建造太阳能基础的系统、方法和机器与流程

建造太阳能基础的系统、方法和机器
1.相关申请的交叉引用
2.本专利要求优先于2020年1月15日提交的、标题为“驱动h桩的系统、方法和机器”的美国临时专利申请no.62/961,383，其全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术：

3.直到最近，所谓的h桩(具有i形或h形轮廓的镀锌钢梁)一直主导着单轴太阳能跟踪器的基础市场。它们是解决该问题的强力方法，但相对容易与振动或冲击打桩机一起安装。此外，它们还为跟踪器制造商提供统一尺寸的界面。然而，尽管它们被广泛使用，但也受到许多限制。首先，必须过度建造，以承受阵列上横向风荷载施加的强大弯矩，需要更多的钢材来支撑这些荷载。其次，其一体式结构严重限制补偿驾驶时出现的任何错位的能力。第三，用于驱动它们的技术和机器保持相对静态，因此，在将跟踪器系统连接到它们之前，它们通常需要昂贵的位置缓解。鉴于这些缺点，本发明的各种实施例寻求改进传统h桩以及用于驱动它们的各种系统、方法和机器。
附图说明
4.图1显示传统的太阳能打桩机；
5.图2显示单轴跟踪器的一排h桩基础；
6.图3显示打入h桩基础；
7.图4显示带有桩帽和轴承组件的打入h桩基础；
8.图5a显示根据本发明各种实施例的太阳能打桩机的桅杆；
9.图5b和5c示出根据本发明各种实施例的太阳能打桩机的桅杆的一部分，其分别包括激光靶和冲击激光束；
10.图6a-6d显示太阳能打桩机桅杆部分的各种视图，包括根据本发明各种实施例在打入桩上安装桩帽的过程中使用的桩帽支架；
11.图7a-7c显示根据本发明各种实施例的另一太阳能打桩机的桅杆部分的不同视图，包括打桩机和钻孔工具；
12.图8显示根据本发明各种实施例的太阳能打桩机的另一个桅杆的一部分的侧视图，该太阳能打桩机包括打桩机和钻孔工具；
13.图9a和9b显示根据本发明各种实施例的两件式基桩的不同视图；
14.图10显示了根据本发明各种实施例的另一个两件式基桩的分解图；
15.图11显示了根据本发明各种实施例的附加两件式基桩的前视图；
16.图12a和12b显示根据本发明各种实施例的包括双法兰连接器的多件式基桩的不同视图；和
17.图13a和13b显示根据本发明进一步实施例的两件式基桩的分解图和连接图。
具体实施方式
18.以下描述旨在通过提供涉及用于支持单轴太阳跟踪器的a形框架基础的许多具体实施例和细节来传达对所述实施例的彻底理解。然而，应当理解，本发明不限于这些仅为示例性的具体实施例和细节。进一步理解，根据已知系统和方法，拥有本领域普通技术的人将理解本发明用于其预期目的。
19.现在转到图1，该图显示传统的太阳能打桩机100。如图所示，打桩机100是小片重型设备，骑在履带式底盘102上。通常，此类打桩机包括电机或发动机104、燃油箱106和高出机器其余部分的大型铰接桅杆120。桅杆包含重量或振动锤，向桩头施加力，将其打入地面。太阳能打桩机与传统打桩机的不同之处在于，它们的尺寸通常较小，以匹配用于支撑太阳能电池板的相对较短的桩长度(～《12英尺)，并且其桅杆朝向机器的侧面，因为它们以直线而不是紧密的簇状方式打桩。桅杆120通过可移动臂110连接到打桩机100，以便其能够自调平、补偿不均匀地形，甚至可以移动90度到收起位置，以最小化其运输尺寸。太阳能打桩机通常由中小型柴油发动机提供动力，该发动机为液压系统提供动力。打桩机100通过使用振动或冲击式打桩机冲击和/或振动h桩来打桩，该打桩机每秒对h桩进行数次锤击，使桩稳定嵌入底层。
20.图2显示一行单轴跟踪器的一部分，该跟踪器已完成七个h桩基础。该行沿南北轴定向，因此当扭矩管旋转时，连接的太阳能电池板将跟踪太阳每天从东向西在天空中的运动。这些行必须彼此隔开，以防止一行遮住另一行，因此机器通常会在相邻行之间创建一条事实上的路径，供完成安装的承包商使用，然后，如果适用，由割草机或其他用于控制植被的设备使用。打入每个h桩50，使其在东西方向最强，因为这是承受最大横向荷载的方向。这是通过打入每个桩来实现的，使相对翼板之间的网沿东西线定向，翼板面向东西。h桩，通常为w6x9或w6xl2标准镀锌梁，为跟踪器制造商提供了尺寸均匀的界面。每个基础位置使用的特定桩由跟踪器制造商指定的桩顶荷载和现场土壤条件决定。一旦打入h桩，安装跟踪器系统的承包商可以开始建造跟踪器[即，连接轴承、电机、扭矩管、阻尼器和太阳能电池板)。
[0021]
图3显示图2所示跟踪器行的打入h桩50，图4显示同一桩，跟踪器轴承组件60连接到其顶部。本例中的轴承组件60由桩帽62和扭矩管轴承63组成。桩帽62具有一对相对法兰，安装在桩50法兰的外表面上。通过h桩上端的预钻孔进行连接。在某些情况下，可以使用传统的螺栓和螺母来连接它们。在其他情况下，可以使用哈克式螺栓、铆钉或其他紧固件。
[0022]
在开发单轴跟踪器现场时，在打入任何h桩之前，勘测员结合跟踪器平面图准备现场勘测，用旗帜、柱子或胡须标记每个计划基础贯入点。一个这样的装置40如图5a所示。所有标记就位后，打桩队可以开始打桩。操作员导航驱动机器，直到桅杆120位于标记40附近，且桅杆的驱动轴在标记上水平。然后，将h桩(例如h桩50)竖立在其端部并加载到驱动器140中。操作员启动驱动器，使其开始直线向下行驶，直到达到所需的嵌入深度。完成后，驱动器140被撤回到桅杆120后面，机器移动到接近下一个基础标记的位置。
[0023]
如上所述，虽然单桩相对简单，但单个部件无法修复行驶过程中出现的错位。例如，如果桩偏离预期的驱动轴，朝一个方向倾斜，扭曲，或从预期的跟踪器行上敲出，桩的上端可能超出跟踪器制造商的公差。这可能会损坏跟踪器，或者在没有某种驾驶后补救措施的情况下无法安装跟踪器。在所有桩被打入以撞击或调整超出公差的桩后，修复团队通过现场并不罕见。
[0024]
本发明的申请人开发了一种新的替代铅锤驱动单桩基础的方法，该方法使用一对相互成角度打入地面的相邻支腿，并在地面上与适配器、桁架帽或轴承适配器连接。该系统在商业上被称为土桁架，它将撞击太阳能电池板的横向载荷转化为轴向张力和压缩力。由于单个结构构件在抵抗轴向荷载方面相对较好，因此可以使用更少的钢材来支撑相同尺寸的阵列，并且可以使用比h桩更浅的埋置深度。
[0025]
在土桁架系统中，每个桁架支腿由两个组件组成：一个打入地面的螺旋锚和一个连接到螺旋锚地上端联轴器的上部支腿段。为了组装一个桁架，将一对相邻的螺旋锚打入地面，然后使用驱动机器上的夹具或支架将顶点硬件(例如适配器、桁架盖或轴承适配器)固定在正确的方向上，以匹配同一行中的其他硬件。适配器具有一对向下延伸并远离的连接部分，指向从动螺旋锚。由一段空心管组成的大腿套在每个连接部分上，并向下套在其中一个螺旋锚耦合器上。使用压接器或其他工具固定这些互连。螺旋锚的中空特性使其能够使用独特的机器，通过在同一桅杆上使用液压凿岩机和旋转驱动器等钻井工具来消除预钻步骤。当螺旋锚旋转到地面中时，钻具将钻杆穿过旋转驱动器和螺旋锚。虽然土桁架可能不会取代所有单轴跟踪器安装的h桩，但该系统的元件和用于驱动它的机器可以进行调整，以改善结果并减少使用h桩时的循环时间。《准备安装跟踪器》
[0026]
为此，现在参考图5a-c，这些图显示根据本发明各种实施例的打桩机的桅杆120。该机器的桅杆120包括连接到打桩机140的盖145的激光目标150。在各种实施例中，在行的末端设置固定激光器，以沿着平行于扭矩管的预期轴或跟踪器的旋转轴的线撞击光束。目标的中心可以定位在距离桩顶部已知的固定距离处。当打桩机140继续将桩50打入地面时，当目标中心与冲击激光束重叠时，操作员可以停止驱动器以保持方向。如果目标设置在行的末尾，这将确保每个桩在z方向(高度)上保持一致。x方向方向由标记器决定，自流平校正俯仰和滚动。
[0027]
在图5a-c所示的系统中，激光设置在行的末端，并与另一端的接收器定向。正确调整横梁后，操作员将机器移动到第一个基础位置，并使用横梁确保桅杆在y方向上正确定向。如果没有，则可以使用y形滑块将桅杆拉近或拉远目标。对齐后，将桩竖起并装入驱动器。然后，操作员给驾驶员通电，开始驾驶，直到撞击盖子的激光图案到达目标中心。或者，可以在目标中心放置传感器，当激光对准目标时，该传感器使驾驶员停止。
[0028]
如本文所述，在典型情况下，基础承包商在跟踪器安装人员开始安装跟踪器组件之前驱动所有h桩。在某些情况下，在打桩的同时安装跟踪器轴承组件可能是有利的。原因是，此时已知h桩相对于行中其他桩的位置，并且已经设置了激光对准。如果稍后安装轴承组件，则可需要设置另一个激光器以重新建立参考位置。这将加快后续跟踪器的安装，并消除施工前补救的需要。为了利用机器在打桩后已经相对于基准正确对齐的事实，本发明的各种实施例提供夹具、支架、或连接至桅杆和/或打桩机组件的其他设备，以便在打桩后立即精确放置顶点组件(桩帽、轴承等)，以便在基础承包商完成后，跟踪器安装人员可以直接进行组装，而无需额外的对准和/或补救步骤。例如，如图6a-d所示。
[0029]
从图6a开始，这是机器的前视图，提供打桩桅杆120的侧视图，包括打桩机140和带有目标150的盖145。在盖140的下端是夹具或桩帽支架160，用于固定和定位适配器、桁架帽或轴承组件，以便可以滑动到打入的h桩上，并在适当的高度和方向牢固连接。在各种实施例中，在h桩被驱动后，驱动器被自动向上移动到与锁定目标距离的已知距离，或手动移动，
直到冲击激光击中目标150上的正确位置。图6b是桅杆120的前视图(机器侧视图)。如图6b-6d示例所示，夹具或桩帽支架160位于盖145的底部，由臂161和滑动组件162组成。在各种实施例中，滑动组件162具有暂时装入轴承的圆柱形部分，以将桩帽保持在正确的高度。然后，滑动组件162沿着臂161滑动，直到轴承盖60的垂直法兰到达h桩50的法兰。在滑动组件162最大程度滑动之前，其应与h桩50的顶部和所需的轴承位置一致。在各种实施例中，然后使用穿过桩帽和h桩重叠法兰的两个或多个螺栓、铆钉或其他紧固件将桩帽60连接到桩50。当组件完成时，滑动组件162从安装的轴承滑回，留下完全安装的桩，顶部有一个方向正确的轴承组件。应了解的是，在将轴承组件移动到打入h桩上方的位置时，可以使用其他机制将轴承组件固定到位。中心点是，在驱动后，但在移动机器以在安装基础的同时完成轴承组件的对齐之前，使用对齐的桅杆和驱动器，而不必在以后执行另一个对齐步骤。此外，用于定位和打桩的对准系统也用于装配桩帽和轴承以及正确的定位。
[0030]
h桩的一个缺点是，当它们遇到拒绝时，如果进一步的冲击无法导致进一步的嵌入，则会触发一个昂贵而耗时的缓解过程，这将使基础的成本增加多达十倍。通常，为了纠正这种情况，必须移除部分打入的桩，钻一个钻孔，回填并夯实，然后将新桩打入回填的钻孔中。或者，可以将水泥浆或水泥与梁一起放入钻孔中。为了防止单独的工作人员不得不修复被拒桩，在已知土壤困难的情况下，可能需要在机器位于所需桩位置上方时为桩预钻孔。为此，图7a-c显示打桩机桅杆的一部分，该打桩机包括一个驱动器和一个钻孔，根据本发明的各种实施例，该驱动器和钻孔可用于沿同一轴预钻孔和驱动。
[0031]
从7a开始，该图显示根据本发明各种实施例的太阳能打桩机桅杆部分的前视图。此处所示的桅杆300包括主导轨305和平行辅助导轨320。旋转驱动器310沿主轨道305移动。此外，钻孔工具340在各种实施例中可以是液压凿岩机或其他显示打桩机和盖的工具，其通过沿辅助轨道320移动的托架或组在桅杆上上下移动。在各种实施例中，如图所示，钻孔工具340可以安装在铰接的四杆组件上，例如组件330，该组件使工具能够旋转到旋转驱动器310的驱动轴上。该几何形状在图7b和7c的桅杆侧视图中显示得更清楚。通过在主轨道305外侧的辅助轨道320上移动，旋转驱动器310能够在四杆框架组件330和钻孔工具340被旋转到一边时移动过去，如图7c所示，而无需移动桅杆。这一点很重要，因为可以保留钻前对准，从而无需在钻孔后重新定向桅杆。
[0032]
在各种实施例中，当使用钻井工具340时，打桩机310将被移到桅杆上。当钻井工具340所乘坐的人沿着桅杆向下移动时，可以选择性地啮合钻井工具340以旋转和锤击。当钻孔完成时，携带钻具340的人被拉回桅杆300，使钻机从钻孔中退出。虽然现在显示了扶正器或其他导向装置，但可以放置在桅杆300的下端，以防止钻轴摆动。如图7c所示，通过缩回连接到四杆组件330的执行器，使该组件移出机器，从而使钻具340绕道旋转，以便打桩机310可以经过它，将桩打入钻孔。组件330还可以包括可移动目标335，可选择向上或向下旋转，以使激光装置能够在行的末端定位桅杆。
[0033]
现在转到图8，该图显示根据本发明各种其他实施例的太阳能打桩机的桅杆。图8所示的桅杆350是双桅，包括主桅杆370和辅助桅杆360。在各种实施例中，如图所示，当滑块375向上或向下移动主桅杆370时，辅助桅杆360也随之移动。因此，可以通过移动滑块375向上或向下移动副桅杆360。一旦桅杆360处于正确的高度，打桩机365和钻井工具380可以彼此独立地向上或向下移动辅助桅杆360。在各种实施例中，主桅杆370通过伸缩机构355连接
到其机器，该伸缩机构使钻井工具380和打桩机365能够根据需要移动的工具选择性地定位在相同的基础位置上。
[0034]
如本文所述，h桩在设计上被过度建造，因为单个结构构件抵抗弯曲的能力较差，但这正是它们在面对横向荷载时必须做的事情。因此，相对于桁架式基础，需要更重的钢材和更深的打桩深度。太阳能基础中h桩所需的大部分强度是地下部分，因为地下部分是承受最强弯曲力的部分。因此，如果地面上也使用相同尺寸的材料，则没有必要。也就是说，梁在地面上的部分比需要的强度更大。为了简单起见，这种浪费是可以容忍的。然而，通过将梁分为两部分，每个部分可以根据其将暴露的特定荷载分布和腐蚀分布进行调整。此外，单桩不允许以两个组件之间的接口相同的方式进行调整。为此，本发明的其余部分针对包括灵活界面的多片桩，该界面允许进行一些位置调整(例如，南北、东西、倾斜和扭转)。
[0035]
从图9a/b开始，这些图显示了根据本发明各种实施例的两件式桩组件200。组件200由较重的地下部分201和相对较小的地上部分220组成。地下部分201是一个标准h桩，其上端预钻有孔202。地上部分220由一段钢管224组成，在本例中，钢管224具有盒装型材，下端有法兰适配器222。在各种实施例中，使用冲击或振动打桩机以与本文所述相同的方式驱动地下部分。一旦达到计算出的嵌入深度，可以在距离桩顶部的已知偏移处用激光对准目标来控制嵌入深度，可以用哈克螺栓、冲击器或其他手动工具快速连接地面部分。地上部分的箱体轮廓仅为示例。它可能有一个法兰上端或其他几何形状，设计用于与商用跟踪器系统接口。此外，可以使用槽代替孔202来实现地面以下部分201和地面以上部分220之间的调整。9b显示了桩201打入地面后的组合组件，以及通过法兰适配器222连接的上部220。此外，装配时可使用夹具、桩帽固定器或其他结构，使完工的两件式桩200具有本文所述的适当对齐的跟踪器轴承。
[0036]
转到图10和图11，这些图是根据本发明的各种实施例的另外两个多件桩。从图10开始，桩400由地下部分416构成，地下部分416也是常规h桩，在每个梁翼缘的上端有多个孔418。地上部分410包括圆形钢管412和安装在桩416上的法兰底座适配器414。地上部分410的圆形轮廓消除了打桩期间桩扭转的问题。不管打入桩416围绕其自身轴的方向如何，上部410将呈现一个统一的界面来支持跟踪器。桩416和法兰连接器414之间的连接通过螺栓或其他常规紧固件进行。图11所示的桩420也依赖于传统的h桩430作为地下基础。然后，将法兰压接连接器424放置在打入桩430的顶部。压接连接器424具有一对安装在桩430顶端的相对法兰428，以及从桩430伸出的连接部分426。在各种实施例中，上部422在连接部分426上向下滑动。然后可以使用压接工具使连接部分426周围的上部422变形，以完成桩。
[0037]
图12a和12b显示了根据本发明各种实施例的另一个多件式桩的不同视图。桩440由两个h桩段组成，一个448打入地下，另一个442安装在上面。双法兰连接器444分别具有相对的上部和下部法兰适配器445、446，其接收下部和上部桩448、442的相邻端。在各种实施例中，销、铆钉或其他紧固件447连接上部和下部法兰适配器445、446，以便它们可以围绕穿过两者中心的轴彼此旋转。这使得上部442相对于跟踪器的南北行方向正确(即，网(web)面向南北)，即使地下部分448在行驶过程中经历一些扭曲。同样，可以使用螺栓、铆钉、哈克或其他常规紧固件将上部和下部442、448连接到连接器444。或者，连接器444可以焊接或以其他方式永久连接到上部442，以减少所需紧固件的数量并加快安装。
[0038]
图13a和13b示出根据本发明各种实施例的另一个多段基桩。桩450由地下部分460
组成，地下部分460是空心钢管的细长部分。在各种实施例中，使用传统冲击或振动打桩机将管460敲入地面。连接器454放置在地下部分460的顶部，以便套环458覆盖其顶端。在一些实施例中，这可以在驱动后完成。在其他情况下，它可以预焊接到地下部分460上。在这种情况下，可以在连接器454的连接部分456上安装护套或其他装置，以防止在驾驶过程中损坏。然后，以类似于桩420的上部422的方式，上部452套在连接部分456上并卷曲到位。或者，上部452可以具有用于将上部拧到连接器454上的内螺纹。
[0039]
本发明的实施例不受本文描述的具体实施例的范围限制。事实上，除了本文所述的修改外，本发明实施例的各种修改将从前述描述和附图中对本领域的普通技术人员显而易见。因此，此类修改旨在属于以下所附权利要求的范围。此外，尽管本发明的一些实施例已在本文中针对特定目的在特定环境中的特定实现的上下文中描述，本领域的普通技术人员将认识到其用途不限于此，并且本发明的实施例可以出于任何目的在任何数量的环境中有益地实施。因此，下面阐述的权利要求应根据本文所公开的本发明实施例的充分呼吸和精神进行解释。

技术特征：

1.基础系统，包括：第一细长构件，具有通过网互连的一对相对法兰；第二细长构件；和将所述第二细长构件互连到所述第一细长构件一端的适配器，所述适配器使所述第二细长构件能够围绕其相对于所述第一细长构件的轴移动。2.根据权利要求1所述的基础系统，其中所述适配器包括相互旋转连接的相对上部和下部。3.根据权利要求1所述的基础系统，其中所述适配器包括从所述第一细长构件突出的连接部分。4.根据权利要求3所述的基础系统，其中所述第二细长构件是具有基本均匀横截面的管状构件。5.根据权利要求5所述的基础系统，其中所述连接部分容纳在所述第二细长构件的一端内。6.根据权利要求1所述的基础系统，其中所述第二细长构件是具有一对通过网互连的法兰的梁的一部分。7.基础构件，包括：第一细长部分；第二细长部分；和将所述第二细长部分互连到所述第一细长部分的适配器，所述适配器使所述第二细长部分能够相对于穿过两部分的轴扭转。8.根据权利要求7所述的基础构件，其中所述第一细长部分包括h-桩。9.根据权利要求7所述的基础构件，还包括将所述适配器固定到所述第一细长部分的紧固件。10.根据权利要求7所述的基础构件，其中所述第二细长部分通过压接连接固定到所述适配器。11.根据权利要求7所述的基础构件，其中所述适配器包括从容纳在所述第二细长部分中的第一细长部分延伸的连接部分。12.打桩机，包括：机动履带式底盘；可移动地连接到所述履带式底盘的桅杆；打桩机组件，可操作以沿所述桅杆移动，并沿驱动轴将桩打入地面；所述打桩机组件的一部分上的目标；和连接到所述打桩机组件的桩帽支架，所述桩帽支架可操作以在相对于所述目标上参考的位置将所述桩帽取向在打入的桩上。13.根据权利要求12所述的打桩机，其中所述桩帽包括跟踪器轴承。14.根据权利要求12所述的打桩机，还包括钻孔仪器，可操作以独立于所述打桩机组件沿所述桅杆移动。15.根据权利要求14所述的打桩机，其中所述钻孔仪器包括液压凿岩机。16.根据权利要求14所述的打桩机，其中所述钻孔仪器可操作以在与驱动轴重叠的第
一方向和与所述驱动轴偏移的第二方向之间移动。17.根据权利要求17所述的打桩机，其中所述钻孔仪器可操作以通过四杆框架组件在所述第一和第二方向之间移动。18.根据权利要求12所述的打桩机，还包括激光冲击所述目标上的激光束。

技术总结

提供用于太阳能打桩机的改进型桅杆，引入在线钻孔以及对齐和装配装置，能够实现比传统设备更高的位置精度。在某些情况下，安装基础时，可以使用机器桅杆上的夹具、支架或其他设备来放置单轴跟踪器的轴承组件。还公开各种多片式基桩，能够在地面和地面组件之间进行位置调整，以补偿错位。以补偿错位。以补偿错位。

技术研发人员：

J

受保护的技术使用者：

OJJO股份有限公司

技术研发日：

2021.01.15

技术公布日：

2022/11/18