強夯機自動掛鉤施工技術

楊志雄 王遠宏 謝炳

摘 要：一種自動掛鉤裝置，包括吊臂、恒力繩引導機構、卷揚、抓鉤器和重物，吊臂的一端設有第一導向輪和第二導向輪，恒力繩引導機構設置在吊臂上，其包括定滑輪組、動滑輪組、活動座、引導繩和彈性結構，定滑輪組與動滑輪組相對設置，動滑輪組安裝在活動座上，引導繩的一端經(jīng)過第一導向輪后穿過抓鉤器與重物連接，引導繩的另一端卷繞于定滑輪組和動滑輪組，彈性結構的一端固定設置，彈性結構的另一端抵靠在活動座上，卷揚上卷繞有繩索，繩索經(jīng)過第二導向輪后與抓鉤器連接;卷揚驅(qū)使抓鉤器下移時，抓鉤器順著引導繩的引導方向抓住重物。

關鍵詞：強夯機 掛鉤裝置 自動掛鉤施工技術

1.引言

自上世紀六十年代強夯功法在法國問世，半個多世紀以來，此功法高危作業(yè)導致頻發(fā)的安全事故和繁重的體力勞動一直困惑著本行業(yè)。

國內(nèi)外現(xiàn)行強夯設備大致可分為兩類。

第一類：強夯機目前絕大部分仍使用傳統(tǒng)的繩拉杠桿或氣缸推動杠桿掛鉤器釋放夯錘，然后由人工掛鉤并測量。此方法勞動強度高、效率低、工人危險性大、用工成本高。

第二類：少部分強夯機采用不脫鉤方法，即強夯機的吊鉤及索具與夯錘同時落地，實現(xiàn)不脫鉤連續(xù)夯擊。此方法優(yōu)點是省人工、也安全。但對強夯機卷揚系統(tǒng)損傷太大，并且只能進行小能量的強夯施工，性價比不高，難以普及。

綜合現(xiàn)有的二類強夯設備，都存在相應的不足。強夯施工亟需一種能適合各種夯擊能量的，并能真正做到無須人工輔助自動掛鉤的強夯方法或設備。

2.施工技術

有鑒于此，我們提供一種自動掛鉤裝置，能保證抓鉤器順著引導繩的引導方向準確快速自動抓住重物。

（1）一種自動掛鉤裝置，包括吊臂、恒力繩引導機構、卷揚、抓鉤器和重物，吊臂的一端設有第一導向輪和第二導向輪，恒力繩引導機構設置在吊臂上，恒力繩引導機構包括定滑輪組、動滑輪組、活動座、引導繩和彈性結構，定滑輪組與動滑輪組相對設置，動滑輪組安裝在活動座上，引導繩的一端經(jīng)過第一導向輪后穿過抓鉤器與重物連接，引導繩的另一端卷繞于定滑輪組和動滑輪組，彈性結構設置于定滑輪組與動滑輪組之間，彈性結構的一端固定設置，彈性結構的另一端抵靠在活動座上，卷揚上卷繞有繩索，繩索經(jīng)過第二導向輪后與抓鉤器連接。

（2）當抓鉤器未抓重物時，彈性結構依靠彈力張緊引導繩，卷揚驅(qū)使抓鉤器下移時，抓鉤器順著引導繩的引導方向抓住重物。

（3）當卷揚驅(qū)使抓鉤器及抓住的重物上移時，彈性結構依靠彈力推動活動座向著遠離定滑輪組的方向移動。

（4）上述恒力繩引導機構還包括導向筒，該導向筒固定在該吊臂上，該導向筒內(nèi)設有導向腔，該定滑輪組安裝在該導向腔內(nèi)，該活動座和該彈性結構設置該導向腔中。

（5）上述導向筒靠近該頂板的一端設有定滑輪轉(zhuǎn)軸，該定滑輪轉(zhuǎn)軸沿著該導向腔的徑向設置，該定滑輪組可轉(zhuǎn)動地連接在該定滑輪轉(zhuǎn)軸上;該活動座上設有動滑輪轉(zhuǎn)軸，該動滑輪組可轉(zhuǎn)動地連接在該動滑輪轉(zhuǎn)軸上。

（6）上述活動座上設有承載臺，該承載臺沿著該活動座的周向設置，該彈性結構的一端抵靠在該頂板上，該彈性結構的另一端抵靠在該承載臺上。

（7）上述抓鉤器內(nèi)設有過孔，該過孔沿著該抓鉤器的軸線貫穿該抓鉤器，該引導繩穿過該過孔。

（8）該方法包括：控制抓鉤器釋放重物，該重物在重力作用下自由下落至地面，該重物下落過程中，該重物通過引導繩驅(qū)使活動座向著靠近定滑輪組的方向移動，并壓縮彈性結構，該彈性結構依靠彈力張緊該引導繩;控制卷揚驅(qū)使該抓鉤器下移，該抓鉤器順著該引導繩的引導方向抓住該重物;控制該卷揚驅(qū)使該抓鉤器及抓住的該重物上移，該彈性結構依靠彈力推動該活動座向著遠離該定滑輪組的方向移動，該彈性結構依靠彈力張緊該引導繩。

3.技術特點

（1）完全脫鉤。傳統(tǒng)強夯機一般是人工掛鉤，即使是不脫鉤，也是主吊繩隨著動滑輪大鉤與夯錘同時降落。此方法由于不能完全釋放夯錘，所以明顯降低了設定的夯擊能量，而且隨著鋼絲繩倍率增大，損耗的夯擊能量也越大。本方法在夯錘脫鉤時，大鉤與夯錘完全脫離，保證夯錘落地產(chǎn)生的動能滿足設定的夯擊能量的要求。

（2）萬向自動掛鉤。夯錘落地，只要夯錘在夯坑內(nèi)水平傾斜角度小于90°（任意方向），掛鉤裝置都可以在距夯錘中心水平距離半徑2米內(nèi)（R≤2m），準確萬向自動掛鉤，無須任何方式的人工輔助。

（3）自動測量 。本方法具有自動測量每錘夯擊深度的計量方法。記錄儀在大鉤提錘離地的瞬間讀數(shù)，讀數(shù)資料可儲存，也可隨時調(diào)取。

（4）引導裝置獨立。本自動掛鉤裝置是獨力的，它只起引導掛鉤裝置準確掛夯錘的作用。夯擊能量的大小，完全取決于強夯設備能力的大小，與自動掛夯錘裝置的引導能力無關。

4.自動掛鉤強夯機與傳統(tǒng)強夯機的對比

（1）勞動力對比

自動掛鉤強夯機每臺只需司機一人;

傳統(tǒng)強夯機一個機組一般為4人（一名司機，二名掛鉤，一名測量）。

（2）施工效率對比

以3000KN.m夯擊能為例，自動掛鉤每夯擊一錘約45秒/擊;

傳統(tǒng)掛鉤強夯機每夯擊一錘約2分鐘/擊。（注：在國際市場，如中東多哈等強夯工地因安全距離要求，掛鉤測量人員要退到30米以外，才允許強夯機起落鉤，每夯一錘耗時更長）。

（3）安全對比

自動掛鉤強夯機無須人員掛鉤、測量 ，可基本杜絕施工人員傷亡事故;

傳統(tǒng)強夯機掛鉤、測量人員傷亡事故在每個強夯工地屢見。

5.實施方式

（1）附圖說明

（2）實施方式

①第一實施例

圖1至圖4是本方法的強夯機抓取夯錘的示意圖，請參照圖1至圖4，強夯機100包括自動掛鉤裝置10，強夯機100利用自動掛鉤裝置10能實現(xiàn)萬向自動掛鉤，無須任何方式的人工輔助，可有效杜絕施工人員發(fā)生傷亡事故。

圖5至圖7是本方法第一實施例的恒力繩引導機構的剖視示意圖，請參照圖1至圖7，自動掛鉤裝置10包括吊臂11、恒力繩引導機構12、卷揚13、抓鉤器14和重物15，吊臂11的一端設有第一導向輪111和第二導向輪112，恒力繩引導機構12設置在吊臂11上，恒力繩引導機構12包括定滑輪組121、動滑輪組122、活動座123、引導繩124和彈性結構125，定滑輪組121與動滑輪組122相對設置，動滑輪組122安裝在活動座123上，引導繩124的一端經(jīng)過第一導向輪111后穿過抓鉤器14與重物15連接，引導繩124的另一端卷繞于定滑輪組121和動滑輪組122，彈性結構125設置于定滑輪組121與動滑輪組122之間，彈性結構125的一端固定設置，彈性結構125的另一端抵靠在活動座123上，卷揚13上卷繞有繩索131，繩索131經(jīng)過第二導向輪112后與抓鉤器14連接;

當抓鉤器14未抓重物15時，彈性結構125依靠彈力張緊引導繩124，卷揚13驅(qū)使抓鉤器14下移時，抓鉤器14順著引導繩124的引導方向抓住重物15，如圖2所示;

當卷揚13驅(qū)使抓鉤器14及抓住的該重物15上移時，彈性結構125依靠彈力推動活動座123向著遠離定滑輪組121的方向移動，如圖6所示。在本實施例中，重物15為夯錘，但并不以此為限。

進一步地，重物15的頂部設有連接塊151以及與連接塊151活動連接的錘把152，錘把152遠離連接塊151的端部設有呈蘑菇型的連接頭153，引導繩124與連接頭153連接，由于彈性結構125依靠彈力張緊引導繩124，引導繩124使錘把152保持豎直狀態(tài)，方便抓鉤器14順著引導繩124的引導方向抓住重物15的連接頭153。

進一步地，如圖1、圖5、圖6和圖7所示，恒力繩引導機構12還包括導向筒126，導向筒126固定在吊臂11上，導向筒126內(nèi)設有導向腔101，定滑輪組121安裝在導向腔101內(nèi)，活動座123和彈性結構125設置導向腔101中。優(yōu)選地，導向筒126呈圓柱型，活動座123的形狀與導向筒126的橫截形狀相同，活動座123的周邊與導向腔101的腔壁相對或接觸設置。

進一步地，導向筒126的兩端設有頂板126a和底板126b，頂板126a上設有供繩索131穿過的通孔102，當卷揚13將重物15吊至預定高度時，彈性結構125依靠彈力驅(qū)使活動座123抵靠在底板126b上，如圖4和圖7所示。

進一步地，導向筒126靠近頂板126a的一端設有定滑輪轉(zhuǎn)軸126c，定滑輪轉(zhuǎn)軸126c沿著導向腔101的徑向設置，定滑輪組121可轉(zhuǎn)動地連接在定滑輪轉(zhuǎn)軸126c上;活動座123上設有動滑輪轉(zhuǎn)軸123b，動滑輪組122可轉(zhuǎn)動地連接在動滑輪轉(zhuǎn)軸123b上。具體地，頂板126a位于導向腔101內(nèi)的表面設有第一安裝壁126d，第一安裝壁126d呈圓筒狀，定滑輪轉(zhuǎn)軸126c的兩端連接在第一安裝壁126d上;活動座123靠近定滑輪轉(zhuǎn)軸126c的表面設有第二安裝壁123c，第二安裝壁123c呈圓筒狀，動滑輪轉(zhuǎn)軸123b的兩端連接在第二安裝壁123c上。在本實施例中， 定滑輪組121和動滑輪組122的滑輪數(shù)量可根據(jù)實際需要自由選擇，例如定滑輪組121可包括1、2、3、4、5、6個滑輪，動滑輪組122可包括1、2、3、4、5、6個滑輪。

進一步地，活動座123上設有承載臺123a，承載臺123a沿著活動座123的周向設置，即承載臺123a圍繞第二安裝壁123c設置，彈性結構125的一端抵靠在頂板126a上，彈性結構125的另一端抵靠在承載臺123a上。

進一步地，抓鉤器14內(nèi)設有過孔103，過孔103沿著抓鉤器14的軸線貫穿抓鉤器14，引導繩124穿過過孔103，如圖1所示。

進一步地，抓鉤器14包括氣動爪141以及驅(qū)使氣動爪141抓住連接頭153的氣動裝置（圖未示），通過控制抓鉤器14可實現(xiàn)任意高度、任意時刻脫鉤功能。

進一步地，彈性結構125為彈簧125a，該彈簧125a呈螺旋結構。

在另一較佳的實施例中，彈性結構125可以為彈片，或者能夠產(chǎn)生彈性形變的器件。

進一步地，自動掛鉤裝置10還包括編碼器自動測量機構（圖未示），用以側量每次夯擊的深度，編碼器自動測量機構在重物15離地的瞬間讀數(shù)，并存儲數(shù)據(jù)，方便隨時調(diào)取。

本方法的強夯機100只需一位司機即可開展夯擊工作，無須任何方式的人工輔助。而且，強夯機100的施工效率很高，以3000KN.m夯擊能為例，本方法的強夯機100夯擊一錘約45秒/擊;傳統(tǒng)的強夯機100每夯擊一錘約2分鐘/擊。（注：在國際市場，如中東強夯工地因安全距離要求，掛鉤測量人員要退到30米以外，才允許強夯機100起落鉤，每夯一錘耗時更長）。此外，本方法自動掛鉤裝置10利用恒力繩引導機構12在強夯機100工作過程中始終保持引導繩124處于張緊的狀態(tài)，能保證抓鉤器14順著引導繩124的引導方向準確快速自動抓住重物15。

②第二實施例

圖8至圖9是本方法第二實施例的恒力繩引導機構的剖視示意圖，如圖1、圖4、圖8和圖9所示，本實施例的自動掛鉤裝置10與第一實施例的自動掛鉤裝置10結構大致相同，不同點在于彈性結構125不同。

具體地，彈性結構125包括至少兩根彈簧125a和至少一個連接座125b，相鄰兩彈簧125a通過連接座125b實現(xiàn)連接，并使相鄰兩彈簧125a的軸線重合。

進一步地，連接座125b的形狀與導向筒126的橫截面形狀相同，連接座125b的周邊與導向腔101的腔壁相對或接觸設置。連接座125b沿軸線方向的相對兩端分別設有第一限位腔104和第二限位腔105，第一限位腔104用于限位容置一彈簧125a，第二限位腔105用于限位容置另一彈簧125a。

圖8和圖9僅繪示了兩根彈簧125a和一個連接座125b，但并不以此為限。定義其中一根彈簧125a為第一彈簧，定義另一根彈簧125a為第二彈簧，第一彈簧的一端抵靠在導向筒126的頂板126a上，第一彈簧的另一端限位在第一限位腔104內(nèi)，第二彈簧的一端限位在第二限位腔105內(nèi)，第二彈簧的另一端抵靠在活動座123上。

當抓鉤器14釋放重物15時，重物15在重力作用下自由下落至地面，重物15下落過程中，重物15通過引導繩124驅(qū)使活動座123向著靠近定滑輪組121的方向移動，并壓縮彈性結構125，彈性結構125依靠彈力張緊引導繩124，如圖1和圖8所示。

當卷揚13驅(qū)使抓鉤器14及抓住的重物15上移至預定高度時，抓鉤器14和重物15上移過程中，彈性結構125依靠彈力推動活動座123向著遠離定滑輪組121的方向移動，彈性結構125依靠彈力張緊引導繩124，直至彈性結構125依靠彈力驅(qū)使活動座123抵靠在導向筒126的底板126b上，如圖4和圖9所示。

③第三實施例

本方法還涉及一種強夯機自動掛鉤方法，該方法利用上述的自動掛鉤裝置10，該方法包括：

控制抓鉤器14釋放重物15，重物15在重力作用下自由下落至地面，重物15下落過程中，重物15通過引導繩124驅(qū)使活動座123向著靠近定滑輪組121的方向移動，并壓縮彈性結構125，彈性結構125依靠彈力張緊引導繩124;

控制卷揚13驅(qū)使抓鉤器14下移，抓鉤器14順著引導繩124的引導方向抓住重物15;

控制卷揚13驅(qū)使抓鉤器14及抓住的重物15上移，彈性結構125依靠彈力推動活動座123向著遠離定滑輪組121的方向移動，彈性結構125依靠彈力張緊引導繩124。

6.結束語

強夯機自動掛鉤施工技術是施工設備的創(chuàng)新、改進，通過設備的創(chuàng)新、改進達到無污染、高效率、安全、節(jié)約工程造價的目的。文中不妥之處希望得到指導。