CN110877322B - 与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置 - Google Patents

Abstract

一种与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，是一套由内外三重筒状结构、导槽、传力齿轮等机构的总成，与空心千斤顶形成一个整体结构，三重套筒中外套筒固定，用于传递张拉力和提供中间套筒移动的自由度；中间套筒可绕其中心轴在外套筒卡位装置的引导下旋转；内套筒可在中间套筒之内沿轴向在中间套筒相关装置的引导下移动，内套筒和中间套筒之间不能产生相对旋转；由此，本发明能够完全替代传统在局促的空隙中旋紧预应力螺母的手工作业方式，同时，通过控制外部传导机构动力的大小，任意控制旋紧力矩或旋松力矩的大小，自动协同控制锁紧螺母的速率，克服人工作业的各种弊端，从而提高作业质量和效率。

Description

与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置

技术领域

本发明涉及建筑工程施工装备的技术领域，尤其涉及一种用于预制装配式结构采用预应力张拉拼装过程中使用的空心千斤顶的附加装置，具体涉及一种与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置。

背景技术

装配式结构建造质量控制的关键要点之一是构件间接缝的处理，对于预制装配式地下结构，为提高构件接缝间的防水能力，通常在构件接触面上设置密封条，因此构件拼装时密封条的压紧程度决定了构件间的接缝拼装宽度，接缝拼装宽度决定了装配式结构的拼装质量。因此构件间密封条的压紧程度直接决定了地下预制装配式结构的建造质量。

对于小型地下预制装配式结构，如盾构区间结构(结构通常为圆形直径在6m-9m)，盾构机设备的大型千斤顶在顶进过程中，可将构件间的密封条完全压紧，能够很好地保障结构拼装质量。但对于大型地下预制结构，如预制装配式地下车站结构，结构跨度可能超过20m，且形状为非圆形，采用大型千斤顶压紧构件及密封条的方法不可行。目前通常通过在构件之间设置张拉杆，采用空心千斤顶+预应力螺母限位的方式实现构件间的张拉与锁紧，因此空心千斤顶张拉后的预应力螺母旋紧方法直接决定了地下预制装配式结构的拼装质量。

现有空心千斤顶张拉拧紧构件的方式如图1所示。预应力螺母 106先初步穿进张拉杆109(材质为预应力钢筋)，空心千斤顶103 与待拼装构件107之间设置传力撑架104，千斤顶张拉杆101与前一张拉杆109通过接续套筒105连接到位，空心千斤顶103一端固定千斤顶张拉杆101，并用限位螺母102限位，空心千斤顶103通过压紧传力撑架104，使得待拼装构件107与已拼装构件108拼装压紧到位，然后手动或扳手将预应力螺母106拧紧到位，使得待拼装构件107与已拼装构件108保持整体。然后松动限位螺栓102，退出空心千斤顶 103和传力撑架104。拼装下一块待拼装构件107，与前一环已拼装构件108之间的紧固连接按前面依次循环。

这种方式是在待拼接构件和千斤顶之间设一个传力支架，待空心千斤顶张拉构件到既定位置后，在传力支架内通过人工或扭力扳手的方式，将预应力螺母拧紧至构件上，实现构件的张拉拧紧，这种方式需要在传力支架内部空间操作，操作受到空间局限，每次拧紧预应力螺母时，都是将扳手伸进该空间去拧紧预应力螺母，由于传力支架的内部空间有限，扳手每拧一次都只能转动一个很小的角度，且对有预紧力要求的拼装构件，施力不易控制到位，受人为因素干扰程度大，严重影响预制构件拼装进度和拼装精度。

本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期从事相关工作的经验和成果，研究设计出一种预制装配式结构拼装中空心千斤顶内螺母的自动旋紧装置，用于预制装配式构件张拉过程中自动旋紧预应力螺栓的装置，以克服上述缺陷，提高预制构件拼装效率与质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，其结构简单，操作方便，实现预制构件拼装螺杆张拉后的锁紧功能，克服人工作业的各种弊端，有效提高作业质量和效率，该装置附加于(安装于)空心千斤顶末端，与空心千斤顶组合为一体，即作为空心千斤顶工作时的传力部件，同时也是自动旋紧装置。该装置通过其内部设置的机械机构，能够在需要时移动并卡住预应力螺母，通过其外部的动力传导机构能够旋紧或旋松预应力螺母，以实现预制构件拼装螺杆张拉后的锁紧功能。采用该创新装置，能够完全替代传统在局促的空隙中旋紧预应力螺母的手工作业方式，同时，通过控制外部传导机构动力的大小，任意控制旋紧力矩或旋松力矩的大小，自动协同控制锁紧螺母的速率，克服人工作业的各种弊端，从而提高作业质量和效率。

为达到上述目的，经过深入研究和精心设计，本发明公开了一种与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，用于将待拼装构件与已拼装构件的拼装锁紧，一张拉杆贯穿待拼装构件且和已拼装构件内的另一张拉杆通过一接续套筒进行连接，已拼装构件中张拉杆的两端分别通过预应力螺母进行紧固固定，一千斤顶张拉杆同样通过另一接续套筒连接至贯穿待拼装构件的张拉杆，另一预应力螺母位于待拼装构内张拉杆上并待锁紧固定，其特征在于：

千斤顶张拉杆贯穿一空心千斤顶，一限位螺母螺旋固定至千斤顶张拉杆的适当位置，使其对空心千斤顶的一端进行限位，所述空心千斤顶和待拼装构件之间设有外套筒而使得待拼装构件与已拼装构件拼装压紧到位；

所述外套筒为中空且内设有一能绕外套筒纵向的中心轴线转动的中间套筒，所述中间套筒内设有内套筒，所述内套筒能相对中间套筒平行中心轴线滑动，从而可使得内套筒移动至待锁紧固定的预应力螺母，所述内套筒上设有卡住待锁紧固定的预应力螺母的钳制装置，该钳制装置随内套筒沿轴向移动和转动，随内套筒的旋转来拧紧待锁紧固定的预应力螺母。

其中，三重套筒的之间的运动功能关系是：外套筒固定，用于传递张拉力和提供中间套筒移动的自由度；中间套筒可绕其中心轴在外套筒卡位装置的引导下旋转，中间套筒与外套筒之间依靠卡轨或卡销限位，不允许发生轴向移动；内套筒可在中间套筒之内沿轴向在中间套筒相关装置的引导下移动，内套筒和中间套筒之间不能产生相对旋转。

其中：所述外套筒的内壁为圆形且设置有一道或多道引导中间套筒旋转的卡轨或卡销，所述中间套筒外壁设有环形的卡位凹槽，所述卡位凹槽与外套筒内壁的卡轨或卡销对应配合以实现对中间套筒的轴向定位和轴向旋转。

其中：所述卡轨的形状采用方形、矩形或三角形且棱角处应倒角或倒圆，所述卡销端部为圆柱、圆锥或棱台形式并设置倒角或倒圆。

其中：外套筒根据制造和安装需要可以采用整体式或两片式或多片式组合结构。

其中：在外套筒上设置驱动安装孔，所述传动齿轮的齿轴贯穿安装其内，齿轴的端部设置能够与中间套筒齿面实现咬合的斜齿轮，齿轴的另一端设置为能够与外部动力装置或手摇把手传力的多角棱轴，所述中间套筒的端部设置与传动齿轮对应的斜齿轮。

其中：所述中间套筒与一驱动装置啮合传动，中间套筒沿中心轴线旋转，同时带动内套筒同步旋转来拧紧预应力螺母。

其中：所述驱动装置为一传动齿轮，所述中间套筒的一端为齿面以与传动齿轮啮合传动。

其中：中间筒内壁设置一道或多道可引导内套筒沿轴向移动的卡轨或卡销组，卡轨或卡销的具体做法与外套筒卡轨和卡销一致，并与内套筒卡位凹槽对应。

其中：内套筒为圆形，外侧设置有在中间套筒卡轨或卡销引导下沿轴向移动的卡位凹槽，卡位凹槽的形状和位置与卡轨或卡销对应。内套筒除设置卡位凹槽外，其上还设置有能够卡住预应力螺母的钳制装置，该钳制装置可随内套筒沿轴向移动和转动，并具备卡紧螺母功能，随内套筒的旋转拧紧和拧松螺母。

其中：所述内套筒上的钳制装置为对应预应力螺母外周缘的螺母卡口结构。

其中：所述钳制装置为独立部件，其与内套筒之间的传动采用设置于内套筒内壁的卡轨或卡销与设置于钳制装置外缘的滑动槽来实现。

其中：设于内套筒内壁的卡轨或卡销可采用微弧面的球面形状，钳制装置外缘的滑动槽也为弧面形状，由此当钳制装置在弧面卡位凹槽移动时可以实现钳制头在轴线上的微小偏移，方便适应内筒轴线与预应力钢筋轴线不重合时钳制头的准确卡位，避免钳制头在预应力螺母与内套筒轴线不重合时无法对正和卡入的问题。

其中：为适应不同螺母直径，钳制头也能设计成可快速更换的快装部件，施工时可随时方便更换。

由此，本发明能够在需要时移动并卡住预应力螺母，通过其外部的动力传导机构能够旋紧或旋松预应力螺母，以实现预制构件拼装螺杆张拉后的锁紧功能。采用该创新装置，能够完全替代传统在局促的空隙中旋紧预应力螺母的手工作业方式，同时，通过控制外部传导机构动力的大小，任意控制旋紧力矩或旋松力矩的大小，自动协同控制锁紧螺母的速率，克服人工作业的各种弊端，从而提高作业质量和效率。

附图说明

图1显示了现有技术中千斤顶张拉拧紧采用的辅助结构示意图。

图2显示了本发明的预制装配式结构拼装中空心千斤顶内螺母的自动旋紧装置的结构示意图。

图3显示了本发明的的剖面示意图。

图4显示了本发明另一实施例的剖面示意图。

具体实施方式

参见图2和图3，显示了本发明的一种与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置。

所述一种与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置用于将待拼装构件7与已拼装构件8的拼装锁紧，一张拉杆9贯穿待拼装构件7且和已拼装构件8内的另一张拉杆9通过一接续套筒5进行连接，已拼装构件8中张拉杆9的两端分别通过预应力螺母6进行紧固固定，一千斤顶张拉杆1同样通过另一接续套筒5连接至贯穿待拼装构件7的张拉杆9，另一预应力螺母6位于待拼装构件7内张拉杆 9上并待锁紧固定，千斤顶张拉杆1贯穿空心千斤顶3，所述空心千斤顶3将待拼装构件7与已拼装构件8进行张拉紧固，一限位螺母2 螺旋固定至千斤顶张拉杆1的适当位置，使其对空心千斤顶3的一端进行限位。

所述空心千斤顶3和待拼装构件7之间设有外套筒4(其为空心千斤顶提供施力支撑，并将力传递至待拼构件7上)，当空心千斤顶 3工作时，千斤顶施力行程端作用在限位螺母2上，使得空心千斤顶 3的底座反向作用在外套筒4上，由此，空心千斤顶3通过压紧外套筒4，由于外套筒4采用刚性材料制成，因此外套筒4产生的压紧状态基本全部传递给待拼装构件7，从而使得待拼装构件7与已拼装构件8拼装压紧到位。

所述外套筒4的一端与空心千斤顶3嵌套，另一端与待拼装构件 7紧贴，所述外套筒4为中空且内设有一能绕外套筒4纵向的中心轴线b转动的中间套筒10，所述中间套筒10内设有内套筒11，所述内套筒11能相对中间套筒10平行中心轴线b滑动，从而内套筒11 可移动至待锁紧固定的预应力螺母6处，优选的是，所述内套筒11上还可设置有能够卡住待锁紧固定的预应力螺母6的钳制装置，该钳制装置可随内套筒沿轴向移动和转动，并具备卡紧预应力螺母6的功能，随内套筒的旋转拧紧和拧松待锁紧固定的预应力螺母6。

所述中间套筒10的一端可为齿面，从而与一驱动装置(优选为传动齿轮12)啮合传动，所述驱动装置的一端贯穿外套筒4，从而能在外部动力装置(或手摇把手)的传力下传动齿轮12绕轴线a转动，且通过齿面啮合带动中间套筒10沿中心轴线b旋转，所述中间套筒 10旋转时带动内套筒11同步旋转，从而使得内套筒11上的钳制装置拧紧预应力螺母6，使得待拼装构件7与已拼装构件8之间压紧到位。

可选的是，所述传动齿轮12上设有扭力传感器，所述扭力传感器连接至控制系统，所述控制系统将设置预紧目标值，当控制系统读取到扭力传感器未达到目标值时，驱动装置将被指令继续拧紧螺母6，当控制系统读取到扭力传感器监测达到目标值时，驱动装置将被指令退出拧紧工作；若预紧目标值需要调升或调低，驱动装置也能相应调整其指令，从而控制拧紧力，精确实现拧紧或拧松作用。

其中，所述外套筒4的外轮廓可为图示的圆筒形，也可为方筒形等其他形式，但内轮廓为圆筒形。

其中，在图3所示实施例中，所述内套筒11上的钳制装置可为对应预应力螺母6外周缘的螺母卡口结构，所述螺母卡口结构可以是固定尺寸，也可设置为能适应不同型号螺母的弹性夹头。

由此，本发明中千斤顶张拉控制系统的具体控制方式如下：

另一预应力螺母6先初步穿进张拉杆9，空心千斤顶3与待拼装构件7之间设置外套筒4，千斤顶张拉杆1与前一张拉杆9通过接续套筒5连接到位，空心千斤顶3一端固定千斤顶张拉杆1，并用限位螺母2限位，空心千斤顶3通过压紧外套筒4，使得待拼装构件7与已拼装构件8拼装压紧到位，然后内套筒11沿中间套筒10滑动，直到内套筒11套上预应力螺母6，中间套筒10在诸如传动齿轮12的驱动装置驱动下沿旋转，同时带动内套筒11拧紧预应力螺母6，使得待拼装构件7与已拼装构件8保持整体。然后松动限位螺栓2，退出空心千斤顶3、千斤顶张拉杆1和外套筒4等。拼装下一块待拼装构件7，与前一环已拼装构件8之间的紧固连接按前面依次循环。

其中，所述外套筒4可以在端部设置撑脚和法兰盘，所述外套筒 4的内壁为圆形，可在内壁设置有一道或多道引导中间套筒旋转的卡轨或卡销，卡轨或卡销与设置于中间套筒外壁的环形卡位凹槽对应和配合，实现对中间套筒的轴向定位，所述卡轨的形状可采用方形、矩形、三角形或其他多种形式，棱角处应倒角或倒圆，所述卡销可为圆柱、圆锥或棱台形式，并应设置倒角或倒圆。

其中，当外套筒4内侧设置卡轨时，为方便内部卡轨制作工艺和外筒和中间筒装配，外套筒可采用对称的两片式组合结构或多片式组合结构，两片式组合结构或多片式组合结构的外套筒4可采用外置肋螺栓拧紧方式进行组装固定。

其中，当外套筒4内侧设置卡销时，外套筒可采用整体式结构，并在中间套筒有滑槽的位置，沿周圈设置一个或多个卡位销孔，通过在孔内拧入柱销13的方式实现中间筒移动导向。

其中，为实现在整体装置外部实现螺母拧紧的功能，在外套筒上设置驱动安装孔，所述传动齿轮12的齿轴贯穿安装其内，齿轴的端部设置能够与中间套筒齿面实现咬合的斜齿轮，齿轴的另一端可设置为能够与外部动力装置(或手摇把手)传力的多角棱轴。

其中，所述中间套筒10为圆形整体等壁厚的结构，其外侧设置与外套筒的卡轨或卡销对应的卡位凹槽，形状与外套筒对应部件一致。中间套筒10的端部一圈设置与传动齿轮12对应的斜齿轮，配合传动齿轮12实现转动。

其中，所述内套筒11为圆形，其外缘设有在中间套筒10内壁上的卡轨或卡销引导下沿轴向移动的卡位滑槽，所述卡位滑槽的形状和位置与中间套筒10的卡轨或卡销对应(当内套筒外侧采用卡轨或卡销时，中间套筒对应位置采用卡位滑槽)。

其中，所述钳制装置可为独立部件，其与内套筒11之间的传动同样可采用设置于内套筒内壁的卡轨或卡销与设置于钳制装置外缘的滑动槽来实现，设于内套筒内壁的卡轨或卡销采用微弧面的球面形状，钳制装置外缘的滑动槽也为弧面形状，由此当钳制装置移动时可以实现轴线上的微小偏移，方便适应内套筒轴线与预应力钢筋轴线不重合时钳制头的准确卡位。为适应不同螺母直径，图4中所示的钳制装置11-2可为快速更换的快装部件，施工时可随时方便更换。

由此，本发明是一套由内外三重筒状结构(各筒状结构通过钢或其他高强度不易变形金属材料制作)、位于筒内(外)的运行导槽(导轨)、传力齿轮(齿轴)、螺母卡具等机构的总成，通过空心千斤顶的末端(千斤顶和被张拉体之间)，与空心千斤顶可形成一个整体结构，也可采用连接装置把千斤顶和本装置固定在一起，甚至可以采用快接装置在需要时进行快速连接。

其中，三重套筒的之间的运动功能关系是：外套筒固定，用于传递张拉力和提供中间套筒移动的自由度；中间套筒可绕其中心轴在外套筒卡位装置的引导下旋转，中间套筒与外套筒之间依靠卡轨或卡销限位，不允许发生轴向移动；内套筒可在中间套筒之内沿轴向在中间套筒相关装置的引导下移动，内套筒和中间套筒之间不能产生相对旋转。

由此可见，本发明的优点在于：

1、形成带螺旋自动拧紧的功能，并与空心千斤顶形成张拉联动的控制方式，以替代在狭窄空间手工拧紧螺母的方式，从而提高拧紧效率。

2、能够完全替代传统在局促的空隙中旋紧预应力螺母的手工作业方式，同时，通过控制外部传导机构动力的大小，任意控制旋紧力矩或旋松力矩的大小，自动协同控制锁紧螺母的速率，克服人工作业的各种弊端，从而提高作业质量和效率。

3、该装置具有结构简单、设计和加工简便灵活，易于施工、造价低的特点。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (7)

1.一种与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，用于将待拼装构件与已拼装构件的拼装锁紧，一张拉杆贯穿待拼装构件且和已拼装构件内的另一张拉杆通过一接续套筒进行连接，已拼装构件中张拉杆的两端分别通过预应力螺母进行紧固固定，一千斤顶张拉杆同样通过另一接续套筒连接至贯穿待拼装构件的张拉杆，另一预应力螺母位于待拼装构内张拉杆上并待锁紧固定，其特征在于：

千斤顶张拉杆贯穿一空心千斤顶，一限位螺母螺旋固定至千斤顶张拉杆的适当位置，使其对空心千斤顶的一端进行限位，所述空心千斤顶和待拼装构件之间设有外套筒而使得待拼装构件与已拼装构件拼装压紧到位；

所述外套筒为中空且内设有一能绕外套筒纵向的中心轴线转动的中间套筒，所述中间套筒内设有内套筒，所述内套筒能相对中间套筒平行中心轴线滑动，从而可使得内套筒移动至待锁紧固定的预应力螺母，所述内套筒上设有卡住待锁紧固定的预应力螺母的钳制装置，该钳制装置随内套筒沿轴向移动和转动，随内套筒的旋转来拧紧待锁紧固定的预应力螺母；

所述外套筒的内壁为圆形且设置有一道或多道引导中间套筒旋转的卡轨或卡销，所述中间套筒外壁设有环形的卡位凹槽，所述卡位凹槽与外套筒内壁的卡轨或卡销对应配合以实现对中间套筒的轴向定位和轴向旋转；

设于内套筒内壁的卡轨或卡销采用球面形状，钳制装置外缘的滑动槽为弧面形状，由此当钳制装置在弧面卡位凹槽移动时实现钳制头在轴线上的微小偏移，方便适应内筒轴线与预应力钢筋轴线不重合时钳制头的准确卡位，避免钳制头在预应力螺母与内套筒轴线不重合时无法对正和卡入的问题；

所述内套筒上设置有能够卡住预应力螺母的钳制装置，该钳制装置能随内套筒沿轴向移动和转动并具备卡紧螺母功能以随内套筒的旋转拧紧和拧松螺母，所述钳制装置为独立部件，其与内套筒之间的传动采用设置于内套筒内壁的卡轨或卡销与设置于钳制装置外缘的滑动槽来实现。

2.如权利要求1所述的与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，其特征在于：所述外套筒内壁卡轨的形状采用方形、矩形或三角形且棱角处应倒角或倒圆，所述外套筒内壁卡销端部为圆柱、圆锥或棱台形式并设置倒角或倒圆。

3.如权利要求1所述的与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，其特征在于：在外套筒上设置驱动安装孔，传动齿轮的齿轴贯穿安装其内，齿轴的端部设置能够与中间套筒齿面实现咬合的斜齿轮，齿轴的另一端设置为能够与外部动力装置或手摇把手传力的多角棱轴，所述中间套筒的端部设置与传动齿轮对应的斜齿轮。

4.如权利要求1所述的与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，其特征在于：所述中间套筒与一驱动装置啮合传动，中间套筒沿中心轴线旋转，同时带动内套筒同步旋转来拧紧预应力螺母。

5.如权利要求4所述的与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，其特征在于：所述驱动装置为一传动齿轮，所述中间套筒的一端为齿面以与传动齿轮啮合传动。

6.如权利要求1所述的与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，其特征在于：中间套筒内壁设置一道或多道可引导内套筒沿轴向移动的卡轨或卡销，卡轨或卡销的具体做法与外套筒卡轨和卡销一致，并与内套筒卡位凹槽对应。

7.如权利要求1所述的与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，其特征在于：内套筒为圆形，外侧设置有在中间套筒卡轨或卡销引导下沿轴向移动的卡位凹槽，卡位凹槽的形状和位置与中间套筒内壁卡轨或卡销对应。

Images