CN114278237A - 立柱弯矩自适应平衡机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立柱弯矩自适应平衡机构，其包括立柱、鹅头、工作装置、杠杆式平衡机构、卷扬钢丝绳及背绳；所述鹅头包括鹅头架及前定滑轮组，所述鹅头架安装于所述立柱，所述前定滑轮组安装于所述鹅头架的前端；所述工作装置安装于所述立柱；所述杠杆式平衡机构铰接于所述鹅头架；所述卷扬钢丝绳穿入所述鹅头架后，往复穿设于所述前定滑轮组与所述工作装置的动滑轮组，再穿入所述杠杆式平衡机构的一端后，固定于所述鹅头架；所述背绳与所述杠杆式平衡机构的另一端连接。与现有技术相比，本发明提供的立柱弯矩自适应平衡机构能自适应消减立柱弯矩，提高立柱稳定性，减小立柱变形，提高设备的成孔质量。

Description

立柱弯矩自适应平衡机构

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种立柱弯矩自适应平衡机构。

背景技术

桩架，作为现代桩基础施工的必不可少的一种机械设备，一般用于搭载柴油锤、液压锤、振动锤、振冲锤，深层搅拌机，套管驱动机，长螺旋驱动器等不同的配套工作装置进行“打桩”施工。

立柱是桩架的重要组成部分，用于承载工作装置及施工中的提拔力。随着建筑行业的不断发展，现代桩基础施工对桩架设备的要求日益增高，钻孔深度越来越深、工作装置越来越重，成孔精度要求越来越高。因此，立柱的所受负载也越来越大，而立柱(对工作装置起支撑和引导作用)在施工中的承载能力和受力变形对成孔精度和施工安全起到重要影响，如何增强立柱承载能力，减小立柱受力变形至关重要。

如图1所示，传统的桩架立柱鹅头结构及饶绳方式为：卷扬钢丝绳5从立柱6后方上来，经过鹅头3的后定滑轮4，再经过鹅头3的前定滑轮组2，进而与工作装置1的动滑轮组相互连接，最后，在鹅头3上直接找一固定点，使钢丝绳5末端与鹅头3相对固定。此种结构中，主要存在以下问题：由于立柱6与鹅头3之间采用“法兰+螺栓”的连接方式，是一个“死”铰点，当桩架提升工作装置1或拔桩时，立柱6会受到一定弯矩，产生一定变形，且随着提拔力的增加，弯矩随之增大，变形亦会增大，降低成孔精度；同时，立柱6受力是典型的细长杆受压，当立柱6受到较大弯矩时，立柱6是一种偏心压杆状态，相比中心压杆受力，此时立柱6的压杆稳定性安全系数大大降低。

如图2所示，现有技术中为了平衡立柱6所受的弯矩，通常选择在鹅头3后端增加一根钢丝绳作为背绳7，给背绳7施加一个力，使其对立柱6产生一个反力矩，用于抵消工作装置1重量与所受提拔力对立柱6本身施加的一部分弯矩。

然而，背绳7给立柱6的力是一个定量，具有以下缺点：立柱6前方载荷较小时，立柱6受背绳7的拉力，产生向后的变形，当前方负载变大后，立柱6才往前变形，这种不稳定的状态使桩架施工时难以保证对孔、调整立柱6角度等，不能保证施工质量，且当施工中需要调整立柱6时，先必须释放背绳7的力，操作繁琐，有安全隐患。

发明内容

针对现有技术中不能良好的平衡立柱所受的弯矩，影响成孔精度，操作繁琐影响工作效率，并且存在安全隐患的技术问题。本发明提供了一种能更好的平衡立柱所受弯矩，从而保障成孔精度，提高工作效率，并且降低安全风险的立柱弯矩自适应平衡机构。

一种立柱弯矩自适应平衡机构，其包括立柱、鹅头、工作装置、杠杆式平衡机构、卷扬钢丝绳及背绳；

所述鹅头包括鹅头架及前定滑轮组，所述鹅头架安装于所述立柱，所述前定滑轮组安装于所述鹅头架的前端；

所述工作装置安装于所述立柱并对应所述前定滑轮组设置；

所述杠杆式平衡机构铰接于所述鹅头架；

所述卷扬钢丝绳穿入所述鹅头架后，往复穿设于所述前定滑轮组与所述工作装置的动滑轮组，再穿入所述杠杆式平衡机构的一端后，固定于所述鹅头架；

所述背绳位于所述鹅头架的后端，且与所述杠杆式平衡机构的另一端连接。

优选的，所述杠杆式平衡机构沿所述鹅头架的高度方向设置，且所述杠杆式平衡机构与所述鹅头架的铰接轴沿所述鹅头架的宽度方向设置。

优选的，所述杠杆式平衡机构包括铰接架及连接装置，所述铰接架与所述鹅头架铰接，所述连接装置连接于所述铰接架的顶部，所述背绳与所述铰接架的另一端连接；

所述卷扬钢丝绳穿入所述连接装置后，固定于所述鹅头架。

优选的，所述铰接架呈直角三角形，所述铰接架的铰点位于两条直角边的连接处，所述连接装置连接于所述铰接架的斜边与一条直角边的连接处，所述背绳连接于所述铰接架的斜边与另一条直角边的连接处。

优选的，所述连接装置包括连接架及平衡滑轮，所述连接架连接于所述铰接架的一端，所述平衡滑轮安装于所述连接架；

所述卷扬钢丝绳穿入所述平衡滑轮后，固定于所述鹅头架。

优选的，所述平衡滑轮横向设置。

优选的，所述连接架包括连接架本体及连接耳座，所述平衡滑轮安装于所述连接架本体，所述连接耳座与所述连接架本体连接，所述连接耳座设置有两个，且两所述连接耳座相互间隔设置，所述连接架本体通过两所述连接耳座与所述铰接架连接。

优选的，所述鹅头架的后端设置有铰接耳座，所述铰接耳座设置有两个，两所述铰接耳座相互间隔设置；

所述杠杆式平衡机构部分插入两所述铰接耳座之间，并与所述铰接耳座铰接。

优选的，所述鹅头还包括后定滑轮，所述后定滑轮安装于所述鹅头架的后端；

所述卷扬钢丝绳穿过所述后定滑轮后，再穿入所述前定滑轮组中。

优选的，所述鹅头还包括过渡定滑轮，所述过渡定滑轮安装于所述鹅头架并位于所述前定滑轮组后侧；

所述卷扬钢丝绳穿出所述前定滑轮组与所述工作装置的动滑轮组后，穿过所述过渡定滑轮，再穿入所述杠杆式平衡机构。

与现有技术相比，本发明提供的立柱弯矩自适应平衡机构包括立柱、鹅头、工作装置、杠杆式平衡机构、卷扬钢丝绳及背绳；所述鹅头包括鹅头架及前定滑轮组，所述鹅头架安装于所述立柱，所述前定滑轮组安装于所述鹅头架的前端；所述工作装置安装于所述立柱；所述杠杆式平衡机构铰接于所述鹅头架；所述卷扬钢丝绳穿入所述鹅头架后，往复穿设于所述前定滑轮组与所述工作装置的动滑轮组，再穿入所述杠杆式平衡机构的一端后，固定于所述鹅头架；所述背绳与所述杠杆式平衡机构的另一端连接。所述立柱弯矩自适应平衡机构可自适应消减立柱弯矩，提高立柱稳定性，减小立柱变形，提高设备的成孔质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中立柱与鹅头之间绕绳结构的立体结构示意图；

图2为现有技术中一种改进后的立柱与鹅头之间绕绳结构的立体结构示意图；

图3为一种实施例提供的立柱弯矩自适应平衡机构的立体结构示意图；

图4为图3所示机构的绕绳结构示意图；

图5为图3所示机构的受力分析简图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“安装于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本发明提供了一种立柱弯矩自适应平衡机构，其包括立柱、鹅头、工作装置、杠杆式平衡机构、卷扬钢丝绳及背绳；所述鹅头包括鹅头架及前定滑轮组，所述鹅头架安装于所述立柱，所述前定滑轮组安装于所述鹅头架的前端；所述工作装置安装于所述立柱；所述杠杆式平衡机构铰接于所述鹅头架的后端；所述卷扬钢丝绳穿入所述鹅头架后，往复穿设于所述前定滑轮组与所述工作装置的动滑轮组，再穿入所述杠杆式平衡机构的一端后，固定于所述鹅头架；所述背绳与所述杠杆式平衡机构的另一端连接。所述立柱弯矩自适应平衡机构能自适应消减立柱弯矩，提高立柱稳定性，减小立柱变形，提高设备的成孔质量。

请结合参阅图3和图4。本实施例提供了一种立柱弯矩自适应平衡机构100，所述立柱弯矩自适应平衡机构100可自适应消减立柱所受弯矩，提高立柱压杆稳定性，减小立柱变形，提高设备成孔质量。所述立柱弯矩自适应平衡机构100结构简单，安装方便，无需单独控制，对调整立柱垂直度无影响。

所述立柱弯矩自适应平衡机构100包括立柱10、鹅头20、工作装置30、杠杆式平衡机构40、卷扬钢丝绳50及背绳60。所述鹅头20包括鹅头架21及前定滑轮组22，所述鹅头架21安装于所述立柱10，所述前定滑轮组22安装于所述鹅头架21的前端。所述工作装置30安装于所述立柱10并对应所述前定滑轮组22设置，所述杠杆式平衡机构40铰接于所述鹅头架21。

所述卷扬钢丝绳50穿入所述鹅头架21后，往复穿设于所述前定滑轮组22与所述工作装置30的动滑轮组31，再穿入所述杠杆式平衡机构40的一端后，固定于所述鹅头架21。即所述卷扬钢丝绳50的一端依次穿入所述鹅头架21、所述前定滑轮组22、所述动滑轮组31、所述杠杆式平衡机构40后，固定在所述鹅头架21上。

所述背绳60位于所述鹅头架21的后端，且所述背绳60与所述杠杆式平衡机构40的另一端连接。其中，需要说明的是，所述杠杆式平衡机构40的一端与另一端指的是相对于所述杠杆式平衡机构40铰点而言的两端，从而当所述杠杆式平衡机构40的受力发生变化时，所述杠杆式平衡机构40能发生相应的摆动来平衡受力。即所述杠杆式平衡机构40两端分别存在拉点，所述卷扬钢丝绳50、所述背绳60分别连接两拉点。具体的，在本实施例中，所述杠杆式平衡机构40的后拉点经所述背绳60连接于设备平台或立柱上。

可以理解的是，现有技术中背绳给立柱的力是一个定量，当立柱前方载荷较小时，立柱会受背绳的拉力向后变形，当立柱前方负载变大后，立柱则又会往前变形，这种不稳定的状态使得桩架施工时难以保证对孔、调整立柱角度等，不能良好的保障施工质量。同时当施工中需要调整立柱时，先必须释放背绳的力，操作繁琐，同时也存在安全隐患。

而本实施例中，设置有所述杠杆式平衡机构40，且所述杠杆式平衡机构40的两端分别连接有所述卷扬钢丝绳50、所述背绳60。从而在不同工作状态时，所述杠杆式平衡机构40能发生相应的摆动，平衡两侧的受力，从而平衡所述立柱10所受的弯矩。具体的，随着所述工作装置30的重量或拔桩力的不同，所述卷扬钢丝绳50传递给所述杠杆式平衡机构40的力也会跟随不同，当所述立柱10前倾或后倾一定角度时，所述杠杆式平衡机构40能自适应调整，无需编程序或加传感器等来限制，安全性高。即所述立柱弯矩自适应平衡机构100能自适应调节所述立柱10所受的弯矩，提高所述立柱10的稳定性，减小所述立柱10的变形，提高设备的成孔质量，并且也不需要繁琐操作，有效的提高了工作效率，同时也降低了安全隐患。

优选的，所述杠杆式平衡机构40沿所述鹅头架21的高度方向(图3所示Z方向)设置，且所述杠杆式平衡机构40与所述鹅头架21的铰接轴沿所述鹅头架21的宽度方向(图1所示Y方向)设置。从而当工作状态发生改变时，所述杠杆式平衡机构40能更好的进行自适应调节，更好的调节所述立柱10所受的弯矩。

优选的，所述杠杆式平衡机构40包括铰接架41及连接装置42，所述铰接架41与所述鹅头架21铰接，所述连接装置42连接于所述铰接架41的顶部，所述背绳60与所述铰接架41的另一端连接。所述卷扬钢丝绳50穿入所述连接装置42后固定于所述鹅头架21。即所述铰接架41通过自身摆动来平衡受力，所述卷扬钢丝绳50通过所述连接装置42与所述铰接架41实现连接，从而更好的保障了各部件之间的连接稳定性，让所述杠杆式平衡机构40能更好的平衡受力。

优选的，所述铰接架41呈直角三角形，所述铰接架41的铰点位于两条直角边的连接处，所述连接装置42连接于所述铰接架41的斜边与一条直角边的连接处，所述背绳60连接于所述铰接架41的斜边与另一条直角边的连接处。具体的，所述铰接架41包括第一直角边411、第二直角边412及斜边413，所述铰接架41通过所述第一直角边411、所述第二直角边412的连接处与所述鹅头架21铰接，所述连接装置42连接于所述第一直角边411与所述斜边413的连接处，所述背绳60连接于所述第二直角边412与所述斜边413的连接处。从而所述铰接架41能更好的平衡受力，更好的减小所述立柱10所受的弯矩。

优选的，所述连接装置42包括连接架421及平衡滑轮422，所述连接架421连接于所述铰接架41的一端，所述平衡滑轮422安装于所述连接架421。所述卷扬钢丝绳50穿入所述平衡滑轮422后固定于所述鹅头架21。即所述卷扬钢丝绳50穿入所述杠杆式平衡机构40是穿设在所述平衡滑轮422，从而可以更好的改变力的方向，并且也能减少所述卷扬钢丝绳50的磨损，更好的保障使用寿命。

优选的，所述平衡滑轮422横向设置。即所述平衡滑轮422趋向水平方向设置，使得所述卷扬钢丝绳50能沿所述鹅头架21的宽度方向左右穿设于所述平衡滑轮422，从而更好的平衡了受力。

优选的，所述连接架421包括连接架本体4211及连接耳座4212，所述平衡滑轮422安装于所述连接架本体4211，所述连接耳座4212与所述连接架本体4211连接，所述连接耳座4212设置有两个，且两所述连接耳座4212相互间隔设置，所述连接架本体4211通过两所述连接耳座4212与所述铰接架41连接。从而更好的保障了所述连接架421与所述铰接架41之间的连接稳定性，更好的保障了所述杠杆式平衡机构40的自适应平衡效果。

优选的，所述鹅头架21的后端设置有铰接耳座211，所述铰接耳座211设置有两个，两所述铰接耳座211相互间隔设置。所述杠杆式平衡机构40部分插入两所述铰接耳座211之间并与所述铰接耳座211铰接。即所述铰接架41铰接于所述鹅头架21的后端，从而可以更好的平衡所述立柱10的弯矩。并且所述铰接架41与两所述铰接耳座211铰接，也能更好的保障所述杠杆式平衡机构40与所述鹅头架21之间的连接稳定性。

优选的，所述鹅头20还包括后定滑轮23，所述后定滑轮23安装于所述鹅头架21的后端，所述卷扬钢丝绳50穿过所述后定滑轮23后再穿入所述前定滑轮组22中。从而能更好的支撑所述卷扬钢丝绳50，改变力的方向，同时也能更好的避免所述卷扬钢丝绳50发生磨损，保障了使用寿命。

优选的，所述鹅头20还包括过渡定滑轮24，所述过渡定滑轮24安装于所述鹅头架21并位于所述前定滑轮组22后侧。所述卷扬钢丝绳50穿出所述前定滑轮组22与所述工作装置30的所述动滑轮组31后，穿过所述过渡定滑轮24，再穿入所述杠杆式平衡机构40。从而能进一步的支撑所述卷扬钢丝绳50，改变力的方形，同时也能进一步的避免所述卷扬钢丝绳50发生磨损，进一步的保障了使用寿命。

请结合参阅图5。对所述立柱弯矩自适应平衡机构100进行受力分析，力学计算如下：

设DE＝l₁，GD＝l₂

所述前定滑轮组22倍率为a，所述杠杆式平衡机构40滑轮组倍率为b,

当无所述杠杆式平衡机构40时，对A点列力矩方程：

当有所述杠杆式平衡机构40时，对A点列力矩方程：

当有所述杠杆式平衡机构40时，对D点列平衡方程：

整理上式得到：

由上式可知F₃与F₁为正相关关系，定义k为弯矩平衡系数，其值等于平衡机构对铰点A产生的弯矩与工作装置及提拔力等对铰点A产生弯矩的比值，则：

由式2-5可知，当所述杠杆式平衡机构40和所述鹅头20结构尺寸确定后，弯矩平衡系数k为常数，即F₁对A点力矩与F₃对A点力矩的比值保持一定。所述背绳60拉力对所述立柱10产生的弯矩会根据所述工作装置30重量和所受提拔力的和的大小进行相应的自适应。

本实施例提供的所述立柱弯矩自适应平衡机构100采用自适应消除弯矩的杠杆结构，将背绳力变为立柱前方载荷的因变量，可以使立柱承受更少的弯矩，减小立柱变形，从而提高其安全性能，提高钻孔精度。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种立柱弯矩自适应平衡机构，其特征在于，包括立柱、鹅头、工作装置、杠杆式平衡机构、卷扬钢丝绳及背绳；

所述鹅头包括鹅头架及前定滑轮组，所述鹅头架安装于所述立柱，所述前定滑轮组安装于所述鹅头架的前端；

所述工作装置安装于所述立柱并对应所述前定滑轮组设置；

所述杠杆式平衡机构铰接于所述鹅头架；

所述卷扬钢丝绳穿入所述鹅头架后，往复穿设于所述前定滑轮组与所述工作装置的动滑轮组，再穿入所述杠杆式平衡机构的一端后，固定于所述鹅头架；

所述背绳位于所述鹅头架的后端，且与所述杠杆式平衡机构的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的立柱弯矩自适应平衡机构，其特征在于，所述杠杆式平衡机构沿所述鹅头架的高度方向设置，且所述杠杆式平衡机构与所述鹅头架的铰接轴沿所述鹅头架的宽度方向设置。

3.根据权利要求1或2所述的立柱弯矩自适应平衡机构，其特征在于，所述杠杆式平衡机构包括铰接架及连接装置，所述铰接架与所述鹅头架铰接，所述连接装置连接于所述铰接架的一端，所述背绳与所述铰接架的另一端连接；

所述卷扬钢丝绳穿入所述连接装置后，固定于所述鹅头架。

4.根据权利要求3所述的立柱弯矩自适应平衡机构，其特征在于，所述铰接架呈直角三角形，所述铰接架的铰点位于两条直角边的连接处，所述连接装置连接于所述铰接架的斜边与一条直角边的连接处，所述背绳连接于所述铰接架的斜边与另一条直角边的连接处。

5.根据权利要求3所述的立柱弯矩自适应平衡机构，其特征在于，所述连接装置包括连接架及平衡滑轮，所述连接架连接于所述铰接架的顶部，所述平衡滑轮安装于所述连接架；

所述卷扬钢丝绳穿入所述平衡滑轮后，固定于所述鹅头架。

6.根据权利要求5所述的立柱弯矩自适应平衡机构，其特征在于，所述平衡滑轮横向设置。

7.根据权利要求5所述的立柱弯矩自适应平衡机构，其特征在于，所述连接架包括连接架本体及连接耳座，所述平衡滑轮安装于所述连接架本体，所述连接耳座与所述连接架本体连接，所述连接耳座设置有两个，且两所述连接耳座相互间隔设置，所述连接架本体通过两所述连接耳座与所述铰接架连接。

8.根据权利要求1所述的立柱弯矩自适应平衡机构，其特征在于，所述鹅头架的后端设置有铰接耳座，所述铰接耳座设置有两个，两所述铰接耳座相互间隔设置；

所述杠杆式平衡机构部分插入两所述铰接耳座之间，并与所述铰接耳座铰接。

9.根据权利要求1所述的立柱弯矩自适应平衡机构，其特征在于，所述鹅头还包括后定滑轮，所述后定滑轮安装于所述鹅头架的后端；

所述卷扬钢丝绳穿过所述后定滑轮后，再穿入所述前定滑轮组中。

10.根据权利要求9所述的立柱弯矩自适应平衡机构，其特征在于，所述鹅头还包括过渡定滑轮，所述过渡定滑轮安装于所述鹅头架并位于所述前定滑轮组后侧；

所述卷扬钢丝绳穿出所述前定滑轮组与所述工作装置的动滑轮组后，穿过所述过渡定滑轮，再穿入所述杠杆式平衡机构。

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