CN104514201B - 桥梁顶升应用三轴并联机构 - Google Patents
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Abstract
一种桥梁顶升应用三轴并联机构，其包含有一静平台；一与静平台对应的动平台；两端分别活动设于静平台与动平台一端的第一顶升单元；两端分别活动设于静平台与动平台一侧的第二顶升单元；以及两端分别活动设于静平台与动平台另一侧的第三顶升单元。藉此，除可作为桥梁顶升工程使用之外，更有利于施工前的测试调整及校正工作，使桥梁具有原地进行养护、加固、调整高程高度及提升通水断面的优势，尤其以数个至数十个三轴并联机构配合控制桥梁同步顶升工法的需求，可使桥面保持原姿态同步上升，而可达到实时调整的功效，可避免桥梁因敲除重建所造成的污染、资源浪费，阻断交通以及社会成本的增加。
Description
技术领域
本发明是有关于一种桥梁顶升应用三轴并联机构，尤指一种除可作为桥梁顶升工程使用的外，更有利于施工前的测试调整及校正工作，使桥梁具有原地进行养护、加固、调整高程高度及提升通水断面的优势，尤其以数个至数十个三轴并联机构配合控制桥梁同步顶升工法的需求，可使桥面保持原姿态同步上升，而可达到实时调整的功效，可避免桥梁因敲除重建所造成的污染、资源浪费，阻断交通以及社会成本的增加者。
背景技术
全世界天气与地震异常，再加上区域的土地开发过度与水土保持不力，因此湍急的河川冲刷造成桥墩基桩裸露；山区土石流造成河道土石流淤积使桥梁净空高度不足；地下水超抽造成桥墩地基不稳及下陷等问题，再加上铁路、公路桥梁本身也有养护、加固等维修问题，整体规划桥梁顶升施工工法及规范迫不及待；尤其是汛雨期到来，豪雨及台风对桥梁对河道的影响越来越敏感，封桥、封路、淹水对人民的生命财产造成很大的威胁。
然，传统的桥梁同步顶升方法（如图6所示），利用多数个同排向的液压千斤顶７进行同步顶升，若是在桥墩８上同时固定六个100吨的液压千斤顶７，即可顶升600吨的桥体；但这样的做法，除了每一个千斤顶７下方的支撑架７１，要定位准确之外，即使同一厂牌规格的千斤顶７，在顶升过程中，也会因摩擦或泄漏问题而无法同步，且各千斤顶７以单点方式接触桥面，因此，在顶升过程中常会造成顶升点与桥面的局部应力集中，而使得千斤顶７容易产生损坏或支撑力不足的情形。
再者，由于顶升工法受桥梁型式及顶升目的多样性的影响，对施工变量影响很大，如何节省资源，且规范出最大的通用作法是施工前也要纳入的考虑。如此考虑的桥梁顶升施工工法，不但主要的设备未来也可再度使用，制定的施工流程也有助于施工效率提升。
有鉴于此，本案发明人特针对前述已用发明问题深入探讨，并藉由多年从事相关产业的研发与制造经验，积极寻求解决之道，经过长期努力研究与发展，终于成功的开发出本发明，不但可以以一模块取代二至三个千斤顶的整合作用，更可以执行垂直上下，左右与前后共三维移动的桥面对位调整。另外也可由一旋转自由度提供桥面随转弯而造成的桥面外侧较高的倾斜角度微调功能，藉以改善已用的种种问题。
发明内容
本发明主要目的在于，提供一种可进行上下，前后及左右三轴位移调整及一维桥面倾角调整的桥梁顶升应用三轴并联机构，其除可作为桥梁顶升工程使用之外，更有利于施工前的测试调整及校正工作，使桥梁具有原地进行养护、加固、调整高程高度及提升通水断面的优势，尤其可使桥面保持原姿态同步上升，而可达到即时调整的功效，可避免桥梁因敲除重建所造成的污染、资源浪费，阻断交通以及社会成本的增加。
为达上述目的，本发明一种桥梁顶升应用三轴并联机构，其包含有：一静平台；一与静平台对应的动平台；两端分别活动设于静平台与动平台一端的第一顶升单元；两端分别活动设于静平台与动平台一侧的第二顶升单元；以及两端分别活动设于静平台与动平台另一侧的第三顶升单元。
于本发明一实施例中，该第一顶升单元包含有一千斤顶、一设于千斤顶顶端的旋转轴连接座、一活动结合动平台与旋转轴连接座的枢轴、一设于千斤顶底部的连接头、一活动结合静平台与连接头的枢轴、及一连接该千斤顶的位移传感器，该旋转轴连接座包含有一与千斤顶结合的连接座、一与连接座活动结合的套筒、及一连接该连接座与套筒的旋转轴。
于本发明的一实施例中，该第二顶升单元包含有一千斤顶、一设于千斤顶顶端的压力传感器连接头、一活动结合动平台与压力传感器连接头的枢轴、一设于千斤顶底部的连接头、一活动结合静平台与连接头的枢轴、及一连接该千斤顶的位移传感器。
于本发明的一实施例中，该第三顶升单元包含有一千斤顶、一设于千斤顶顶端的压力传感器连接头、一活动结合动平台与压力传感器连接头的枢轴、一设于千斤顶底部的连接头、一活动结合静平台与连接头的枢轴、及一连接该千斤顶的位移传感器。
于本发明的一实施例中，该第一、第二及第三顶升单元更可进一步与一控制机构连接。
于本发明的一实施例中，该控制机构包含有一处理单元、一与处理单元连接的操作单元、一与处理单元连接的致动单元、一与处理单元连接的接收单元、及一与处理单元连接的输出单元。
与现有技术相比，本发明所取得的有益效果为：本发明利用动平台与桥体进行面接触，以防止应力集中，并以第一、第二、第三顶升单元及第一顶升单元上旋转轴的配合，可进行上下，前后及左右三轴位移调整及一维桥面倾角调整，除可作为桥梁顶升工程使用之外，更有利于施工前的测试调整及校正工作，使桥梁具有原地进行养护、加固、调整高程高度及提升通水断面的优势，尤其以数个至数十个三轴并联机构配合控制桥梁同步顶升工法的需求，可使桥面保持原姿态同步上升，而可达到即时调整的功效，可避免桥梁因敲除重建所造成的污染、资源浪费，阻断交通以及社会成本的增加。
附图说明
图1为本发明外观示意图。
图2为本发明分解示意图。
图3为本发明坐标系建立示意图。
图4为本发明的平移运动示意图。
图5本发明的倾斜角度示意图。
图6为已用的支撑工法示意图。
组件标号对照：
静平台１；
动平台２；
第一顶升单元３；
千斤顶３１；
旋转轴连接座３２；
连接座３２１；
套筒３２２；
旋转轴３２３；
枢轴３３、３５；
连接头３４；
位移传感器３６；
第二顶升单元４；
千斤顶４１；
压力传感器连接头４２；
枢轴４３、４５；
连接头４４；
位移传感器４６；
第三顶升单元５；
千斤顶５１；
压力传感器连接头５２；
枢轴５３、５５；
连接头５４；
位移传感器５６；
控制机构６；
处理单元６１；
操作单元６２；
致动单元６３；
接收单元６４；
输出单元６５；
千斤顶７；
支撑架７１；
桥墩８。
具体实施方式
请参阅图1、2、3、4及图5所示，为本发明的外观示意图、本发明的分解示意图、本发明的坐标系建立示意图、本发明的平移运动示意图及本发明的倾斜角度示意图。如图所示：本发明一种桥梁顶升应用三轴并联机构，其至少由一静平台１、一动平台２、一第一顶升单元３、一第二顶升单元４以及一第三顶升单元５所构成。
上述所提的静平台１与动平台２分别呈上、下对应状态。
该第一顶升单元３的两端分别活动设于静平台１与动平台２的一端，而该第一顶升单元３包含有一千斤顶３１、一设于千斤顶３１顶端的旋转轴连接座３２、一活动结合动平台２与旋转轴连接座３２的枢轴３３、一设于千斤顶３１底部的连接头３４、一活动结合静平台１与连接头３４的枢轴３５、一连接该千斤顶３１的位移传感器３６，且该旋转轴连接座３２包含有一与千斤顶３１结合的连接座３２１、一与连接座３２１活动结合的套筒３２２、及一连接该连接座３２１与套筒３２２的旋转轴３２３。
该第二顶升单元４其两端分别活动设于静平台１与动平台２的一侧，而该第二顶升单元４包含有一千斤顶４１、一设于千斤顶４１顶端的压力传感器连接头４２、一活动结合动平台２与压力传感器连接头４２的枢轴４３、一设于千斤顶４１底部的连接头４４、一活动结合静平台１与连接头４４的枢轴４５、及一连接该千斤顶４１的位移传感器４６。
该第三顶升单元５其两端分别活动设于静平台１与动平台２的另一侧，而该第三顶升单元５包含有一千斤顶５１、一设于千斤顶５１顶端的压力传感器连接头５２、一活动结合动平台２与压力传感器连接头５２的枢轴５３、一设于千斤顶５１底部的连接头５４、一活动结合静平台１与连接头５４的枢轴５５、及一连接该千斤顶５１的位移传感器５６。
当本发明于运用时，可以控制机构６连接该第一、第二及第三顶升单元３、４、５，而该控制机构６包含有一处理单元６１、一与处理单元６１连接的操作单元６２、一与处理单元６１连接的致动单元６３、一与处理单元６１连接的接收单元６４、及一与处理单元６１连接的输出单元６５，而使用时以致动单元６３与第一、第二及第三顶升单元３、４、５的千斤顶３１、４１、５１与旋转轴连接座３２连接，且使位移传感器３６、４６、５６及压力传感器连接头４２、５２与接收单元６４连接。
如此，即可利用动平台２与桥体（图未示）进行面接触，以防止应力集中，并以操作单元６２配合处理单元６１，让致动单元６３启动各千斤顶３１、４１、５１，并以旋转轴连接座３２、压力传感器连接头４２、５２、枢轴３３、３５、４３、４５、５３、５５、连接头３４、４４、５４的配合，藉以进行桥体直线三维移动与一维角度调整，且使接收单元６４依据位移传感器３６、４６、５６及旋转轴连接座３２、压力传感器连接头４２、５２接收各千斤顶３１、４１、５１目前的移动位置及受力是否有压力不均匀的状况讯号（即检查本发明千斤顶是否有虚腿现象），并由处理单元６１运算后以输出单元６５加以显示，而供操作人员依据该数据进行调整及校正工作。
而该第一、第二及第三顶升单元３、４、５的千斤顶３１、４１、５１于动作时可由图3观之，其分别以A1、A2、A3为原点建立坐标系，其中，Xi(i=1、2、3)轴与相应的边平行，Zi(i=1、2、3)轴垂直向上，Yi轴(i=l、2、3)的方向按照右手原则确定，选择A1、X1、Y1、Z1坐标系为固定坐标系，其它两个坐标系为参考坐标系。该图3中，θ1、θ2、θ3分别表示第一顶升单元３的A1、A3与Z1轴，第二顶升单元４的B1、B3与Z2轴以及第三顶升单元５的C1、C3与Z3轴正向间的夹角，从Xi轴负方向看，逆时针方向为正，li（i=1、2、3）表示第一、第二及第三顶升单元３、４、５的长度。
由于实现桥梁同步顶升工法时，受千斤顶执行效率与静平台１定位不易的影响，由桥面靠三轴并联机构动平台２的姿态来调整所需要的空间对位讯息，是要靠控制机构６来执行，由接收单元６４所感测的位移及压力状况，经由６１处理单元识别，再由致动单元６３送出同步顶升的驱动指令。
本发明可执行动平台２的三维X1、X2、及X3方向平移桥梁调整，另外在旋转轴连接座３２也可有不同的桥面道路倾斜角度的设计，可以绕着轴调整桥面受路面转弯弯度影响，所要执行的倾斜角度的需要，以达到桥梁顶升时具有桥梁所需的位移及倾斜角度的调整功能（如图4及图5），进而使本发明可达到至少下列优点：
1.施工方法简单易于操作。
2.派修、测试容易。
3.可调整倾斜角度以及偏移距离。
4.可执行交通不中断的桥梁同步顶升工法。
5.减少拖架使用量、易于定位平面。
6.能避免桥梁受损。
7.利用动平台顶升较多点顶升更安全有效。
8.模块化设计对施工前安装，施工中程控、施工后的保养、维修工作均较为方便。
9.同步顶升的准确度及重现性均可透过事前的测试完成(三个千斤顶间的校正、调整)。
10.智能监控可以减少施工中危险，并能实时发现施工中的问题。
11.整合营造包商、液压***、机电整合***产业，聚集各产业的技术，进行常态性桥梁受损的顶升工程。
12.每次汛雨期，桥梁淹水/封桥均造成居民及用桥人极大的不便，因此能实时且有效的进行桥梁维修，可协助政府解决人民出行安全。
综上所述，本发明桥梁顶升应用三轴并联机构可有效改善已用的种种缺点，可利用动平台与桥体进行面接触，以防止应力集中，并以第一、二及第三顶升单元的配合进行垂直、左右及上下移动，除可作为桥梁顶升工程使用之外，更有利于施工前的测试调整及校正工作，使桥梁具有原地进行养护、加固、调整高程高度及提升通水断面的优势，尤其以数个至数十个三轴并联机构配合控制桥梁同步顶升工法的需求，可使桥面保持原姿态同步上升，而可达到实时调整的功效，可避免桥梁因敲除重建所造成的污染、资源浪费，阻断交通以及社会成本的增加；进而使本发明产品能更有效、更实用、更符合消费者使用所须，确已符合发明专利申请要件，爰依法提出专利申请。
惟以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施范围；故，凡依本发明权利要求书及发明说明书内容所作的简单等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖范围内。
Claims (6)
1.一种桥梁顶升应用三轴并联机构，其特征在于包括有：
一静平台；
一动平台，与静平台对应；
一第一顶升单元，其两端分别活动设于静平台与动平台的一端，且该第一顶升单元包含有一千斤顶、一设于千斤顶顶端的旋转轴连接座、一活动结合动平台与旋转轴连接座的枢轴、一设于千斤顶底部的连接头、一活动结合静平台与连接头的枢轴及一连接该千斤顶的位移传感器；
一第二顶升单元，其两端分别活动设于静平台与动平台的一侧；以及
一第三顶升单元，其两端分别活动设于静平台与动平台的另一侧。
2.根据权利要求１所述的桥梁顶升应用三轴并联机构，其特征在于，该旋转轴连接座包含有一与千斤顶结合的连接座、一与连接座活动结合的套筒及一连接该连接座与套筒的旋转轴。
3.根据权利要求１所述的桥梁顶升应用三轴并联机构，其特征在于，该第二顶升单元包含有一千斤顶、一设于千斤顶顶端的压力传感器连接头、一活动结合动平台与压力传感器连接头的枢轴、一设于千斤顶底部的连接头、一活动结合静平台与连接头的枢轴及一连接该千斤顶的位移传感器。
4.根据权利要求１所述的桥梁顶升应用三轴并联机构，其特征在于，该第三顶升单元包含有一千斤顶、一设于千斤顶顶端的压力传感器连接头、一活动结合动平台与压力传感器连接头的枢轴、一设于千斤顶底部的连接头、一活动结合静平台与连接头的枢轴及一连接该千斤顶的位移传感器。
5.根据权利要求１所述的桥梁顶升应用三轴并联机构，其特征在于，该第一、第二、第三顶升单元与一控制机构连接。
6.根据权利要求5所述的桥梁顶升应用三轴并联机构，其特征在于，该控制机构包含有一处理单元、一与处理单元连接的操作单元、一与处理单元连接的致动单元、一与处理单元连接的接收单元及一与处理单元连接的输出单元。
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