CN116356816A - 一种适用于预制混凝土管桩的截桩装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉截桩设备领域，具体涉及到一种适用于预制混凝土管桩的截桩装置。包括基座固定机构、导向移动机构、转动调节机构、动力切割机构及电气控制系统。其中，基座固定机构包括抱箍套筒、调节锁扣、定位螺栓及环形轨道；导向移动机构主要由移动平台、水平导向轮、竖向滑动轮及电动齿轮机；转动调节机构包括折梁、转动支座、电动千斤顶；动力切割机构包括组合面板、固定支架、电动头、传动带防护罩、传动轴、切割刀片及刀片保护套；电气控制系统包括电缆导线及开关控制箱。本发明可以提高切割的精度，最大限度提高操作人员的安全性。

Description

一种适用于预制混凝土管桩的截桩装置

技术领域

本发明涉截桩设备领域，具体涉及到一种适用于预制混凝土管桩的截桩装置。

背景技术

随着建筑技术的不断提升，大力倡导绿色施工的理念，大量新建构筑应用预制PC作为施工构件，其中就包括采用预制管桩作为桩基基础的建筑工程。市场上大量使用的混凝土预制管桩主要包括以下几类：1)按混凝土强度分类：包括PC、PHC、PTC等；2)按桩径分类：300mm、400mm、500mm、600mm、800mm、1000mm等；3)按抗弯性能或预应力值分类:A型、AB型、B型、C型等。但是，由于预制管桩设计采用群桩布置的形式，且桩长均为定尺，因此，当面对地质情况复杂，尤其是持力层变化起伏较大的情况下，极易出现管桩欠送的情况。一旦出现这个情况，后期地基施工前势必要进行截桩作业。目前市场现有的截桩设备基本为切割机改造而成，施工时需要人工手扶进行操作，切割质量得到有效控制，同时，时常发生机具伤人的安全事故。

根据对传统截桩设备的工作原理的分析研究，其现有的各种质量、安全弊端进行分析，归纳为以下几点。

(1)切割精度低，采用人工推拉切割刀盘的方式，对于切割线水平控制力不足，存在人为误差。

(2)操作安全性低，全程采用人工手扶式作业，一旦发生刀盘崩裂或管桩爆裂极有可能对近距离人员造成伤害。

(3)施工功效低，传统截桩设备切割作业时需1名工人全程手动操作。

发明内容

针对上述缺点，本发明从自动化和遥控化方面出发，研发一种适用于预制管桩可自动行走远程遥控的截桩装置。

根据上述特点，本发明截桩装置应当同时具备以下特点：

(1)截桩装置具系统内各个组件必须有足够的强度承受截桩过程中产生振动、反作用力。

(2)截桩装置具有普遍适用性，能够根据不同桩径定制不同型号规格的基座固定机构、导向移动机构、转动调节机构、动力切割机构。

(3)截桩装置在运行过程中具有一定的稳定性和机动性，能够长时间沿指定线路自动匀速移动，并在需要的情况下执行启停和调整刀片切割深度等动作。

(4)截桩装置具有遥控功能，对所有电动设备能够进行远程操作，安装就位后能够远程操作启停、调整装置。

(5)截桩装置采用模块化设计，每个模块可根据施工要求单独进行更换部件，可实现单个或多个模块预组装，实现安装和拆除作业便捷化。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：

一种适用于预制混凝土管桩可自动行走远程遥控的截桩装置，包括基座固定机构、导向移动机构、转动调节机构、动力切割机构及电气控制系统。

基座固定机构中抱箍套筒具有可调节性，半圆分块组，可调锁扣能够快速调节松紧度，使得其能够灵活适应不同桩径。

进一步地，所述的基座固定机构主要由抱箍套筒、调节锁扣、定位螺栓及环形轨道组成，组合后能够与预制管桩紧密贴合并为其余机构提供必要的竖向承载力和导向力。其中，抱箍套筒采用金属材质，左右半圆形结构，通过调节锁扣调节抱箍与预制管桩之间的松紧度并在拼接后形成一定的摩檫力。其次，在抱箍套筒圆周面上开设螺栓孔，配合螺栓旋紧顶住预制管桩进一步固定抱箍套筒。第三，在抱箍套筒顶部设置环形轨道以便于导向移动机构沿固定线路滑动，同时，轨道侧壁设置齿轮轨道与导向移动机构电机齿轮配合提供滑动力。

进一步地，抱箍套筒具有多重固定装置，其管壁上部设置的定位螺栓能够自由伸缩并嵌入桩体固定，够使得基座固定机构能够在不同桩径情况下获得足够的竖向承载力。

进一步地，所述抱箍套筒分为左右半圆形的管状结构，可采用为钢、铁的高强度金属材质，通过两侧竖向管壁边缘设置上下各1组调节锁扣进行连接固定。

进一步地，所述调节锁扣采用钢制螺栓和铁块组合而成，其中一侧螺栓可沿转轴旋转，转入与另一侧铁块凹槽内通过旋紧螺母进行锁定。

进一步地，所述抱箍套筒上部设置有环形轨道，采用与抱箍套筒同种材质，其轨道底面及侧壁悬挑出抱箍套筒外延，伸出距离满足导向移动机构中水平导向轮、竖向滑动轮移动所需要求。

进一步地，所述环形轨道侧壁分上下两层结构，下部设置齿轮轨道满足导向移动机构中电动齿轮行走要求，上部设置宽度满足导向移动机构中水平导向轮移动所需要求。

导向移动机构特征在于所述的导向移动机构由移动平台、水平导向轮、竖向滑动轮及电动齿轮机组成，组合后既能与基座固定机构契合，利用电动齿轮机实现平台在环形轨道上定向移动，又能为转动调节机构和动力切割机构提供固定支撑力。

进一步地，电动齿轮机通过电力驱动底部齿轮可以沿基座固定机构的环形齿轮轨道进行载重移动，为移动平台提供动力。

进一步地，所述移动平台采用带弧度的槽钢制作而成，其弧度与基座固定机构中的抱箍同心，其槽口悬挑板底部安装有多组水平导向轮、竖向滑动轮和一个电动齿轮机。

进一步地，所述水平导向轮、竖向滑动轮采用钢制滚轮，通过钢制牛腿与移动平台连接固定，同时在推力下能够确保移动平台沿环形轨道平稳滑动。

进一步地，所述电动齿轮机由电动转轴和钢制齿轮组成，齿轮与基座固定机构中环形轨道侧壁齿轮轨道相匹配，利用电能驱动使得齿轮和基座固定机构中的轨道侧壁齿轮轨道产生咬合力，电动齿轮机通电启动后能形成推力，进而带动平台整体移动。

转动调节机构中转动调节机构由导向移动机构主要由移动平台、水平导向轮、竖向滑动轮及电动齿轮机组成。

进一步地，所述折梁具有一定刚度和弯曲度，在转动支座配合下能够在一端推拉情况下发生定轴旋转。折梁采用定型方刚并进行一定角度的预弯，其强度能够承受的动力切割机构传递的竖向水平荷载，在折弯处设置一处转动支座。

进一步地，所述转动支座采用2块穿孔钢板，中间设置转动轴与折梁进行铰接，另一端与导向移动机构中的移动平台固定，使其具有一定的转向能力。

进一步地，所述折梁一端设置由一台电动千斤顶作为提供折梁转向的推进力，电动千斤顶一端与导向移动机构中的移动平台固定，另一端的升降套筒对准下部挡板，利用升降套筒推动折梁进行水平转动，形成一定的压力。

动力切割机构中动力切割机构由组合面板、固定支架、电动机、传动带防护罩、传动轴、切割刀片及防护罩组成。

进一步地，所述组合面板采用钢板材质，其作用在于利用固定支架将电动机、传动带防护罩、传动轴、切割刀片及防护罩等组件整合成为一个整体，同时，与转动调节机构中的折梁连接固定，为动力切割机构提供支撑力。

进一步地，所述固定支架采用金属材质，分别将电动机、传动轴及传送带防护罩固定在组合面板上。

进一步地，所述电动机、传动带、传动轴、切割刀片采用常规截桩成套设备，其尺寸、规格、功率可根据切割桩体参数进行调整。各个部分可以单独拆卸更换。

进一步地，所述传动带、切割刀片均设置保护套，保护套采用金属材质，其强度能够有效抵挡在突发情况下碎片飞溅的冲击力。其中，针对刀片的刀片保护套内设置有降温喷淋口对刀片进行洒水降温。

电气控制系统特征在于所述电气控制系统由电缆导线及开关控制箱组成，为装置中电动设备提供动力电源和控制信号。

进一步地，所述电动机、电动千斤顶均布置独立电源和控制线路统一接入控制箱内，控制箱内可操控独立操控电动齿轮机、电动千斤顶和电动切割刀电机单独启动、停止。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本装置能够实现对各种直径、强度、桩型的预制混凝土管桩进行高精度切割，齿轮轨道运行提高刀片切割水平度，避免人物操作误差导致截桩后进行二次修整。

2.本装置在运行过程中自身具有一定的稳定性和机动性，能够长时间沿指定线路自动匀速移动，并在需要的情况下执行启停和调整刀片切割深度等动作，实现少人的自动化作业。

3.本装置具有遥控功能，对所有电动设备能够进行远程操作，安装就位后能够远程操作启停、调整装置，大幅提高施工安全性。

4.本装置具有的自动化、遥控功能能够大幅提高工效，可以2人配合操作多台设备同时开展截桩作业。

5.本装置模块化设计使得各机构单元化、轻量化，具备快速安拆、灵活搬运的特点。

综上所述，本发明可以实现对预制管桩截断施工的自动化、遥控化，一方面提高切割的精度控制，避免人物操作误差导致截桩后进行二次修整。同时，其具有的远程遥控功能使得切割时无需人员近距离操作设备，从而避免刀劈弹射、钢筋飞溅等伤害的发生，能够最大限度提高操作人员的安全性。因此，该装置是一种稳定高效、安全可靠的截桩装置。

附图说明

图1为截桩装置的正视图；

图2为截桩装置的后视图；

图3为截桩装置的左视图；

图4为截桩装置的右视图；

图5为截桩装置的俯视图；

图6为截桩装置的分拆图；

图7为截桩装置基座固定机构分块安拆机构构造图；

图8为截桩装置导向移动机构分块安拆机构构造图；

图9为截桩装置转动调节机构分块安拆机构构造图

图10为截桩装置动力切割机构分块安拆机构构造图；

图11为截桩装置电气控制系统分块安拆机构构造图；

图12为截桩装置实施安装工况1结构图；

图13为截桩装置实施安装工况2结构图；

图14为截桩装置实施安装工况3结构图；

图15为截桩装置实施安装工况4结构图；

图16为截桩装置实施安装工况5结构图；

图17为截桩装置实施拆除工况结构图。

图中各编号：

1、抱箍套筒；2、调节锁扣；3、定位螺栓；4、环形轨道；5、齿轮轨道；6、移动平台；7、水平导向轮；8、竖向滑动轮；9、电动齿轮机；10、齿轮；11、折梁；12、转动支座；13、转动轴；14、电动千斤顶；15、挡板；16、组合面板；17、固定支架；18、电动机；19、传动带防护罩；20、传动轴；21切割刀片；22、刀片保护套；23、喷淋降温口；24、导向移动机构电缆及控制线；25、转动调节机构电缆及控制线；26、电动千斤顶电缆及控制线；27、控制箱。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。

如图1-5所示，一种适用于预制混凝土管桩可自动行走远程遥控的截桩装置，包括基座固定机构、导向移动机构、转动调节机构、动力切割机构及电气控制系统。

如图7所示，所述基座固定机构有抱箍套筒1、调节锁扣2、定位螺栓3、环形轨道4组成。其中，抱箍套筒1由钢制金属材质的左右半圆形的管状结构组成，通过两侧竖向管壁边缘设置上下各1组调节锁扣2进行连接固定，调节锁扣2采用钢制螺栓和铁块组合而成，其中一侧螺栓可沿转轴旋转，转入与另一侧铁块凹槽内通过旋紧螺母进行锁定。采用与抱箍套筒同种材质，其轨道底面及侧壁悬挑出抱箍套筒1外延。在抱箍套筒1圆周面上开设螺栓孔，配合定位螺栓3旋紧顶住预制管桩进一步固定抱箍套筒1。抱箍套筒1上部设置有环形轨道4，轨道侧壁下部设置环形齿轮轨道5。

如图8所示，所述导向移动机构主要由移动平台6、水平导向轮7、竖向滑动轮8及电动齿轮机9组成。其中，移动平台6采用弧形槽钢结构，弧度与基座固定机构中的抱箍同心。水平导向轮7位于移动平台槽口下檐，可沿基座固定中的环形轨道滑动为平台提供水平支撑力，竖向滑动轮8位于移动平台槽口下檐，可沿基座固定中的环形轨道滑动为平台提供竖向支撑力。电动齿轮机9组由电动转轴与齿轮10组合而成并与移动平台6固定，利用电能驱动使得齿轮10和基座固定机构中的齿轮轨道5产生咬合力，进而带动移动平台6整体移动。

如图9所示，所述转动调节机构主要由折梁11、转动支座12、电动千斤14顶组成。其中，折梁11采用钢方刚材质并进行一定角度的预弯，并在折弯处安装转动轴13与转动支座形12成铰链。电动千斤顶14安装在导向移动机构的移动平台6外侧，通过顶升折梁下部挡板15对其产生转向力，进而实现转动调节功能。

如图10所示，所述动力切割机构主要由组合面板16、固定支架17、电动头18、传动带防护罩19、传动轴20、切割刀片21及刀片保护套22组成。其中组合面板16采用钢制金属板将通过在不同位置安装金属固定支架17对电动头18、传动带、传动带防护罩19、传动轴20、切割刀片21及刀片保护套22进行整体固定安装。电动头18产生的动力带动传动带、传动轴20和切割刀片21产生水平切割力，配备刀片保护套22起到安全防护作用，其中刀片保护套22内设置有喷淋降温口23，外部连接水源。

如图11所示，所述电气控制系统主要由电缆导线及开关控制箱组成，其中，导向移动机构电缆及控制线24、转动调节机构电缆及控制线25和切割机构中使用电动头、电动千斤顶电缆及控制线26沿面板平台布置独立电缆及控制线，汇总至一处控制箱27内，该控制箱能够实现对各个电动设备独立遥控的功能。

实例一：某市区一扩建污水处理厂工地，其中提标改造生物池尺寸为200m*77m，桩基采用预应力混凝土竹节桩，桩基设计等级为丙级，总桩数为2906根，总桩长为81256m。桩型采用T-PHC-AB500-460(110)，桩长为26m、28m、30m、32m四种。由于场地地质情况复杂，桩底持力层起伏较大，在预制管桩施工过程中存在大量管桩欠送情况，欠送高度1～5m不等。因此，在基坑开挖阶段需随土方分层开挖进行分段截桩，截桩次数达到5000次。为了能够高效、安全的完成截桩作业，结合上述工程情况，考虑设计本装置，实施方案如下：

(1)方案设计

1)基座固定机构

①考虑到本工程的预制混凝土灌注直径为500mm，因此，基座固定机构中的抱箍套筒1设计内径尺寸为530mm，高度500mm，构件采用壁厚为15mm钢管。

②调节锁扣2采用M16螺栓，按转动轴13和锁扣焊接成T字型。

③环形轨道4采用壁厚50mm*50mm*5mm的角钢加工成环形与抱箍套筒1顶部焊接而成。轨道竖向内壁下部安装金属齿轮10条，规格为匹配20齿外径44mm的标准齿轮10，高度30mm。

④在左右半圆抱箍套筒1距离环形轨道4底部200mm处安装M16螺栓套筒，并安装一枚M16螺栓满足旋紧调节功能。

2)导向移动机构

①移动平台6采用20#槽钢，长度为300mm，预弯成弧形，弧度与基座固定机构中的抱箍同心。

②水平导向轮7位于移动平台6槽口下檐，采用金属滚轮，直径20mm，上下各2组，共4对，滚轮转轴与槽钢焊接固定，可沿环形轨道4侧壁滑动。

③竖向滑动轮8于移动平台6槽口下檐，采用金属滚轮，直径20mm，左右各1组，共2对，滚轮基座与槽钢焊接固定，可沿环形轨道4底面滑动。

③电动齿轮机9组电动头18与齿轮10组合而成，电动头18采用Y80M型电机，齿轮10采用直径50mm标准齿轮10，电动头18固定在槽钢上檐，传动轴20穿过槽钢壁与下部齿轮10连接，通过电动头18带动齿轮10旋转带动平台移动。

3)转动调节机构

①折梁11采用2段50#槽钢拼接而成，夹角呈135°，相交处预留φ50转轴孔。

②转动支座12采用2块壁厚16钢板分别固定在折梁11上下平面，中间预留φ50转轴孔内穿转轴与折梁11铰接，另一端与移动平台6固定。

③电动千斤顶14采用2v电动液压无线遥控千斤顶，一端固定在移动平台6，另一端升降套筒对准折梁11下部挡板15，其顶升扬程能够使转动调节机构旋转30°。

4)动力切割机构

①组合面板16采用壁厚16钢板，尺寸300*200mm，其面板上不同位置安装有安装金属固定支架17，分别固定电动头18、传动轴20、传动带保护罩切、割刀片及保护罩，其中传动轴20固定支架17采用φ50轴承，其余支架均为壁厚16钢板。

②电动机18采用7.5KW切割机专用电机头，传动杆φ50，切割刀劈采用400mm金刚石刀片。

③配备防护罩采用金属薄壁结构，其中刀片保护套22上开设φ10喷淋降温口，外部连接水源。

5)电气控制系统

①导向移动机构电动机18布置专用4mm2动力电缆和2mm2控制线，沿线布置固定PVC线管。

②转动调节机构电动千斤顶14布置专用4mm2动力电缆和2mm2控制线，沿线布置固定PVC线管。

③动力切割机构切割电动机18布置专用4mm2动力电缆和2mm2控制线，沿线布置固定PVC线管。

④三处电缆线管汇总至一处控制箱内，采用快速接头与控制箱连接。该控制箱内设置有3路电源控制开关和3路启动控制开关，根据现场施工调节预留10～20m电缆作为遥控距离。

6)截桩装置安拆方法

A.基座固定机构安装

①人工搬运方式将抱箍套筒1搬运至截桩桩头位置；

②转动调节锁扣2分组进行禁锢；

③对称禁锢定位螺栓3，最终完成基座固定机构安装。

B.导向移动机构

①预先在移动平台6上安装好水平导向轮7、竖向滑动轮8及电动齿轮机9。

②人工将移动平台6整体安放在基座固定机构顶部环形轨道4内。

C.转动调节机构

①预先组装好折梁11、转动支座12；

②电动千斤安装固定在导向移动机构移动平台6侧面。

D.动力切割机构

①预先在组合面板16上利用固定支架17固定电动机18、传动带防护罩19、传动轴20；

②将组合面板16固定至导向移动机构折梁11上；

③安装切割刀片和保护罩，连接喷淋水管。

E.电气控制系统

①按设计方案要求铺设各路动力电缆及控制电缆；

②各路线路汇总接入控制箱，再与外部总电源接通；

F.设备使用

①开启动力切割机构的电动机18，检查刀片运行情况；

②开启转动调节机构的电动千斤顶14，调整刀片与桩体间距，开始切割，查看喷淋降温情况；

③开启导向移动机构的电动齿轮机9，调节行走速度，观察切割情况；

④旋转切割桩头，不断调整转动调节机构角度，直至桩体主筋完全切断，预留钢筋混凝土保护层。

G.设备拆除

①关闭动力切割机构、转动调节机构、导向移动机构电源；

②退回电动千斤顶14升降套筒，人工推回转动调节机构直至刀片退出桩体；

③切断各构件动力和控制电缆；

④整体抬出动力切割机构、转动调节机构、导向移动机构；

⑤松开基座固定机构中的定位螺栓3和调节锁扣2，取下抱箍套筒1，移至下一根。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型，且以所附权利要求。

Claims (9)

1.一种适用于预制混凝土管桩的截桩装置，其特征在于，包括基座固定机构、导向移动机构、转动调节机构、动力切割机构及电气控制系统。

2.根据权利要求1所述的截桩装置，其特征在于，所述的基座固定机构包括抱箍套筒(1)、调节锁扣(2)、定位螺栓(3)及环形轨道(4)；

抱箍套筒(1)采用金属材质，左右半圆形结构，通过调节锁扣(2)调节抱箍与预制管桩之间的松紧度；

所述抱箍套筒(1)圆周面上开设螺栓孔，定位螺栓(3)通过所述螺栓孔旋紧顶住预制管桩进一步固定抱箍套筒(1)；

所述抱箍套筒(1)顶部设置环形轨道(4)以便于导向移动机构沿固定线路滑动，轨道侧壁设置齿轮(10)，其与导向移动机构的电动齿轮机(9)配合提供滑动力。

3.根据权利要求2所述的截桩装置，其特征在于，所述调节锁扣(2)采用钢制螺栓和铁块组合而成，其中一侧螺栓可沿转轴旋转，转入与另一侧铁块凹槽内通过旋紧螺母进行锁定。

4.根据权利要求2所述的截桩装置，其特征在于，所述环形轨道(4)侧壁分上下两层结构，下部设置齿轮轨道(5)，上部宽度满足水平导向轮(7)移动所需要求。

5.根据权利要求1所述的截桩装置，其特征在于，所述的导向移动机构主要由移动平台(6)、水平导向轮(7)、竖向滑动轮(8)及电动齿轮机(9)；

移动平台(6)采用弧形槽钢结构，弧度与基座固定机构中的抱箍同心；

水平导向轮(7)位于移动平台(6)槽口下檐，可沿基座固定中的环形轨道(4)滑动为平台提供水平支撑力；

竖向滑动轮(8)位于移动平台(6)槽口下檐，可沿基座固定中的环形轨道(4)滑动为平台提供竖向支撑力；

电动齿轮机(9)组包括电动转轴与齿轮(10)，与移动平台(6)固定，利用电能驱动使得齿轮(10)和基座固定机构中的轨道侧壁齿轮轨道(5)产生咬合力，进而带动平台(6)整体移动。

6.根据权利要求5所述的截桩装置，其特征在于，所述水平导向轮(7)、竖向滑动轮(8)采用钢制滚轮，通过钢制牛腿与移动平台(6)连接固定。

7.根据权利要求1所述的截桩装置，其特征在于，所述转动调节机构包括折梁(11)、转动支座(12)、电动千斤顶(14)；通过所述转动支座(12)与所述导向移动机构连接形成稳定结构，另一端与所述动力切割机构连接为其提供固定支撑力；

所述折梁(11)采用型钢材质并进行一定角度的预弯，并在折弯处安装转动轴(13)与转动支座(12)形成铰链；

电动千斤顶(14)利用所述导向移动机构作为支撑基础，通过顶升折梁(11)下部挡板(15)对导向移动机构产生转向力，进而实现转动调节。

8.根据权利要求1所述的截桩装置，其特征在于，所述动力切割机构包括组合面板(16)、固定支架(17)、电动头(18)、传动带防护罩(19)、传动轴(20)、切割刀片(21)及刀片保护套(22)；

所述电动头(18)带动传动带、传动轴(20)，进而驱动切割刀片(21)产生水平切割力；

于不同位置安装水平固定支架(17)对电动头(18)、传动带防护罩(19)、传动轴(20)进行固定；

于传动带和切割刀片(21)外部设置有金属防护；

所述刀片保护套(22)内设置有喷淋降温口(23)。

9.根据权利要求1所述的截桩装置，其特征在于，所述电气控制系统包括电缆导线及开关控制箱(27)；

所述导向移动机构、转动调节机构和动力切割机构沿面板平台布置独立电缆及控制线，汇总至一处控制箱(27)内，该控制箱能够实现对各个电动设备独立遥控的功能。

Images