一种塔吊顶升作业模型

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1.本实用新型属于体验式安全教育教学领域，更具体地，涉及一种塔吊顶升作业模型。

背景技术：

2.塔式起重机，简称塔吊，是建筑工程施工期间承担设备材料垂直运输的大型施工设备，为适应建筑工程随施工进展高度增长或减小的需要，塔吊设计有依靠自身附带的顶升系统，通过逐节增加或逐节减少实现塔吊高度变化。因塔吊体量大、顶升作业过程复杂，顶升过程采取平衡受力体系，使塔吊顶升作业具有很高的安全风险。
3.为防控塔吊顶升作业安全风险，传统采用了师傅带徒弟，现在有了课堂教学培训，但塔吊顶升的技能性，往往起不到效果，进而导致作业人员素质不高，进一步加大了顶升作业安全风险。中国专利cn2018212430108提供了一种塔吊顶升与拆除程序作业体验式培训装置，通过消除影响作业培训安全的机构，实现低风险的体验式操作训练，但其体量仍较大，体积约6*3*15米，重约10余吨，成本高，不便于大量安装使用；中国专利cn2021205147652提供了一种基于物联网的塔吊程序式作业考核装置，在满足低风险的基础上，模型体量大幅缩小，可以搬运至室内使用，其体积约1.0*0.8*2.3立米，重约150公斤，具有低风险、小体量、低成本优点。但上述装置均不能满足流动教学培训的需要。

技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种塔吊顶升作业模型，具有实际操作功能，其微型化设计可使塔吊顶升作业实践不受时空影响，满足流动教学培训的需要。
5.为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种塔吊顶升作业模型，包括塔身及顶升系统；
6.所述塔身包括从下往上依次竖向叠置的基础板及多个标准节；
7.所述顶升系统包括顶升套架、电动顶升缸、活动爬爪、顶升横梁；
8.所述顶升套架套设于所述塔身四周并可相对塔身上下滑动；所述电动顶升缸的上端与所述顶升套架连接，下端与所述顶升横梁连接，用于为顶升套架的上下移动提供动力；
9.所述顶升套架一侧设有标准节引入口，所述引入口底部朝顶升套架外侧设有放置标准节的引进平台，标准节可通过侧面底部的可拆卸滚轮，经滑轨在引进平台与套架内水平滑动，以加减标准节；
10.所述标准节的相邻两根竖杆a、b均连接相同的集成制造的踏步装置，两个所述踏步装置位于同一水平线，所述踏步装置包括至少两个踏步，在顶升作业时作为所述活动爬爪或顶升横梁的支撑件；
11.顶升套架还包括与所述相邻两根竖杆a、b所在的面平行的两根竖杆c、d，所述两根竖杆上均设置所述活动爬爪，两个所述活动爬爪位于同一水平线；活动爬爪在顶升套架上
下移动时，处于竖直状态，在需要支撑套架及其上部重量时，处于水平状态。
12.优选地，所述踏步装置包括螺孔，所述踏步装置通过所述螺孔与所述相邻两根竖杆a、b连接。
13.优选地，通过设置于套架上的导向轮实现顶升套架相对于塔身的上下移动。
14.优选地，所述踏步片包括2个踏步及3个螺孔；
15.非顶升加节状态下，所述塔身包括3个标准节，所述顶升套架的高度为标准节高度的2.5倍；
16.进行顶升作业时，当所述活动爬爪位于从塔身顶部往下数的第4对踏步上时，所述顶升横梁位于从塔身顶部往下数的第6对踏步上，通过2次顶升循环可增加或减少1个标准节。
17.优选地，还包括监控模块，所述监控模块包括顶升横梁就位状态感知传感器、油缸伸缩长度及位移感知传感器、活动爬爪状态感知传感器、标准节引进就位感知传感器、塔身顶标准节连接状态感知传感器、顶升套架倾斜状态感知传感器、作业环境风速感知传感器。
18.优选地，所述电动顶升缸上端与所述顶升套架的横梁铰接，下端与顶升横梁铰接。
19.优选地，模型的材料为铝合金型材、薄壁型钢材或木材。
20.优选地，所述基础板的尺寸为220*220*4mm，所述标准节的尺寸为160*160*160mm，所述顶升套架的尺寸为200*200*400mm。
21.优选地，所述踏步呈弯钩状。
22.优选地，模型可按照比例缩小或放大制造。
23.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
24.1、本实用新型提供的塔吊顶升作业模型，依据塔吊顶升2次循环作业程序，设计了具有顶升功能、同时设备形状与原型实物塔吊相似、具有实际操作功能的便携式微型模型，主要应用于建筑施工塔吊设备2次循环顶升加节以及降节作业场景的实际操作学习，具有轻量化、可随身携带、方便教学等优点，其微型化可使塔吊顶升作业实践不受时空影响。
25.2、本实用新型提供的塔吊顶升作业模型，通过功能、空间耦合方法，将空间相连标准节间主弦杆上的至少两个踏步功能性零件集成为片式单部件，即踏步片，并通过螺孔固定安装于标准节弦杆(即竖杆)内侧，降低了踏步的制造加工及安装难度，满足踏步功能需要，且安装便利。
附图说明
26.图1是本实用新型提供的塔吊顶升作业模型示意图；
27.图2是本实用新型提供的可拆卸滚轮示意图；
28.图3是本实用新型提供的引进机构示意图；
29.图4是本实用新型提供的活动爬爪及顶升导向轮布设图；
30.图5是本实用新型提供的活动爬爪示意图；
31.图6是本实用新型提供的踏步装置示意图。
32.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-基础板，2-标准节，3-踏步，4-顶升套架，5-顶升横梁，6-顶升油缸，7-导向轮，8-活动爬爪，9-引进平
台，10-轨道，13-踏步装置，14-螺孔，15-c型件，16-转轴，17-转轮。
具体实施方式
33.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
34.本实用新型提供一种塔吊顶升作业模型，如图1所示，包括塔身及顶升系统；
35.所述塔身包括从下往上依次竖向叠置的基础板1及多个标准节2。
36.所述顶升系统包括顶升套架4、电动顶升缸、活动爬爪8、顶升横梁5；
37.所述顶升套架4套设于所述塔身四周并可相对塔身上下滑动；所述电动顶升缸的上端与所述顶升套架4连接，下端与所述顶升横梁5连接，用于为顶升套架4的上下移动提供动力。
38.具体地，所述顶升套架包括四根均沿竖直方向设置的竖杆、连接任意两根相邻竖杆的横杆。各竖杆长度相同，各横杆的长度相同，整体呈长方形。
39.所述标准节包括四根均沿竖直方向设置的竖杆、连接任意两根相邻竖杆的横杆，各竖杆长度相同，各横杆的长度相同，横杆与竖杆的长度可相同或不同，整体呈正方形或长方形。
40.标准节与标准节之间、及标准及基础板之间通过螺栓连接，顶升作业结束后，位于顶升套架的顶部的横杆与塔身标准节立杆可通过螺栓连接。
41.所述电动顶升缸包括顶升油缸6及驱动电机。
42.优选地，通过设置于套架上的导向轮7实现顶升套架相对于塔身的上下平稳移动。
43.所述顶升套架套设于所述塔身四周并可通过所述导向轮相对塔身上下移动，相应地，套架双向宽度均比标准节大一个导向轮间隙。
44.具体地，导向轮在顶升套架上的设置方式是多种多样的，只要能实现顶升套架相对于塔身的上下移动即可。
45.例如：在顶升套架上增设与分别与标准节的各侧面平行的竖杆(最多八根)，将导向轮设置于增设的竖杆上，导向轮的一端固定于所述竖杆上，另一端与标准节的竖杆接触，从而实现顶升套架相对于塔身的上下移动。
46.又例如：将导向轮设置在构成顶升套架的四根竖杆上，导向轮的一端固定于所述竖杆上，另一端与标准节的竖杆接触，从而实现顶升套架相对于塔身的上下移动。
47.所述顶升套架4一侧设有标准节引入口，所述引入口底部朝顶升套架4外侧设有放置标准节2的引进平台9，标准节2可通过侧面底部的可拆卸滚轮，经滑轨在引进平台9与套架内水平滑动，以增加或减少标准节2。
48.具体地，在顶升作业时，标准节通过引进机构引进或移出顶升套架内。
49.引进机构包括引进平台、轨道，所述引进平台的一端通过活动合页连接于所述顶升套架，并与设置于所述顶升套架内的轨道在同一水平面，另一端通过斜杆与所述顶升套架固定连接，所述标准节可通过安装于底部侧面的可拆卸滚轮在轨道上滑动。
50.具体地，通过标准节的底部侧面安装可拆卸滚轮，在进行顶升作业时，可对标准节
进行推拉引进，以完成加节或减节。如图1所示，两根轨道10(也即滑轮轨道)相互平行，一端与顶升套架的横杆连接并至于塔身内，另一端设置于引进平台上(即平行横跨引进平台及套架内部)；引进平台9的一端通过活动合页连接于顶升套架4，并保证位于引进平台上的轨道10与位于套架内的轨道10在同一水平面，平台的另一端通过外上向斜拉杆连接塔身套架4或下向斜压杆用螺栓固定于顶升套架4上，在套架上顶升侧安装顶升油缸6及驱动电机。
51.所述可拆卸滚轮的结构如图2所示，图中的左、右为可拆卸滚轮组件的不同方向的侧视图，包括、c型件15、转轮17及转轴16，转轮与c型件通过中心轴连接，转轮通过c型件设置于标准节底部的横杆上，位于标准节底部的外侧面。标准节加减作业时，转轴16插入待加减标准节立杆下的连接螺栓孔，滚轮组件以此为中心轴向标准节内侧转动，直到c型件扣于标准节横杆，拆除时，将滚轮组件向外侧转动，然后整体上提组件。也即，转轴插入标准节与标准节连接螺栓孔，以此为中心旋转，使c型件扣于待加减标准节横杆，待加减标准节重量通过支撑转轮传至轨道，推拉待加减标准节，支撑转轮沿轨道滚动，实现引进或移除标准节
52.优选地，c型件长度50mm，厚度3mm，内空等于标准节横杠截面高；转轮的外径为2/3c型件高，其中心轴固定于c型件的1/3高；转轴的直径为3mm，长度为2/3c型件高。
53.可以理解的是，由于可拆卸滚轮位于标准节底部的外侧面，因此，两根轨道的间距大于标准节的宽度，加节时，将顶升套架到位后，轨道略高于(0.5-1cm内)塔身顶部，如图3所示，将可拆卸滚轮安装于在标准节的底部的外侧面，并放置于引进平台的轨道10上，沿着轨道将标准节滑入套架内，对准塔身顶部后，卸下标准节上的可拆卸滚轮，由于轨道略高于塔身顶部，即存在一定的高度差，因此卸下标准节上的可拆卸滚轮后，标准节失去支撑，落在塔身顶部上，与塔身顶部的标准节接触，将新增的标准节与塔身顶部的标准节进行固定，完成加节作业。
54.所述标准节的顶升侧相邻两根竖杆a、b均连接相同的集成制造的踏步装置13，两个所述踏步装置位于同一水平线，所述踏步装置包括至少两个踏步3，在顶升作业时作为所述活动爬爪或顶升横梁的支撑件。
55.优选地，所述踏步呈弯钩状。
56.优选地，所述踏步片还包括螺孔14，所述踏步片通过所述螺孔与所述标准节的顶升侧相邻两根竖杆a、b连接。
57.将所述标准节2的相邻两根竖杆a、b所在的面作为顶升面(即顶升侧)，顶升套架4还包括与所述顶升面平行的两根弦杆(竖杆)c、d，所述两根竖杆c、d上均设置所述活动爬爪8，两个所述活动爬爪8位于同一水平线；活动爬爪8在顶升套架4上下移动时，处于竖直状态，在顶升作业时，换步过程中，需要支撑套架及其上部重量(例如：加减标准节)时，处于水平状态。
58.套架包括多层，套架的各层由多个套架竖杆4-1及套架横杆4-2组成。
59.顶升套架至少包括两层，图4为活动爬爪及顶升导向轮布设图，同时也是顶升套架的下层平面构造图，如图4所示，套架竖杆4-1与塔身标准节竖杆2-1平行，套架横杆4-2与塔身标准节横杆2-2平行，套架还与油缸活动空间变形水平杆4-3连接。
60.两个活动爬爪8设置在与所述顶升面平行的两根竖杆上，也即，所述两根竖杆组成的面与所述顶升面平行，优选地，采用4对8个导向轮7进行导向时，其中2个导向轮固定于与所述顶升面平行的两根竖杆4-5上，也即4个导向轮及活动爬爪均设置在与所述顶升面平行
的两根竖杆4-5上，导向轮可设置于活动爬爪的上方或下方；剩下的6个导向轮可分别设置在与所述顶升面平行的另外两根竖杆4-4、与所述顶升面垂直的四根竖杆上(四根竖杆均分为两组，每组竖杆组成的面与所述顶升面垂直)。
61.导向轮也可进行多层对称布置，顶升套架至少包括两层，顶层套架的各层均可设置导向轮，优选地，活动爬爪设置在套架的最下层。
62.进一步地，所述踏步装置、活动爬爪、电动顶升缸及顶升横梁设置于同一顶升面。
63.具体地，所述活动爬爪可转动，例如：围绕固定于与所述顶升面平行的两根竖杆的转轴进行转动(进行水平或竖起运动)。加节、降节或对需要顶升套架进行限位时，转动活动爬爪，使其处于水平状态，支撑于踏步上，支撑整个塔吊套架以上重量；顶升套架需上下移动时，为越过踏步，转动活动爬爪，使其竖起，即处于竖直状态。
64.如图5所示，活动爬爪8包括支架8-1、活动转舌8-2、用于固定活动转舌的螺栓8-3、用于固定活动爬爪的螺孔8-4；所述活动转舌8-2可进行转动，处于水平状态支撑在踏步上，或为越过踏步时，处于竖直状态。
65.优选地，所述踏步片包括2个踏步及3个螺孔。
66.具体地，踏步3是塔吊顶升作业中重要的承载部件，作为顶升作业时顶升横梁和活动爬爪的临时支撑件，踏步3等间距布设于顶升设备侧的标准节上，每个标准节至少具有2对踏步。因模型尺寸小，踏步尺寸小，单个加工安装难度大，为此，本实用新型将每个标准节顶升侧的各竖杆上的至少两个踏步零件集成为一个整体片式部件(即踏步装置)，如图6所示为整体片式踏步，部件上还设有多个m3螺孔14，紧靠标准节弦杆(即竖杆)内侧，用螺钉固定安装，满足踏步功能需要，且安装便利。优选地，螺孔数量为3，即塔身有基础板和3个标准节用m3螺栓连接。
67.具体地，所述踏步片包括2个踏步时，则各标准节均具有2对踏步，踏步竖向间距为步高，等于1/2标准节高。
68.优选地，非顶升加节状态下，所述塔身包括3个标准节，所述顶升套架的高度为标准节高度的2.5倍；
69.进行顶升作业时，当所述活动爬爪位于从塔身顶部往下数的第4对踏步上时(例如：活动爬爪与踏步铰接)，所述顶升横梁位于从塔身顶部往下数的第6对踏步上，通过2次顶升循环可增加或减少1个标准节。
70.具体地，所述塔身包括3个标准节，外加1个待加标准节。非顶升加节状态塔身高为3个标准节高，顶升加1节后为4个标准节高；顶升减节作业前塔身为4个标准节高，降1节后塔身高3个标准节。
71.正常工作状态下，油缸伸出2cm左右，活动爬爪8位于从塔身顶部往下数的第4对踏步上，顶升横梁5锁定于从上往下数的第6对踏步上。
72.按照塔身顶部标准节与套架顶紧密接触并螺栓连接空间姿态，将活动爬爪一端就位于塔身从上往下数第4对踏步，另一端铰接于套架，且活动爬爪水平，顶升横梁就位于第6对踏步上，顶升电动缸伸长度约1-2cm。
73.优选地，通过8对所述导向轮实现顶升套架相对于塔身的上下移动。
74.具体地，8对导向轮分上下2组，间距为1个标准节高，下组位于套架距下边5cm高处。导向轮轮子与塔身标准节竖杆间距1-2mm。
75.优选地，所述电动顶升缸上端与所述顶升套架的横梁铰接，下端与顶升横梁铰接。
76.优选地，模型的材料为铝合金型材、薄壁型钢材或木材。
77.优选地，所述基础板尺寸为220*220*4mm，所述标准节尺寸为160*160*160mm，所述顶升套架尺寸为200*200*400mm。
78.具体地，以铝合金型材制作的塔吊顶升系统模型，塔身基础板尺寸220*220*4mm；标准节4节，尺寸160*160*160mm；顶升套架尺寸200*200*400mm，电动缸l160。标准节型材采用国标2020铝型材，厚度1.0mm，杆件连接采用国标20角槽连接件；套架型材采用国标2020型铝型材，型材厚度1.5mm，杆件连接采用国标20角槽连接件。整体重量约10公斤。
79.优选地，模型可按照比例缩小或放大制造。
80.优选地，本实用新型提供的模型还包括监控模块，所述监控模块包括顶升横梁就位状态感知传感器、油缸伸缩长度及位移感知传感器、活动爬爪状态感知传感器、标准节引进就位感知传感器、塔身顶标准节连接状态感知传感器、顶升套架倾斜状态感知传感器、作业环境风速感知传感器。
81.本实用新型提供的塔吊顶升模型在进行塔吊顶升2次循环加节作业时的关键步骤包括：
82.1)检查塔吊系统模型结构安全状态，顶升系统状态，作业状态监测传感器功能；
83.2)在确保塔吊系统模型结构安全可靠时，顶升系统正常，解除塔身与顶升套架4或塔吊下支座连接；
84.3)在确保顶升横梁5连接可靠时，第1次顶升约1/2标准节，使活动爬爪8略高于踏步3；
85.4)检查顶升套架4倾斜符合要求，略收油缸，使活动爬爪8水平坐落于踏步3；
86.5)释放顶升横梁5保险，提起顶升横梁5至上一个踏步并锁定保险；
87.6)在确保顶升横梁5连接可靠时，第2次顶升超过1/2标准节，使活动爬爪8高于踏步3，此时，上部空间已可容纳1个标准节；
88.7)将安装有移动滚轮的标准节拉入套架内，与下部塔身标准节对准；
89.8)略微收油缸，使待加标准节坐落于下塔身标准节上，移除滚轮，连接新加标准节。
90.9)向上收顶升横梁5；
91.10)全面检查，本标准节加节结束。
92.本实用新型提供的塔吊顶升模型在进行塔吊顶升2次循环拆除标准节作业时的关键步骤包括：
93.1)检查塔吊系统模型结构安全状态，顶升系统状态；
94.2)在确保塔吊系统模型结构安全可靠，顶升系统正常，解除塔身与顶升套架4或塔吊下支座连接，并安装标准节移除滚轮；
95.3)在确保活动爬爪8可靠固定时，向下伸出顶升横梁5至下一个踏步3并锁定；
96.4)检查顶升套架4倾斜符合要求，向上略微顶升1/4步高；
97.5)移出标准节，活动爬爪8竖起限位；
98.6)检查顶升套架4倾斜可靠情况下，缓慢收油缸至1/2步高，解除活动爬爪8限位，并进一步收油缸至活动爬爪8水平坐落于下一个踏步3上；
99.7)释放顶升横梁5保险，向下伸出顶升横梁5至下一个踏步并锁定保险；
100.8)在确保顶升横梁5连接可靠时，油缸略微伸出使活动爬爪8竖起限位；
101.9)收油缸至位移约1/2步高，解除活动爬爪8限位；
102.10)继续收油缸至活动爬爪8落入踏步3并固定，连接塔身与套架4。
103.11)全面检查，本标准节拆除完成。
104.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种塔吊顶升作业模型，其特征在于，包括塔身及顶升系统；所述塔身包括从下往上依次竖向叠置的基础板（1）及多个标准节（2）；所述顶升系统包括顶升套架（4）、电动顶升缸、活动爬爪（8）、顶升横梁（5）；所述顶升套架（4）套设于所述塔身四周并可相对塔身上下滑动；所述电动顶升缸的上端与所述顶升套架（4）连接，下端与所述顶升横梁（5）连接，用于为顶升套架（4）的上下移动提供动力；所述顶升套架（4）一侧设有标准节引入口，所述引入口底部朝顶升套架（4）外侧设有放置标准节（2）的引进平台（9），标准节（2）可通过侧面底部的可拆卸滚轮，经滑轨在引进平台（9）与套架内水平滑动，以加减标准节（2）；所述标准节（2）的相邻两根竖杆a、b均连接相同的集成制造的踏步装置，两个所述踏步装置位于同一水平线，所述踏步装置包括至少两个踏步（3），在顶升作业时作为所述活动爬爪（8）或顶升横梁（5）的支撑件；顶升套架（4）还包括与所述两根竖杆所在的面平行的两根竖杆c、d，所述两根竖杆c、d上均设置所述活动爬爪（8），两个所述活动爬爪（8）位于同一水平线；活动爬爪（8）在顶升套架（4）上下移动时，处于竖直状态，在需要支撑套架及其上部重量时，处于水平状态。2.如权利要求1所述的塔吊顶升作业模型，其特征在于，所述踏步装置包括螺孔（14），所述踏步装置通过所述螺孔与所述相邻两根竖杆a、b连接。3.如权利要求2所述的塔吊顶升作业模型，其特征在于，通过设置于套架上的导向轮（7）实现顶升套架相对于塔身的上下移动。4.如权利要求1-3任一项所述的塔吊顶升作业模型，其特征在于，所述踏步装置包括2个踏步（3）及3个螺孔（14）；非顶升加节状态下，所述塔身包括3个标准节（2），所述顶升套架（4）的高度为标准节高度的2.5倍；进行顶升作业时，当所述活动爬爪（8）位于从塔身顶部往下数的第4对踏步上时，所述顶升横梁（5）位于从塔身顶部往下数的第6对踏步（3）上，通过2次顶升循环可增加或减少1个标准节。5.如权利要求1所述的塔吊顶升作业模型，其特征在于，还包括监控模块，所述监控模块包括顶升横梁就位状态感知传感器、油缸伸缩长度及位移感知传感器、活动爬爪状态感知传感器、标准节引进就位感知传感器、塔身顶标准节连接状态感知传感器、顶升套架倾斜状态感知传感器、作业环境风速感知传感器。6.如权利要求1所述的塔吊顶升作业模型，其特征在于，所述电动顶升缸上端与所述顶升套架（4）的横梁铰接，下端与顶升横梁（5）铰接。7.如权利要求1所述的塔吊顶升作业模型，其特征在于，模型的材料为铝合金型材、薄壁型钢材或木材。8.如权利要求1所述的塔吊顶升作业模型，其特征在于，所述基础板（1）的尺寸为220*220*4mm，所述标准节（2）的尺寸为160*160*160 mm，所述顶升套架（4）的尺寸为200*200*400mm。9.如权利要求1所述的塔吊顶升作业模型，其特征在于，所述踏步（3）呈弯钩状。10.如权利要求1所述的塔吊顶升作业模型，其特征在于，模型可按照比例缩小或放大
制造。

技术总结

本实用新型公开了一种塔吊顶升作业模型，依据塔吊顶升2次循环作业程序，设计了具有顶升功能、同时设备形状与原型实物塔吊相似、具有实际操作功能的便携式微型模型，主要应用于建筑施工塔吊设备2次循环顶升加节以及降节作业场景的实际操作学习，具有轻量化、可随身携带、方便教学等优点，其微型化可使塔吊顶升作业实践不受时空影响。通过功能、空间耦合方法，将空间相连标准节间主弦杆上的至少两个踏步功能性零件集成为片式单部件，即踏步片，并通过螺孔固定安装于标准节弦杆(即竖杆)内侧，降低了踏步的制造加工及安装难度，满足踏步功能需要，且安装便利。且安装便利。且安装便利。