一种逐级垫高式升降设备的制作方法

1.本发明属于大型超重设备升降技术领域，具体涉及一种适于超大型海工设备顶升用的逐级垫高式升降设备。


背景技术：

2.在大型超重设备的安装移运工作中，诸如升降平台等顶升设备的参与是必不可少的，升降设备主要是将大型设备顶升至要求高度以便于检修、安装和建造，还能够利用升降装置将大型设备移运到运输载体上。
3.但是现有的顶升装置在使用过程中暴露出以下几点不足之处：一、当前，国内外目前采用的升降设备多为半自动模式，最大承载能力为2500吨，顶升能力偏小；二、目前针对大型设备顶升，普遍采用多组千斤顶交替顶升的方式进行，但是这种顶升方式因需要多组千斤顶组合运行，所以顶升时的一致性难以保证，使得整体顶升过程的稳定性差，顶升安全性低；三、当顶升到一定高度时，需要现场焊接支架，支撑好上部物件，再用千斤顶继续进行顶升工作，接着再加高支架，直到达到目的高度，利用这种方式完成顶升过程及目的后，还需撤除支架，且支架多为一次性使用，所以存在过多不必要的工序，施工周期增长，材料浪费严重，增加了时间成本和资金成本；四、现有方案中需要在室外或野外进行焊接安装等作业，但是为了保证焊接质量，焊接工作需要在无风且温度可控的环境下进行，而野外工作时，风力及温度均不可控，操作环境变化大，相较于室内环境条件，相同产品的产品质量会下降40％左右，存在较大的安全隐患；五、目前，超大型结构件仍普遍由工厂分片(块)生产，再经现场焊接组装，这种生产模式下，会因施工现场工况及设备等条件限制造成施工质量不稳定，无法严格保证工程质量。
4.因此，为了解决超大型海工构件的顶升作业难题，考虑作业环境和运输方便，有必要对升降设备做针对性改良设计。中国专利cn 208377923 u公开一种自动叠加机，包括机架、用于输送料盘且安装在机架上的传送带、用于放送空料盘的放料组以及用于接收装有物料料盘的收料组，上料上完后，收料组将原有的料盘抬离传送带，新装满的料盘被传送到收料组的正下方，收料组可将原有的料盘叠加在新的料盘上，反复如此实现料盘的自动叠加，这种从底部叠放式抬高的设计相比于直接抬升料盘再从下至上叠加料盘的收集方式而言，无需搭建支撑架及外配顶升装备和横移设备，且对作业面积的要求低，无需既预留出叠放区又留出顶升区，相比于常规叠加方式优势明显。在此基础上想到，如能将叠放的设计思路运用到适于超大型海工设备顶升用的升降设备中来将能在一定程度上解决现有升降设备存在的一些问题。
5.但是由于现有技术中的此类叠放设备主要用于小型物件的堆叠收集，应用于大型海工设备的顶升作业时，需同时考虑到大型设备的重量、体积、对准精度、操作过程稳定性和安全性等问题，因而简单的堆叠机构必然难以满足大型设备的顶升、平移、位姿调整等工程需求，为了能将从底部逐步堆叠这一设计思路更好地运用到升降设备中来、为大型海工设备的建设提供可靠助力，有必要对设备模块的定位、校准、连接方式、抬升过程和定位后
稳定性的保证做出更为有针对性地设计。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于解决现有技术中的不足，公开一种逐级垫高式升降设备，该设备可具体面向超大型海工构件的顶升作业，抗失稳设计过程综合垫块叠加偏差、加工误差、载荷不均匀、外载荷作用及动态位移不同步误差等因素，能够保证在20米顶升高度的稳定性，最终使装备能够满足复杂海洋环境的顶升作业要求，提高装备可靠性和作业安全性。
7.本发明的技术方案为：一种逐级垫高式升降设备，包括顶升机构和备料平台；顶升机构包括基础架箱体、顶升主油缸、中间活动架箱、叠加式移动垫块和顶层垫块，基础架箱体和中间活动架箱通过顶升主油缸连接，在中间活动架箱的中部设有提供垫高作业空间的活动孔，中间活动架箱与主体结构相同的叠加式移动垫块或顶层垫块间通过锁紧装置连接，备料平台设在基础架箱体的侧边，在备料平台上设有连通至基础架箱体表面的直线运送滑轨，在直线运送滑轨上滑动连接有送料小车，送料小车在迎送油缸的驱动下沿直线运送滑轨滑动。
8.进一步地，送料小车包括位于下部的连接箱体和位于上部的承载箱体两部分，连接箱体与迎送油缸连接，在连接箱体上设有数根举升导向柱，承载箱体底部活动穿套在举升导向柱上，在承载箱体上设有数个举升油缸，举升油缸的缸杆端部与连接箱体的顶面连接，在举升油缸的作用下承载箱体沿举升导向柱纵向移动。
9.进一步地，在基础架箱体表面设有两条垫块搁置块，垫块搁置块和直线运送滑轨均沿基础架箱体的长度方向延伸，直线运送滑轨位于两条垫块搁置块之间。
10.进一步地，迎送油缸为双出杆油缸，迎送油缸的活塞杆平行于直线运送滑轨设计、且从基础架箱体表面延伸至备料平台上。
11.进一步地，在顶层垫块的顶面上设有偏载球头，偏载球头通过圆柱头螺钉与顶层垫块上的鞍座同轴连接，鞍座通过紧定螺钉固定在顶层垫块上，偏载球头包括位于下方的衔接部和位于上方的接触部两部分，衔接部底面为光滑的球面，接触部顶面为平面且沿其径向同心设有数道环形凹槽，鞍座顶面为与衔接部底面形状适配的内凹弧面，在偏载球头中部设有纵向贯通其两侧面的连接空腔，在连接空腔上部设有一个外扩的台阶面，圆柱头螺钉一端固定在弹簧座上，在弹簧座底面上环套有弹簧，圆柱头螺钉从偏载球头顶部穿过连接空腔与底部的鞍座连接时、弹簧底部压紧在台阶面上，偏载球头与鞍座连接后，衔接部底面适应性衔接在鞍座顶部的内凹弧面内，连接空腔位于台阶面下方的部分腔体的腔径大于圆柱头螺钉的直径、且该部分腔体的直径顺着从台阶面端到衔接部底面的方向逐渐增大。
12.进一步地，叠加式移动垫块和顶层垫块上均设有插销孔、导向柱和叉车装卸孔，在叠加式移动垫块和顶层垫块的前、后相对侧面上分别设有数个插销孔，在中间活动架箱上与插销孔适配的位置设有锁紧孔，锁紧装置设在锁紧孔中，锁紧装置包括锁紧油缸和位于缸杆自由端的销轴，销轴的形状与插销孔的形状相适配，销轴为矩形体状的鸭舌式销轴。
13.进一步地，在叠加式移动垫块和顶层垫块的底部四角位置分别设有一个导向柱，在叠加式移动垫块的顶面上的四角位置分别设有一个定位片，在定位片上与导向柱对应的位置设有与导向柱适配的导向孔。
14.进一步地，在备料平台的前、后两侧设有沿其长度方向延伸的垫块承托板，垫块承托板与垫块搁置块衔接设计，两个垫块承托板之间的距离与叠加式移动垫块的宽度相适应，在垫块承托板上与导向柱对应的位置设有适配的承托导向孔。
15.进一步地，在垫块承托板的两侧设有沿其长度方向延伸且从外向内倾斜的导料斜台。
16.进一步地，在垫块搁置块上与叠加式移动垫块或顶层垫块底部的导向柱对应的位置设有适配的搁置块导向孔。
17.本发明的有益效果是：
18.1、本技术公开的升降设备采用逐级垫高的顶升方式，垫块可重复使用，且在系统控制下实现全自动码放，模式化运行，安全快捷，利用现有的成熟的plc控制技术，采用液压驱动，实现机、电、液一体化综合运行；由于自动化程度高，运行速度快，运行精准，使用超重型逐级垫高式升降设备相较于传统方法能节约90％施工时间；
19.2、本技术公开的升降设备单台使用时顶升重量达4000吨，突破现有的同类设备的顶升重量限制，4-16台设备组合使用可满足16000-64000吨海工设施20米高度的顶升需求，为海洋工程乃至陆上超大吨位、超大尺度构建的顶升、平移等工程项目的高效实施提供设备支持；
20.3、该设备进行顶升作业时，相关作业人员可在平地进行作业，作业安全性高，且无需搭建支撑架及外配顶升装备，并可重复利用，便于多场合工作需求，节约材料，减少成本，同时，在拥有了超大型顶升设备后，可先在工厂生产出成套设备后再在现场进行成套安装，即无需在工厂预先分片生产后再在现场进行焊接组装，因而可完全保证工程质量稳定，且实施过程更加高效；
21.4、本技术公开的升降设备在进行逐级垫高作业时，采用多点位对准的技术，使得同步精度可控制在
±
3mm，顶升点位从4点位到16点位增减，现场连接便捷；通过主机控制实现自动送料、校正、顶升、回位的作业自动化；
22.5、自主设计的送料油缸采用双出杆结构，活塞杆固定缸体移动的方式，使活塞杆只受拉力，解决了活塞杆屈曲强度问题；
23.6、偏载球头通过鞍座连接在顶层垫块表面，偏载球头可在鞍座上进行任意角度的转动，此结构可以根据承载构件的表面情况自动调整接触贴合的角度，灵活性高，能确保顶升过程中设备受力均衡。
附图说明
24.图1是一种逐级垫高式升降设备的轴测图；
25.图2是基础架箱体与备料平台的装配示意图；
26.图3是图1所示一种逐级垫高式升降设备在进行逐级垫高操作时的左视示意图；
27.图4是叠加式移动垫块的轴测图；
28.图5是叠加式移动垫块的主视示意图；
29.图6是迎送油缸的主视示意图；
30.图7是图6所示迎送油缸沿a-a方向的剖视示意图；
31.图8是偏载球头的主视示意图；
32.图9是图8所示偏载球头沿b-b方向的剖视示意图；
33.图10是偏载球头的轴测图；
34.图11是偏载球头的剖面轴测图；
35.其中，1-顶升机构，2-备料平台；
36.11-基础架箱体，12-顶升主油缸，13-中间活动架箱，14-叠加式移动垫块、15-顶层垫块；
37.111-垫块搁置块，112-调节支座，113-搁置块导向孔；
38.131-锁紧孔，132-锁紧装置；
39.1321-锁紧油缸，1322-销轴；
40.141-插销孔，142-导向柱，143-定位片，144-导向孔，145-叉车装卸孔；
41.151-偏载球头，152-圆柱体螺钉，153-鞍座；
42.1511-衔接部，1512-接触部，1513-环形凹槽，1514-连接空腔，1515-台阶面，1516-弹簧座，1517弹簧；
43.21-直线运送滑轨，22-送料小车，23-迎送油缸，24-垫块承托板，25-承托导向孔，26-导料平台；
44.221-连接箱体，222-承载箱体，223-举升导向柱，224-举升油缸；
45.231-缸体，232-缸盖，233-活塞杆。
具体实施方式
46.以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
47.实施例1：
48.为了能够满足复杂海洋环境下的顶升作业要求，进一步提高顶升作业的可靠性和作业安全性，本实施方式中公开一种逐级垫高式升降设备，包括顶升机构1和备料平台2，顶升机构1包括基础架箱体11、顶升主油缸12、中间活动架箱13、叠加式移动垫块14和顶层垫块15，在基础架箱体11的顶面四角位置分别设有一个顶升主油缸12，顶升主油缸12的缸杆端部与中间活动架箱13的底面固定相接，顶升主油缸12由液压泵站提供液压动力，在中间活动架箱13的中部设有纵向贯通的活动孔，叠加式移动垫块14和顶层垫块15在活动孔区域进行叠加垫高操作，在基础架箱体11表面设有两条沿其长度方向延伸的垫块搁置块111。
49.备料平台2设在基础架箱体11的侧边，在备料平台2上设有沿其长度方向延伸且连通至基础架箱体11表面的直线运送滑轨21，直线运送滑轨21位于两条垫块搁置块111之间，在直线运送滑轨21上滑动连接有送料小车22，送料小车22在迎送油缸23的驱动下沿直线运送滑轨21滑动。
50.在实际设计时，叠加式移动垫块14的运送行程为3415mm，通常的移运方法是采用链传动的方式运输，但是链传动的运载方式存在易磨损、传动平稳性差、相比油缸占用空间大等问题，故后续被优化为液压传动。但由于运送行程太长，为了能满足屈服强度，采用常规油缸的话、油缸的缸径和杆径均需设计得很大，这就存在材料浪费和空间占用过多的问题，为了解决相应问题，本实施例中提出一种双出杆形式的迎送油缸23，结构如图6-7所示，
包括缸体231、缸盖232和活塞杆233，活塞杆233的两端固定且平行于直线运送滑轨21设计，活塞杆233从基础架箱体11表面延伸至备料平台2上，缸体231与送料小车22连接，缸体231在液压作用下在活塞杆233上移动，进而带动送料小车22移动，本实施例采用缸体231连接送料小车22进行迎送的移动方式，通过以拉代推来解决细长活塞杆会因推力过大所导致的曲屈强度问题。
51.送料小车22包括位于下部的连接箱体221和位于上部的承载箱体222两部分，连接箱体221与迎送油缸23的缸体231连接，进而在迎送油缸23的作用下沿着直线运送滑轨21移动，在连接箱体221上设有数根举升导向柱223，为了提高举升过程的稳定性，举升导向柱223的数量以偶数个为宜且以在连接箱体221上对称设置为最佳，承载箱体222底部活动穿套在举升导向柱223上，在承载箱体222上设有举升油缸224，举升油缸224的缸杆端部与连接箱体221的顶面连接，在举升油缸224的作用下承载箱体222可沿举升导向柱223纵向移动。
52.为了能够根据承载构件的不同表面情况自动调整接触状态，保证贴合接触稳定性，在顶层垫块15的顶面上设有偏载球头151。
53.偏载球头151的结构如图8-11所示，偏载球头151通过圆柱头螺钉152与顶层垫块15上的鞍座153连接，鞍座153通过紧定螺钉固定在顶层垫块15上，偏载球头151包括位于下方的衔接部1511和位于上方的接触部1512两部分，作为优选，衔接部1511和接触部1512一体成型，衔接部1511底面为光滑的球面，接触部1512顶面为平面且沿其径向同心设有数道环形凹槽1513以增加偏载球头151与承载构件之间的接触摩擦力，鞍座153顶面为与衔接部1511底面形状适配的内凹弧面，在偏载球头151中部设有纵向贯通其两侧面的连接空腔1514，在连接空腔1514上部设有一个外扩的台阶面1515，圆柱头螺钉152一端固定在弹簧座1516上，在弹簧座1516底面上环套有弹簧1517，圆柱头螺钉152从偏载球头151顶部穿过连接空腔1514与底部的鞍座153连接时，弹簧1517底部压紧在台阶面1515上以起到压紧限位的作用，偏载球头151与鞍座153连接后，衔接部1511底面适应性衔接在鞍座153顶部的内凹弧面内，连接空腔1513位于台阶面1515下方的部分腔体的腔径大于圆柱头螺钉1515的直径、且该部分腔体的直径顺着台阶面端到衔接部1511底面的方向逐渐增大，所以偏载球头151与鞍座153连接后可在鞍座153上进行任意角度的转动，此结构可以根据承载构件的表面情况自动调整接触贴合的角度，灵活性高，能确保顶升过程中设备受力均衡。
54.叠加式移动垫块14和顶层垫块15的主体结构相同且在垫块主体上均设有插销孔141、导向柱142和叉车装卸孔145，以叠加式移动垫块的结构为例进行详述：在叠加式移动垫块14的前、后相对侧面上设有数个插销孔141，在中间活动架箱13上与插销孔141适配的位置设有锁紧孔131，在锁紧孔131中设有锁紧装置132，锁紧装置132包括锁紧油缸1321和位于缸轴自由端的销轴1322，销轴1322的形状与插销孔141的形状相适配。
55.国际上，大吨位活动插销普遍采用圆柱形插销，但是受限于圆柱形插销接触面积特点，超大吨位顶升工况下，是会因为空间问题限制吨位的加大的，所以本实施例中为了提高载荷量，销轴1322采用了矩形体状的鸭舌式销轴来加大锁紧装置与叠加式移动垫块14或顶层垫块15的定位接触面积。
56.为了提高叠加式移动垫块14和顶层垫块15在运载和叠加过程中的稳定性，在叠加式移动垫块14和顶层垫块15的底部四角位置分别设有一个导向柱142，在叠加式移动垫块
14的顶面上的四角位置分别设有一个定位片143，在定位片143上与导向柱142对应的位置设有与导向柱142适配的导向孔144。进行逐层垫高操作时，相邻堆叠的叠加式移动垫块14或顶层垫块15与叠加式移动垫块14配合连接时，上下相邻垫块上的导向柱142和导向孔144对应插接，便于找准装置重心，避免出现垫块偏移等不利情况，可提高垫高作业时的稳定性和安全性。
57.为了便于叉车装卸，在叠加式移动垫块14和顶层垫块15的侧面均设有叉车装卸孔145，叉车装卸孔设计为叉车通用孔径。
58.为了能更好地完成顶升机构的调平工作，在基础架箱体11的底部四角位置分别设有一个调节支座112，调节支座112为常见机构，在此不多做赘述。
59.在备料平台2的前、后两侧设有沿其长度方向延伸的垫块承托板24，垫块承托板24与垫块搁置块111衔接设计，两个垫块承托板24之间的距离与叠加式移动垫块14的宽度相适应以便更好的进行初始定位，为了在叠加式移动垫块14或顶层垫块15运送至备料平台上的初期进行有效地初定位以便后续流程顺利进行，在垫块承托板14上与导向柱142对应的位置设有适配的承托导向孔25。
60.为了能更为顺利的利用叉车将叠加式移动垫块14或顶层垫块15精准地运送至垫块承托板24上且与垫块承托板24上的承托导向孔25能更为顺利地对应相接，在垫块承托板24的两侧设有沿其长度方向延伸且从外向内倾斜的导料斜台26，两个导料斜台26的上方开口角度大，延伸至下部与垫块承托板24衔接的位置时开口逐渐减小，可对利用叉车运送至备料平台2上方的叠加式移动垫块14或顶层垫块15起到初步导向的效果，方便操作人员更为快速的将垫块运送到位。
61.在垫块搁置块111上与叠加式移动垫块14或顶层垫块15底部的导向柱142对应的位置设有适配的搁置块导向孔113，导向柱142与相应位置处的搁置块导向孔113对应相接可对移送至基础架箱体11上以备进行垫高操作的垫块进行再次定位，通过对各个过程进行辅助定位操作，可在垫高过程中有效起到抗失稳的效果，便于提高整体操作过程的稳定性和安全性。
62.该设备中所用到的电性设备均由主控制器进行流程的操控衔接，以保证每步运行的精准性，主控器搭载成熟的plc控制技术进行流程操控，进而保证垫高式升降设备运行时的稳定性和安全性。
63.由于顶层垫块15的主体结构与叠加式移动垫块14是相同的，但是因为顶层垫块15顶部设有便于平面衔接的偏载球头151，所以在进行垫高作业时首先是将顶层垫块15装配到位，后续再根据顶升作业高度的要求，具体选择相应个数的叠加式移动垫块14进行叠加，该设备的具体操作流程如下：
64.s1：需要进行大型设备顶升时，首先利用叉车将顶层垫块15运送至备料平台2上，使得顶层垫块15置于送料小车22上且其底部的导向柱142插接到垫块承托板24上的承托导向孔25中保证定位精准性；此处位置放置的准确性与后续叠加过程的完成精度直接相关；
65.s2：举升油缸224伸出，顶起承载箱体222，承载箱体222向上移动进而顶起置于其上的顶层垫块15，顶升距离为40mm，将底部四个导向柱142移出对应相接的承托导向孔25，举升定位过程由举升导向柱223完成；
66.s3：备料平台2上的迎送油缸23启动运行，驱动送料小车22将顶层垫块15移送到垫
块叠加位置，即中间活动架箱13的活动孔下方，迎送油缸23停止动作；
67.s4：举升油缸224缩回复位，顶层垫块15落下至其底部的导向柱142配合落入垫块搁置块111上的搁置块导向孔113内，目的是再次校正准备进行叠加操作的垫块位置，进一步保证叠加过程的精准性；
68.s5：四个顶升主油缸12下降，至中间活动架箱13上锁紧孔131的位置对应位于垫块上的插销孔141位置处，锁紧油缸1321伸出，将销轴1322插入至顶层垫块15的插销孔中；
69.s6：四个顶升主油缸12抬升，连同顶层垫块15顶升到指定位置；
70.s7：迎送油缸23运行，将送料小车22运至初始位置，需要在顶层垫块15底部叠加叠加式移动垫块15时，继续循环流程s1-s4以将一个叠加式移动垫块14运至顶层垫块15底部的定位点，四个顶升主油缸12下降，将重载转移到叠加式移动垫块15上，待重载稳定转移后，锁紧油缸1321缩回，销轴1322收至锁紧孔131内，此时可利用总控制系统上设置的自检程序检查销轴1322到位情况；
71.s8：四个顶升主油缸12继续下降到设定位置(即锁紧孔131的位置对应于底部待叠加的叠加式移动垫块14上的插销孔141位置时)停止，此时锁紧油缸1321再次伸出，将销轴1322插入待组合的叠加式移动垫块14的插销孔141中；
72.s9：四个顶升主油缸12抬升，连同新叠加的叠加式移动垫块14组合顶升到指定位置；
73.s10：送料小车22再次回到初始位置，继续循环上述流程s7-s9，通过在已经叠加的垫块底部再次叠加相应个数的叠加式移动垫块14以将设备顶升达到要求高度；
74.如若需要将设备高度下降，方法与上述方法相同，只是步骤相反。
75.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。