CN113026748B - 单桩基础导向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单桩基础导向装置，所述单桩基础导向装置包括至少一个导向单元，所述至少一个导向单元中的每一个包括单个驱动单元、传动单元和夹持单元，所述夹持单元包括至少两个夹持臂，所述至少两个夹持臂之间形成用于夹持单桩基础的夹持空间，所述单个驱动单元将动力传递给所述传动单元，通过所述传动单元驱动所述至少两个夹持臂同步操作，从而使所述夹持单元打开或闭合。通过单个驱动单元能够实现多个夹持臂的同步同轴打开或闭合，从而能够实现单桩基础的高精度垂直度控制。

Description

单桩基础导向装置

技术领域

本发明涉及海上风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种用于海上风力发电机组的单桩基础导向装置。

背景技术

在用于海上风力发电机组的各种风机基础中，单桩基础除了具有制造简单和对设备成本要求较低的优点之外，还具有优越的施工效率的优势。因此， 90％以上的海上风力发电机组采用单桩基础。

然而，对单桩基础的垂直度要求极高，通常国内设计规范要求千分之三以内，现在基本提高到千分之二，也就是7米直径的单桩基础，圆周方向平面度最大高差在1.4cm以内，通常一个机位单桩基础施工锤击数为3000-5000 锤(根据不同海域而不同)，平均单次锤击贯入度约5cm以上(终锤大约2cm)，如果有一锤出现偏差，则此单桩基础很可能出现报废的风险，从后期修复方案到执行或者重新衔接过渡段法兰纠正垂直度，再加上海上施工船舶和吊机的成本，都将是巨额的损失。因此，单桩基础施工，垂直度控制是关键。

现有技术中的部分单桩基础导向装置采用多个油缸结构，在多个不同位置对单桩基础进行夹紧，难以进行同步操作，垂直度同步控制精度低。另一方面，由于多个油缸需要多人控制，在单桩基础施工时，每次都需要测量每个油缸的伸出长度，在锤击单桩过程中，需要随时关注每个油缸的受力情况，单桩每下降一定高度，需要停锤并测量垂直度，如果出现偏差，需要再次单独推动每个油缸调节单桩垂直度，如此往复，操作过程复杂，效率低。

此外，现有技术中的单桩基础导向装置中，油缸安装在平台顶部，操作人员需要爬到平台顶部操作油缸以及测量油缸伸出长度，存在人员坠落风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单、安全性能高且能够精准控制单桩基础的垂直度的单桩基础导向装置。

根据本发明的一方面，提供了一种单桩基础导向装置，所述单桩基础导向装置包括至少一个导向单元，所述至少一个导向单元中的每一个包括单个驱动单元、传动单元和夹持单元，所述夹持单元包括至少两个夹持臂，所述至少两个夹持臂之间形成用于夹持单桩基础的夹持空间，所述单个驱动单元将动力传递给所述传动单元，通过所述传动单元驱动所述至少两个夹持臂同步操作，从而使所述夹持单元打开或闭合。

根据本发明的一方面，所述至少一个导向单元包括第一导向单元，所述第一导向单元包括第一驱动单元、第一传动单元和第一夹持单元，所述第一传动单元包括推块，所述第一驱动单元推动所述推块移动从而驱动所述第一夹持单元闭合以将所述单桩基础抱紧。

根据本发明的一方面，所述推块包括相对设置的第一锥面和第二锥面，所述第一夹持单元包括第一夹持臂和第二夹持臂，所述第一夹持臂的一端设置有第一支撑滚轮，所述第二夹持臂的一端设置有第二支撑滚轮，所述第一支撑滚轮支撑在所述第一锥面上，所述第二支撑滚轮支撑在所述第二锥面上，当所述推块向着所述夹持空间移动时，所述第一锥面和所述第二锥面分别对所述第一支撑滚轮和所述第二支撑滚轮施加推力使得所述第一夹持臂和第二夹持臂枢转闭合。

根据本发明的一方面，所述推块还包括第一倾斜表面，所述第一驱动单元包括液压缸和连接到所述液压缸一端的楔块，所述楔块具有第二倾斜表面，所述第二倾斜表面与所述第一倾斜表面相面对并相互接触，当所述液压缸伸出而推动所述楔块移动时，所述楔块推动所述推块向着所述夹持空间移动。

根据本发明的一方面，所述第一夹持臂的另一端设置有第一挤压滚轮，所述第二夹持臂的另一端设置有第二挤压滚轮，所述第一夹持单元还包括第三挤压滚轮，所述第三挤压滚轮设置在所述推块的面向所述夹持空间的一侧，所述第一挤压滚轮、所述第二挤压滚轮和所述第三挤压滚轮能够同时将所述单桩基础抱紧或松开。

根据本发明的一方面，所述第一倾斜表面和所述第二倾斜表面中的一个上设置有滑轨，另一个上设置有滑槽，所述滑轨能够卡合在所述滑槽中并且能够在所述滑槽中滑动。

根据本发明的一方面，所述第一锥面和所述第二锥面上分别设置有滚轮槽，所述第一支撑滚轮和所述第二支撑滚轮能够卡合在所述滚轮槽中并且能够在所述滚轮槽中滚动。

根据本发明的一方面，所述单桩基础导向装置还包括第一支撑平台，所述第一支撑平台形成为一侧开口的凹形结构，并且包括第一内侧壁以及位于所述第一内侧壁两侧的第二内侧壁和第三内侧壁，所述第一驱动单元安装在所述第一内侧壁上，所述楔块能够在所述第一内侧壁上滑动，所述第一夹持臂和所述第二夹持臂均为刚性曲连杆，所述第一夹持臂的中部铰接到所述第二内侧壁上，所述第二夹持臂的中部铰接到所述第三内侧壁上。

根据本发明的一方面，所述第一倾斜表面和第二倾斜表面的倾斜角度在 10°-30°范围内。

根据本发明的一方面，所述至少一个导向单元包括第二导向单元，所述第二导向单元包括第二驱动单元、第二传动单元和第二夹持单元，所述第二传动单元包括环形框架，所述第二夹持单元包括多个夹持臂，所述多个夹持臂插入到所述环形框架中，所述第二驱动单元推动所述环形框架旋转，从而通过所述环形框架带动所述多个夹持臂同步枢转。

根据本发明的一方面，所述单桩基础导向装置还包括第二支撑平台，所述第二导向单元安装在所述第二支撑平台上，所述环形框架包括环形板以及设置在所述环形板上的套筒，所述套筒通过套筒枢转轴可枢转地连接到所述环形板上，所述夹持臂为刚性直连杆，所述夹持臂的第一端通过夹持臂铰接座铰接到所述第二支撑平台上，所述夹持臂的第二端穿过所述套筒，当所述环形框架旋转时，所述套筒能够带动所述直连杆围绕所述夹持臂铰接座旋转。

根据本发明的一方面，所述第二驱动单元包括螺杆、螺杆驱动电机、第一螺杆支座和第二螺杆支座，所述螺杆驱动电机安装在所述第一螺杆支座中，所述螺杆的第一端插入到所述第一螺杆支座中，所述螺杆的第二端穿过所述第二螺杆支座中的水平螺纹通孔，所述第二螺杆支座可转动地安装到所述环形框架上，所述螺杆驱动电机驱动所述螺杆旋转，通过所述第二螺杆支座带动所述环形框架转动。

根据本发明的一方面，所述环形框架的外边缘设置有一个凸板，所述第二螺杆支座可转动地安装在所述凸板上。

根据本发明的一方面，所述第二驱动单元包括相互啮合的驱动齿轮和驱动齿条，所述驱动齿轮和所述驱动齿条中的一个安装到所述环形框架外圈，所述驱动齿轮和驱动齿条中的另一个安装到所述第二支撑平台。

根据本发明的一方面，所述环形板包括同轴设置的第一环形板和第二环形板，所述套筒位于所述第一环形板和所述第二环形板之间，所述套筒的上下两侧分别通过所述套筒枢转轴与所述第一环形板和所述第二环形板连接。

本发明摈弃传统的三缸或四缸油缸，单独控制夹持臂的推动形式，采用单驱动结构，各个夹持臂同步同心枢转，能实现单桩施工过程中垂直度的精准控制，操作简单，受力平稳，安全可靠。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是根据本发明第一实施例的单桩基础导向装置的立体图；

图2是采用根据本发明第一实施例的单桩基础导向装置进行单桩基础施工的状态图；

图3是根据本发明第一实施例的单桩基础导向装置的第一导向单元的立体图；

图4是根据本发明第一实施例的单桩基础导向装置的第一导向单元的俯视图，其中，第一夹持单元处于闭合状态；

图5是根据本发明第一实施例的单桩基础导向装置的第一导向单元的俯视图，其中，第一夹持单元处于打开状态；

图6是根据本发明第二实施例的单桩基础导向装置的立体图；

图7是根据本发明第二实施例的单桩基础导向装置的第二导向单元的立体图；

图8是根据本发明第二实施例的单桩基础导向装置的第二导向单元的俯视图，其中，第二夹持单元处于闭合状态；

图9是根据本发明第二实施例的单桩基础导向装置的第二导向单元的俯视图，其中，第二夹持单元处于打开状态。

具体实施方式

为了解决现有技术中的多个液压缸分别驱动多个夹持臂使得多个夹持臂无法同步同轴运动导致垂直度同步控制精度低的问题，本发明提供了一种单桩基础导向装置，该单桩基础导向装置包括至少一个导向单元，每个导向单元可包括单个驱动单元、传动单元和夹持单元，通过单个驱动单元将动力传递给传动单元，通过传动单元来驱动夹持单元的至少两个夹持臂同步操作，从而夹持单元的多个夹持臂能够同时打开或闭合，保证单桩基础的垂直度同步控制精度。

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1-图5示出了根据本发明第一实施例的单桩基础导向装置的结构示意图。

根据本发明第一实施例的单桩基础导向装置包括导向支撑架100以及设置在导向支撑架100上的第一导向单元1000。

如图1和图2所示，导向支撑架100包括多个定位桩110以及固定在定位桩110上的第一支撑平台120。定位桩110为柱状结构，第一支撑平台120 与定位桩110焊接或者栓接，定位桩110可与船体连接或者穿入海底，形成稳固支撑结构。在本发明的实施例中，定位桩110设置为四根，围拢成矩形形状。第一支撑平台120形成为一侧开口的矩形框架，四角分别与定位桩110 固定连接。但是，本发明的导向支撑架100的定位桩110的数量不限于此，定位桩110可以为至少三根，第一支撑平台120的外形不限于矩形，也可以为圆形或半圆形，只要内侧形成适于安装第一导向单元1000的空间即可。

第一导向单元1000安装在第一支撑平台120上。第一支撑平台120形成为一侧开口的凹形结构，第一导向单元1000安装在第一支撑平台120的凹口内，用于在吊装单桩基础10时对单桩基础10进行导正，以及在对单桩基础进行锤击的过程中，对单桩基础10施加夹紧力以保证单桩基础10的垂直度。

如图3-图5所示，第一导向单元1000可包括第一驱动单元300、第一传动单元400和第一夹持单元500。第一夹持单元500具有容纳单桩基础10的夹持空间。第一驱动单元300将驱动力传递给第一传动单元400，通过第一传动单元400驱动第一夹持单元500闭合或打开，以将单桩基础10抱紧或松开。下面，更详细地描述第一导向单元1000的具体结构。

第一夹持单元500可以包括第一夹持臂510和第二夹持臂520。第一夹持臂510和第二夹持臂520可以为对称结构，第一夹持臂510和第二夹持臂 520之间形成容纳单桩基础10的容纳空间。作为示例，第一支撑平台120的内侧壁可以包括第一内侧壁121以及位于第一内侧壁121两侧的第二内侧壁 122和第三内侧壁123，第一夹持臂510和第二夹持臂520可分别安装在第一支撑平台120的第二内侧壁122和第三内侧壁123上。

在第一夹持臂510的第一端上可设置有第一挤压滚轮511，在第二端上设置有第一支撑滚轮512。第一夹持臂510可与第一支撑平台120铰接，具体地，第一夹持臂510可以为刚性曲连杆，在刚性曲连杆的中部位置通过第一铰接轴515铰接到第一支撑平台120的第二内侧壁122上。第一夹持臂510 能够围绕第一铰接轴515在一定角度范围内枢转。

在第二夹持臂520的第一端上可设置有第二挤压滚轮521，在第二端上设置有第二支撑滚轮522。第二夹持臂520可与第一支撑平台120铰接，具体地，第二夹持臂520可以为刚性曲连杆，在刚性曲连杆的中部位置通过第二铰接轴525铰接到第一支撑平台120的第三内侧壁123上。第二夹持臂520 能够围绕第二铰接轴525在一定角度范围内枢转。

第一传动单元400可包括推块410，第一驱动单元300推动推块410向着第一夹持单元500的夹持空间移动，从而驱动第一夹持单元500闭合以将单桩基础10抱紧。可在第一支撑平台120上设置限位机构，限制推块410的运动轨迹，例如，在第一支撑平台120上设置凹槽，在推块410的下表面上设有与凹槽匹配的凸起，使凸起卡合在凹槽中，并能够在凹槽中运动。通过限位机构，引导推块410的运动，使推块410只能沿着特定的轨迹移动，以对第一夹持单元500施加稳定的驱动力。

推块410可包括相对设置的第一锥面411和第二锥面412。具体地，第一锥面411和第二锥面412之间的距离向着夹持空间的方向缩小，从而推块 410形成的锥体的顶部面向夹持空间。第一夹持臂510通过第一支撑滚轮512 抵接在第一锥面411上，第二夹持臂520通过第二支撑滚轮522抵接在第二锥面412上。第一支撑滚轮512能够沿着第一锥面411滚动，第二支撑滚轮 522能够沿着第二锥面412滚动。

当第一驱动单元300将推块410向着夹持空间推动时，推块410两侧的第一锥面411和第二锥面412分别将力传递给第一支撑滚轮512和第二支撑滚轮522，从而推动第一夹持臂510和第二夹持臂520分别围绕第一铰接轴 515和第二铰接轴525枢转，与此同时，第一挤压滚轮511和第二挤压滚轮 521将向着夹持空间移动以调整夹持空间大小或者调整对单桩基础10的挤压力。

除了第一夹持臂510和第二夹持臂520之外，第一夹持单元500还可包括第三夹持臂，第三夹持臂可以固定安装在推块410上，位于推块410的面向夹持空间的一侧上。第三夹持臂上可安装有第三挤压滚轮531。在附图所示的示例中，第三夹持臂较短，形成为用于将第三挤压滚轮531安装在推块 410上的滚轮支架，该滚轮支架可与推块410焊接固定。

在推块410向着夹持空间移动时，第一挤压滚轮511、第二挤压滚轮521 以及第三挤压滚轮531能够同步同轴运动，同时抵接单桩基础10的外表面，并同时对单桩基础10施加抱紧力，使得单桩基础10在圆周方向上受到对称的挤压力，以保证单桩基础10的垂直度。

虽然在本发明的实施例中，还包括第三夹持臂，但是，第三夹持臂不是必须的。例如，第一夹持臂510的安装第一挤压滚轮511的一端可以形成有弧形夹板，以在单桩基础的外侧包围单桩基础的外圆周的一部分。弧形夹板的内侧表面上也可以设置有多个挤压滚轮，以通过多个挤压滚轮与单桩基础的外表面滚动接触。相应的，第二夹持臂520的安装第二挤压滚轮521的一端也形成有弧形夹板，弧形夹板的内侧也可以安装多个挤压滚轮。在推块410 推动第一夹持臂510和第二夹持臂520枢转闭合时，两个弧形夹板从单桩基础的两侧对称挤压单桩基础，从而将单桩基础抱紧并保证单桩基础的垂直度。

根据本发明的实施例，通过单个驱动单元300驱动推块410，并通过推块410驱动多个夹持臂同步操作，使得多个挤压滚轮同时抵接单桩基础10的外表面。在本发明中，第一驱动单元300的结构和安装位置不受限制，只要第一驱动单元300能够推动推块410向着夹持空间移动，推动第一夹持臂510 和第二夹持臂520同步枢转即可。

根据本发明的第一实施例，提供了一种实现第一驱动单元300的示例。

如图3-图5所示，推块410还包括第一倾斜表面413，第一锥面411和第二锥面412位于第一倾斜表面413的两侧。换句话说，第一倾斜表面413 形成在推块410的背对夹持空间的一侧。第一驱动单元300包括液压缸310 和连接到液压缸一端的楔块320，楔块320具有第二倾斜表面321，第二倾斜表面321与第一倾斜表面413相面对并相互接触，当液压缸310伸出而推动楔块320沿所述第一方向移动时，楔块320推动推块410第二方向移动移动。第一方向和第二方向可以均在水平面内，均与单桩基础的轴线方向垂直。

第一驱动单元300可安装在第一支撑平台120的第一内侧壁121上，楔块320能够在第一内侧壁121上沿着第一方向滑动，从而将液压缸310的沿第一方向的驱动力转换为推块410沿着第二方向移动的动力。

为了稳定地控制楔块320和推块410的运动路线，可以在楔块320和推块410上分别设置凸起，在第一支撑平台120上分别设置相应的凹槽，通过将凸起设置在凹槽中来引导楔块320和推块410的运动路线。

第一挤压滚轮511、第二挤压滚轮521和第三挤压滚轮531可以沿着单桩基础10的外圆周均匀对称布置，在这种情况下，可以通过设计推块410 的第一锥面411、第二锥面412的锥度使得第一挤压滚轮511、第二挤压滚轮 521和第三挤压滚轮531对单桩基础10施加同样的挤压力。此外，还可以调整推块410的面向夹持空间的表面的倾斜角度。此外，三个挤压滚轮不一定均匀设置，只要能够使得单桩基础10在各个方向上的受力对称即可。

虽然附图中没有示出，但是可以理解的是，第一支撑平台120还可包括支撑第一驱动单元300和第一传动单元400的水平支撑板。具体地，水平支撑板可设置在推块410和楔块320下方，以支撑推块410和楔块320的底表面，使得推块410和楔块320在水平方向上稳定地滑动。

第一支撑滚轮512可滚动地支撑在推块410的第一锥面411上，第二支撑滚轮522可滚动地支撑在推块410的第二锥面412上。随着推块410向着夹持空间移动，推块410通过第一锥面411和第二锥面412分别将第一支撑滚轮512和第二支撑滚轮522向两侧推动，带动第一夹持臂510和第二夹持臂520围绕第一铰接轴515和第二铰接轴525枢转，从而第一挤压滚轮511 和第二挤压滚轮521相对于夹持空间向内移动，抵接单桩基础10的外表面，对单桩基础10施加抱紧力。与此同时，随着推块410向着夹持空间移动，安装在推块410上的第三挤压滚轮531也到达单桩基础10的外表面，与第一挤压滚轮511和第二挤压滚轮521同时对单桩基础10施加抱紧力。通过调节液压缸310的伸出长度，可以调节夹持空间的大小以及对单桩基础10施加的抱紧力的大小。图4示出了第一夹持单元500闭合以对单桩基础10施加抱紧力的示意图。

作为一个可选示例，楔块320可以为三角形楔块，优选为直角三角形楔块。具体地，楔块320的横截面形状可以是直角三角形，三角形的长直角边 (也可称为底边)与第一支撑平台120的第一内侧壁121相面对并接触，以在第一内侧壁121上滑动。三角形的短直角边垂直于第一内侧壁121，第一驱动单元300可以连接到楔块320的短直角边上。楔块320的与三角形斜边对应的斜面(即，第二倾斜表面321)和推块410的第一倾斜表面413相面对并接触。推块410位于楔块320和夹持空间之间。

作为示例，第一倾斜表面413和第二倾斜表面321的倾斜角度可以为 10°-30°，优选为20°。倾斜角度小，第一倾斜表面413和第二倾斜表面321之间的接触面积大，油缸行程大，调整速度慢。倾斜角度大，第一倾斜表面413 和第二倾斜表面321之间的接触面积小，油缸行程小，调整速度快。因此，可以根据调整需求来设置第一倾斜表面413和第二倾斜表面321的倾斜角度。

当液压缸伸出时，楔块320将推块410向外顶出，推动推块410远离第一内侧壁121，向着第一导向单元500的夹持空间移动。当液压缸310缩回时，楔块320退回，从而撤销对推块410的推力。

随着楔块320退回，推块410也需要同时退回。为了使得推块410能够跟随楔块320向后回退，楔块320和推块410相抵接的第一倾斜表面413 和第二倾斜表面321 上可以分别设置有滑槽和滑轨，滑轨可以卡合在滑槽中，从而楔块320和推块410能够相互活动连接，使得推块410能够随着楔块320 一起运动，在楔块320向后退时，推块410也能够向着第一内侧壁121回退，远离夹持空间。

然而，根据本发明的实施例，使推块410回退的方案不限于此，也可以在第一内侧壁121上设置回复弹簧，对推块410施加拉力，从而在楔块320 回退时，推块410也可以在回复弹簧的拉力下向着第一内侧壁121移动。

当液压缸310缩回时，推块410逐渐朝向第一内侧壁121靠近，从而第三挤压滚轮531离开单桩基础10的外表面，撤去对单桩基础10的挤压力。与此同时，随着推块410后退，推块410撤去对第一支撑滚轮512和第二支撑滚轮522的推力，第一夹持臂510和第二夹持臂520枢转打开，第一支撑滚轮512和第二支撑滚轮522也同时撤销对单桩基础10的夹持力。图5示出了第一夹持单元500处于打开状态的示意图。

为了在第一驱动单元300缩回时，第一夹持臂510和第二夹持臂520能够自动向外枢转而打开，在第一铰接轴515和第二铰接轴525上可以设置有复位弹簧，从而在推块410回退而撤销对第一支撑滚轮512和第二支撑滚轮 522的推力时，第一夹持臂510和第二夹持臂520的外端能够在复位弹簧的弹力作用下向外打开。此外，回复弹簧也可以设置在第二内侧壁122和第三内侧壁123上。当设置了用于使第一夹持臂510和第二夹持臂520枢转打开的回复弹簧时，可以不用再设置使推块410向后退回的部件，推块410能够在第一支撑滚轮512和第二支撑滚轮522的推动下向后退回。

作为可选方案，还可以在第一锥面411和第二锥面412上设置滚轮槽，将第一支撑滚轮512和第二支撑滚轮522嵌在滚轮槽中，第一支撑滚轮512 和第二支撑滚轮522能够卡合在所述滚轮槽中并且能够在所述滚轮槽中滚动。通过卡合在滚轮槽中，第一支撑滚轮512和第二支撑滚轮522不能从推块410 的第一锥面411和第二锥面412上脱开，因此，在推块410远离夹持空间时，第一支撑滚轮512和第二支撑滚轮522沿着第一锥面411和第二锥面412向着推块410的顶端滚动，从而第一夹持臂510和第二夹持臂520分别围绕第一铰接轴515和第二铰接轴525枢转而打开夹持空间。

在单桩基础10的沉降过程中，有向下的作用力。根据本发明的实施例，多个夹持臂均通过滚轮与单桩基础10接触，滚轮沿着单桩基础10的外壁向下滚动，减少对单桩基础10的外表面的摩擦，并减少对支撑平台的振动冲击力，降低安全风险，从而增加结构的稳定性。在根据本发明的第一实施例中，滚轮的滚路设计有横向和竖向的区别，与单桩基础10接触的滚轮的滚路沿竖直方向，与推块410接触的滚轮的滚路沿水平方向。

根据本发明第一实施例的单桩基础导向装置，能够通过单个驱动单元 300，实现第一夹持单元500的多个挤压滚轮同步同轴运动。在采用液压缸驱动时，只需要控制一个油缸即可，大大减少多个油缸的安装和后期维护成本。此外，通过推块410的两个锥面向支撑滚轮传递推力，可实现夹持臂的枢转角度的无级调整。通过调节第一驱动单元300的液压缸的伸出长度，能够调整第一夹持单元500所形成的夹持空间的大小，从而满足对于不同直径大小的单桩基础的导正需求。根据本发明第一实施例的单桩基础导向装置结构简单，使得制造周期缩短，成本大大降低。

图6至图9示出了根据本发明第二实施例的单桩基础导向装置。与根据本发明第一实施例的单桩基础导向装置相比，根据本发明第二实施例的单桩基础导向装置还可包括第二导向单元2000，第二导向单元2000在高度方向上与第一导向单元1000隔开预定距离，第二导向单元2000可安装在第一导向单元1000的下方(但不限于此)，从而实现对单桩基础的双层导向功能。

具体地，根据本发明第二实施例的单桩基础导向装置可包括导向支撑架 100、设置在导向支撑架100上的第一导向单元1000和第二导向单元2000。导向支撑架100包括多个定位桩110以及固定在定位桩110上的第一支撑平台120和第二支撑平台160，第二导向单元2000安装在第二支撑平台160上。

根据本发明第二实施例的单桩基础导向装置中的第一导向单元与根据本发明第一实施例的单桩基础导向装置中的第一导向单元的结构相同。因此，下面将参照附图6-图9仅描述与第一实施例的单桩基础导向装置不同的部分，即，仅描述第二支撑平台160和第二导向单元2000。

如图7所示，第二支撑平台160包括支撑板161，在支撑板161的中部开设有供单桩基础10穿过的通孔，通孔的直径大于单桩基础10的直径。虽然图中示出的支撑板161为板状，但是，支撑板161也可以由桁架形成，只要能够满足对第二导向单元2000的支撑功能即可。

第二导向单元2000包括第二驱动单元600、第二传动单元700和第二夹持单元800。第二传动单元700可包括环形框架710，第二夹持单元800可包括多个夹持臂810，所述多个夹持臂810可沿着圆周方向对称设置，并在所述多个夹持臂810之间形成用于容纳单桩基础10的夹持空间。所述多个夹持臂810分别插入到环形框架710中，第二驱动单元600能够推动环形框架710 旋转，从而通过环形框架710带动所述多个夹持臂810同步枢转。随着夹持臂810的枢转，第二夹持单元800闭合或打开，对单桩基础10施加抱紧力或撤销抱紧力。

第二驱动单元600可包括螺杆驱动结构，具体地，可包括螺杆610、螺杆驱动电机(未示出)、第一螺杆支座620和第二螺杆支座630。

第一螺杆支座620可安装在第二支撑平台160上，并且能够相对于第二支撑平台160旋转。第一螺杆支座620的下端可设置有枢转轴，通过枢转轴连接到第二支撑平台160的支撑板161上。螺杆610的一端插入到第一螺杆支座620内，螺杆驱动电机可安装在第一螺杆支座620内，以驱动螺杆610 旋转。

第二螺杆支座630中可设置有水平螺纹通孔，螺杆610的另一端可穿过第二螺杆支座630的水平螺纹通孔，与第二螺杆支座630螺纹结合。第二螺杆支座630可旋转地安装到环形框架710上。

环形框架710整体上呈环形，中间具有圆形通孔，圆形通孔的直径大于单桩基础10的直径，以供单桩基础10穿过。环形框架710可相对于第二支撑平台160在水平面内旋转，具体地，以单桩基础10的轴线为旋转中心旋转。

第二螺杆支座630可旋转地安装到环形框架710的外边缘上。作为示例，环形框架710的外周边缘设置有一块沿水平方向向环形框架710外延伸的凸板714，第二螺杆支座630可转动地安装在凸板714上。

第二螺杆支座630的下端可设置有竖直插入孔，凸板714上可设置有能够插入第二螺杆支座630下部的插入孔中的销轴，使得第二螺杆支座630能够在凸板714上旋转。第二螺杆支座630中的竖直插入孔位于水平螺纹通孔的下方，从而避免插入第二螺杆支座630的下部的销轴与插入到水平螺纹通孔中的螺杆610相互干涉。

当螺杆驱动电机驱动螺杆610旋转时，螺杆610与第二螺杆支座630的啮合位置改变，推动第二螺杆支座630通过凸板714带动环形框架710旋转。

图7示出了第二导向单元2000的立体图，图8和图9示出了第二导向单元2000的俯视图。其中，在图8和图9中，为了更清楚地示出第二夹持单元 800的结构，移去了环形框架710的上层部分(上层第一环形板711)。下面，参照附图7-图9详细描述环形框架710的具体结构。

环形框架710可包括环形板和安装在环形板上的套筒761。为了稳定支撑并传递旋转力矩，环形板可包括同轴设置的上层的第一环形板711和下层的第二环形板712。中间连接板713将第一环形板711和第二环形板712连接为一体。中间连接板713可设置为多块，沿着环形框架710的轴向方向延伸，并在环形框架710的圆周方向上间隔设置。然而，上层的第一环形板711 和下层的第二环形板712的连接方式不限于此，也可以采用多个连接柱将两者上下连接为一体的结构。

套筒761沿水平方向设置，可设置在第一环形板711和第二环形板712 之间。在套筒761的上下两侧还可设置有套筒枢转轴762，套筒枢转轴762 沿竖直方向(与环形框架的轴线方向平行)延伸，一端与第一环形板711或第二环形板712结合，另一端与套筒761结合，从而套筒761能够通过套筒枢转轴762连接到第一环形板711、第二环形板712上，被第一环形板711、第二环形板712稳定地支撑，并能够围绕套筒枢转轴762旋转。在第一环形板711、第二环形板712旋转时，套筒761能够随着第一环形板711、第二环形板712在第一环形板711和第二环形板712的圆周方向上移动，同时还能够相对于第一环形板711、第二环形板712枢转，将转矩有效传递给夹持臂 810。

夹持臂810可以为至少两个，在这种情况下，在夹持臂810的自由端可以设置弧形夹板，并且在弧形夹板的内侧可设置挤压滚轮，以在包围单桩基础的外周表面的一部分的同时，与单桩基础的外表面滚动接触。

在本发明的附图所示的示例中，第二夹持单元800包括三个夹持臂810，夹持臂810的第一端可枢转地连接到第二支撑平台160上。具体地，夹持臂铰接座820可固定安装到第二支撑平台160上，夹持臂810的第一端连接到夹持臂铰接座820上，从而能够围绕夹持臂铰接座820旋转。夹持臂810的第二端穿过套筒761，并从套筒761中伸出预定长度。夹持臂810的第二端可以连接有挤压滚轮812，以通过挤压滚轮812与单桩基础10的外表面滚动接触。夹持臂810可以为刚性直连杆，为了保证夹持臂810的强度，刚性直连杆可以设置为双层结构，即两个上下并联的直连杆用作一个夹持臂810。套筒761的截面可以为圆形也可以为方形，只要与夹持臂810的外形相适应并且不影响夹持臂810在套筒761中前后移动即可。

当螺杆驱动电机旋转时，螺杆610通过第二螺杆支座630推动环形框架 710旋转，环形框架710通过套筒761带动夹持臂810围绕夹持臂枢转轴枢转，挤压滚轮812向着夹持空间或者远离夹持空间移动，从而调整可供单桩基础10穿过的空间大小。

当需要吊装单桩基础10以将单桩基础10插入到环形框架710中时，可以驱动挤压滚轮812向外移动，当单桩基础10已经插入到环形框架710中时，可以驱动夹持臂810枢转，通过挤压滚轮812在多个位置对单桩基础10施加挤压力，从而将单桩基础10抱紧。同样地，根据本发明第二实施例的第二导向单元能够通过一个驱动单元推动环形结构旋转，并通过环形结构推动三个夹持臂同步枢转，实现各个挤压滚轮812同步贴紧或松开单桩基础10的过程，实现同轴精确调节功能。

虽然在第二导向单元中采用丝杆驱动结构来实现第二驱动单元600，然而，第二驱动单元600不限于采用丝杆驱动结构，还可以采用齿轮-齿条驱动结构。具体地，可以在环形框架710的外圈上设置齿轮，在第二支撑平台160 上设置齿条，使齿条与齿轮啮合，通过使齿条前后移动，驱动齿轮旋转，从而带动环形结构旋转，同样能够通过单个驱动单元来使多个夹持臂同步操作。显然，驱动齿轮和驱动齿条的安装位置可以互换，只要能够驱动环形结构旋转即可。

根据本发明第二实施例的单桩基础导向装置，通过在竖直方向上设置第一导向单元和第二导向单元，两者可以同步工作，从而能够在上下两层同时进行垂直度调节，能够更准确地确保单桩基础的垂直度。此外，通过上下两层垂直度调节结构冗余设计，液压驱动和机械丝杠结构互为补充，如果其中一个调节结构出现故障，另一个调节结构也可实现高精度垂直度调节过程。

虽然在本发明第二实施例中，第一导向单元1000和第二导向单元2000 上下设置，但是，第一导向单元1000和第二导向单元2000均可单独使用，均可实现同步调节单桩基础垂直度的功能。当设置上下多层导向结构时，不限于将第一导向单元1000和第二导向单元2000上下层布置，而是可以将多个第一导向单元1000上下布置，也可以将多个第二导向单元2000上下层布置，同样可以通过多层调节结构的冗余设计，确保单桩基础的精确垂直度导向功能。

根据本发明的实施例，与油缸设置在平台顶部的传统导向装置不同的是，根据本发明实施例的单桩基础导向装置的驱动单元设置在平台底部，操作人员在平台底部即可操作油缸和丝杆驱动结构，大大降低人员操作油缸坠海的风险。

根据本发明的单桩基础导向装置，能够在单桩基础的安装过程中对单桩基础起到导向、夹持和扶正的作用，确保单桩基础垂直打入海床，防止桩基在打桩过程中发生偏斜。在对单桩基础进行施加抱紧力时，对于每个导向单元，仅需通过操作单个驱动结构即可同时调整各个夹持臂的夹紧力，与传统的导向装置相比，能够省去单桩沉桩过程中需要停锤并多次测量单桩垂直度的步骤，大大提高沉桩效率。在采用多层导向单元同时进行导正的情况下，上下层导向单元可通过同轴同心实现同步操作，保证垂直度精准。结构简单，省去大量油缸，维护方便，结构成本低。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离本发明的由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以在本发明中做出各种形式和细节上的改变。

Claims (14)

1.一种单桩基础导向装置，其特征在于，所述单桩基础导向装置包括第一导向单元(1000)，所述第一导向单元(1000)包括单个第一驱动单元(300)、第一传动单元(400)和第一夹持单元(500)，所述第一传动单元(400)包括推块(410)，所述第一夹持单元(500)包括至少两个夹持臂，所述至少两个夹持臂之间形成用于夹持单桩基础(10)的夹持空间，所述至少两个夹持臂的第一端连接到所述推块(410)，所述第一驱动单元(300)将动力传递给所述推块(410)，驱动所述至少两个夹持臂同步操作，使所述至少两个夹持臂的第二端相互远离或靠近，从而使所述第一夹持单元(500)打开或闭合，其中，所述推块(410)包括相对设置的第一锥面(411)和第二锥面(412)，所述第一锥面(411)和第二锥面(412)之间的距离向着所述夹持空间的方向缩小，所述第一夹持单元(500)包括第一夹持臂(510)和第二夹持臂(520)，所述第一夹持臂(510)的一端抵接在所述第一锥面(411)上，所述第二夹持臂(520)的一端抵接在所述第二锥面(412)上，当所述推块(410)向着所述夹持空间移动时，所述第一锥面(411)和所述第二锥面(412)分别对所述第一夹持臂(510)和第二夹持臂(520)施加推力使得所述第一夹持臂(510)和第二夹持臂(520)枢转闭合。

2.如权利要求1所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述第一夹持臂(510)的一端设置有第一支撑滚轮(512)，所述第二夹持臂(520)的一端设置有第二支撑滚轮(522)，所述第一夹持臂(510)通过所述第一支撑滚轮(512)支撑在所述第一锥面(411)上，所述第二夹持臂(520)通过所述第二支撑滚轮(522)支撑在所述第二锥面(412)上。

3.如权利要求2所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述推块(410)还包括第一倾斜表面(413)，所述第一驱动单元(300)包括液压缸(310)和连接到所述液压缸(310)一端的楔块(320)，所述楔块(320)具有第二倾斜表面(321)，所述第二倾斜表面(321)与所述第一倾斜表面(413)相面对并相互接触，当所述液压缸(310)伸出而推动所述楔块(320)移动时，所述楔块(320)推动所述推块(410)向着所述夹持空间移动。

4.如权利要求3所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述第一夹持臂(510)的另一端设置有第一挤压滚轮(511)，所述第二夹持臂(520)的另一端设置有第二挤压滚轮(521)，所述第一夹持单元(500)还包括第三挤压滚轮(531)，所述第三挤压滚轮(531)设置在所述推块(410)的面向所述夹持空间的一侧，所述第一挤压滚轮(511)、所述第二挤压滚轮(521)和所述第三挤压滚轮(531)能够同时将所述单桩基础(10)抱紧或松开。

5.如权利要求3所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述第一倾斜表面(413)和所述第二倾斜表面(321)中的一个上设置有滑轨，另一个上设置有滑槽，所述滑轨能够卡合在所述滑槽中并且能够在所述滑槽中滑动。

6.如权利要求2所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述第一锥面(411)和所述第二锥面(412)上分别设置有滚轮槽，所述第一支撑滚轮(512)和所述第二支撑滚轮(522)能够卡合在所述滚轮槽中并且能够在所述滚轮槽中滚动。

7.如权利要求4所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述单桩基础导向装置还包括第一支撑平台(120)，所述第一支撑平台(120)形成为一侧开口的凹形结构，并且包括第一内侧壁(121)以及位于所述第一内侧壁(121)两侧的第二内侧壁(122)和第三内侧壁(123)，所述第一驱动单元(300)安装在所述第一内侧壁(121)上，所述楔块(320)能够在所述第一内侧壁(121)上滑动，所述第一夹持臂(510)和所述第二夹持臂(520)均为刚性曲连杆，所述第一夹持臂(510)的中部铰接到所述第二内侧壁(122)上，所述第二夹持臂(520)的中部铰接到所述第三内侧壁(123)上。

8.如权利要求7所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述第一倾斜表面(413)和第二倾斜表面(321)的倾斜角度在10°-30°范围内。

9.如权利要求1-8中任一项所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述单桩基础导向装置还包括第二导向单元(2000)，所述第二导向单元(2000)包括第二驱动单元(600)、第二传动单元(700)和第二夹持单元(800)，所述第二传动单元(700)包括环形框架(710)，所述第二夹持单元(800)包括多个夹持臂(810)，所述多个夹持臂(810)插入到所述环形框架(710)中，所述第二驱动单元(600)推动所述环形框架(710)旋转，从而通过所述环形框架(710)带动所述多个夹持臂(810)同步枢转。

10.如权利要求9所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述单桩基础导向装置还包括第二支撑平台(160)，所述第二导向单元(2000)安装在所述第二支撑平台(160)上，所述环形框架(710)包括环形板以及设置在所述环形板上的套筒(761)，所述套筒(761)通过套筒枢转轴(762)可枢转地连接到所述环形板上，所述夹持臂(810)为刚性直连杆，所述夹持臂(810)的第一端通过夹持臂铰接座(820)铰接到所述第二支撑平台(160)上，所述夹持臂(810)的第二端穿过所述套筒(761)，当所述环形框架(710)旋转时，所述套筒(761)能够带动所述直连杆围绕所述夹持臂铰接座(820)旋转。

11.如权利要求10所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述第二驱动单元(600)包括螺杆(610)、螺杆驱动电机、第一螺杆支座(620)和第二螺杆支座(630)，所述螺杆驱动电机安装在所述第一螺杆支座(620)中，所述螺杆(610)的第一端插入到所述第一螺杆支座(620)中，所述螺杆(610)的第二端穿过所述第二螺杆支座(630)中的水平螺纹通孔，所述第二螺杆支座(630)可转动地安装到所述环形框架(710)上，所述螺杆驱动电机驱动所述螺杆(610)旋转，通过所述第二螺杆支座(630)带动所述环形框架(710)转动。

12.如权利要求11所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述环形框架(710)的外边缘设置有一个凸板(714)，所述第二螺杆支座(630)可转动地安装在所述凸板(714)上。

13.如权利要求10所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述第二驱动单元(600)包括相互啮合的驱动齿轮和驱动齿条，所述驱动齿轮和所述驱动齿条中的一个安装到所述环形框架(710)外圈，所述驱动齿轮和驱动齿条中的另一个安装到所述第二支撑平台(160)。

14.如权利要求10所述的单桩基础导向装置，其特征在于，所述环形板包括同轴设置的第一环形板(711)和第二环形板(712)，所述套筒(761)位于所述第一环形板(711)和所述第二环形板(712)之间，所述套筒(761)的上下两侧分别通过所述套筒枢转轴(762)与所述第一环形板(711)和所述第二环形板(712)连接。

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