智能造墩机及施工方法与流程

1.本发明涉及桥梁施工装备及方法领域，尤其是一种智能造墩机及施工方法。


背景技术：

2.目前针对低墩施工，主要有装配式脚手架、翻模等施工方法；针对中高墩施工，主要有挂架、液压爬模等施工方法。其中装配式脚手架，结构简单，模块化设计，成本低，但是功能单一，仅做围护使用，一般用于单节段墩柱，装配式脚手架需定制，标准化程度不足。而翻模结构，模板反复周转，成本低，易发生错台，架体抗风能力差；不易搭设操作平台，安全风险大；吊装作业次数多。而采用挂架结构，材料投入少，工艺简单；架体反复周转，成本低；后移平台辅助脱模，脱模风险小；架体高空安拆难度大，吊装次数多，安全风险高；占用吊装设备时间长。而采用液压爬模结构，集平台、支架、模板、爬升设备于一体，简化工序，施工效率高，但是，设备造价高，维护成本大。cn 112160247 a记载了一种有限空间桥墩群空心高墩异步液压爬模施工方法，能够用于双肢薄壁空心墩的施工。该结构即存在设备造价高的问题。而且采用爬模施工时，由于每个节段的高度较高，在浇筑过程中存在振捣不充分的问题，容易在局部出现蜂窝、麻面、烂根和孔洞等浇筑缺陷。而且爬模在爬升过程中，若爬升装置在爬升过程中出现受力不均的情形，容易发生安全风险。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种智能造墩机及施工方法，能够简化结构，降低成本，优选的方案中，能够实时监控墩体表面的施工缺陷，用于指导振捣施工。能够通过智能化控制避免在爬升过程中出现安全风险。
4.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种智能造墩机，包括爬架系统和模板支架系统，模板支架系统位于爬架系统上方；爬架系统内侧设有爬升导轨，还设有固设在墩体上的锚座，锚座与爬升导轨之间设有爬升装置；爬架系统的顶部设有水平布置的滑动平台，模板支架系统的底部通过退模平台与滑动平台连接，模板支架系统的内壁设有外模板；还设有内模板支架，内模板设置在内模板支架的外壁。
5.优选的方案中，爬升装置的结构为：在爬架系统内侧设有提升锚架，提升锚架与锚座之间设有电动葫芦；在电动葫芦上设有重力传感器，用于检测电动葫芦的受力；重力传感器与plc电连接，plc与电动葫芦电连接。
6.优选的方案中，爬升装置的结构为：顶升油缸的一端与锚座连接，顶升油缸的另一端与防坠机构连接，防坠机构与爬升导轨连接；在防坠机构上设有滚轮，滚轮卡在爬升导轨的轨道槽内，防坠机构内还设有可转动的棘板，在爬升导轨上设有多个沿爬升导轨均布的顶升销，棘板与顶升销连接；
当防坠机构下行时，棘板可转动避让顶升销，当防坠机构上行时，棘板被限位不能转动，以顶升爬升导轨；在防坠机构上设有重力传感器，用于检测棘板的受力，重力传感器与plc电连接，plc与电动葫芦电连接。
7.优选的方案中，在内模板支架的顶部设有振捣系统，振捣系统上设有可定点投放的内置振捣器。
8.优选的方案中，在退模平台的底部设有多个滑动轮组，在滑动平台的顶部设有滑轨，滑动轮组的轮座设有辊轮，辊轮压在滑轨的表面，在轮座两侧的内侧还设有悬臂限位轮，悬臂限位轮倒勾在滑轨的两侧翼缘内侧，在退模平台与滑动平台之间设有退立模驱动机构；在滑轨上设有限位滑槽，在退模平台的底部设有滑动支臂，滑动支臂上设有滑动限位销，以实现退模平台滑动行程限位；退立模驱动机构的结构为：可伸缩的丝杆螺母机构一端与滑动支臂连接，另一端与滑轨连接，丝杆螺母机构还通过传动机构与驱动电机连接。
9.优选的方案中，在爬架系统或模板支架系统上设有倾角传感器，倾角传感器与plc电连接，plc与爬升装置电连接。
10.优选的方案中，所述的爬架系统由两个侧面框架和两个正面框架组成矩形框架，侧面框架与正面框架之间通过连接拉杆互相连接；侧面框架和正面框架设有多个水平布置的桁架框架，桁架框架之间通过杆件连接。
11.优选的方案中，外模板和内模板的结构为：模板框架内设有透明模板，透明模板与模板框架之间设有柔性连接缝；在透明模板的背面设有表面振捣装置；在模板框架的背面设有导轨，滑车与导轨滑动连接，在滑车上设有驱动装置，用于驱动滑车运行；在滑车上设有摄像头，摄像头用于透过透明模板采集混凝土表面的图像。
12.一种采用上述的智能造墩机的施工方法，包括以下步骤：s1、承台上施工首节段；s2、在墩体上预埋锚座，在锚座上吊装爬架系统，在爬架系统上安装模板支架系统；s3、吊装钢筋部品，安装外模板和内模板；s4、在外模板和内模板之间浇筑；s5、在浇筑过程中驱动滑车沿着导轨运行，摄像头采集混凝土表面的图像；拍摄的影像送入到图像处理装置中，获取图像中气泡的位置和状态；图像处理装置将数据发送至plc，plc发送控制信号至主控装置；s6、主控装置控制振捣装置消除混凝土表面的缺陷；s7、浇筑完成后，拆模养护；s8、爬架系统采用爬升装置爬升一个节段；继续步骤s2~s8，完成墩体施工。
13.优选的方案中，步骤s8中, 爬升装置内设有重力传感器，plc比较各个重力传感器的数值，若各个重力传感器的数值之间的差异超过预设值，或者单个重力传感器的数值超过预设值，plc控制爬升装置停止并报警。
14.本发明提供了一种智能造墩机及施工方法，通过采用标准化的桁架框架和杆件的组合结构，能够大幅降低造墩机的成本。优选的方案中，设置的图像采集装置，能够实施检测墩体表面的浇筑缺陷。设置的控制系统能够确保爬模在提升过程中的安全。
附图说明
15.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明整体结构的主视图。
16.图2为图1的a-a剖视图。
17.图3为图1的b-b剖视图。
18.图4为本发明中爬升装置的结构示意图。
19.图5为本发明中智能模板的立体结构示意图。
20.图6为本发明中智能模板的局部剖视图。
21.图7为本发明的图像采集装置的整体结构示意图。
22.图8为本发明的图像采集装置的主视图。
23.图9为本发明的图像采集装置的侧视图。
24.图10为本发明的立模退模结构使用时的主视图。
25.图11为本发明的立模退模结构的主视图。
26.图12为本发明的滑动轮组的结构示意图。
27.图13为本发明的控制框图。
28.图中：外模板1，模板支架系统2，可调斜撑杆21，退模平台22，滑动轮组221，滑动限位销222，滑动支臂223，限位销224，限位滑槽225，轮座226，辊轮227，悬臂限位轮228，滑动平台23，滑轨231，锁定销孔232，退立模驱动机构24，传动机构241，驱动电机242，丝杆螺母机构243，爬架系统3，侧面框架31，正面框架32，连接拉杆33，拉条螺杆34，桁架框架4，杆件5，墩体6，内模板7，振捣系统8，锚座9，防坠机构10，爬升导轨11，提升锚架12，内模板支架13，顶升油缸14，顶升销15，摄像头16，led灯17，模板框架100，透明模板200，图像采集装置300，导轨301，伺服电机302，滑车303，摩擦轮304，电源和控制器305，限位阶台400，柔性连接缝500，表面振捣装置600。
具体实施方式
29.实施例1：如图1~3中，一种智能造墩机，包括爬架系统3和模板支架系统2，模板支架系统2位于爬架系统3上方；爬架系统3内侧设有爬升导轨11，还设有固设在墩体6上的锚座9，锚座9与爬升导轨11之间设有爬升装置；优选的，在爬升装置设有重力传感器，用于检测爬升装置的受力情况，并根据受力情况的数据，plc进行自动控制，从而确保爬架系统3在爬升过程中的安全。
30.爬架系统3的顶部设有水平布置的滑动平台23，模板支架系统2的底部通过退模平
台22与滑动平台23连接，模板支架系统2的内壁设有外模板1；优选的方案如图10、11中，在退模平台22的底部设有多个滑动轮组221，在滑动平台23的顶部设有滑轨231，滑动轮组221的轮座226设有辊轮227，辊轮227压在滑轨231的表面，在轮座226两侧的内侧还设有悬臂限位轮228，悬臂限位轮228倒勾在滑轨231的两侧翼缘内侧，在退模平台22与滑动平台23之间设有退立模驱动机构24；在滑轨231上设有限位滑槽225，在退模平台22的底部设有滑动支臂223，滑动支臂223上设有滑动限位销222，滑动限位销222在限位滑槽225内滑动，以实现退模平台22滑动行程限位；优选的方案如图11、12中，滑轨231采用背靠背设置的两个槽钢结构，在两个槽钢之间设有空隙，滑动支臂223穿入到空隙内，退立模驱动机构24位于空隙内，以使受力可靠。
31.优选的方案如图11~13中，在滑轨231上还设有多个锁定销孔232，在滑动轮组221上设有限位销224，当退立模驱动机构24驱动退模平台22和其上的模板支架系统2滑动就位后，限位销224用于穿过滑动轮组221的轮座226，进入到锁定销孔232，从而将模板支架系统2锁定，以实现锁定定位。
32.另一可选的方案中，在滑轨231的内侧设有多个棘齿，在滑动轮组221的底部设有活动棘爪，在立模时，通过棘爪和棘齿的结构将模板支架系统2锁定。
33.退立模驱动机构24的结构为：可伸缩的丝杆螺母机构243一端与滑动支臂223连接，另一端与滑轨231连接，丝杆螺母机构243还通过传动机构241与驱动电机242连接。
34.立模和退模的结构通过采用驱动电机242驱动的退立模驱动机构24，能够实现立模和脱模的自动控制，大幅降低劳动强度，而且采用驱动电机242作为动力源控制精度更高，而且便于实现集群控制。
35.还设有内模板支架13，内模板7设置在内模板支架13的外壁。内模板支架13通过拉条螺杆34与外模板1连接。
36.优选的方案如图1中，在内模板支架13的顶部设有振捣系统8，振捣系统8上设有可定点投放的内置振捣器。本例中，内置振捣器的投放根据图像采集装置300采集的数据进行投放，从而大幅提高浇筑质量。
37.优选的方案如图2中，爬升装置的结构为：在爬架系统3内侧设有多个提升锚架12，提升锚架12固设在爬升导轨11附近，提升锚架12与锚座9之间设有电动葫芦；通过电动葫芦拉升爬架系统3。
38.在电动葫芦上设有重力传感器，用于检测电动葫芦的受力；重力传感器与plc电连接，plc与电动葫芦电连接。
39.优选的方案如图1中，在锚座9与爬升导轨11之间设有防坠机构10，在防坠机构10上设有滚轮，滚轮卡在爬升导轨11的轨道槽内，防坠机构10内还设有可转动的棘板，在爬升导轨11上设有多个沿爬升导轨11均布的顶升销15，棘板与顶升销15连接；当爬架系统3上行时，棘板可转动避让顶升销15，当爬架系统3下坠时，棘板被限位不能转动，以支撑住爬升导轨11，进而防止爬架系统3下坠；优选的方案如图1、4中，爬升装置的结构为：顶升油缸14的一端与锚座9连接，顶升油缸14的另一端与防坠机构10连接，防坠机构10与爬升导轨11连接；在防坠机构10上设有滚轮，滚轮卡在爬升导轨11的轨道槽内，防坠机构10内还设
有可转动的棘板，在爬升导轨11上设有多个沿爬升导轨11均布的顶升销15，棘板与顶升销15连接；当防坠机构10下行时，棘板可转动避让顶升销15，当防坠机构10上行时，棘板被限位不能转动，以顶升爬升导轨11；在防坠机构10上设有重力传感器，用于检测棘板的受力，重力传感器与plc电连接，plc与电动葫芦电连接。根据重力传感器的受力情况对顶升油缸14的行程进行控制，具体的通过对顶升油缸14的供油电磁阀或流量阀进行自动控制，例如，当位于一侧的几个顶升油缸14的重力传感器受力较大，意味这几个顶升油缸14的顶升行程过大，通过plc对这几个顶升油缸14的供油电磁阀或流量阀进行控制，例如以脉冲启闭的方式控制进油，从而使各个顶升油缸14的行程保持同步。若经过控制后，重力传感器的数据仍存在异常，或者数据超出预设值，则控制顶升油缸14停机、报警。
40.优选的方案中，在爬架系统3或模板支架系统2上设有倾角传感器，倾角传感器与plc电连接，plc与爬升装置电连接。本例中采用双重检测，在爬架系统3或模板支架系统2设置水平基准，优选的水平基准成十字或“t”字型布置，分别对应爬架系统3或模板支架系统2的边长方向，在水平基准上设置单方向敏感的倾角传感器，敏感方向分别对应爬架系统3或模板支架系统2的边长方向，以提高检测精度。在爬升过程中，根据倾角传感器的反馈对各个爬升装置的行程进行修正。当倾角传感器检测到倾角大于预设值，则意味着爬架系统3的爬升过程存在风险。此时控制爬升装置停机，报警，能够大幅提高安全性。
41.优选的方案如图1~3中，所述的爬架系统3由两个侧面框架31和两个正面框架32组成矩形框架，侧面框架31与正面框架32之间通过多个连接拉杆33互相连接；侧面框架31和正面框架32设有多个水平布置的桁架框架4，桁架框架4之间通过杆件5连接。由此结构，能够采用标准的桁架框架4和杆件组成爬架系统3，若出现尺寸差异，以连接拉杆33的长度进行调整，与现有技术中爬架系统3需要定制相比，本发明的爬架系统3能够适应大多数的墩体6结构，大幅降低制造成本。
42.优选的方案如图5中，外模板1和内模板7的结构为：模板框架100内设有透明模板200，透明模板200与模板框架100之间设有柔性连接缝500；由此结构，透明模板200还能在一定的行程范围内进行振动，从而将振动传递给混凝土表面，促进混凝土的流动，去除混凝土表面的气泡缺陷，避免混凝土表面缺陷。透明模板的材质为玻璃或透明塑料。
43.在透明模板200的背面设有表面振捣装置600；表面振捣装置600采用超声振子；进一步优选的，表面振捣装置600的厚度不干涉滑车303的移动。超声振子的效果主要体现在对气泡的分解效果，经过测试，通过对不同粒径的气泡施加不同频率的振动，能够将气泡分解，并且分解后的气泡外壁较为脆弱，并且快速炸裂，其冲击能量能够击碎其他气泡。通过降低气泡的表面张力，从而使气泡快速排出。另一方面，表面振捣装置600通过使气泡足够的小，减小了对混凝土表面外观的影响。采用表面振捣装置600的前提是，透明模板200能够较好的传递振动。经检测，在透明模板200与模板框架100全刚性连接的模板结构上，表面振捣装置600的振捣效果不够明显。而采用柔性连接缝500的结构的模板效果较为明显。柔性连接缝500优选为结构胶或橡胶。
44.在模板框架100的背面设有导轨301，滑车303与导轨301滑动连接，在滑车303上设有驱动装置，用于驱动滑车303运行；驱动装置采用伺服电机，伺服电机通过减速器与摩擦
轮304连接，摩擦轮304的外壁设有凹槽，凹槽内设有增加摩擦力的材料，摩擦轮304与导轨301连接。由此结构，大幅简化了结构。
45.在滑车303上设有摄像头16。优选的，还设有led灯17，摄像头16用于透过透明模板200采集混凝土表面的图像。滑车303上还设有电源和控制器305，其中控制器305设有图像处理装置，图像处理装置将采集的混凝土表面的图像转换为黑白二值图，并进行统计得出相关数据。例如，黑色代表的气泡的部分面积占比，气泡分布指数，数量等，以评估混凝土表面质量，plc获取相关数据后发送至上位机，上位机根据数据对振捣策略进行控制，实现在常规振捣之外，有针对性的进行振捣。
46.实施例2：一种采用上述的智能造墩机的施工方法，包括以下步骤：s1、承台上施工首节段；s2、在墩体6上预埋锚座9，在锚座9上吊装爬架系统3，在爬架系统3上安装模板支架系统2；s3、吊装钢筋部品，安装外模板1和内模板7；s4、在外模板1和内模板7之间浇筑；s5、在浇筑过程中plc驱动滑车303沿着导轨301运行，摄像头16采集混凝土表面的图像；拍摄的影像送入到图像处理装置中，获取图像中气泡的位置和状态；图像处理装置将采集的混凝土表面的图像转换为黑白二值图，并进行统计得出相关数据，例如，黑色代表的气泡的部分面积占比，气泡分布指数，数量等，以评估混凝土表面质量，图像处理装置将数据发送至plc，plc获取相关数据后发送至上位机。优选的，电源和控制器305还设有无线装置，例如基于zigbee协议的无线通讯装置，由于在控制器305内置的图像处理装置，例如基于fh8510或华为海思的图像处理芯片，在片内进行处理后，大幅缩小了数据量，从而能够减少数据通讯压力。
47.s6、主控装置控制振捣装置消除混凝土表面的缺陷；上位机根据图像的采集位置，启动相应的表面振捣装置600，并以针对性的策略进行振捣，例如根据气泡的面积占比、数量和分布指数，计算得到气泡的粒径分布，从而启动相应的振动频率，实现快速消泡。或者，从顶部振捣系统8，投入内置式振捣装置。
48.s7、浇筑完成后，拆模养护；s8、爬架系统3采用爬升装置爬升一个节段；继续步骤s2~s8，完成墩体6施工。
49.优选的方案中，步骤s8中, 在各个爬升装置内设有重力传感器，plc根据重力传感器的数值，控制各个爬升装置的行程，例如电动葫芦的拉升行程，或者顶升油缸14的顶升行程，以使各个爬升装置的受力均匀。
50.比较各个重力传感器的数值，若各个重力传感器的数值之间的差异超过预设值，或者单个重力传感器的数值超过预设值，plc控制爬升装置停止并报警。
51.还设有倾角传感器，倾角传感器的数据作为第二限制条件。将倾角传感器的数据与重力传感器的数据进行比对，若重力传感器的数据与倾角传感器的数据趋同，即当一侧较低时，另一侧的重力传感器应该是数值偏大，此时倾角传感器的数据仅校核其是否超限，
即超出安全数值的极限。而当重力传感器的数据与倾角传感器的数据趋异，即当一侧较低时，另一侧的重力传感器数值偏小，则停机报警。以消除安全隐患。
52.优选的方案中，在模板支架系统2或爬架系统3上还设有风速传感器，当风速传感器检测的风速大于预设值，不进行脱模和立模的操作。上位机还主动获取气象信息，以避开在大风天气进行脱模和立模的操作。
53.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。