CN115341771A - 一种钢结构模块安装用自动调平系统及方法 - Google Patents

一种钢结构模块安装用自动调平系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钢结构模块安装用自动调平系统及方法，调平系统包括安装在钢结构模块四角处相邻的两根H型钢横梁之间的可拆卸式平板卡扣，四台智能液压工作平台分别位于四个可拆卸式平板卡扣下方，通过顶升可拆卸式平板卡扣来实现对钢结构模块的自动顶升调平操作，无需人工干预，顶升效率高且调平准确度好，调平过程中的安全性更高，调平系统整体占地面积小，对施工场地没有要求，也不会对调平的构件本身质量产生影响。顶升调平完成后，本发明基于具有两轴移动平台结构的顶升盖板还能够带动钢结构模块整体进行水平移动，辅助实现相邻钢结构模块的对接。

Description

一种钢结构模块安装用自动调平系统及方法
技术领域
本发明属于调平系统设计技术领域，尤其涉及一种钢结构模块安装用自动调平系统及方法。
背景技术
钢结构模块化装配技术因其具有集成度高、建造速度快、可延伸扩展等特性，能够极大地缩短工期，减少高空作业量，逐步成熟并获得规模化应用。现阶段的钢结构模块在安装时，通常采用大型吊装设备吊起模块或者采用在模块底端的立柱上焊接牛腿结构的方式来实现调平，但是这两种方法都存在有一定的局限性。采用大型吊装设备吊起模块进行调平时，需要施工人员长时间在空中进行模块对接工作，危险系数较高，并且整个安装调平的过程中完全靠施工人员的肉眼来观察判断，指挥吊车运动，调平准确度低，施工效率不高；再者，大型吊装设备占地面积大，对场地有要求，不能适用于有限空间内的钢结构模块调平操作。采用在模块底端的立柱上焊接牛腿结构来进行调平时，需要在模块主体结构上焊接牛腿结构，找平安装之后还需要切除牛腿结构，在焊接和切除牛腿结构的过程中，可能会对模块主体结构质量产生影响，且施工繁琐，调平效率低下。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种钢结构模块安装用自动调平系统及方法，不仅能够实现对钢结构模块的自动调平，而且还能够辅助钢结构模块进行对接操作，整体施工效率高且调平准确度好。
本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。
一种钢结构模块安装用自动调平系统，包括安装在钢结构模块四角处相邻的两根H型钢横梁之间的四个可拆卸式平板卡扣，四个可拆卸式平板卡扣下方均对应放置有四台由主控系统控制的智能液压工作平台，主控系统通过控制智能液压工作平台顶升可拆卸式平板卡扣以带动钢结构模块整体进行顶升调平。
进一步地，所述可拆卸式平板卡扣包括主体支撑件和锁紧件，主体支撑件卡接在相邻两根H型钢横梁内侧之间，与主体支撑件两端相匹配的两个锁紧件分别卡接在相邻的两根H型钢横梁外侧，且均与主体支撑件通过螺栓紧固连接。
进一步地，所述主体支撑件由上薄板、下薄板以及中腹板焊接组成，上薄板以及下薄板两端均开设有第一卡槽，上薄板以及下薄板两端的第一卡槽分别与H型钢横梁内侧的上翼缘板、下翼缘板相匹配，中腹板两端端部是与H型钢横梁腹板相匹配的倾斜状结构。
进一步地，所述锁紧件一侧为平面，另一侧中部设置有卡接块，卡接块外侧是与H型钢横梁腹板相匹配的倾斜状结构；卡接块上部以及下部均设置有连接板，连接板与卡接块共同形成两个与H型钢横梁外侧的上翼缘板、下翼缘板相匹配的第二卡槽。
进一步地，所述上薄板的第一卡槽的上表面端部、下薄板的第一卡槽的下表面端部均设置有用于与锁紧件卡接的第一凹槽，且第一凹槽处均开设有螺栓安装孔；锁紧件的两块连接板端部均开设有用于与主体支撑件卡接的第二凹槽，且第二凹槽处均开设有螺栓安装孔。
进一步地，所述智能液压工作平台包括支腿，支腿顶部焊接有工作平台，支腿上部通过焊接挡板组成有用于安装智能液压装置的空腔；智能液压装置包括顶升液压油缸，顶升液压油缸的顶升柱体上固定安装有顶升盖板，顶升盖板顶部中心位置安装有压力传感器，顶升盖板侧边位置安装有第一位置传感器。
进一步地，所述顶升盖板包括固定安装在顶升液压油缸的顶升柱体上的底座，底座为中空结构，底座内部安装有伸缩柱体，伸缩柱体通过液压装置在底座内腔中做升降运动；顶升盖板还包括第一盖板和第二盖板，伸缩柱体顶部焊接有底板，底板上开设有第一滑轨，第一盖板通过滚珠丝杠与第一滑轨连接，滑动安装于底板上；第一盖板上开设有第二滑轨，且第二滑轨与第一滑轨垂直，第二盖板通过滚珠丝杠与第二滑轨连接，滑动装于第一盖板上；滚珠丝杠均通过联轴器与相应的步进电机连接。
进一步地，所述智能液压工作平台的四条支腿下方均安装有万向轮，智能液压工作平台两侧的支腿之间焊接有横杆，横杆下方靠近支腿位置处焊接有液压支撑腿。
一种利用上述钢结构模块安装用自动调平系统的调平方法，包括如下过程：
主控系统控制顶升液压油缸工作，将顶升盖板整体顶起，直至顶升盖板接触可拆卸式平板卡扣，此时顶升盖板顶部的压力传感器被触发并发送压力数据至主控系统，主控系统根据接收到的压力数据判断出四台智能液压工作平台上的智能液压装置均与可拆卸式平板卡扣接触；然后继续控制顶升液压油缸向上顶升，将可拆卸式平板卡扣顶起，进而将钢结构模块整体顶起至指定高度位置处；
在钢结构模块整体被顶升的过程中，顶升盖板侧边的第一位置传感器监测数据实时传递至主控系统，主控系统对比分析四个智能液压工作平台对应的第一位置传感器传递过来的数据，确定四个第一位置传感器之间的高度偏移量；
然后利用
Figure BDA0003809934500000021
来判断钢结构模块整体是否出现倾斜情况，当
Figure BDA0003809934500000022
时，表明钢结构模块出现了倾斜情况，其中，μ为可拆卸式平板卡扣和顶升盖板表面的摩擦系数；Gn为钢结构模块自重在竖直方向上的力；Gt为钢结构模块自重在倾斜方向上的力，倾斜角度根据高度偏移量求得；
当主控系统判断出钢结构模块在顶升过程中出现倾斜情况时，通过控制顶升盖板内的液压装置来进行微调操作：主控系统控制位置最低的顶升盖板内的液压装置工作，对伸缩柱体进行顶升操作，进而实现对钢结构模块整体水平度的微调，保证四台智能液压装置对应的四个
Figure BDA0003809934500000031
均大于等于1.3后，控制液压装置停止工作；
钢结构模块整体被顶升至指定高度位置处后四个第一位置传感器之间的高度偏移量不一致时，则表明调平尚未完成，主控系统将四个第一位置传感器检测数据分别与钢结构模块安装的指定高度位置数据进行对比分析，据此继续通过控制顶升盖板内的液压装置来实现微调操作，保证在指定高度位置处的钢结构模块整体处于水平状态。
进一步地，调平完成后，所述主控系统将位于顶升盖板上的第一位置传感器传递的信号经过位置判断处理之后和待对接的其他钢结构模块上的第二位置传感器数值进行比对，根据数值差来判断顶升盖板的水平移动距离，然后根据计算结果控制顶升盖板在水平方向上移动，进而带动钢结构模块整体水平移动，向待对接的其他钢结构模块靠近，辅助对接。
本发明具有如下有益效果：
利用本发明能够实现对钢结构模块的自动调平以及辅助对接操作，施工效率高且调平准确度好，无需使用大型吊装设备，也无需人工进行焊接、切除牛腿的操作，调平过程中的安全性更好，整体占地面积小，对施工场地没有要求，也不会对调平的构件本身质量产生影响。
附图说明
图1为本发明所述自动调平系统使用示意图；
图2为本发明所述可拆卸式平板卡扣结构示意图；
图3为本发明所述智能液压工作平台结构示意图；
图4为图3中A部分结构放大图；
图5为本发明所述智能液压装置结构示意图。
图中：1-可拆卸式平板卡扣；11-主体支撑件；111-上薄板；112-下薄板；113-中腹板；12-锁紧件；121-卡接块；122-连接板；2-智能液压工作平台；21-工作平台；22-智能液压装置；221-伸缩柱体；222-第一盖板；223-第二盖板；23-防坠栏杆；24-活动门；25-加固杆；26-攀爬直梯；27-万向轮；28-液压支撑腿；29-支腿；3-H型钢横梁。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“安装”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。术语“第一”、“第二”、“第三”等的使用均是为了便于区分各名称相同的部件，因此不能理解为对本发明的限制。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等均是基于说明书附图所指示的位置关系，不能理解为对本发明的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明所述的钢结构模块安装用自动调平系统，包括可拆卸式平板卡扣1、智能液压工作平台2、主控系统，其中，每个钢结构模块需要使用到四个可拆卸式平板卡扣1以及四台智能液压工作平台2。
如图1所示，可拆卸式平板卡扣1安装在钢结构模块四角处相邻的两根H型钢横梁3之间，包括主体支撑件11和锁紧件12，其中，主体支撑件11卡接在相邻两根H型钢横梁3内侧之间，与主体支撑件11两端相匹配的两个锁紧件12分别卡接在相邻的两根H型钢横梁3外侧，且均与主体支撑件11通过螺栓紧固连接。
如图1、2所示，主体支撑件11由一块上薄板111、一块下薄板112以及一块中腹板113焊接组成，上薄板111以及下薄板112两端均开设有第一卡槽，上薄板111以及下薄板112两端的第一卡槽分别与H型钢横梁3内侧的上翼缘板、下翼缘板相匹配，中腹板113两端端部设计为与H型钢横梁3腹板相匹配的倾斜状结构。锁紧件12一侧为平面，另一侧中部设置有卡接块121，卡接块121外侧设计为与H型钢横梁3腹板相匹配的倾斜状结构；卡接块121上部以及下部均设置有连接板122，连接板122与卡接块121共同形成两个与H型钢横梁3外侧的上翼缘板、下翼缘板相匹配的第二卡槽。
如图2所示，上薄板111的第一卡槽的上表面端部、下薄板112的第一卡槽的下表面端部均设置有用于与锁紧件12卡接的第一凹槽，且第一凹槽处均开设有若干螺栓安装孔；锁紧件12的两块连接板122端部均开设有用于与主体支撑件11卡接的第二凹槽，且第二凹槽处均开设有若干螺栓安装孔。
如图1、2所示，可拆卸式平板卡扣1与H型钢横梁3安装时，首先将主体支撑件11斜插推入相邻两根H型钢横梁3之间，保证上薄板111的第一卡槽以及下薄板112的第一卡槽分别与相邻H型钢横梁3内侧的上翼缘板、下翼缘板插接固定，且中腹板113端部与H型钢横梁3腹板内侧贴合；然后将锁紧件12从H型钢横梁3外侧斜插推入，保证两个第二卡槽分别与H型钢横梁3外侧的上翼缘板、下翼缘板插接固定，且卡接块121外侧与H型钢横梁3腹板外侧贴合；最后利用螺栓将主体支撑件11的第一凹槽与锁紧件12的第二凹槽插接固定住，进而将可拆卸式平板卡扣1整体稳定固定在钢结构模块四角处。
如图1、3所示，四台智能液压工作平台2分别位于四个可拆卸式平板卡扣1下方，智能液压工作平台2包括工作平台21、智能液压装置22、防坠栏杆23、活动门24、加固杆25、攀爬直梯26、支腿29。
如图3所示，支腿29顶部焊接有工作平台21，支腿29上部通过焊接挡板组成有用于安装智能液压装置22的空腔，相邻支腿29下部以及中部之间焊接有若干加固杆25，且加固杆25呈交叉状布置，能够增强智能液压工作平台2整体的强度。工作平台21四周焊接有由防坠栏杆23以及活动门24组成的防护结构，活动门24处还焊接有攀爬直梯26，用于供施工人员攀爬至工作平台21上进行相应施工操作。
如图3所示，工作平台21上开设有供智能液压装置22活动的通孔，智能液压装置22安装在工作平台21下方的由挡板组成的空腔中，受主控系统控制。智能液压装置22包括顶升液压油缸和顶升盖板，顶升液压油缸安装在工作平台21下方的由挡板组成的空腔中，顶升盖板固定安装在顶升液压油缸的顶升柱体上。
如图3、5所示，顶升盖板采用的是两轴移动平台结构，包括底座、伸缩柱体221、第一盖板222、第二盖板223，其中，底座为中空结构，底座固定安装在顶升液压油缸的顶升柱体上；底座内部安装有伸缩柱体221，伸缩柱体221通过液压装置实现在底座内腔中沿Z方向做升降运动；伸缩柱体221顶部焊接有底板，底板上沿X方向开设有第一滑轨，第一盖板222通过滚珠丝杠与第一滑轨连接，滑动安装于底板上；第一盖板222上沿Y方向开设有第二滑轨，第二盖板223通过滚珠丝杠与第二滑轨连接，滑动装于第一盖板222上。所述滚珠丝杠均通过联轴器与相应的步进电机连接，步进电机带动滚珠丝杆旋转，则第一盖板222、第二盖板223能够在相应的滚珠丝杆的带动下分别沿X方向、Y方向做直线运动，便于在实际调平过程中带动钢结构模块整体水平移动对接。第二盖板223顶部中心位置安装有压力传感器，第二盖板223侧边位置安装有第一位置传感器，压力传感器、第一位置传感器均与主控系统信号连接。
如图3、4所示，优选地，智能液压工作平台2的四条支腿29下方均安装有万向轮27，便于推动智能液压工作平台2整体行走移动；智能液压工作平台2两侧的支腿29之间焊接有横杆，横杆下方靠近支腿29位置处焊接有液压支撑腿28，液压支撑腿28在液压油缸的带动下做伸缩运动，液压油缸由主控系统控制。智能液压工作平台2移动到位后进行顶升操作之前，主控系统首先需要控制液压支撑腿28伸出，将万向轮27悬空，对智能液压工作平台2整体进行支撑，智能液压工作平台2顶升完毕后需要移动时，主控系统控制液压支撑腿28收缩回初始位置，万向轮27与地面接触，通过万向轮27推动智能液压工作平台2整体移动即可。
利用本发明所述的自动调平系统进行调平操作的具体过程如下：
首先由施工人员将自动调平系统整体移动至钢结构模块下方指定的施工位置处，锁止万向轮27，通过攀爬直梯26爬至工作平台21上，将可拆卸式平板卡扣1安装于钢结构模块四角位置处，之后施工人员从工作平台21下来；主控系统控制液压油缸带动液压支撑腿28顶出，使得万向轮27悬空。
接着，主控系统控制顶升液压油缸工作，将顶升盖板整体顶起，直至顶升盖板接触可拆卸式平板卡扣1，此时顶升盖板顶部的压力传感器被触发并发送压力数据至主控系统，主控系统根据接收到的压力数据判断出四台智能液压工作平台2上的智能液压装置22均与可拆卸式平板卡扣1接触；然后继续控制顶升液压油缸向上顶升，将可拆卸式平板卡扣1顶起，进而将钢结构模块整体顶起至指定高度位置处。
在钢结构模块整体被顶升的过程中，进行实时调平操作：顶升盖板侧边的第一位置传感器监测数据实时传递至主控系统，主控系统对比分析四个智能液压工作平台2对应的第一位置传感器传递过来的数据，确定四个第一位置传感器之间的高度偏移量；
然后，利用
Figure BDA0003809934500000061
来判断钢结构模块整体是否出现倾斜情况，当
Figure BDA0003809934500000062
时，表明钢结构模块出现了倾斜情况，其中，μ为可拆卸式平板卡扣1和顶升盖板表面的摩擦系数；Gn为钢结构模块自重在竖直方向上的力；Gt为钢结构模块自重在倾斜方向上的力，倾斜角度根据高度偏移量求得；
当主控系统判断出钢结构模块在顶升过程中出现倾斜情况时，通过控制顶升盖板内的液压装置来实现微调操作：主控系统控制位置最低的顶升盖板内的液压装置工作，对伸缩柱体221进行顶升操作，进而实现对钢结构模块整体水平度的微调，保证四台智能液压装置22对应的四个
Figure BDA0003809934500000063
均大于等于1.3后，控制液压装置停止工作即可。
在此过程中，若钢结构模块整体被顶升至指定高度位置处后四个第一位置传感器之间的高度偏移量并不一致，则表明调平尚未完成，主控系统将四个第一位置传感器检测数据分别与钢结构模块安装的指定高度位置数据进行对比分析，据此继续通过控制顶升盖板内的液压装置来实现微调操作，保证在指定高度位置处的钢结构模块整体是水平的。
调平工作完成后，本发明所述的自动调平系统还可用于钢结构模块后续的辅助对接，当需要将顶升调平完成的钢结构模块与附近的其他钢结构模块进行对接安装时，主控系统将位于顶升盖板上的第一位置传感器信号经过位置判断处理之后和待对接的其他钢结构模块上的目标传感器(即第二位置传感器)数值进行比对，根据数值差来判断顶升盖板在X方向、Y方向所需移动距离，然后根据计算结果控制顶升盖板在水平方向上移动，进而带动钢结构模块整体水平移动，向待对接的其他钢结构模块靠近，辅助对接安装。
本发明所述自动调平系统的尺寸以及可拆卸式平板卡扣1的安装位置均根据现场实际情况以及钢结构模块尺寸来确定，可拆卸式平板卡扣1的安装位置可以是钢结构模块中部的H型钢横梁3上，也可以是钢结构模块上部、顶部等部位的H型钢横梁3上。所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钢结构模块安装用自动调平系统，其特征在于，包括安装在钢结构模块四角处相邻的两根H型钢横梁(3)之间的四个可拆卸式平板卡扣(1)，四个可拆卸式平板卡扣(1)下方均对应放置有四台由主控系统控制的智能液压工作平台(2)，主控系统通过控制智能液压工作平台(2)顶升可拆卸式平板卡扣(1)以带动钢结构模块整体进行顶升调平。
2.根据权利要求1所述的钢结构模块安装用自动调平系统，其特征在于，所述可拆卸式平板卡扣(1)包括主体支撑件(11)和锁紧件(12)，主体支撑件(11)卡接在相邻两根H型钢横梁(3)内侧之间，与主体支撑件(11)两端相匹配的两个锁紧件(12)分别卡接在相邻的两根H型钢横梁(3)外侧，且均与主体支撑件(11)通过螺栓紧固连接。
3.根据权利要求2所述的钢结构模块安装用自动调平系统，其特征在于，所述主体支撑件(11)由上薄板(111)、下薄板(112)、中腹板(113)焊接组成，上薄板(111)以及下薄板(112)两端均开设有第一卡槽，上薄板(111)以及下薄板(112)两端的第一卡槽分别与H型钢横梁(3)内侧的上翼缘板、下翼缘板相匹配，中腹板(113)两端端部是与H型钢横梁(3)腹板相匹配的倾斜状结构。
4.根据权利要求3所述的钢结构模块安装用自动调平系统，其特征在于，所述锁紧件(12)一侧中部设置有卡接块(121)，卡接块(121)外侧是与H型钢横梁(3)腹板相匹配的倾斜状结构；卡接块(121)上部以及下部均设置有连接板(122)，连接板(122)与卡接块(121)共同形成两个与H型钢横梁(3)外侧的上翼缘板、下翼缘板相匹配的第二卡槽。
5.根据权利要求4所述的钢结构模块安装用自动调平系统，其特征在于，所述上薄板(111)的第一卡槽的上表面端部、下薄板(112)的第一卡槽的下表面端部均设置有用于与锁紧件(12)卡接的第一凹槽，锁紧件(12)的两块连接板(122)端部均开设有用于与主体支撑件(11)卡接的第二凹槽，第一凹槽处、第二凹槽处均开设有螺栓安装孔。
6.根据权利要求4所述的钢结构模块安装用自动调平系统，其特征在于，所述智能液压工作平台(2)包括支腿(29)，支腿(29)顶部焊接有工作平台(21)，支腿(29)上部通过焊接挡板组成有用于安装智能液压装置(22)的空腔；智能液压装置(22)包括顶升液压油缸，顶升液压油缸的顶升柱体上固定安装有顶升盖板，顶升盖板顶部中心位置安装有压力传感器，顶升盖板侧边位置安装有第一位置传感器。
7.根据权利要求6所述的钢结构模块安装用自动调平系统，其特征在于，所述顶升盖板包括固定安装在顶升柱体上的底座，底座为中空结构，底座内部安装有伸缩柱体(221)，伸缩柱体(221)通过液压装置在底座内腔中做升降运动；顶升盖板还包括第一盖板(222)和第二盖板(223)，伸缩柱体(221)顶部焊接有底板，底板上开设有第一滑轨，第一盖板(222)通过滚珠丝杠与第一滑轨连接，滑动安装于底板上；第一盖板(222)上开设有第二滑轨，且第二滑轨与第一滑轨垂直，第二盖板(223)通过滚珠丝杠与第二滑轨连接，滑动装于第一盖板(222)上；滚珠丝杠均通过联轴器与相应的步进电机连接。
8.根据权利要求6所述的钢结构模块安装用自动调平系统，其特征在于，所述智能液压工作平台(2)的四条支腿(29)下方均安装有万向轮(27)，智能液压工作平台(2)两侧的支腿(29)之间焊接有横杆，横杆下方靠近支腿(29)位置处焊接有液压支撑腿(28)。
9.一种利用权利要求7所述钢结构模块安装用自动调平系统的调平方法，其特征在于，包括如下过程：
主控系统控制顶升液压油缸工作，将顶升盖板整体顶起，直至顶升盖板接触可拆卸式平板卡扣(1)，顶升盖板顶部的压力传感器被触发并发送压力数据至主控系统，主控系统根据接收到的压力数据判断出四台智能液压工作平台(2)上的智能液压装置(22)均与可拆卸式平板卡扣(1)接触；然后继续控制顶升液压油缸向上顶升，将可拆卸式平板卡扣(1)顶起，进而将钢结构模块整体顶起至指定高度位置处；
在钢结构模块整体被顶升的过程中，顶升盖板侧边的第一位置传感器监测数据实时传递至主控系统，主控系统对比分析四个智能液压工作平台(2)对应的第一位置传感器传递过来的数据，确定四个第一位置传感器之间的高度偏移量；
然后利用
Figure FDA0003809934490000021
来判断钢结构模块整体是否出现倾斜情况，当
Figure FDA0003809934490000022
时，表明钢结构模块出现了倾斜情况，其中，μ为可拆卸式平板卡扣(1)和顶升盖板表面的摩擦系数；Gn为钢结构模块自重在竖直方向上的力；Gt为钢结构模块自重在倾斜方向上的力，倾斜角度根据高度偏移量求得；
当主控系统判断出钢结构模块在顶升过程中出现倾斜情况时，通过控制顶升盖板内的液压装置来对伸缩柱体(221)进行顶升操作，进而实现对钢结构模块整体水平度的微调，保证四台智能液压装置(22)对应的四个
Figure FDA0003809934490000023
均大于等于1.3后，控制液压装置停止工作。
10.根据权利要求9所述的调平方法，其特征在于，调平完成后，所述主控系统将位于顶升盖板上的第一位置传感器传递的信号经过位置判断处理之后和待对接的其他钢结构模块上的第二位置传感器数值进行比对，根据数值差计算出顶升盖板的水平移动距离，然后控制顶升盖板内的第一盖板(222)和第二盖板(223)在水平方向上移动，进而带动钢结构模块整体水平移动，向待对接的其他钢结构模块靠近，辅助对接。
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