一种智能牛腿系统及其实施方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种智能牛腿系统及其实施方法。

背景技术

造楼机施工装备作为高层、超高层建筑的关键建造技术，在城市建设中发挥了重要的作用。造楼机施工装备主要包括支撑筒架、爬升系统、搁置施工支撑系统以及模板系统，其中搁置施工支撑系统常采用钢支撑结构，一端设置在造楼机筒架上，另一端设置在承重剪力墙上，通过群支撑牛腿作业实现造楼机搁置施工作业安全控制。现有的牛腿支撑技术，采用油缸顶推的方式，将牛腿结构顶入墙体洞口内，顶入后牛腿位置固定无法调节，且牛腿受力状态也无法感知。但是由于，工程现场混凝土墙体洞口高低对于支撑牛腿受力影响很大，且混凝土施工的精细化程度较差，很难保证造楼机支撑牛腿受力平均分配，因此，超高层建筑现场经常出现支撑牛腿压碎混凝土或者支撑牛腿未搁置在混凝土上的现象，对于造楼机本身的安全产生了极大的威胁，也给造楼机现场的作业人员安全带来了极大风险。

发明内容

本发明提供一种智能牛腿系统及其实施方法，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种智能牛腿系统，包括牛腿装置、定位装置、主补偿控制装置、顶部自适应接触单元以及底部自适应接触单元；

所述定位装置固定于模架单元上；

所述牛腿装置的一端安装于所述定位装置内，另一端能够伸出所述定位装置且底部设有所述底部自适应接触单元；

所述主补偿控制装置包括螺杆传动电机和主顶紧螺杆，所述主顶紧螺杆的底部穿过所述定位装置，并通过所述顶部自适应接触单元与所述牛腿装置的顶部接触；所述螺杆传动电机能够驱动所述主顶紧螺杆垂向移动；

所述顶部自适应接触单元和底部自适应接触单元分别通过球铰单元实现自适应位置调节。

较佳地，还包括辅助补偿控制装置，所述辅助补偿控制装置包括操控手柄和辅助顶紧螺杆，所述操控手柄安装于所述辅助顶紧螺杆的顶部并控制所述辅助顶紧螺杆的垂向移动；所述辅助顶紧螺杆的底部通过球铰单元与所述牛腿装置的顶部接触。

较佳地，所述定位装置包括U型槽框架和螺纹紧固件，所述U型槽框架安装于所述模架单元上；所述螺纹紧固件安装于所述U型槽框架的前端，用于与所述辅助顶紧螺杆螺纹配合；所述U型槽框架上还设置了定位通孔和多个安装孔，用于与所述主补偿控制装置连接。

较佳地，所述主补偿控制装置还包括电机传动副、电机定位副、螺杆传动轴承以及定位块单元，所述定位块单元固定于所述定位装置上；所述电机传动副和电机定位副分别设置于所述螺杆传动电机的侧面；所述主顶紧螺杆通过所述螺杆传动轴承穿过所述电机传动副，并固定穿过所述电机定位副，所述螺杆传动电机控制所述主顶紧螺杆的旋转升降。

较佳地，所述定位块单元包括定位块本体、定位支脚和螺杆传动套筒，所述定位支脚设置于所述定位块本体的底部，用于与所述定位装置连接；所述螺杆传动套筒纵向设置于所述定位块本体的中部，用于与所述主顶紧螺杆螺纹配合。

较佳地，所述牛腿装置包括牛腿本体和开设于所述牛腿本体前端下方的半球形凹槽，所述半球形凹槽用于与所述底部自适应接触单元的球铰单元连接。

较佳地，所述顶部自适应接触单元设置在所述主顶紧螺杆的下方，包括由上至下依次设置的连接套筒、第一球铰件、法兰盘组件、第一压力监测体和第一弹性连接件，所述连接套筒与所述主顶紧螺杆的底部固接，所述第一弹性连接件与所述牛腿装置的顶部接触。

较佳地，所述底部自适应接触单元包括由上至下依次设置的第二球铰件、支承底座、承压连接件、第二压力监测体和第二弹性连接件，所述第二球铰件设置在所述牛腿装置的半球形凹槽内，所述支承底座与所述牛腿装置连接固定，所述第二弹性连接件与混凝土接触。

较佳地，所述辅助补偿控制装置还包括安装套筒、球铰副连接器、第三球铰件、承压法兰、第三压力监测体和第三弹性连接件，所述辅助顶紧螺杆与所述安装套筒连接，所述第三球铰件设置在所述球铰副连接器内，所述球铰副连接器和安装套筒紧固连接；所述承压法兰连接所述第三球铰件，下侧固定设置连接所述第三压力监测体和第三弹性连接件；所述第三弹性连接件与所述牛腿装置的顶部接触。

本发明还提供了一种如上所述的智能牛腿系统的实施方法，包括：

造楼机装备爬升结束后，驱动所述牛腿装置的前端伸出所述定位装置，并伸入墙体预留洞口内，缓慢降落造楼机，直到所述牛腿装置的前端通过所述底部自适应接触单元贴合在承重剪力墙的混凝土上；

当检测到某个牛腿装置的压力小于平均承受压力的1/2时，启动所述螺杆传动电机，驱动所述主顶紧螺杆下沉，使所述主顶紧螺杆通过所述顶部自适应接触单元与所述牛腿装置的顶部接触，直至该牛腿装置的压力达到平均承受压力时，所述螺杆传动电机停止运行。

与现有技术相比，本发明提供的智能牛腿系统及其实施方法具有如下优点：

1、本发明提供的智能牛腿系统具备多自由度调节与状态感知的功能，能够根据混凝土洞口标高差异自动调节牛腿支撑高度，无需人员干预；

2、本发明还能够根据混凝土接触面倾斜程度实现自适应接触，解决支撑牛腿安全附着以及均匀受力的问题，并能够精确控制支撑牛腿受力大小，保障高层、超高层造楼机装备支撑过程安全稳定。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式中智能牛腿系统一个视角的立体结构示意图；

图2为本发明一具体实施方式中智能牛腿系统另一个视角的立体结构示意图；

图3为本发明一具体实施方式中定位装置的结构示意图；

图4为本发明一具体实施方式中牛腿装置的结构示意图；

图5为本发明一具体实施方式中牛腿装置的底部示意图；

图6为本发明一具体实施方式中主补偿控制装置的结构示意图；

图7为本发明一具体实施方式中定位块单元的结构示意图；

图8为本发明一具体实施方式中顶部自适应接触单元的结构示意图；

图9为本发明一具体实施方式中底部自适应接触单元的结构示意图；

图10为本发明一具体实施方式中辅助补偿控制装置的结构示意图；

图11为本发明一具体实施方式中牛腿装置的受力关系图；

图12为本发明一具体实施方式中牛腿装置的智能牛腿系统的应用示意图。

图中：001-混凝土、002-支点、100-牛腿装置、110-牛腿本体、120-半球形凹槽、121-定位螺栓孔、200-定位装置、210-U型槽框架、220-螺纹紧固件、230-定位通孔、240-安装孔、250-定位底板、260-螺栓、300-主补偿控制装置、310-螺杆传动电机、320-主顶紧螺杆、330-电机传动副、331-上部锁扣件、332-传动副定位挡板、340-电机定位副、341-下部锁扣件、342-定位副安装挡板、350-定位块单元、351-定位块本体、352-定位支脚、353-螺杆传动套筒、354-螺杆定位孔、360-中间定位连接板、370-底部挡板、380-支承螺杆、400-顶部自适应接触单元、410-连接套筒、420-第一球铰件、430-法兰盘组件、440-第一压力监测体、450-第一弹性连接件、500-底部自适应接触单元、510-第二球铰件、520-支承底座、521-定位柱脚螺栓、530-承压连接件、540-第二压力监测体、550-第二弹性连接件、600-辅助补偿控制装置、610-操控手柄、620-辅助顶紧螺杆、630-安装套筒、640-球铰副连接器、650-第三球铰件、660-承压法兰、670-第三压力监测体、680-第三弹性连接件、700-模架单元。

具体实施方式

为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明提供的智能牛腿系统，如图1和图2所示，包括牛腿装置100、定位装置200、主补偿控制装置300、顶部自适应接触单元400以及底部自适应接触单元500，其中：

所述定位装置200固定于模架单元700上，请参考图12，可以在模架单元700的四脚处分别安装一个智能牛腿系统，从而将模架单元700的重量传递至承重剪力墙上。

所述牛腿装置100的一端安装于所述定位装置200内，另一端能够伸出所述定位装置200且底部设有所述底部自适应接触单元500，当支撑牛腿下方的混凝土001表面不平整或接触面有倾斜角度时，利用底部自适应接触单元500解决支撑牛腿重心不稳、搁置不实的问题。

所述主补偿控制装置300包括螺杆传动电机310和主顶紧螺杆320，所述主顶紧螺杆320的底部穿过所述定位装置200，并通过所述顶部自适应接触单元400与所述牛腿装置100的顶部接触；所述螺杆传动电机310能够驱动所述主顶紧螺杆320垂向移动。当多个混凝土墙预留洞口标高存在差异时，可以利用主补偿控制装置300对牛腿装置100的高度进行补偿，确保全部牛腿都能进行可靠支撑。

所述顶部自适应接触单元400和底部自适应接触单元500分别通过球铰单元实现自适应位置调节。

本发明提供的智能牛腿系统具备多自由度调节与状态感知的功能，能够根据混凝土洞口标高差异自动调节牛腿支撑高度，无需人员干预；本发明还能够根据混凝土接触面倾斜程度实现自适应接触，解决支撑牛腿安全附着以及均匀受力的问题，并能够精确控制支撑牛腿受力大小，保障高层、超高层造楼机装备支撑过程安全稳定。

在一些实施例中，请继续参考图1和图2，所述智能牛腿系统还包括辅助补偿控制装置600，所述辅助补偿控制装置600包括操控手柄610和辅助顶紧螺杆620，所述操控手柄610安装于所述辅助顶紧螺杆620的顶部并控制所述辅助顶紧螺杆620的垂向移动；所述辅助顶紧螺杆620的底部通过球铰单元与所述牛腿装置100的顶部接触。所述辅助补偿控制装置600和主补偿控制装置300配合进行牛腿装置100的顶部支撑。

在一些实施例中，请重点参考图3，所述定位装置200包括U型槽框架210和螺纹紧固件220，所述U型槽框架210安装于定位底板250上，定位底板250的两侧通过螺栓260（如超强螺栓）固定于所述模架单元700上；所述螺纹紧固件220安装于所述U型槽框架210的前端，用于与所述辅助顶紧螺杆620螺纹配合；所述U型槽框架210上还设置了定位通孔230和多个安装孔240，用于与所述主补偿控制装置300连接，从而完成定位装置200和模架单元700之间的固定连接。

在一些实施例中，请重点参考图4和图5，所述牛腿装置100包括牛腿本体110和开设于所述牛腿本体110前端下方的半球形凹槽120，所述半球形凹槽120用于与所述底部自适应接触单元500的球铰单元连接；所述半球形凹槽120的周围设有与定位螺栓孔121，与所述牛腿本体110上的安装孔240的数量和位置对应，用于安装所述主补偿控制装置300。

在一些实施例中，请重点参考图6，所述主补偿控制装置300还包括电机传动副330、电机定位副340、螺杆传动轴承（位于中间定位连接板360的内部）以及定位块单元350，所述定位块单元350固定于所述定位装置200上；所述电机传动副330和电机定位副340分别设置于所述螺杆传动电机310的侧面；所述主顶紧螺杆320通过所述螺杆传动轴承穿过所述电机传动副330，并固定穿过所述电机定位副340，所述螺杆传动电机310控制所述主顶紧螺杆320的旋转升降。具体地，电机传动副330通过上部锁扣件331固定于传动副定位挡板332上，电机定位副340通过下部锁扣件341固定于定位副安装挡板342上，传动副定位挡板332和定位副安装挡板342还设置有中间定位连接板360，定位副安装挡板342与定位块单元350之间还设置有底部挡板370，由多根支承螺杆380由下至上依次连接定位块单元350、底部挡板370、定位副安装挡板342、中间定位连接板360、传动副定位挡板332，并通过紧固螺母将以上构件锁紧在支承螺杆380上，从而为主顶紧螺杆320的垂向移动提供支撑空间和导向作用。

在一些实施例中，请重点参考图7，所述定位块单元350包括定位块本体351、定位支脚352和螺杆传动套筒353，所述定位支脚352设置于所述定位块本体351的底部，用于与所述定位装置200连接；所述螺杆传动套筒353纵向设置于所述定位块本体351的中部，用于与所述主顶紧螺杆320螺纹配合；所述螺杆传动套筒353的周围设有多个螺杆定位孔354，用于供所述支承螺杆380穿过并固定。

在一些实施例中，请重点参考图8，所述顶部自适应接触单元400设置在所述主顶紧螺杆320的下方，包括由上至下依次设置的连接套筒410、第一球铰件420、法兰盘组件430、第一压力监测体440和第一弹性连接件450，所述连接套筒410与所述主顶紧螺杆320的底部固接，所述第一弹性连接件450与所述牛腿装置100的顶部接触。本实施例通过在第一球铰件420的上方连接所述连接套筒410、下方连接法兰盘组件430，并在法兰盘组件430的底部设置第一压力监测体440和第一弹性连接件450，实现主补偿控制装置300中主顶紧螺杆320与牛腿装置100的自适应接触，还能对主补偿控制装置300施加的压力进行实时监测和精确控制。

在一些实施例中，请重点参考图9，并结合图5，所述底部自适应接触单元500包括由上至下依次设置的第二球铰件510、支承底座520、承压连接件530、第二压力监测体540和第二弹性连接件550，所述第二球铰件510设置在所述牛腿装置100的半球形凹槽120内，所述支承底座520通过定位柱脚螺栓521（插入定位螺栓孔121中）与所述牛腿装置100连接固定，所述第二弹性连接件550与所述混凝土001接触。本实施例通过在第二球铰件510的下方设置支承底座520，在支承底座520下方设置承压连接件530，承压连接件530下方设置第二压力监测体540和第二弹性连接件550，可以实现牛腿装置100与混凝土001的自适应接触，还能对牛腿装置100的实时压力进行监控。

在一些实施例中，请重点参考图10，所述辅助补偿控制装置600还包括安装套筒630、球铰副连接器640、第三球铰件650、承压法兰660、第三压力监测体670和第三弹性连接件680，所述辅助顶紧螺杆620与所述安装套筒630连接，所述第三球铰件650设置在所述球铰副连接器640内，所述球铰副连接器640和安装套筒630紧固连接；所述承压法兰660连接所述第三球铰件650，下侧固定设置连接所述第三压力监测体670和第三弹性连接件680；所述第三弹性连接件680与所述牛腿装置100的顶部接触。本实施例可以实现辅助补偿控制装置600（辅助顶紧螺杆620）对牛腿装置100的自适应接触和手动位置调节，还能对辅助补偿控制装置600施加的压力进行实时监测和精确控制。

请参考图1至图12，本发明还提供了一种如上所述的智能牛腿系统的实施方法，包括：

造楼机装备爬升结束后，驱动所述牛腿装置100的前端伸出所述定位装置200，并伸入墙体预留洞口内，缓慢降落造楼机，直到所述牛腿装置100的前端通过所述底部自适应接触单元500贴合在承重剪力墙的混凝土001上；

当检测到某个牛腿装置100的压力小于平均承受压力的1/2时，启动所述螺杆传动电机310，驱动所述主顶紧螺杆320下沉，使所述主顶紧螺杆320通过所述顶部自适应接触单元400与所述牛腿装置100的顶部接触，直至该牛腿装置100的压力达到平均承受压力时，所述螺杆传动电机310停止运行，从而根据混凝土洞口标高差异自动调节牛腿支撑高度，无需人员干预。

具体地，在牛腿施工过程中可能会存在以下几种问题，针对存在的问题，本申请给出相应的解决方法，具体如下：

问题1：支撑牛腿下方的混凝土001表面不平整，且接触面有倾斜角度，导致支撑牛腿出现重心不稳，搁置不实的问题。

针对上述问题，本申请采用底部自适应接触单元500以解决接触面自适应支撑的问题，第二弹性连接件550首先接触混凝土001的接触面，牛腿装置100继续下压，第二球铰件510根据倾斜角度进行微调整，第二球铰件510连接的承压连接件530和第二压力监测体540的角度根据接触面的角度进行自动调节，保证了承压连接件530和第二压力监测体540垂直作用于混凝土001接触面，保证了牛腿装置100和混凝土001接触面贴合接触，实现压力均布分配；同时通过第二压力监测体540实时感知支撑牛腿承受的压力。

问题2：混凝土墙预留洞口标高差异化问题，即：造楼机核心筒内的预留洞口标高不一致，无法实现全部牛腿进行可靠支撑。典型案例：4支牛腿的造楼机核心筒，只有3支牛腿在进行受力，剩余一支牛腿未接触到混凝土结构。

针对上述问题，本申请采用顶部自适应接触单元400解决混凝土洞口支撑面标高不一致的问题。当牛腿装置100施工工序结束后，先通过第二压力监测体540进行牛腿压力的获取，当支撑牛腿压力小于支撑牛腿的平均承受压力的1/2时，启动螺杆传动电机310，驱动主顶紧螺杆320下沉，连接套筒410带动法兰盘组件430和第一压力监测体440下沉，当第一弹性连接件450接触牛腿装置100上表面，第一压力监测体440开始进行读数，当压力读数达到支撑牛腿的平均承受压力时，螺杆传动电机310停止运行；此后，可以启动辅助补偿控制装置600，转动操控手柄610，通过辅助顶紧螺杆620进行预顶加压，当承压法兰660、第三压力监测体670、第三弹性连接件680作用在牛腿装置100上，实现牛腿装置100的二次固定，第三压力监测体670进行支撑压力安全监测。从而利用辅助补偿控制装置600和主补偿控制装置300配合进行牛腿装置100的顶部支撑。

问题3：通过补偿牛腿竖向位移的方式实现了牛腿装置100稳固支撑在混凝土基础上，实现牛腿压力精确定量补偿和补偿精确控制。请重点参考图11，牛腿装置100类似杠杆结构，定位装置200与牛腿装置100的接触点为支点002，主补偿控制装置300施加压力

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问题4：通过补偿牛腿竖向位移的方式实现了牛腿装置100稳固支撑在混凝土基础上，实现牛腿压力精确定量补偿和补偿精确控制，主补偿控制装置300施加压力

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由此可知，无论造楼机上是否存在外部荷载，本申请都能够精确控制支撑牛腿受力大小，保障高层、超高层造楼机装备支撑过程安全稳定。

综上所述，本发明提供的智能牛腿系统及其实施方法，该系统包括牛腿装置100、定位装置200、主补偿控制装置300、顶部自适应接触单元400以及底部自适应接触单元500，所述定位装置200固定于模架单元700上；所述牛腿装置100的一端安装于所述定位装置200内，另一端能够伸出所述定位装置200且底部设有所述底部自适应接触单元500；所述主补偿控制装置300包括螺杆传动电机310和主顶紧螺杆320，所述主顶紧螺杆320的底部穿过所述定位装置200，并通过所述顶部自适应接触单元400与所述牛腿装置100的顶部接触；所述螺杆传动电机310能够驱动所述主顶紧螺杆320垂向移动；所述顶部自适应接触单元400和底部自适应接触单元500分别通过球铰单元实现自适应位置调节。本发明提供的智能牛腿系统具备多自由度调节与状态感知的功能，能够根据混凝土洞口标高差异自动调节牛腿支撑高度，无需人员干预；本发明还能够根据混凝土接触面倾斜程度实现自适应接触，解决支撑牛腿安全附着以及均匀受力的问题，并能够精确控制支撑牛腿受力大小，保障高层、超高层造楼机装备支撑过程安全稳定。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。