平面滚动轴承14支撑在基盘底平面上。
竖向千斤顶2的顶升部装有竖向千斤顶压强传感器21、竖向千斤顶位移传感器22；横向千斤顶3的顶推部装有横向千斤顶活塞位移传感器31，横向千斤顶的油腔装有横向千斤顶油压传感器32，横向千斤顶3上还装有用于测定横向千斤顶转动角度的横向千斤顶转动传感器33；所述竖向千斤顶压强传感器21的信号输出端、竖向千斤顶位移传感器22的信号输出端、横向千斤顶压强传感器32的信号输出端、横向千斤顶转动传感器33的信号输出端、横向千斤顶活塞位移传感器31的信号输出端均与一带有人机交互界面的控制器5的信号输入端相应引脚电连接，所述控制器5的信号输出端与竖向千斤顶2的控制端、横向千斤顶3的控制端以及步进电机4的控制端电连接。
所述基盘1与所述竖向千斤顶2之间增设用于减小摩擦力的缓冲装置6，所述缓冲装置6包括第一MGE滑板61和第二MGE滑板62，所述第一MGE滑板61安装在竖向千斤顶2的底面上，所述第二MGE滑板62铺设在基盘1的内底板上，并保持第一MGE滑板61与第二MGE滑板62直接接触或者用润滑油润滑后贴合在一起，使得二者之间的摩擦系数小于等于0.03；第一MGE滑板61、第二MGE滑板62均为MGE材料制成的圆板，并且第一MGE滑板直径小于第二MGE滑板的直径，如果竖向千斤顶顶升力达400吨，则推动竖向千斤顶移动的横向千斤顶仅需要12吨力即可。
所述竖向千斤顶2和基盘1之间还增设定心装置，所述定心装置包括三个沿基盘的侧壁周向均匀分布的定心架7，定心架7沿基盘径向排布，且定心架7的外端拆卸式安装在基盘1的侧壁上沿，定心架7的内端抵在竖向千斤顶2的侧壁上，且三个定心架7之间的夹角为120°，用于实现竖向千斤顶的纵向中心轴与基盘的竖向中心轴重合。
L形支架11支撑在平面滚珠轴承13、14上，可沿基盘上沿转动，到达0～360°的任何一个确定位置。
所述定心架7与所述基盘1的上沿卡接。
所述基盘1的侧壁设有X方向标线15，与桥墩上的预先设置的与架桥方向一致的X方向线须彼此重合,其中X方向是桥墩在建设完成后，按照施工要求，须在桥墩与箱梁设计要求结合部位加注定位标线，与箱梁长度方向平行一致的是X方向。
人机交互界面上设有用于控制控制器启动的启动按钮51、用于控制控制器关闭的停止按钮52以及用于显示测试结果的显示屏53，并在显示屏53上可以显示θ及r测量值。如图6，图中Xi和Yi，i＝a,b,c,d；右下标的i所代表的a、b、c、d代表4个装置上不同的人工测量的位置偏差(例如：A装置测量后的X、Y值就是Xa和Ya，B装置测量后的X、Y值就是Xb和Yb，依次类推)；在操作中以上4组X、Y数据需要一次性输入控制系统。
实施例二根据实施例1所述的用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶的定位方法，包括以下步骤：
1)将四台三维千斤顶装置(分别标识为ABCD)两两安放在两个相邻的箱梁桥墩的垫石8旁，并将装置上标出的X方向标线与架桥方向，即X方向线重合；
2)通过定心支架将竖向千斤顶定心，即保持竖向千斤顶的纵向中心轴与基盘的中心轴重合，调整好后拆除定心支架；
3)在人机交互界面上手动输入竖向千斤顶位置与箱梁落梁安装要求的偏差x值与y值，即竖向千斤顶需要精确移动到位的安装位置，需人工测量后输入；输入后，人机交互界面上即显示：θ及r,见下式：
式中θ是横向千斤顶需要转动的圆周角度，单位是度；式中r是横向千斤顶转到所需角度之后横向千斤顶活塞需要移动竖向千斤顶的距离，单位是毫米；
4)启动控制器上的启动按钮，控制器发出指令，使竖向千斤顶进油，顶升箱梁，使箱梁的重量由这样的四个竖向千斤顶顶起；驱动各自的步进电机，使齿轮带动各自的横向千斤顶在各自的基盘上做圆周运动，直至达到各自的θ角的位置自动停下；
5)四个横向千斤顶按控制器发出的精确指令，分别推动各自的竖向千斤顶完成各自要求的移动距离r值，从而实现对箱梁进行精确定位。
由于高速铁路大型箱梁整体可视为刚体，当某一只竖向千斤顶移动时，比如A号顶在θa方向移动ra时，会带动B,C,D其他顶的牵连移动。我们称其为四顶间的移动干涉。为解决这一问题，我们采用微小量交替迭代的位移法，即A,B,C,D顶，逐步以0.5mm的微小量，交替逐步微小移动逼近要求值。
本说明书实施例所述的内容，仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (6)
1.用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶，包括用于顶起箱梁的竖向千斤顶(2)和水平设置的基盘(1)，基盘(1)是底部为平面、具有圆柱面状的侧壁的盆状结构，竖向千斤顶(2)可滑动地竖立在基盘(1)上；其特征在于：竖向千斤顶(2)的外壁与基盘(1)的侧壁之间设有横向千斤顶(3)，横向千斤顶(3)安装在L形支架(12)上，横向千斤顶(3)的顶推部抵触在竖向千斤顶(2)外壁，所述的L形支架(12)的短边的端部通过第二平面滚珠轴承(14)支撑在基盘(1)的底部，所述L形支架(12)的长边的端部通过第一平面滚珠轴承(13)支撑在基盘(1)的侧壁上；基盘(1)上设有一内齿轮圈(11)；L形支架(12)上装有步进电机(4)和受步进电机(4)驱动的齿轮(41)，齿轮(41)与内齿轮圈(11)啮合。
2.如权利要求1所述的用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶，其特征在于：竖向千斤顶(2)上装有竖向千斤顶压强传感器(21)、竖向千斤顶位移传感器(22)；所述横向千斤顶(3)的顶推部装有活塞位移传感器(31)，横向千斤顶(3)的油腔装有压强传感器(32)，横向千斤顶(3)上还装有用于测定横向千斤顶转动角度的转动传感器(33)；所述竖向千斤顶压强传感器(21)的信号输出端、所述的竖向千斤顶位移传感器(22)的信号输出端、所述的横向千斤顶(3)压强传感器(32)的信号输出端、所述的横向千斤顶(3)转动传感器(33)的信号输出端、所述的横向千斤顶(3)活塞位移传感器(31)的信号输出端均与一带有人机交互界面的控制器(5)的信号输入端相应引脚电连接，所述控制器(5)的信号输出端与竖向千斤顶的控制端、横向千斤顶的控制端以及步进电机的控制端电连接。
3.如权利要求2所述的用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶，其特征在于：所述基盘(1)与所述竖向千斤顶(2)之间增设用于减小摩擦力的缓冲装置(6)，所述缓冲装置(6)包括第一MGE滑板(61)和第二MGE滑板(62)，所述第一MGE滑板(61)安装在竖向千斤顶(2)的底面上，所述的第二MGE滑板(62)铺设在基盘(1)的内底板上，并保持第一MGE滑板(61)与第二MGE滑板(62)直接接触或者用润滑油润滑。
4.如权利要求3所述的用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶，其特征在于：所述竖向千斤顶(2)和基盘(1)之间还增设定心装置，定心装置包括三个沿基盘的侧壁周向均匀分布的定心架(7)，定心架(7)沿基盘(1)径向延伸，且定心架(7)的外端拆卸式安装在基盘(1)的环壁上沿，定心架(7)的内端抵在竖向千斤顶(2)的侧壁上，且三个定心架(7)之间的夹角为120°，用于实现竖向千斤顶(2)的纵向中心轴与基盘(1)的中心轴重合。
5.如权利要求4所述的用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶，其特征在于：所述基盘(1)的侧壁设有能与桥墩上的X方向线对应的X方向标线(15)。
6.根据权利要求1～5任意一项权利要求所述的用于大型箱梁落梁精确定位的三维千斤顶的定位方法，包括以下步骤：
1)将四台三维千斤顶装置两两安放在两个相邻的箱梁桥墩的垫石旁，并将装置上标出的X方向标线(15)与架桥方向，即X方向线重合；
2)通过定心架(7)将竖向千斤顶(2)定心，即保持竖向千斤顶(2)的纵向中心轴与基盘(1)的中心轴重合，调整好后拆除定心架(7)；
3)在人机交互界面上手动输入竖向千斤顶位置与箱梁落梁安装要求的位置的偏差x值与y值，即竖向千斤顶(2)需要精确移动到位的安装位置，需人工测量后输入；输入后，人机交互界面上即显示：θ及r,见下式：
式中θ是横向千斤顶(3)需要转动的圆周角度，单位是度；式中r是横向千斤顶(3)转到所需角度之后，横向千斤顶活塞需要移动竖向千斤顶(2)的距离，单位是毫米；
4)启动控制器，控制器发出指令，使竖向千斤顶进油(2)，顶升箱梁，使箱梁的重量由这样的四个竖向千斤顶顶起；驱动各自的步进电机，使齿轮带动各自的横向千斤顶在各自的基盘上做圆周运动，直至达到各自的θ角的位置自动停下；
5)四个横向千斤顶按控制器发出的精确指令，分别推动各自的竖向千斤顶完成各自要求的移动距离r值，从而实现对箱梁进行精确定位。
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