一种钢球自锁机械连接装置及连接方法与流程

本发明属于建筑技术领域，更具体地说，涉及一种钢球自锁机械连接装置及连接方法。

背景技术：

用于建筑施工中的预制桩，大多是采用端板焊接的方式进行桩与桩的连接，这种焊接方法，稳定性差，存在质量隐患，且焊接耗时较长，焊接质量受操作人员焊接水平影响较大，质量难以得到保证；还有一种粘结接桩的方式，通过硫磺胶泥进行连接，成本高且耗时长。

因此，如何设计一种安装方便、连接稳定、抗拉拔能力强的连接方式及连接装置是亟待解决的问题。

经检索，中国专利公开号：cn101519876a；公开日：2011年08月17日；公开了一种无剪切快速强拉对接扣件及对接件，由位于预制件两端的涨拉螺帽、顶拉螺帽和预制件纵向钢筋组成，其中，涨拉螺帽和顶拉螺帽为内螺纹结构，所述内螺纹为强拉丝扣，帽底中心开有钢筋孔，钢筋孔的周边为钢筋镦头卡台，预制件纵向钢筋的两端镦成镦头卡接在镦头卡台上，压簧位于顶拉螺帽内，其压簧的一端位于钢筋镦头上、另一端置有由两片或多片构成的锥形套，丝扣套旋接在顶拉螺帽内且将锥形套上移位定位，插接头的尾部与涨拉螺帽内螺纹连接，插接头的头部呈球缺状且对接时与锥形套呈弹性卡接配合。该申请案设计了一种机械连接件进行桩之间的连接，相比于焊接、粘结方法，便捷性上已有了很大提升，但是，该申请案的装置为了连接牢固，采用了多片锥形套的方式限位，在连接件装配时，较为繁琐麻烦，操作便捷性上仍有待提升。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题至少之一，根据本发明的一方面，提供了一种钢球自锁机械连接装置，该装置包括：

上接头，其为中空柱状；

下接头，其为中空柱状，其上端面与上接头下端面抵接；

还包括：

钢球，其有若干个，置于上接头中；

托环，其为环件，其外侧面设有凹陷，凹陷形状与钢球球面形状相匹配，钢球的球面与凹陷接触并沿托环外侧面周向布置；

限位件，其与上接头内部下端连接，限位件中部上下贯穿开设通孔，限位件限制托环向下掉落的趋势；

支撑件，其置于钢球上方，对钢球提供向下和向心的力；以及，

插头，其一端与下接头内部上端连接，另一端从下接头上端伸出；

弧形凹槽，其为周向开设在插头伸出端侧壁的凹槽结构；

上接头和下接头抵接后，插头穿过限位件并顶起托环，钢球在支撑件的作用力下进入弧形凹槽中。

根据本发明实施例的钢球自锁机械连接装置，可选地，所述限位件为中空环件，其外壁开设有螺纹，所述上接头内壁下端开设有对应的螺纹结构；

所述插头下端与下接头内部螺纹连接。

根据本发明实施例的钢球自锁机械连接装置，可选地，所述支撑件包括：

楔形环，其为环件，下端呈楔形，下端内壁直径自下至上逐渐减小，上端内壁直径均相同；

弹簧，其一端与楔形环上端面连接，另一端与上接头内部上端连接；

所述弹簧呈压缩状态；

上接头与下接头未抵接时，楔形环下端的楔形斜面与钢球侧上方球面接触；上接头与下接头抵接时，楔形环上端内壁与钢球侧面球面接触。

根据本发明实施例的钢球自锁机械连接装置，可选地，所述插头自上而下依次包括：

上插头段，其外壁直径不大于托环的内径；

限位段，其连接于上插头段下方，外壁直径大于托环的内径；

自锁段，其连接于限位段下方，弧形凹槽周向开设于自锁段外壁上；

下插头段，其连接于自锁段下方，下接头段高度与限位件相同，下插头段外壁形状与限位件中部通孔形状相匹配；

连接段，其连接于下插头段下方，与下接头内壁螺纹连接。

根据本发明实施例的钢球自锁机械连接装置，可选地，所述下插头段外壁直径自上而下逐渐增大。

根据本发明实施例的钢球自锁机械连接装置，可选地，所述上插头段包括上段和下段，上段呈圆台状，上段外壁直径自上而下逐渐增大，下段为平直圆柱状。

根据本发明实施例的钢球自锁机械连接装置，可选地，所述托环为弹性件。

根据本发明的另一方面，提供了一种钢球自锁机械连接装置的连接方法，该方法步骤如下：

一、上接头内部结构装配，

a、将钢球周向布置在托环上；

b、将支撑件、布置有钢球的托环和限位件依次装入上接头中，其中支撑件的弹簧呈压缩状态，支撑件的楔形环的楔形斜面与钢球侧上方球面抵接，布置有钢球的托环下端与限位件的上端面抵接；

二、下接头内部结构装配，

将插头下端与下接头内部上端螺纹连接；

三、上下接头连接，

将上接头与下接头对接，插头伸出端穿过限位件中部通孔后，带动托环向上移动，钢球在支撑件作用力下停留在原高度位置，在上接头与下接头抵接后，钢球在支撑件作用力下进入插头侧壁的弧形凹槽内，完成自锁。

有益效果

相比于现有技术，本发明至少具备如下有益效果：

（1）本发明的钢球自锁机械连接装置，装配简单，装配后结构间相互配合，稳定不会散落，且实现锁定功能的机构位于上接头内部，误触概率低，在重力作用下上下接头抵接后即可自动触发，触发简单方便，触发后钢球与刚性的插头弧形凹槽间形成刚性的限制，为预制桩连接后提供稳定有效的抗拉拔作用力；

（2）本发明的钢球自锁机械连接装置，限位件与上接头内部下端螺纹连接，插头与下接头内部上端螺纹连接，通过此结构设计，使得本装置使用前的装配方便快捷；

（3）本发明的钢球自锁机械连接装置，支撑件采用楔形环和弹簧构成，能稳定有效的对钢球提供向下和向心力，确保自锁前上接头内各结构的稳定以及自锁有效触发，在上下接头抵接后，楔形环能稳定限位钢球在弧形凹槽中，确保了自锁结构的有效性，除非插头或钢球的刚性结构被破坏，否则无法解除锁定，提供了稳定有效的抗拉拔作用力；

（4）本发明的钢球自锁机械连接装置，下插头段外壁直径自上而下逐渐增大，限位件中部通孔的结构也配合下插头段外壁结构设计，在上下接头对接时，下插头段能起到很好的导向作用，方便快速对接操作进行；

（5）本发明的钢球自锁机械连接装置，上插头段的结构设计避免上下接头对接过程中上插头段过早碰撞托环，保证托环能以水平状态被推上移，确保了自锁触发的有效性和成功率；

（6）本发明的钢球自锁机械连接装置的连接方法，装置装配操作简单便捷，装配完成后，对接时，利用预制桩重力作用即可完成对接，触发自锁，提供可靠的抗拉拔力，达到快速、可靠对接的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1示出了本发明的钢球自锁机械连接装置完成自锁后的内部结构剖视图；

图2示出了本发明的钢球自锁机械连接装置插接过程中的内部结构剖视图；

图3示出了本发明的上接头及其内部各结构的剖视图；

图4示出了本发明的下接头及其内部各结构的剖视图；

图5示出了本发明的钢球及托环的剖视图；

图6示出了本发明的钢球及托环的俯视图；

图7示出了本发明的楔形环的剖视图；

附图标记：

1、上接头；10、上张拉钢筋接头孔；11、钢球；12、托环；13、限位件；14、支撑件；140、楔形环；141、弹簧；

2、下接头；20、下张拉钢筋接头孔；21、插头；210、上插头段；211、限位段；212、自锁段；213、下插头段；214、连接段；22、弧形凹槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一端”、“另一端”、“一侧”、“另一侧”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

实施例1

本实施例的钢球自锁机械连接装置，该装置包括：

上接头1，其为中空柱状；

下接头2，其为中空柱状，其上端面与上接头1下端面抵接；

还包括：

钢球11，其有若干个，置于上接头1中；

托环12，其为环件，其外侧面设有凹陷，凹陷形状与钢球11球面形状相匹配，钢球11的球面与凹陷接触并沿托环12外侧面周向布置；

限位件13，其与上接头1内部下端连接，限位件13中部上下贯穿开设通孔，限位件13限制托环12向下掉落的趋势；

支撑件14，其置于钢球11上方，对钢球11提供向下和向心的力；以及，

插头21，其一端与下接头2内部上端连接，另一端从下接头2上端伸出；

弧形凹槽22，其为周向开设在插头21伸出端侧壁的凹槽结构；

上接头1和下接头2抵接后，插头21穿过限位件13并顶起托环12，钢球11在支撑件14的作用力下进入弧形凹槽22中。

本发明旨在设计一种结构简单且方便有效的自锁装置，使得桩连接时通过简单的对接即可实现强抗拉拔能力。

如图1所示，上接头1和下接头2均为中空结构柱状，上接头1底端开口，下接头2顶端开口，上下接头分别置于待连接的两个预制桩中，对于体积大的预制桩间的连接，连接处需布置多组上接头1和下接头2配合抵接，上接头1的顶端开设有上张拉钢筋接头孔10，其中连接有上张拉钢筋，下接头2的底端开设有下张拉钢筋接头孔20，其中连接有下张拉钢筋，通过上接头1和下接头2，分别对上张拉钢筋和下张拉钢筋的端部进行了固定，以便于张拉钢筋在对应预制桩中形成预应力。

托环12结构如图5和图6所示，托环12的外壁凹槽中周向布置了若干钢球11，布置有钢球11的托环12水平置于上接头1中空部分中，限位件13中部上下贯穿设有通孔，通孔的上端孔径小于托环12外壁的最大直径且大于托环12内壁孔径，限位件13置于托环12下方并与上接头1内壁下端连接，对限位件13对托环12提供支撑，进而限制了布置有钢球11的托环12向下移动的趋势；进一步地，支撑件14对钢球11提供向下和向心的力，在支撑件14的作用下，钢球11与限位件13顶部紧靠，且与托环12外壁凹槽紧靠，在钢球11的作用下托环12向上自由移动的趋势被限制。

上下接头对接时，如图2所示，插头21的伸出端穿过限位件13中部通孔后继续上移，伸出端的上端与与托环12底部接触，推动托环12上移，托环12上移时，钢球11在支撑件14的作用下高度位置不变，但受到托环12上升时外壁凹槽面的作用力，做离心远离运动，直至托环12上移脱离钢球11后，在支撑件14提供的向心力的作用下，钢球11与插头21外壁保持紧靠，直至上下接头抵接，此时，插头21侧壁的弧形凹槽22上移至钢球11所在的高度位置，钢球11在支撑件14作用力下进入弧形凹槽22且紧靠弧形凹槽22槽面，由此完成了上下接头抵接后的自锁锁定，为预制桩的连接提供了抗拔插力。

托环12外壁侧面的凹槽面形状与钢球11球面形状相匹配，在托环12上移时，能便于导向钢球11离心移动，而不会导向其向上运动。

实施例2

本实施例的钢球自锁机械连接装置，在实施例1的基础上做进一步改进，所述限位件13为中空环件，其外壁开设有螺纹，所述上接头1内壁下端开设有对应的螺纹结构；所述插头21下端与下接头2内部螺纹连接。

如图3和图4所示，限位件13与上接头1内部下端螺纹连接，插头21与下接头2内部上端螺纹连接，通过本实施例的结构设计，使得本装置使用前的装配方便快捷。

实施例3

本实施例的钢球自锁机械连接装置，在实施例2的基础上做进一步改进，所述支撑件14包括：

楔形环140，其为环件，下端呈楔形，下端内壁直径自下至上逐渐减小，上端内壁直径均相同；

弹簧141，其一端与楔形环140上端面连接，另一端与上接头1内部上端连接；

所述弹簧141呈压缩状态；

上接头1与下接头2未抵接时，楔形环140下端的楔形斜面与钢球11侧上方球面接触；上接头1与下接头2抵接时，楔形环140上端内壁与钢球11侧面球面接触。

能为钢球11提供向下和向心的力的支撑件14结构有很多种，如采用与钢球11个数对应个数的楔形块，通过压缩弹簧，使楔形块斜面抵接在对应钢球11位置的侧上方球面上，即可达到对钢球11提供向下和向心的力的目的，本实施例所采用的支撑件14结构如下：

本实施例的支撑件14由楔形环140和弹簧141组成，楔形环140如图7所示，为环件，环件的下端部为楔形端部，即环件下端部分的内径自下至上逐渐减小，呈现出斜面，而环件的上端则为平直段，上端内径均相同，楔形环140在压缩状态的弹簧141的作用下，楔形斜面与钢球11的侧上方球面接触，此时，上下接头处于未对接状态，在楔形环140的作用下，钢球11紧靠在托环12上，且被压紧在限位件13上端面上，呈环形的楔形环140可以保证对托环12周向各处的钢球11均有效提供向下向心的力，不必担心钢球11移位导致支撑件14支撑失效的问题；在上下接头为对接时，钢球11被楔形环140压紧，此时钢球11与上接头1内壁壁面有一定距离，上下接头对接时，插头21伸出端带动托环12上移时，托环12的凹槽槽面对钢球11提供离心的作用力，钢球11挤压楔形环140的斜面，使楔形环140上升压缩弹簧141，钢球11则离心靠近上接头1内壁移动，脱离与托环12的连接，托环12顺利上移，同时钢球11在楔形环140楔形斜面的作用力下与插头21的侧壁紧贴，直至弧形凹槽22上移至钢球11位置，钢球11进入弧形凹槽22中，此时，钢球11与上接头1内壁壁面出现充足的距离，楔形环140在弹簧141作用力下下落，使得上端内壁与钢球11接触，如图1中所示状态，此时钢球11不再有挤压楔形环140上升的能力，由此，楔形环140将钢球11限位在环形凹槽22中，完成了自锁，对上下接头施加拉拔力除非破坏插头21或钢球11的刚性结构，否则无法解除锁定。

实施例4

本实施例的钢球自锁机械连接装置，在实施例3的基础上做进一步改进，所述插头21自上而下依次包括：

上插头段210，其外壁直径不大于托环12的内径；

限位段211，其连接于上插头段210下方，外壁直径大于托环12的内径；

自锁段212，其连接于限位段211下方，弧形凹槽22周向开设于自锁段212外壁上；

下插头段213，其连接于自锁段212下方，下接头段213高度与限位件13相同，下插头段213外壁形状与限位件13中部通孔形状相匹配；

连接段214，其连接于下插头段213下方，与下接头2内壁螺纹连接。

本实施例的插头21结构如图4所示，在上下接头对接时，上插头段210依次穿过限位件13的中部通孔及托环12中间孔，从托环12中间孔中伸出，限位段211的尺寸设置使得对接过程中限位段211能与托环12相干涉进而带动托环12相对于上接头1向上移动，同时在触发自锁后，限位段211的下端也能限制钢球11的移动从而提供稳定的抗拉拔力，自锁段212的高度位置即为上下接头抵接后钢球11所在的高度位置，便于自锁段212上弧形凹槽22与钢球11的顺利配合锁定；下插头段213在上下接头抵接后配合置于限位件13的中部通孔中，一方面起到稳定上下接头连接结构的作用，一方面限制了钢球11的移动；连接段214的外壁设有螺纹结构，与下接头2内壁上端的螺纹结构相配合。

实施例5

本实施例的钢球自锁机械连接装置，在实施例4的基础上做进一步改进，所述下插头段213外壁直径自上而下逐渐增大。

限位件13中部通孔的结构也配合下插头段213外壁结构设计，在上下接头对接时，下插头段213能起到很好的导向作用，方便对接操作进行。

实施例6

本实施例的钢球自锁机械连接装置，在实施例5的基础上做进一步改进，所述上插头段210包括上段和下段，上段呈圆台状，上段外壁直径自上而下逐渐增大，下段为平直圆柱状。

如图4所示，圆台状的上插头段210上段使得对接过程中，上插头段210穿过托环12中间孔时不易于托环12接触，避免过早碰撞托环12使其相对上移，导致钢球11落至上接头1中空空间中不能与弧形凹槽22配合，同时上插头段210下段为平直圆柱状，在限位段211接近托环12时，上插头段210下段能先从托环12中间孔内壁将其限位，配合限位段211上端面，使托环12在水平状态下被稳定上移，由此保证钢球11不会出现个别钢球11脱离预定运动趋势掉落进上接头1中空空间中的情况发生，确保了自锁触发的有效性。

实施例7

本实施例的钢球自锁机械连接装置，在实施例6的基础上做进一步改进，所述托环12为弹性件。

本发明的装置应用在预制桩连接的环境中，上下接头对接依靠上接头1所在预制桩的重力作用，在对准后下降完成自锁对接，下降过程中有很大的势能，因此，在此过程中，若刚性的托环12或钢球11收到环境作用或其他工况因素作用不能及时脱离，出现卡死情况，在势能作用下，上下接头内部的结构会出现不同程度的损坏，影响自锁效果，影响抗拉拔效果，因此，本实施例设计托环12为弹性件，在上下接头对接前，能为钢球11提供稳定的支撑，在对接过程中，受到插头21的作用力，也能通过形变顺利与钢球11脱离连接，确保自锁正常发生，不会出现内部结构损坏的情况。

实施例8

本实施例的钢球自锁机械连接装置的连接方法，步骤如下：

一、上接头内部结构装配，

a、将钢球11周向布置在托环12上；

b、将支撑件14、布置有钢球11的托环12和限位件13依次装入上接头1中，其中支撑件14的弹簧141呈压缩状态，支撑件14的楔形环140的楔形斜面与钢球11侧上方球面抵接，布置有钢球11的托环12下端与限位件13的上端面抵接；

二、下接头内部结构装配，

将插头21下端与下接头2内部上端螺纹连接；

三、上下接头连接，

将上接头1与下接头2对接，插头21伸出端穿过限位件13中部通孔后，带动托环12向上移动，钢球11在支撑件14作用力下停留在原高度位置，在上接头1与下接头2抵接后，钢球11在支撑件14作用力下进入插头21侧壁的弧形凹槽22内，完成自锁。

通过步骤一的装配，得到如图3所示的上接头1结构，通过步骤二的装配，得到如图4所示的下接头2结构，上下接头如图2所示进行连接，完成抵接触发自锁后的结构如图1所示，装置装配简单便捷，装配完成后，对接时，利用预制桩重力作用即可完成对接，触发自锁，提供可靠的抗拉拔力，达到快速、可靠对接的效果。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

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