CN110697608B - 一种自动换向的智能同步顶升装置以及顶升方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动换向的智能同步顶升装置以及顶升方法，属于同步顶升的技术领域。包括：顶升气缸，对应固定在所述顶升气缸的底部的换向机构，设置在所述换向机构内部的控制机构，连接于所述控制机构的控制系统及安装在所述顶升气缸上的倾角传感器；所述控制系统同时与所述顶升气缸电连接；所述换向机构包括：用于放置在载物体上的半球体座，固定在所述半球体座的顶部的弧形卡座，放置在所述半球体座与弧形卡座之间的半球体，以及固定连接于所述半球体的顶部的放置座。本发明不同于现有技术中将顶升气缸中的活塞杆处设置有换向结构，使得对气缸本身的破坏力极大，相反本发明将换向结构设置在顶升气缸的底部，直接控制整个顶升气缸的所在角度。

Description

一种自动换向的智能同步顶升装置以及顶升方法

技术领域

本发明属于同步顶升的技术领域，特别是涉及一种自动换向的智能同步顶升装置以及顶升方法。

背景技术

现有的同步顶升装置都是应用于垂直方向上的顶升，即其顶升时的运动轨迹为垂直于地面的垂直线，好比：桥梁的顶升、建筑物的顶升。

但是，现有生活中也存在这样的问题：首先，在施工过程中，建筑物的运动轨迹实际是绕着沉降较小一侧的轴线进行旋转若直接布置千斤顶进行顶升，会造成千斤顶的活塞脱缸从而漏油，具有安全隐患；其次，在某些场景中，同样会存在倾斜角度方向的顶升，而非与地面相垂直的顶升，因此需要能够自带换向结构的顶升装置，适用于不同情境的顶升。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供一种自动换向的智能同步顶升装置以及顶升方法。

本发明采用以下方案来实现：一种自动换向的智能同步顶升装置，包括：

至少四组顶升气缸，对应固定在所述顶升气缸的底部的换向机构，设置在所述换向机构内部的控制机构，连接于所述控制机构的控制系统及安装在所述顶升气缸上的倾角传感器；所述控制系统同时与所述顶升气缸电连接；

其中，所述换向机构包括：用于放置在载物体上的半球体座，固定在所述半球体座的顶部的弧形卡座，放置在所述半球体座与弧形卡座之间的半球体，以及固定连接于所述半球体的顶部的放置座；

所述控制机构位于所述半球体的下方，并与所述半球体传动连接，用于控制所述半球体的转向。

在进一步的实施例中，所述放置座与所述半球体之间的连接处设置有向外凸起的环形限位圈。

通过采用上述技术方案：用于放置半球体在半球体座内发生滚动，不便控制，对半球体起到限位的作用。

在进一步的实施例中，所述半球体座的顶部边缘处均匀设置有若干个下连接座，所述弧形卡座的底部边缘处均匀设置有与所述下连接座相对应的上连接座，所述下连接座铰接有锁紧螺栓，所述锁紧螺栓通过锁紧螺帽使得下连接座与上连接座固定连接。

通过采用上述技术方案：上连接座与下连接座之间的固定连接为螺栓连接，便于拆卸和维护。

在进一步的实施例中，所述控制机构包括：固定在所述半球体座内且位于所述半球体的下方的安装座，通过轴承安装在所述安装座内的第一旋转管，穿插在所述第一旋转管内的第二旋转管，穿插在所述第二旋转管内的第三旋转管，呈镜像固定在所述第一旋转管的顶部的第一支架和第二支架，铰接于所述第一支架上的L型杆，通过轴承安装在所述L型杆的末端的转轴，以及固定连接于所述转轴的顶端的安装板；所述安装板与所述半球体的底部固定连接；

其中，所述第一旋转管上的第一支架与所述第二旋转管传动连接，所述第一旋转管上的第二支架与所述第三旋转管传动连接，所述第二支架同时与所述转轴传动连接。

通过采用上述技术方案：第一旋转管、第二旋转管、第三旋转管及转轴的相互传动连接，用于控制安装板的转向，每个转动都有对应的控制管，便于微调。

在进一步的实施例中，所述第一支架的内壁安装有与所述L型杆的首端同轴连接的第一锥齿轮，所述第二支架的内壁安装有第二锥齿轮，所述第二旋转管的顶部安装有第三锥齿轮，所述第三旋转管的顶部安装有第四锥齿轮，所述转轴的底端固定有第五锥齿轮；

所述第三锥齿轮与所述第一锥齿轮相啮合，所述第二锥齿轮同时与所述第四锥齿轮和第五锥齿轮相啮合。

通过采用上述技术方案：采用锥齿轮的相互咬合，以增大相互的传动力。

在进一步的实施例中，所述第一旋转管的底端固定有第一直齿轮，所述第一直齿轮传动连接于第一直齿条，所述第一直齿条传动连接于第一气缸；

所述第二旋转管的底端固定有第二直齿轮，所述第二直齿轮传动连接于第二直齿条，所述第二直齿条传动连接于第二气缸；

所述第三旋转管的底端固定有第三直齿轮，所述第三直齿轮传动连接于第三直齿条，所述第三直齿条传动连接于第三气缸。

在进一步的实施例中，所述控制系统包括：单片机模块、顶升气缸驱动模块、第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块、第三驱动气缸控制模块及电源模块；

其中，所述单片机的输入端与所述倾角传感器电连接，所述单片机的输出端与所述第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块电连接，所述电源模块与单片机模块、顶升气缸驱动模块、第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块电连接。

在进一步的实施例中，所述单片机模块的控制流程包括:检测、判断和执行；所述倾角传感器用于检测顶升气缸相对于地面所在的倾斜角度，并将检测到的数据输送给倾角传感器模块，所述单片机通过输出PWM信号，控制顶升气缸驱动模块、第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块，从而驱动顶升气缸、第一气缸、第二气缸和第三气缸的运动。

一种上述的自动换向的智能同步顶升装置，顶升方法具体包括以下步骤：

步骤一、若顶出物的顶出角度为倾斜向，采用水平仪检测待顶出物的倾斜角度；

步骤二、控制系统中的单片机模块检测顶升气缸所在的倾斜角度，并发出PWM信号给第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块；

步骤三、第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块分别控制第一气缸、第二气缸和第三气缸调节换向机构中的半球体；

步骤四、半球体在第一气缸、第二气缸和第三气缸调节下发生水平向与竖直向的转动，使得半球体的顶部的放置座跟随着转动；

步骤五、放置座上的顶升气缸跟随发生角度的倾斜，直至气缸的倾斜角度与步骤一检测出的角度相同，第一气缸、第二气缸和第三气缸停止运动，顶升气缸开始工作；

步骤六、若顶出物在顶出的过程中发生偏移，则采用水平仪进行检测，算出需要纠正的角度，执行步骤二至步骤五。

本发明的有益效果：本发明不同于现有技术中将顶升气缸中的活塞杆处设置有换向结构，使得对气缸本身的破坏力极大，相反本发明将换向结构设置在顶升气缸的底部，直接控制整个顶升气缸的所在角度；本发明的顶升装置不仅能够满足倾斜向的顶升，同时还适用于垂直向的顶升，并且可以用于调节顶升的角度，适用范围广泛；采用球体的换向机构，支撑作用大，便于对力的分散，对设备起到很好的保护作用。

附图说明

图1为一种自动换向的智能同步顶升装置的结构示意图。

图2为换向机构的剖视图。

图3为换向机构的爆炸图。

图4为控制机构的结构示意图。

图1至图4中的各标注为：顶升气缸1、半球体座2、弧形卡座3、半球体4、放置座5、环形限位圈6、下连接座7、上连接座8、锁紧螺栓9、锁紧螺帽10、安装板11、安装座201、第一旋转管202、第一支架203、第二支架204、L型杆205、转轴206、第一锥齿轮207、第二锥齿轮208、第三锥齿轮209、第四锥齿轮210、第五锥齿轮211、第一直齿轮212、第一直齿条213、第二直齿轮214、第二直齿条215、第三直齿轮216、第三直齿条217。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

申请人经实践发现：现有生活中的顶升装置存在这样的问题：首先，在施工过程中，建筑物的运动轨迹实际是绕着沉降较小一侧的轴线进行旋转若直接布置千斤顶进行顶升，会造成千斤顶的活塞脱缸从而漏油，具有安全隐患；其次，在某些场景中，同样会存在倾斜角度方向的顶升，而非与地面相垂直的顶升现有技术中将顶升气缸中的活塞杆处设置有换向结构，使得对气缸本身的破坏力极大。

因此有研究将顶升气缸中的活塞杆处设置有换向结构，但是这对换向结构的牢固性要求极大，使得对气缸本身的破坏力较强。

为此，为了解决上述技术问题，申请人设计出一种自动换向的智能同步顶升装置以及顶升方法，包括：顶升气缸1、半球体座2、弧形卡座3、半球体4、放置座5、环形限位圈6、下连接座7、上连接座8、锁紧螺栓9、锁紧螺帽10、安装座201、第一旋转管202、第一支架203、第二支架204、L型杆205、转轴206、第一锥齿轮207、第二锥齿轮208、第三锥齿轮209、第四锥齿轮210、第五锥齿轮211、第一直齿轮212、第一直齿条213、第二直齿轮214、第二直齿条215、第三直齿轮216、第三直齿条217。

如图1所示，一种自动换向的智能同步顶升装置包括顶升气缸1，该顶升气缸1采用本领域中最常用的顶升气缸1即可，用于直接与待顶出物，此处的顶升气缸1的个数可以根据需求而定。还包括：换向机构、控制机构、控制系统和倾角传感器。其中，所述换向机构固定在所述顶升气缸1的底部，所述控制机构设置在所述换向机构内，所述换向机构与所述控制机构的结合用于控制定顶升气缸1所在的倾斜角度，所述控制系统与所述控制机构电连接，所述倾角传感器安装在所述顶升气缸1上，用于采集顶升气缸1的倾斜角度。

其中，如图2至图3所示，所述换向机构包括：半球体座2、弧形卡座3、半球体4和放置座5。所述半球体座2用于将顶升机构放置在载物体上，如地面，此处采用半球体座2是因为球体的重心稳承载力大。所述弧形卡座3固定安装在所述半球体座2上，并与所述半球体座2形成一个容纳空间，所述半球体4位于所述容纳空间内，且半球体4可在所述容纳空间内转动，所述放置座5固定在所述半球体4的顶部用于固定顶升气缸1。

所述控制机构位于所述半球体4的下方，并与所述半球体4传动连接，用于控制所述半球体4的转向。

在上述机构中，容纳空间虽给半球体4提供了其任意转动的空间，但是却容易使半球体4的转向不受控制随意转动，因此在所述放置座5与所述半球体4之间的连接处设置有向外凸起的环形限位圈6，该环形限位圈6用于对半球体4起到限位的作用，给与半球体4部分空间的转动。

因控制机构位于所述半球体座2内，故为了便于对控制机构的维护和修理，此处上连接座8与下连接座7通过以下方式连接：所述半球体座2的顶部边缘处均匀设置有若干个下连接座7，所述弧形卡座3的底部边缘处均匀设置有与所述下连接座7相对应的上连接座8，所述下连接座7铰接有锁紧螺栓9，所述锁紧螺栓9通过锁紧螺帽10使得下连接座7与上连接座8固定连接。锁紧时，将下连接座7上的锁紧螺栓9竖起，卡接在所述上连接座8内，然后拧紧锁紧螺帽10使其固定在上连接座8内，拆卸和安装都很便捷。

如图4所示，所述控制机构包括：安装座201、第一旋转管202、第二旋转管、第三旋转管、第一支架203、第二支架204和转轴206。其中所述安装座201的底部与所述半球体座2固定连接，且位于所述半球体4的下方；所述第一旋转管202通过轴承安装在所述安装座201内，所述第二旋转管穿插在所述第一旋转管202内，所述第三旋转管穿插在所述第二旋转管内(图中未体现出来)，所述第一支架203和所述第二支架204呈镜像固定在所述第一旋转管202的顶部，所述第一支架203上铰接有L型杆205，所述L型杆205的末端通过轴承安装有转轴206，所述转轴206与安装板11固定连接，所述安装板11与所述半球体4的底部固定连接。为了实现安装板11的多方位的转动，所述第一旋转管202上的第一支架203与所述第二旋转管传动连接，所述第一旋转管202上的第二支架204与所述第三旋转管传动连接，所述第二支架204同时与所述转轴206传动连接。

具体地，所述第一支架203的内壁安装有与所述L型杆的首端同轴连接的第一锥齿轮207，所述第二支架204的内壁安装有第二锥齿轮208，所述第二旋转管的顶部安装有第三锥齿轮209，所述第三旋转管的顶部安装有第四锥齿轮210，所述转轴206的底端固定有第五锥齿轮211；所述第三锥齿轮209与所述第一锥齿轮207相啮合，所述第二锥齿轮208同时与所述第四锥齿轮210和第五锥齿轮211相啮合。

所述第一旋转管202的底端固定有第一直齿轮212，所述第一直齿轮212传动连接于第一直齿条213，所述第一直齿条213传动连接于第一气缸；所述第二旋转管的底端固定有第二直齿轮214，所述第二直齿轮214传动连接于第二直齿条215，所述第二直齿条215传动连接于第二气缸；所述第三旋转管的底端固定有第三直齿轮216，所述第三直齿轮216传动连接于第三直齿条217，所述第三直齿条217传动连接于第三气缸。

上述控制机构的工作原理：第一气缸推动第一直齿条213，所述第一直齿条213与第一直齿轮212相啮合，第一旋转管202正转，即第一旋转管202的顶部的第一支架203和第二支架204正转，第一支架203和第二支架204正转的过程中，第一支架203上的第一锥齿轮207带动第三锥齿轮209转动，第二支架204上的第二锥齿轮208与第四锥齿轮210和第五锥齿轮211发生啮合，此时的安装板11能够发生自转与角度的倾斜；第二气缸推动第二直齿条215，所述第二直齿条215与第二直齿轮214相啮合，第二旋转管正转，即第二旋转管的顶部的第三锥齿轮209同时与第一锥齿轮207发生啮合，带动与第一锥齿轮207同轴连接的L型杆转动，即安装板11的能够发生相对的转动；第三气缸推动第三直齿条217，所述第三直齿条217与第三直齿轮216相啮合，第三旋转管正转，第三旋转管的顶部的第四锥齿轮210与第二锥齿轮208啮合，第二锥齿轮208与第五锥齿轮211啮合，带动转轴206自转，即安装板11自转。通过三个不同的气缸控制安转板的自转与倾斜度，能够实现微调和精调，相对于现有技术中采用转盘式摆动精度更高。

所述控制系统包括：单片机模块、顶升气缸1驱动模块、第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块、第三驱动气缸控制模块及电源模块；其中，所述单片机的输入端与所述倾角传感器电连接，所述单片机的输出端与所述第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块电连接，所述电源模块与单片机模块、顶升气缸1驱动模块、第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块电连接。此处的单片机可以是STC12C5A60S2系列的单片机。

本发明中的倾角传感器、第一气缸、第二气缸及第三气缸均采用现有技术中的常用手段，故不做赘述。

所述单片机模块的控制流程包括:检测、判断和执行；所述倾角传感器用于检测顶升气缸1相对于地面所在的倾斜角度，并将检测到的数据输送给倾角传感器模块，所述单片机通过输出PWM信号，控制顶升气缸1驱动模块、第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块，从而驱动顶升气缸1、第一气缸、第二气缸和第三气缸的运动。一种上述的自动换向的智能同步顶升装置，顶升方法具体包括以下步骤：

步骤一、若顶出物的顶出角度为倾斜向，采用水平仪检测待顶出物的倾斜角度；

步骤二、控制系统中的单片机模块检测顶升气缸所在的倾斜角度，并发出PWM信号给第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块；

步骤三、第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块分别控制第一气缸、第二气缸和第三气缸调节换向机构中的半球体；

步骤四、半球体在第一气缸、第二气缸和第三气缸调节下发生水平向与竖直向的转动，使得半球体的顶部的放置座跟随着转动；

步骤五、放置座上的顶升气缸跟随发生角度的倾斜，直至气缸的倾斜角度与步骤一检测出的角度相同，第一气缸、第二气缸和第三气缸停止运动，顶升气缸开始工作；

步骤六、若顶出物在顶出的过程中发生偏移，则采用水平仪进行检测，算出需要纠正的角度，执行步骤二至步骤五。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，而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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (6)

1.一种自动换向的智能同步顶升装置，其特征在于，包括：

顶升气缸，对应固定在所述顶升气缸的底部的换向机构，设置在所述换向机构内部的控制机构，连接于所述控制机构的控制系统及安装在所述顶升气缸上的倾角传感器；所述控制系统同时与所述顶升气缸电连接；

其中，所述换向机构包括：用于放置在载物体上的半球体座，固定在所述半球体座的顶部的弧形卡座，放置在所述半球体座与弧形卡座之间的半球体，以及固定连接于所述半球体的顶部的放置座；

所述控制机构位于所述半球体的下方，并与所述半球体传动连接，用于控制所述半球体的转向；

所述控制机构包括：固定在所述半球体座内且位于所述半球体的下方的安装座，通过轴承安装在所述安装座内的第一旋转管，穿插在所述第一旋转管内的第二旋转管，穿插在所述第二旋转管内的第三旋转管，呈镜像固定在所述第一旋转管的顶部的第一支架和第二支架，铰接于所述第一支架上的L型杆，通过轴承安装在所述L型杆的末端的转轴，以及固定连接于所述转轴的顶端的安装板；所述安装板与所述半球体的底部固定连接；

其中，所述第一旋转管上的第一支架与所述第二旋转管传动连接，所述第一旋转管上的第二支架与所述第三旋转管传动连接，所述第二支架同时与所述转轴传动连接；所述第一支架的内壁安装有与所述L型杆的首端同轴连接的第一锥齿轮，所述第二支架的内壁安装有第二锥齿轮，所述第二旋转管的顶部安装有第三锥齿轮，所述第三旋转管的顶部安装有第四锥齿轮，所述转轴的底端固定有第五锥齿轮；

所述第三锥齿轮与所述第一锥齿轮相啮合，所述第二锥齿轮同时与所述第四锥齿轮和第五锥齿轮相啮合；

所述第一旋转管的底端固定有第一直齿轮，所述第一直齿轮传动连接于第一直齿条，所述第一直齿条传动连接于第一气缸；

所述第二旋转管的底端固定有第二直齿轮，所述第二直齿轮传动连接于第二直齿条，所述第二直齿条传动连接于第二气缸；

所述第三旋转管的底端固定有第三直齿轮，所述第三直齿轮传动连接于第三直齿条，所述第三直齿条传动连接于第三气缸。

2.根据权利要求1所述的一种自动换向的智能同步顶升装置，其特征在于，所述放置座与所述半球体之间的连接处设置有向外凸起的环形限位圈。

3.根据权利要求1所述的一种自动换向的智能同步顶升装置，其特征在于，所述半球体座的顶部边缘处均匀设置有若干个下连接座，所述弧形卡座的底部边缘处均匀设置有与所述下连接座相对应的上连接座，所述下连接座铰接有锁紧螺栓，所述锁紧螺栓通过锁紧螺帽使得下连接座与上连接座固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种自动换向的智能同步顶升装置，其特征在于，所述控制系统包括：单片机模块、顶升气缸驱动模块、第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块、第三驱动气缸控制模块及电源模块；

其中，所述单片机的输入端与所述倾角传感器电连接，所述单片机的输出端与所述第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块电连接，所述电源模块与单片机模块、顶升气缸驱动模块、第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块电连接。

5.根据权利要求4所述的一种自动换向的智能同步顶升装置，其特征在于，所述单片机模块的控制流程包括:检测、判断和执行；所述倾角传感器用于检测顶升气缸相对于地面所在的倾斜角度，并将检测到的数据输送给倾角传感器模块，所述单片机通过输出PWM信号，控制顶升气缸驱动模块、第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块，从而驱动顶升气缸、第一气缸、第二气缸和第三气缸的运动。

6.一种如权利要求1至4中任一项所述的自动换向的智能同步顶升装置，其特征在于，顶升方法具体包括以下步骤：

步骤一、若顶出物的顶出角度为倾斜向，采用水平仪检测待顶出物的倾斜角度；

步骤二、控制系统中的单片机模块检测顶升气缸所在的倾斜角度，并发出PWM信号给第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块；

步骤三、第一气缸驱动模块、第二驱动气缸控制模块和第三驱动气缸控制模块分别控制第一气缸、第二气缸和第三气缸调节换向机构中的半球体；

步骤四、半球体在第一气缸、第二气缸和第三气缸调节下发生水平向与竖直向的转动，使得半球体的顶部的放置座跟随着转动；

步骤五、放置座上的顶升气缸跟随发生角度的倾斜，直至气缸的倾斜角度与步骤一检测出的角度相同，第一气缸、第二气缸和第三气缸停止运动，顶升气缸开始工作；

步骤六、若顶出物在顶出的过程中发生偏移，则采用水平仪进行检测，算出需要纠正的角度，执行步骤二至步骤五。

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