CN103498686A - 混凝土喷射机械手 - Google Patents

Abstract

一种混凝土喷射机械手，其只具有混凝土喷射功能，而不具有混凝土泵送功能。该设备采用履带底盘用于行走，并于车架与底盘之间设有调平液压油缸，使该设备可于小于30°的坡道上进行施工，使湿喷性能不受影响，且机械手臂架的多级伸缩臂采用液压控制，可在狭长的隧道中随意操作，并使添加剂的流量采用手动调速与变频调速相结合，使添加剂流量控制范围更宽，实时无级调节。本设备能在狭小的施工场地顺利完成混凝土湿喷作业，具有体积小，重量轻，能耗低，成本低的特点。

Description

混凝土喷射机械手

技术领域

 本发明涉及混凝土湿喷设备，具体涉及一种带有遥控机械手的自行式混凝土湿喷设备。

背景技术

目前，混凝土湿喷设备在湿喷施工中运用日益广泛，带有机械手的混凝土湿喷机由于其具有喷射质量高、回弹率低、准备时间短、施工效率高、安全且环保等优越的性能而逐渐被用户接受。但现有湿喷机械手集成了混凝土喷射和混凝土泵送两大功能，不仅价格昂贵，而且体积庞大，施工条件受到限制，只能适应大隧道施工。在小型隧道环境中，现有湿喷机的折叠臂根本无法展开收拢，其轮式底盘在隧道中也难以转弯。

因此，在矿山、井下隧道以及大隧道分层开挖工程中，急需一种小型、灵活、价格相对较低的机械手施工设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种小型、灵活的混凝土喷射机械手。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种混凝土喷射机械手由底盘、车架、柴油机液压动力系统、含带变速箱的螺杆泵的添加剂系统、含PLC控制器的电气系统、含臂架的机械手、伸缩支腿、水箱清洗机系统及电机液压系统组成，该电气系统与该柴油机液压动力系统、添加剂系统、水箱清洗机系统及电机液压系统相连接，该机械手与该电机液压系统相连接，其特点是，所述底盘采用履带底盘；该底盘与车架之间设有调平液压油缸，该调平液压油缸的缸筒与底盘的底盘架铰接，该调平液压油缸的伸缩杆与车架的底部铰接，且该调平液压油缸与电气系统的PLC控制器相连；

所述机械手的臂架由基本臂、第二节臂、第三节臂及第四节臂套接组成，该基本臂固定不动，该第二节臂、第三节臂及第四节臂的伸缩动作分别由液压控制回路中的第一油缸第二油缸及第三油缸驱动，该第一油缸、第二油缸及第三油缸设于该臂架内；

所述添加剂系统包括变频器和无线遥控器，该变频器的输出端与螺杆泵的电机相连接，该变频器的输入端与电气系统的PLC控制器的输出端连接，该PLC控制器的输入端与无线遥控器相连接。

所述液压控制回路还包括连通液压油箱的电液开关多路阀和液压锁，该电液开关多路阀为三位四通电磁阀，且该电液开关多路阀的工作油口A、B分别连接液压锁的输入端V1和V2，该液压锁的输出端C1分别连通第一油缸、第二油缸和第三油缸的无杆腔，且在第一油缸和第二油缸的无杆腔之间设进口单向节流阀，第二油缸和第三油缸的无杆腔之间设进口单向节流阀；而第一油缸、第二油缸和第三油缸的有杆腔并接在液压锁的输出端C2。

所述底盘的底盘架后部延伸固定有推土铲。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、由于本发明设备不附带混凝土泵，而是与独立的混凝土泵联合使用，因而，用户可根据实际需要选择不同泵送量的混凝土泵以满足实际需求，不至于产生设备能力浪费；当施工条件限制时，由于本发明的整机尺寸减小，可以适应狭小隧道施工条件，因此，可将混凝土泵放置于远离机械手的位置，通过输送管将混凝土输送到前方进行喷射。

2、本发明设备采用履带底盘用于行走，可原地转弯，在狭窄的环境工作，适应于砂石、泥土等各种不良路面，且底盘架设置的推土铲可用于道路清理整平。

3、由于整机喷射功能单元全部集中在车架平台上，而本发明设备具有车架调平功能，允许用户在小于30°的坡道上进行施工，湿喷性能没有受到坡道的丝毫影响，尤其适用于分层开挖地下工程中。

4、本发明设备的机械手臂架的多级伸缩臂采用液压控制，可在狭长的隧道中随意操作。

5、本设备采用手动调速与变频调速相结合的添加剂控制系统，使添加剂流量控制范围更宽：变频调速在20～50Hz连续可调，手工调速在1：1～1：5连续可调，两者结合使添加剂最大流量与最小流量之比提高到12.5：1，并可实时无级调节。

6、本设备能在狭小的施工场地顺利完成混凝土湿喷作业，具有体积小，重量轻，能耗低，成本低的特点。

附图说明

图1是本发明的整机结构图。

图2是本发明的底盘与车架之间设置调平液压油缸的示意图。

图3a是本发明的机械手结构示意图，显示了臂架的多节结构。

图3b是本发明臂架的第一、第二及第三油缸的分布图。

图4是本发明机械手臂架的液压控制回路。

图5是本发明的添加剂流量控制结构框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明为一种混凝土喷射机械手，其只具有混凝土喷射功能，而不具有混凝土泵送功能，即本发明设备不具有混凝土泵，当需要输送混凝土时，可将本发明与混凝土泵、混凝土泵车结合，在外接电源、外接压缩空气后进行连续湿喷作业。如果合适，用户在施工中可选择已有的混凝土输送泵进行混凝土输送。如若现有混凝土输送泵不合适，在购买新的混凝土输送泵时可根据实际施工所需的喷射流量选择合适的输送泵，这样使得配置更加合理，当然也更加经济。

本发明的混凝土喷射机械手由底盘1、车架2、柴油机液压动力系统3、含带变速箱的螺杆泵41的添加剂系统4、含PLC控制器51的电气系统5、机械手6、伸缩支腿7、水箱清洗机系统8、电机液压系统9及推土铲10组成。该底盘1设有推土铲10，该推土铲除10除用于清理路面外，在喷射时也可降落至地面，起到稳定车身的作用；该车架2位于底盘1上，通过销轴（图中未示）与底盘1铰接，并以调平液压油缸11进行调平，该车架2上设有柴油机液压动力系统3、添加剂系统4、电气系统5、机械手6、伸缩支腿7、水箱清洗机系统8及电机液压系统9，该柴油机液压动力系统3提供行走动力和机械手动力，该电气系统5控制添加剂系统4、机械手6、电机液压系统9共同完成喷射操作。该车架2、柴油机液压动力系统3、电气系统5、伸缩支腿7、水箱清洗机系统8皆为现有技术，在此不再赘述，现就本发明的改进之处详细说明如下：

参见图1，该底盘1采用履带底盘，该底盘的履带可根据路面情况配置钢制履带或是橡胶履带，使其能适应不同的路面条件，且该底盘的底盘架（图中未示）后部延伸固定有前述推土铲10。

参见图2，该底盘1与车架2之间设有调平液压油缸11，该油缸11的缸筒111与底盘1的底盘架（图中未示）铰接，油缸的伸缩杆112与车架2的底部铰接，且该调平液压油缸与电气系统5的PLC控制器51相连。如此，当本发明设备在坡道上施工时，在PLC控制器的作用下，车架在调平液压油缸推动下向上仰起，直至与水平面平行，从而可通过调平液压油缸的伸缩来调整车架摆动的角度，使车架始终保持水平状态。

参见图3a及图3b，本发明的机械手6包括回转支承61、回转座62、臂架63和喷射头64，该回转支承61、回转座62及喷射头64皆为现有技术，在此不再赘述，只对臂架63进行阐述。该臂架63由基本臂631、第二节臂632、第三节臂633及第四节臂634套接组成，该基本臂631的一端固定于回转座62上，另一端依次设有第二节臂632、第三节臂633及第四节臂634，该第二节臂632、第三节臂633及第四节臂634的伸缩动作分别由电机液压系统9中的伸缩臂液压控制回路12中的第一油缸121第二油缸122及第三油缸123驱动，该第一油缸121、第二油缸122及第三油缸123设于该臂架63内。

参见图4，上述所提的伸缩臂液压控制回路12还包括连通液压油箱的电液开关多路阀124，该电液开关多路阀124为三位四通电磁阀，且该电液开关多路阀124的工作油口A、B分别连接液压锁125的输入端V1和V2，该液压锁125的输出端C1分别连通第一油缸121、第二油缸122和第三油缸123的无杆腔，且在第一油缸121和第二油缸122的无杆腔之间设进口单向节流阀126，第二油缸122和第三油缸123的无杆腔之间设进口单向节流阀127；而第一油缸121、第二油缸122和第三油缸123的有杆腔并接在液压锁125的输出端C2。

这样，当电液开关多路阀124中的一个电磁铁得电时，电液开关多路阀124换向，电液开关多路阀124输出的压力油经工作油口A、液压锁125的输入端V1、液压锁125的单向阀1251进入第一油缸121的无杆腔，同时第一油缸121的有杆腔油路中的液压锁125的单向阀1252被来自液压锁125的输入端V1的先导控制油打开，第一油缸121的有杆腔的液压油经液压锁125、电液开关多路阀124流回液压油箱，此时第一油缸121的活塞杆伸出，使第二节臂632伸出。当第一油缸121的活塞杆行程到达终点后，系统压力大于进口单向节流阀126的节流背压，液压油经进口单向节流阀126的节流口进入第二油缸122的无杆腔，第二油缸122的有杆腔的液压油流向第一油缸121，因此第二油缸122的活塞杆伸出，使第三节臂633伸出。当第二油缸122的活塞杆行程到达终点后，系统压力大于进口单向节流阀127的节流背压，液压油经进口单向节流阀127的节流口进入第三油缸123的无杆腔，第三油缸123的有杆腔的液压油流向第一油缸121，因此第三油缸123的活塞杆伸出，使第四节臂634伸出。因进口单向节流阀126和进口单向节流阀127的节流作用，第一油缸121先于第二油缸122和第三油缸123动作。

      当电液开关多路阀124中的另一个电磁铁得电时，电液开关多路阀124换向，电液开关多路阀124输出的压力油经工作油口B、液压锁的输入端V2、液压锁125的单向阀1252进入第三油缸123的有杆腔，第三油缸123的无杆腔的液压油经进口单向节流阀127和进口单向节流阀126的单向阀、液压锁125、电液开关多路阀124的工作油口A流回液压油箱，第三油缸123的活塞杆缩回，使第四节臂634缩回。因第三油缸123连接的负载小于第二油缸122连接的负载，第二油缸122连接的负载小于第一油缸121连接的负载，所以第三油缸123先于第二油缸122和第一油缸121动作。第二油缸122和第一油缸121的活塞杆的缩回的动作如同第三油缸123一样。因此，臂架的该三个油缸的活塞杆缩回动作顺序：先是第三油缸123活塞杆缩回，然后第二油缸122活塞杆缩回，最后第一油缸121活塞杆缩回；与该三个油缸活塞杆伸出的动作顺序相反，即先是第四节臂634缩回，然后是第三节臂633缩回，最后第二节臂632缩回，与该三个节臂伸出的动作顺序相反。

本发明的臂架除保留有其它臂架动作外，臂架的伸长采用了多级伸缩臂，一方面，在保证伸缩距离的前提下使得收缩后的尺寸变得很小，这使得臂架在狭小的空间范围内亦可灵活操作，另一方面，伸缩臂在伸缩时做直线运动，每级伸缩均采用同样缸径的油缸推动，在伸缩过程中带动喷头做匀速直线运动，保证混凝土喷射均匀，也是操作手易于操作。

本发明的添加剂的流量控制采用新的方式，现有的添加剂的流量由带变速箱的螺杆泵进行手动控制，本发明于添加剂系统4中增设了变频器42，参见图5，该变频器42的输出端与螺杆泵41的电机相连接，该变频器42的输入端与电气系统5的PLC控制器51的输出端连接，该PLC控制器51的输入端可与无线遥控器43相连接。

利用无线遥控器43给PLC控制器51发出增加（或减少）添加剂信号，PLC控制器51相应增加（或减少）输出模拟量（0-10V DC），这个模拟量作为变频器42的输入信号，以增加（或降低）输出频率至螺杆泵41的电机，达到提高（或降低）螺杆泵41的速度，增加（或减少）添加剂流量的目的。

本发明通过电机变频调速和手工调速（由于螺杆泵本身带有变速箱，可以进行手动调速）共同控制添加剂流量，实现两级调节。两种调速方式使添加剂流量调节范围，变频调速在20～50Hz连续可调，手工调速在1：1～1：5连续可调，两者结合使添加剂最大流量与最小流量之比提高到12.5：1。

手工调速作为粗调，当使用不同配方的添加剂时，通过手工调速使调速系统与该型添加剂相适应。变频调速作为微调，当混凝土喷射流量变化时，通过电气控制方式实时调节电机转速，进而调节添加剂流量使之与混凝土喷射流量相匹配。

与单纯变频调速相比，控制精度完全一样，但本发明的两级调速能使用不同配方的添加剂，并且使用相同的电气控制参数。

Claims (3)

1. 一种混凝土喷射机械手由底盘（1）、车架（2）、柴油机液压动力系统（3）、含带变速箱的螺杆泵（41）的添加剂系统（4）、含PLC控制器（51）的电气系统（5）、含臂架（63）的机械手（6）、伸缩支腿（7）、水箱清洗机系统（8）及电机液压系统（9）组成，该电气系统（5）与该柴油机液压动力系统（3）、添加剂系统（4）、水箱清洗机系统（8）及电机液压系统（9）相连接，该机械手（6）与该电机液压系统（9）相连接，其特征在于，

所述底盘（1）采用履带底盘；该底盘（1）与车架（2）之间设有调平液压油缸（11），该调平液压油缸的缸筒（111）与底盘（1）的底盘架铰接，该调平液压油缸的伸缩杆（112）与车架（2）的底部铰接，且该调平液压油缸（11）与电气系统的PLC控制器（51）相连；

所述机械手（6）的臂架（63）由基本臂（631）、第二节臂（632）、第三节臂（633）及第四节臂（634）套接组成，该基本臂（631）固定不动，该第二节臂（632）、第三节臂（633）及第四节臂（634）的伸缩动作分别由电机液压系统（9）中的伸缩臂液压控制回路（12）中的第一油缸（121）第二油缸（122）及第三油缸（123）驱动，该第一油缸（121）、第二油缸（122）及第三油缸（123）设于该臂架（63）内；

所述添加剂系统（4）包括变频器（42）和无线遥控器（43），该变频器（42）的输出端与螺杆泵（41）的电机相连接，该变频器（42）的输入端与电气系统（5）的PLC控制器（51）的输出端连接，该PLC控制器（51）的输入端与无线遥控器（43）相连接。

2.如权利要求1所述的混凝土喷射机械手，其特征在于，所述液压控制回路（12）还包括连通液压油箱的电液开关多路阀（124）和液压锁（125），该电液开关多路阀（124）为三位四通电磁阀，且该电液开关多路阀（124）的工作油口A、B分别连接液压锁（125）的输入端V1和V2，该液压锁（125）的输出端C1分别连通第一油缸（121）、第二油缸（122）和第三油缸（123）的无杆腔，且在第一油缸（121）和第二油缸（122）的无杆腔之间设进口单向节流阀（126），第二油缸（122）和第三油缸（123）的无杆腔之间设进口单向节流阀（127）；而第一油缸（121）、第二油缸（122）和第三油缸（123）的有杆腔并接在液压锁（125）的输出端C2。

3.如权利要求1所述的混凝土喷射机械手，其特征在于，所述底盘（1）的底盘架后部延伸固定有推土铲（10）。

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