一种能实时监测塔底水平度和快速调平的自立式塔机底架的制作方法

本发明属于起重机械，更具体讲涉及一种能实时监测塔底水平度和快速调平的自立式塔机底架。

背景技术：

1、风力发电作为清洁可再生能源，越来越受到世界各国的重视。随着风力发电设备逐渐向大型化的方向发展，更高塔架、更大叶轮、更大容量对自立式风电吊装塔机的安全性和使用性能提出了更高要求。在自立式塔机安装及使用过程中的稳定性和转场效率，对整个风场建设的工程进度有着直接影响，尤其是底架阔面支腿水平度的调整和塔身垂直度的保证至关重要。

2、自立式塔式起重机是塔机上部通过与底架结构连接后站立在地面上，将载荷传递至地面基础，底架结构可以通过预埋式基础、地锚式底架或者压重式底架与地面连接。预埋式底架的造价低、费用少，但是不能重复利用，而且拆卸困难，一般适合工期长、塔机转场不频繁的场合。地锚式或压重式底架一般采用箱梁结构，造价较高，虽然可以重复利用，但是因为底架受力复杂、结构尺寸较大、很笨重，具有安装困难、不方便转场和运输的缺点。由于风电吊装塔机每台工程建设周期很短，约为5～7天，转场非常频繁，底架部分需要经常拆装，且考虑到地质基础的差异性、施工的经济性、安装拆卸及运输的便捷性，底架需要适应地基承载力要求低、基础简单处理、不做永久性基础、结构轻巧等全地形地质基础的施工要求，为此本技术人在2021年提出了一项名称为《适用于全地形弱地压抗倾斜的风电吊装塔机桁架式底架》、申请号为2021205754119的申请并获得了授权。此项专利也的确能够满足地基承载力要求低、抗倾斜、基础简单的全地形地质基础的施工要求，能够兼容多种地质基础的差异性，具有受力合理、结构轻巧、自重轻、造价低、便于安装和拆卸、方便转场和运输、操作方便的优点，尤其适合与工期短、转场频繁的风电吊装塔机配用。

3、虽然上述专利所保护的技术方案得到广泛推广应用，但本技术人在跟踪和汇总客户售后使用反馈意见时发现了以下需要优化和完善的地方，具体表现如下：上述专利技术方案中四个阔面支腿的调平部件均是由安装在每个支腿座与十字型塔机底架之间均的高度调节式球铰组件（3’）来实现，高度调节式球铰组件（3’）则包括由圆柱体加工而成的上部为半球头结构、下部为外螺纹段的球柱（3’—2），内腔为与半球结构相匹配的半球凹槽、且固定在十字型塔机底架最远端下底面的传统球铰座（3’—1），内腔为与外螺纹段相匹配的内螺纹腔、且固定在支座顶面的高强度螺栓（3’—3）（参见图5）。当底架四个阔面支腿需要调平时，需要先现场现支液压千斤顶来顶升需要调整高度的阔面支腿，再通过高强度螺栓（3’—3）旋拧调整支撑来完成阔面支腿高度的调整，这样液压千斤顶需要在四个阔面支腿间来回移用，调平效率慢、现场工人劳动强度较大，调平过程费时费力，大大影响了风电吊装塔式起重机的整体安装效率。因此针对上述现有技术现状中存在的不足之处，需要改进和完善目前现有的高度调节式球铰组件，轻松实现底架四个阔面支腿的快速调平；同时为了提高塔机在安装和使用过程中安全性，还需要能够随时监测和确保塔底水平度和塔身垂直度——即需要实时监测和及时调整塔底的水平度，即也是为后续拼接的塔身垂直度奠定了良好基础保证。

技术实现思路

1、本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供的一种能实时监测塔底水平度和快速调平的自立式塔机底架。利用本发明能够在十字型塔机底架的安装过程及塔机正常工作过程中对四个阔面支腿的水平度进行自动实时监测和轻松快速调平，大大减少了塔底水平度的调整时间，大幅降低现场工人劳动强度，也为后续拼装塔身的垂直度奠定了良好基础，能够明显提高十字型塔机底架及整体塔机的安装效率和沉降分析效率，降低施工成本，保证整体塔机的安全性，实现了对能够兼容多种地质基础、抗倾斜、便于安装和拆卸、方便频繁转场和运输的十字型塔机底架的完善和升级。本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

2、本发明的一种能实时监测塔底水平度和快速调平的自立式塔机底架，包括横截面相同、自下而上依次叠置的十字型中心底架、底架过渡节和塔底基础节（十字型中心底架与外延连接的四根一字梁组成桁架式结构的十字型塔机底架；一方面十字型塔机底架作为底架过渡节和塔底基础节的安装基础和支撑基础，塔机上部载荷通过塔身弦杆、腹杆部分以及斜支撑传给十字型塔机底架，承受压力和拉力；另一方面桁架式结构的十字型塔机底架能够满足地基承载力要求低、抗倾斜、基础简单的全地形地质基础的施工要求，能够兼容多种地质基础的差异性，具有受力合理、结构轻巧、自重轻、造价低、便于安装和拆卸、方便转场和运输、操作方便的优点，尤其适合与工期短、转场频繁的风电吊装塔机配用），分别铰接在十字型中心底架四个拐点处、并向外延伸的一字梁（四根一字梁与十字型中心底架组成桁架式结构的十字型塔机底架；一字梁能够根据工作或运输的需要快速张开或合拢，具有方便转场、便于装拆、运输便捷、操作简单、使用方便的优点），分别铰接在四根一字梁的远端顶面和塔底基础节对应侧的基础节弦杆上部之间的四根斜撑杆（支撑在塔底基础节上部和十字型塔机底架之间，传递塔机上部载荷），分别支撑在一字梁远端底部的四套支腿座以及阔面支腿（通过阔面支腿可以大大减小接地压力，能够满足地基承载力要求低、基础简单的全地形地质基础的施工要求，能够兼容多种地质基础的差异性；支腿座用于支撑一字梁的远端）；在四根高度相同的一字梁顶面上固定附着有一套与十字型中心底架共轴线布置的水平度监测系统（本发明借助水平度监测系统能够在自立式塔机底架的安装过程及塔机正常工作过程中对四个阔面支腿的水平度进行自动实时监测，为液压调平装置及时提供准确的调整参数），在四根一字梁的远端底部与对应的支腿座之间均安装有一套液压调平装置（配合水平度监测系统所提供的调平警示和调整参数，本发明借助液压调平装置能够在十字型塔机底架的安装过程及塔机正常工作过程中对四个阔面支腿的水平度轻松实现快速调平，大大减少了塔底水平度的调整时间，大幅降低现场工人劳动强度，也为后续拼装塔身的垂直度奠定了良好基础，能够明显提高十字型塔机底架及整体塔机的安装效率和沉降分析效率，降低施工成本，保证整体塔机的安全性——即只要确保了四个阔面支腿的水平度就能保证四组支腿座以及阔面支腿受力均匀，这样既避免了基础沉降产生误差而导致设备出现危险，又提高了塔机整体抗倾斜能力，能够满足地基不平整、基础简单的全地形地质基础的施工要求，能够兼容多种地质基础的差异性，实现了对能够兼容多种地质基础、抗倾斜、便于安装和拆卸、方便频繁转场和运输的十字型塔机底架的完善和升级）；所述水平度监测系统包括以四根液力管道为四边、四个静力水准仪为顶点构成的方形防冻液流通回路和同时与四个静力水准仪电相连的塔机底架水平检测仪（在液力管道内部装有防冻液介质，当四个静力水准仪对应所测点出现相对沉降时，静力水准仪中的相关传感器会自动实时监测出该测试点的液位变化量并及时反馈给塔机底架水平检测仪，塔机底架水平检测仪（8-3）采集数据后进行存储并自动做出对应不同的处理——例如水平偏差大报警、modbus故障指示、plc工作指示、数据显示功能等等，为是否需要对相应测试点所在的阔面支腿进行水平度调整提供警示，为需要调平的阔面支腿的高度调整量提供调整参数）；所述液压调平装置包括通过法兰盘安装在支腿座上方的缸体、与缸体配套的活塞杆、旋装在活塞杆上端部的梯形螺母、底部以螺纹结合方式旋装到缸体上部的内腔中而顶端面支撑着梯形螺母底面的套盖、固定在一字梁远端底板上的球铰座（当十字型塔机底架中的某个阔面支腿需要调平时，只需启动该阔面支腿对应液压调平装置中由缸体、活塞杆、套盖及供油系统构成的液压缸，就能够轻松提供高度调整所需的顶升动力，大幅降低现场工人劳动强度，轻松实现快速调平，明显提高十字型塔机底架及整体塔机的安装效率和沉降分析效率降低施工成本，轻松快速调平；利用法兰盘与螺栓的配合，实现液压缸与支腿座的快速连接；梯形螺母用于锁紧活塞杆，并通过梯形螺纹结合在一起传递上部载荷；球铰座与活塞杆通过半球面结构相结合，在两者接触传递上部载荷的同时还具有自调平功能，提高了塔机整体抗倾斜能力），所述活塞杆的顶端加工成半球头结构，在活塞杆的上半段外表面加工有与梯形螺母匹配的梯形螺纹，在所述球铰座的底面中心加工有向上延伸、且与活塞杆的半球头结构相匹配的半球凹槽（活塞杆的半球头结构与球铰座的半球凹槽之间为球面配合，具有自调平功能，提高了塔机整体抗倾斜能力）。

3、本发明中所述套盖的内腔与活塞杆的下半段外表面之间为间隙配合（既能够相对上下伸缩，又具有导向作用），套盖的内腔与活塞杆的上半段螺纹表面之间留有相对伸缩的运动缝隙（确保活塞杆的上半段螺纹表面与套盖的内腔之间不存在运动干涉）；所述套盖的外表面为阶梯圆柱结构，阶梯圆柱的下半段为小径段、且加工有外螺纹（保证套盖的下半段以螺纹结合方式嵌装在缸体的上部内腔中）；在所述缸体的上部内腔面加工有套盖的外螺纹相匹配的内螺纹（与套盖的下半段以螺纹结合方式紧固），在缸体的顶端面上加工有定位卡嵌套盖的嵌装槽（便于快速定位卡嵌套盖），在缸体的侧壁开设有进油孔和出油孔（使液压缸连通供油系统），法兰盘环套焊接在缸体中间段的外表面，缸体的底部沉入支腿座的内腔中（利用法兰盘与螺栓的配合，实现液压缸的缸体与支腿座的快速连接；缸体的底部沉入支腿座的内腔中，能够降低液压调平装置的悬出高度）。

4、在本发明中所述球铰座中的半球凹槽的槽底正中心加工有嵌装定位螺钉的阶梯沉孔；在所述活塞杆的半球头结构上与阶梯沉孔对应的位置加工有与定位螺钉相匹配的螺纹内孔（在对应阔面支腿调平后，在阶梯沉孔和螺纹内孔内安装上定位螺钉，限定球铰座的自由度）。

5、本发明中所述塔底基础节的横截面与上面待拼装的塔身标准节的横截面相同，且两者通过由两片抱瓦、两个上下配对的连接头、一组螺栓组合成的哈弗抱瓦连接件相连接（能够实现上下被连节段的准确定位和快速拼接，大大提高了安装效率，同时具有结构简单、成本低、重复利用的优点）；所述哈弗抱瓦连接件中两片对称的抱瓦对扣并通过螺栓连接后形成一个用于卡嵌两个上下配对的连接头的定位腔（定位腔能够快速实现上下配对的连接头共轴线布置，避免了轴线偏移误差，即保证了上下被连节段能够快速准确地对正位置和快速卡嵌在一起，具有准确定位和拼接效率高的优点），上下两个连接头的接触结合端配加工有快速定位榫卯结构（便于上下两个连接头快速定位）；其中在塔底基础节中的四根基础节弦杆顶端焊接固定有位于下部的连接头。

6、本发明中所述液力管道采用有机透明玻璃管（方便目测）；所述静力水准仪为外购标准件。

7、本发明的设计原理如下：

8、本发明是对申请号为2021205754119、名称为《适用于全地形弱地压抗倾斜的风电吊装塔机桁架式底架》的进一步完善和升级。本发明是在原有能够兼容多种地质基础、抗倾斜、便于安装和拆卸、方便频繁转场和运输的十字型塔机底架的基体结构上，一方面对设置在四根一字梁的远端底部与对应的支腿座之间、需要现场现支液压千斤顶来顶升后通过旋拧高强度螺栓来调整支腿高度的高度调节式球铰组件改进为液压调平装置，另一方面新增设了水平度监测系统。

9、本发明新增设的水平度监测系统包括以四根液力管道为四边、四个静力水准仪为顶点构成的方形防冻液流通回路和同时与四个静力水准仪电相连的塔机底架水平检测仪。由于在液力管道内部装有防冻液介质，当四个静力水准仪对应所测点出现相对沉降时，静力水准仪中的相关传感器会自动实时监测出该测试点的液位变化量并及时反馈给塔机底架水平检测仪，塔机底架水平检测仪采集数据后进行存储并自动做出对应不同的处理——例如水平偏差大报警、modbus故障指示、plc工作指示、数据显示功能等等，因此借助本发明新增设的水平度监测系统能够在十字型塔机底架的安装过程及塔机正常工作过程中对四个阔面支腿的水平度进行自动实时监测，为是否需要调平提供警示，为液压调平装置及时提供准确的调整参数。

10、本发明新改进的液压调平装置包括通过法兰盘安装在支腿座上方的缸体、与缸体配套的活塞杆、旋装在活塞杆上端部的梯形螺母、底部以螺纹结合方式旋装到缸体上部的内腔中而顶端面支撑着梯形螺母底面的套盖、固定在一字梁远端底板上的球铰座。当十字型塔机底架中的某个阔面支腿需要调平时，配合着配合水平度监测系统所提供的调平警示和调整参数，只需启动该阔面支腿对应液压调平装置中由缸体、活塞杆、套盖及供油系统构成的液压缸，就能够轻松提供高度调整所需的顶升动力，大幅降低现场工人劳动强度，轻松实现快速调平。同时球铰座与活塞杆通过半球面结构相结合，在两者接触传递上部载荷的同时还具有自调平功能，提高了塔机整体抗倾斜能力。

11、另外，本发明中所保留的传统十字型塔机底架的基体结构中：四根一字梁与十字型中心底架组成了桁架式结构的十字型塔机底架，一方面十字型塔机底架作为底架过渡节和塔底基础节的安装基础和支撑基础，塔机上部载荷通过塔身弦杆、腹杆部分以及斜支撑传给十字型塔机底架，承受压力和拉力；另一方面桁架式结构的十字型塔机底架能够满足地基承载力要求低、抗倾斜、基础简单的全地形地质基础的施工要求，能够兼容多种地质基础的差异性，具有受力合理、结构轻巧的优点。分别在一字梁远端底部设计有四套支腿座以及阔面支腿，通过阔面支腿可以大大减小接地压力，能够满足地基承载力要求低、基础简单的全地形地质基础的施工要求，能够兼容多种地质基础的差异性。塔底基础节与上部的塔身标准节之间以及塔身标准节之间都采用哈弗抱瓦连接件相连接，能够实现上下被连节段的准确定位和快速拼接，大大提高了安装效率，同时具有结构简单、成本低、重复利用的优点。一字梁分别铰接在十字型中心底架四个拐点处、并向外延伸，能够根据工作或运输的需要快速张开或合拢，具有方便转场、便于装拆、运输便捷、操作简单、使用方便的优点。

12、综上所述，利用本发明能够在十字型塔机底架的安装过程及塔机正常工作过程中对四个阔面支腿的水平度进行自动实时监测和轻松快速调平，大大减少了塔底水平度的调整时间，大幅降低现场工人劳动强度，也为后续拼装塔身的垂直度奠定了良好基础，能够明显提高十字型塔机底架及整体塔机的安装效率和沉降分析效率，降低施工成本，保证整体塔机的安全性，实现了对能够兼容多种地质基础、抗倾斜、便于安装和拆卸、方便频繁转场和运输的十字型塔机底架的完善和升级。

13、本发明的有益技术效果如下：

14、利用本发明能够在十字型塔机底架的安装过程及塔机正常工作过程中对四个阔面支腿的水平度进行自动实时监测和轻松快速调平，大大减少了塔底水平度的调整时间，大幅降低现场工人劳动强度，也为后续拼装塔身的垂直度奠定了良好基础，能够明显提高十字型塔机底架及整体塔机的安装效率和沉降分析效率，降低施工成本，保证整体塔机的安全性，实现了对能够兼容多种地质基础、抗倾斜、便于安装和拆卸、方便频繁转场和运输的十字型塔机底架的完善和升级。