一种适用于竖向预制构件的可旋转伸缩式支撑加固装置的制作方法

本发明属于竖向预制构件支撑加固，具体而言，涉及一种适用于竖向预制构件的可旋转伸缩式支撑加固装置。

背景技术：

1、在建筑工程领域，竖向预制构件的安装与临时固定是装配式施工中的关键环节。目前，现有技术主要采用传统的固定式支撑架或简易可调节支撑杆进行竖向预制构件的临时加固。固定式支撑架通常由钢管、扣件或型钢焊接而成，通过螺栓或焊接方式与竖向预制构件及地面基础连接，形成刚性支撑体系；简易可调节支撑杆则多采用套管式或螺纹式结构，通过手动调节实现一定的长度变化，配合铰接节点实现有限的角度适应性。这些现有技术在一定程度上能够满足竖向预制构件安装初期的稳定性要求，为构件的定位、校正和后续连接作业提供临时支撑保障。

2、传统固定式支撑架一旦安装完成，其支撑角度即固定不变，无法根据竖向预制构件在施工过程中因荷载变化、温度变形或基础沉降等因素引起的姿态变化进行适应性调整；简易可调节支撑杆虽可通过铰接节点实现一定范围的角度摆动，但这种角度变化完全依赖外力驱动，属于被动适应，无法主动、精确地控制支撑角度以最优姿态对构件施加支撑力。这种角度调节能力的缺失导致现有技术在面对复杂施工工况或构件姿态动态变化时，支撑效果大打折扣，甚至因支撑角度不当而产生附加弯矩，反而对构件造成不利影响。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种适用于竖向预制构件的可旋转伸缩式支撑加固装置，能够解决传统固定式支撑架支撑角度无法根据竖向预制构件在施工过程中因荷载变化、温度变形或基础沉降等因素引起的姿态变化进行适应性调整的技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明提供一种适用于竖向预制构件的可旋转伸缩式支撑加固装置，包括固定座、旋转角度调节件、伸缩支撑件以及连接节点板，所述固定座固定在竖向预制构件的一侧，其顶部设置有旋转角度调节件，所述竖向预制构件与该装置对应的位置处固定有锁紧限位组件，所述锁紧限位组件上固定有所述旋转角度调节件，所述固定座上的所述旋转角度调节件与所述锁紧限位组件上的所述旋转角度调节件之间固定有所述伸缩支撑件，所述旋转角度调节件用于为所述伸缩支撑件提供角度调节范围；其中，所述伸缩支撑件与所述固定座的上表面之间设置有锁紧限位组件，所述锁紧限位组件用于通过杆的移动实现对所述伸缩支撑件的不同角度的固定；所述固定座的上表面位于所述旋转角度调节件四周设置有角度调节组件，所述角度调节组件通过电磁驱动调节所述固定座上设置的所述旋转角度调节件的角度。

4、在上述技术方案的基础上，本发明的一种适用于竖向预制构件的可旋转伸缩式支撑加固装置还可以做如下改进:

5、其中，所述角度调节组件包括4根施力杆，所述施力杆沿所述旋转角度调节件四周呈正交对称分布，每根所述施力杆的一端通过万向铰链与所述旋转角度调节件表面连接；所述施力杆固定在所述支撑圆台上表面的凹槽中，所述施力杆的中心位置固定有限位板，所述限位板呈工字型结构，其底部设置在所述凹槽中，顶部延伸出所述支撑圆台的表面；所述施力杆远离所述旋转角度调节件的一端设置有电磁驱动单元；所述电磁驱动单元包括电磁吸引件、衔铁以及弹性复位件，所述电磁吸引件与所述衔铁之间形成气隙，所述衔铁与所述施力杆固定连接，所述弹性复位件设置在所述电磁吸引件与所述衔铁之间，用于在所述电磁吸引件减小电磁力时提供复位力；所述电磁吸引件为线圈缠绕提心的结构，所述线圈的两端分别与电源连接形成闭合回路，所述电源用于调整所述电磁吸引件产生的电磁力的大小；所述旋转角度调节件的底部固定有姿态传感器，用于实时检测所述旋转角度调节件的当前姿态角。

6、进一步的，4套所述电磁驱动单元以及所述姿态传感器分别与控制器电连接，所述控制器被配置为：

7、接收目标姿态指令和所述姿态传感器反馈的当前姿态；

8、基于力分配算法，将目标姿态对应的力矩指令分配为四路电流驱动信号；

9、通过pwm调制方式输出所述四路电流驱动信号，分别控制所述四套所述电磁吸引件的线圈中的电流大小和方向，调节所述电磁吸引件对所述衔铁的电磁吸引力，从而控制对应所述施力杆对所述旋转角度调节件施加的推力或拉力。

10、进一步的，4根所述施力杆在所述旋转角度调节件的赤道平面内呈90°间隔均匀分布，第一施力杆和第三施力杆沿第一轴线相对设置，用于产生绕第二轴线的俯仰力矩；第二施力杆和第四施力杆沿第二轴线相对设置，用于产生绕第一轴线的偏航力矩；所述第一轴线与第二轴线相互垂直且均位于所述赤道平面内；所述衔铁的外部设置有导向套筒，所述导向套筒与所述凹槽的侧壁固定连接，所述衔铁滑动设置在所述导向套筒中，用于限制所述衔铁仅沿所述施力杆轴向运动；所述导向套筒上设置有位移传感器，用于检测所述电磁吸引件的位移量并反馈至所述控制器。

11、进一步的，所述角度调节组件对所述旋转角度调节件进行角度调节的具体步骤为：

12、s1：接收目标姿态指令，获取姿态传感器反馈的当前姿态，计算姿态偏差；

13、s2：基于所述姿态偏差，通过姿态控制器生成三维目标力矩指令；

14、s3：基于力分配算法，将所述三维目标力矩指令映射为四根所述施力杆的目标轴向力；

15、s4：根据各所述电磁吸引件的电磁吸引力-电流-气隙特性，将各施力杆的目标轴向力转换为对应的线圈电流指令；

16、s5：通过h桥驱动电路和pwm调制，将所述线圈电流指令转换为实际电流输出至各线圈，驱动所述衔铁带动施力杆运动，使所述旋转角度调节件向目标姿态转动；

17、s6：重复步骤s1-s5，直至姿态偏差满足收敛条件。

18、进一步的，所述伸缩支撑件包括外套管、内套管以及正反牙螺纹套筒，所述外套管的一端与竖向预制构件上的所述旋转角度调节件固定连接，所述内套管的一端与所述支撑圆台上的所述旋转角度调节件固定连接，所述内套管的外径小于所述外套管的内径，使得所述内套管靠近所述外套管的一端套设在所述外套管中；所述正反牙螺纹套筒包括套筒本体、第一内螺纹段以及第二内螺纹段，所述第一内螺纹段与所述第二内螺纹段的旋向相反，所述套筒本体外表面设有旋转操作部；所述外套管远离所述连接节点板的一端的外表面设置有与所述第一内螺纹段配合的第一外螺纹，所述内套管远离所述外环座的一端的外表面设置有与所述第二内螺纹段配合的第二外螺纹；所述正反牙螺纹套筒同时与所述外套管以及所述内套管螺纹连接，通过旋转所述正反牙螺纹套筒驱动所述外套管和所述内套管沿轴向相对靠近或远离，实现所述伸缩支撑件整体长度的伸缩调节。

19、进一步的，所述外套管内孔壁设有第一导向键槽，所述内套管外表面设有与所述第一导向键槽滑动配合的第一导向键，用于限制所述内套管相对于所述外套管的相对转动，仅允许轴向滑动；所述正反牙螺纹套筒的套筒本体外表面设有锁紧螺母，所述锁紧螺母与所述第一外螺纹或所述第二外螺纹配合，用于在长度调节完成后锁定所述正反牙螺纹套筒的轴向位置；所述外套管与所述内套管之间设有防尘密封圈，所述防尘密封圈安装于所述外套管与所述内套管相接的位置处。

20、进一步的，所述锁紧限位组件包括安装杆、托臂、多连杆悬臂以及定位装置，所述安装杆设置在所述伸缩支撑件上，所述托臂设置在所述支撑圆台上，所述安装杆和所述托臂之间连接有所述 多连杆悬臂，所述多连杆悬臂用于支撑所述托臂；所述定位装置包括滑槽以及限位块，所述滑槽以及所述限位块设置在所述安装杆上，所述限位块内开设有导槽，所述导槽与所述滑槽重叠设置，所述限位块开设有一组间隔分布在所述导槽内的限多角度定位槽，所述多连杆悬臂的一端设有滑杆，所述滑杆穿过所述滑槽并滑动连接于所述导槽。

21、进一步的，所述旋转角度调节件包括外环座以及内球体，所述外环座具有球形内腔，其外周面上沿赤道平面均匀分布有4个铰接耳，所述四个铰接耳分别与4根所述施力杆的万向铰链连接；所述内球体嵌设在所述球形内腔内，所述内球体的球心与所述球形内腔的球心重合，所述内球体具有沿其转动轴线方向延伸的连接轴，所述连接轴的一端从所述外环座的开口端伸出并与所述伸缩支撑件固定连接；所述外环座与所述内球体之间的配合间隙处设有弹性密封圈，所述弹性密封圈固定于所述外环座上，并与所述内球体外表面滑动接触，用于防止灰尘进入所述球形内腔。

22、进一步的，所述固定座包括支撑圆台、中心螺旋固定杆以及倾斜固定杆，所述支撑圆台底部具有水平设置的底板，所述底板的下表面设置有交错齿形结构，用于增强所述支撑圆台与地面结合处的剪切强度；所述支撑圆台的中心位置周围设置有螺旋孔，四周设置有倾斜导孔，所述中心螺旋固定杆螺旋进所述螺旋孔中用于将所述支撑圆台固定在地面上，提供柔性抗拔力、限制各方向位移以及避免应力集中在单一截面；所述倾斜固定杆倾斜固定进所述倾斜导孔中，包围住所述中心螺旋固定杆，形成倒锥体，侧向力转化为土体压应力，用于通过共同工作产生的应力叠加区提高整体刚度，并且在受拉时对土体产生侧向挤压，越拉越紧；所述倾斜固定杆的倾斜角度为10~20°，用于提高周边土体强度。

23、与现有技术相比较，本发明提供的一种适用于竖向预制构件的可旋转伸缩式支撑加固装置的有益效果是：

24、固定座作为整个支撑加固装置的基础承载部件，其技术效果主要体现在三个方面：一是通过支撑圆台底部水平底板上设置的交错齿形结构，显著增强了支撑圆台与地面结合处的剪切强度，有效防止了支撑圆台在受力时发生滑移；二是中心螺旋固定杆螺旋进入支撑圆台中心位置的螺旋孔后，能够将支撑圆台牢固固定在地面上，提供柔性抗拔力的同时限制各方向位移，并且由于螺旋结构的特性避免了应力集中在单一截面，提高了整体的受力均匀性；三是四周倾斜固定杆以10~20°的倾斜角度倾斜固定进倾斜导孔中，包围住中心螺旋固定杆形成倒锥体结构，该结构能够将侧向力转化为土体压应力，通过共同工作产生的应力叠加区提高整体刚度，并且在受拉时对土体产生侧向挤压，形成"越拉越紧"的自锁效应，从而大幅提升了固定座的抗拔能力和整体稳定性。

25、旋转角度调节件的技术效果在于实现了多自由度的灵活角度调节功能。外环座具有球形内腔，内球体嵌设其中且球心重合，这种球铰结构使得内球体能够在外环座内自由转动，从而为伸缩支撑件提供了较大的角度调节范围，能够适应竖向预制构件在不同工况下的姿态变化需求。内球体沿转动轴线方向延伸的连接轴从外环座开口端伸出并与伸缩支撑件固定连接，保证了力传递的连续性。此外，外环座外周面上沿赤道平面均匀分布的4个铰接耳与4根施力杆的万向铰链连接，为电磁驱动角度调节提供了精确的施力点。外环座与内球体之间配合间隙处设置的弹性密封圈固定于外环座上并与内球体外表面滑动接触，有效防止了灰尘等杂质进入球形内腔，保证了球铰结构的长期灵活转动和使用寿命。

26、伸缩支撑件的技术效果主要体现在长度调节的便捷性、可靠性和精确性上。通过正反牙螺纹套筒的旋转操作，利用第一内螺纹段与第二内螺纹段旋向相反的设计，同时驱动外套管和内套管沿轴向相对靠近或远离，实现了伸缩支撑件整体长度的快速伸缩调节，操作简便且调节效率高。外套管内孔壁设置的第一导向键槽与内套管外表面的第一导向键滑动配合，有效限制了内套管相对于外套管的相对转动，仅允许轴向滑动，保证了长度调节过程中伸缩支撑件的方向稳定性，避免了因扭转而产生的附加应力。正反牙螺纹套筒套筒本体外表面设置的锁紧螺母与第一外螺纹或第二外螺纹配合，能够在长度调节完成后锁定正反牙螺纹套筒的轴向位置，防止因振动或受力导致的长度变化，确保了支撑长度的固定可靠性。外套管与内套管之间设置的防尘密封圈安装于两者相接位置处，有效防止了灰尘和杂质进入套管内部，保护了螺纹配合面，延长了使用寿命。

27、角度调节组件的技术效果在于实现了旋转角度调节件的主动、精确、闭环姿态控制。4根施力杆沿旋转角度调节件四周呈正交对称分布，每根施力杆一端通过万向铰链与旋转角度调节件表面连接，另一端设置电磁驱动单元，这种布局使得四路驱动能够协同工作。电磁驱动单元中的电磁吸引件与衔铁之间形成气隙，通过线圈缠绕铁心结构产生的电磁吸引力驱动衔铁运动，弹性复位件则在电磁力减小时提供复位力，实现了双向驱动能力。4套电磁驱动单元与姿态传感器分别与控制器电连接，控制器基于力分配算法将目标姿态对应的力矩指令分配为四路电流驱动信号，通过pwm调制方式输出，分别控制四套电磁吸引件线圈中的电流大小和方向，从而精确调节电磁吸引力，控制对应施力杆对旋转角度调节件施加的推力或拉力。具体而言，第一施力杆和第三施力杆沿第一轴线相对设置产生绕第二轴线的俯仰力矩，第二施力杆和第四施力杆沿第二轴线相对设置产生绕第一轴线的偏航力矩，实现了三维姿态的精确调节。姿态传感器实时检测旋转角度调节件的当前姿态角并反馈至控制器，形成闭环控制，通过接收目标姿态指令、计算姿态偏差、姿态控制器生成三维目标力矩指令、力分配算法映射为四根施力杆目标轴向力、根据电磁吸引力-电流-气隙特性转换为线圈电流指令、h桥驱动电路和pwm调制输出实际电流的循环控制流程，直至姿态偏差满足收敛条件，确保了角度调节的高精度和动态响应性能。

28、锁紧限位组件的技术效果在于实现了对伸缩支撑件不同角度的机械固定和限位保护。安装杆设置在伸缩支撑件上，托臂设置在支撑圆台上，两者之间连接的多连杆悬臂用于支撑托臂，形成了对伸缩支撑件的辅助支撑结构，分担了伸缩支撑件的受力负荷。定位装置中的滑槽和限位块设置在安装杆上，限位块内开设的导槽与滑槽重叠设置，多连杆悬臂一端的滑杆穿过滑槽并滑动连接于导槽，使得多连杆悬臂能够沿导槽滑动调节位置。限位块上开设的一组间隔分布在导槽内的多角度定位槽，允许滑杆在不同位置卡入定位，从而实现对伸缩支撑件不同角度的固定限位。该组件与电磁驱动的角度调节组件配合使用，在电磁驱动完成姿态调节后，通过机械方式锁定当前角度，提供了双重保障，即使在电磁系统失效或断电情况下，也能保持伸缩支撑件的支撑角度，显著提高了装置的安全性和可靠性。

29、以上各结构相互配合，共同实现了对竖向预制构件的可旋转、可伸缩、可主动调节且安全可靠的支撑加固功能