CN103711155A - 一种用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,包括:固定在模型试验边墙顶端的水平导轨,在水平导轨上沿导轨方向移动的双梁门式吊车,安装在双梁门式吊车上的360°可旋转取土装置和异常体搬运装置,以及用于实现测距、反馈和实时显示功能的综合数控操作系统;双梁门式吊车沿水平导轨移动,360°可旋转取土装置沿双梁门式吊车移动或者垂直向下移动。该装置不仅实现了在大型地球物理探测试验土体中的全自动快速三维精确定位挖掘技术,实现了模型试验中材料、地质异常体可更换可重复,而且具有能耗小,效率高,可操作性强,安全性高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种数控自动化施工装置,尤其涉及一种用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置。
背景技术
地球物理探测的物理模型试验系统是研发新型物理探测技术,验证探测效果评价装备性能的有效研究手段,与现场试验相比,地球物理探测模型试验可构建已知的地质条件,又是探测环境和探测对象,对于验证探测性能效果具有十分重要的作用。
地球物理探测的物理模型试验是指将介质体的物理原型遵循物理的和几何的相似准则,依照一定的比例因子、在实验室内建造相似模型,观测其中地球物理场的特征。通过对条件已知的、理想化了的模型中的地球物理场的观测,建立起介质的模型结构、构造、物理性质及其变化规律与地球物理场的特征及其变化之间的关系。利用这一关系,就可以根据介质体的物理原型上观测到的地球物理场对物理原型进行研究和探测。地球物理探测试验是固体地球物理和勘探地球物理的基础理论和方法技术研究的重要途径和手段。
随着地球物理探测技术的发展,对其物理模型试验技术揭示了两个更高的要求。第一是要求物理模型试验系统的规模和尺寸越来越大,因为大比例尺的模型试验系统更接近实际探测条件,能够更真实的反映探测规律;第二是要求物理模型试验系统具有可重复性,物理模型试验的费用都很高,若不可重复使用,仅能模拟少数的地质情况,则大大增加了研究成本,所以要求其中的材料、地质体可更换可重复。
针对上述这种大行化和可重复性需求,传统的施工装置已经不能满足要求,目前需要解决的关键问题如下:①如何在大型地球物理探测试验土体中进行快速三维精确定位开挖;②如何在有限的空间内设计出一种装置能解决在大型地球物理探测试验深部取土的问题;③如何在大型地球物理探测试验土体中开挖出不同走向的坑;④如何在土体开挖装置的基础上解决土体开挖后预埋异常体的搬运问题;⑤如何设计出一套可操作性强,安全性高的操作与实时显示系统,方便做试验的人员操作。
发明内容
本发明的目的就是解决上述问题,提供一种用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,它不仅实现了在大型地球物理探测试验土体中的全自动快速三维精确定位挖掘技术,实现了模型试验中材料、地质异常体可更换可重复,而且具有能耗小,效率高,可操作性强,安全性高等特点。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,包括:固定在模型试验边墙顶端的水平导轨,在水平导轨上沿导轨方向移动的双梁门式吊车,安装在双梁门式吊车上的360°可旋转取土装置和异常体搬运装置,以及用于实现测距、反馈和实时显示功能的综合数控操作系统。
所述360°可旋转取土装置包括沿双梁门式吊车移动的横向移动部件、纵向伸缩部件以及360°方向的取土装置。
所述异常体搬运装置包括沿双梁门式吊车移动的行走部件以及起重装置。
双梁门式吊车沿水平导轨移动,360°可旋转取土装置沿双梁门式吊车移动或者垂直向下移动。
所述双梁门式吊车由全门式主梁和固定在全门式主梁两端的腿部支撑组成,所述主梁为双梁结构,主梁上设计有小车轨道,主梁的每根单梁均设计为箱型梁结构。
所述腿部支撑包括两条斜腿、底部的端梁和行走机构,两条斜腿组成A型支架,两条斜腿通过底部的端梁与行走机构连接。
所述行走机构两侧设计有防止吊车脱离轨道的钢板卡扣。
所述360°可旋转取土装置包括四轮小车、主液压系统以及抓斗。
所述四轮小车在全门式主梁的小车轨道上移动,四轮小车通过主液压系统与抓斗连接,主液压系统用于驱动抓斗的旋转与正常工作。
所述主液压系统包括:安装在四轮小车上的液压站,所述液压站通过液压管与液压缸、三级液压油缸、旋转液压马达和抓斗液压缸分别连接。
所述液压缸为四个,分别安装在小车的四个角上,用于提供抓斗挖土时的支承反力。
所述三级液压油缸安装在小车中间的孔中,三级液压油缸在竖直方向伸缩,并提供向下挖土与向上取土的动力,实现该装置的深部挖土与取土工作。
所述旋转液压马达安装在三级液压油缸与抓斗之间,用于提供360°旋转的动力。
所述抓斗液压缸安装在抓斗上,用于提供抓土的合紧力,实现不松土。
所述三级液压油缸上设置多级导向杆,多级导向杆通过设置在四轮小车上的导向杆孔与四轮小车连接,三级液压油缸伸缩带动对应的导向杆伸缩,保证了三级液压油缸的伸缩精度。
导向杆分为多级,三级油缸每伸一级出来,对应的一级导向杆也跟着伸出,其他的导向杆不动,同样的,油缸伸第二级的时候,对应的第二级导向杆再伸。
所述异常体搬运装置包括吊葫芦以及与吊葫芦连接的行走部件,所述行走部件沿双梁门式吊车主梁的其中一个单梁移动。
所述综合数控操作系统能够实现测距、反馈功能以及实时显示整个装置的工作状态,所述综合数控操作系统设计有自动控制与手动控制两种模式。
所述综合数控操作系统的测距和反馈功能通过激光测距传感器和刹车装置实现,激光测距传感器分别探测在水平导轨上运动的双梁门式吊车、在主梁上运动的360°取土装置的小车以及伸缩三级液压油缸的位置信息,并将信息反馈给计算机,计算机根据预设的三维坐标信息,通过刹车装置分别对其运动进行控制与调整,使其运动到预设位置,保证开挖精度。
确定预埋异常体在模型土体中的三维坐标(X,Y,Z)后,双梁门式吊车沿水平导轨移动到坐标X,360°可旋转取土装置沿双梁门式吊车移动到坐标Y,360°可旋转取土装置垂直向下移动至坐标Z进行开挖。
本发明的有益效果:
1.本发明提出了一种用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,该装置实现了在大型模型试验土体中的全自动快速三维精确定位挖掘技术,该技术的实现是通过双梁门式吊车安装在两条平行导轨之上,在水平导轨上沿X轴方向自由运动,然后360°可旋转取土装置固定在小车上,小车在主梁上沿Y轴方向行走,最后360°可旋转取土装置抓斗利用三级液压油缸,垂直向下沿Z轴方向开挖,且它们都是通过激光测距传感器和刹车装置实现的定位,从而实现了在模型土体中精确三维坐标(X,Y,Z)定位挖掘技术。
2.本发明提出了一种360°可旋转取土装置,该装置包括一个四轮小车、一个液压站、四只液压缸、一个三级液压油缸及其配件、一个旋转液压马达以及一个抓斗,其中三级液压油缸设计了多级导向杆保证了它的伸缩精度,抓斗采用液压马达设计为能够360°旋转,抓斗合紧力由液压驱动满足抓土要求,不松斗,该取土装置解决了深部挖土及取土的难题,同时也解决了土在模型顶部的搬运问题,以及土回填的问题,加上该抓斗可360°旋转,可完成不同走向的异常体埋设。
3.本发明提出了一种独特的一机多用设计,在横梁上合理地设计安装了两个装置:一个是用于挖土,安装在双梁中间的360°可旋转取土装置;一个是用于异常体埋设,安装在单梁上的吊葫芦。两个装置配合使用互不干扰,该设计即避免了单一模式,让挖土、异常体埋设以及回填土的过程可以很好衔接完成,也能充分减小能耗,提高利用效率。
4.本发明提出了一种综合测距反馈及实时显示数控操作系统,该系统包括测距与反馈控制系统和实时显示系统,控制系统设计有自动与手动控制两种模式,确保每个步骤都可以按要求完成,并且该系统还有独立的电柜设置,可视面板的设置,大大增加了本装置的可操作性,使得操作简便可靠,安全性有保障。
附图说明
图1是本发明大型地球物理探测试验数控自动化施工装置整体效果图;
图2是本发明双梁门式吊车双梁结构主梁效果图;
图3是本发明吊车行走部件以及水平导轨效果图;
图4是本发明360°可旋转取土装置的整体效果图;
图5是本发明取土装置小车部分的效果图;
图6是本发明三级油缸效果图;
图7是本发明挖斗及旋转液压马达效果图;
其中,1.模型试验边墙,2.双梁门式吊车,3.水平导轨,4.360°可旋转取土装置,5.异常体搬运装置,6.双梁结构主梁,7.小车轨道,8.行走机构,9.钢板卡扣,10.四轮小车,11.液压站,12.液压缸,13.三级液压油缸,14.导向杆,15.旋转液压马达,16.抓斗,17.抓斗液压缸。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示,一种用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,它包括双梁门式吊车2、水平导轨3、360°可旋转取土装置4、异常体搬运装置5,以及用于实现测距、反馈和实时显示功能的综合数控操作系统。
所述一种用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置的水平导轨3固定在模型试验边墙1顶端,双梁门式吊车2在水平导轨3上行走,360°可旋转取土装置4和异常体搬运装置5安装在双梁门式吊车2上,主液压系统用于吊车梁与液压抓斗之间的连接与协调工作,整个数控自动化施工装置是靠综合数控操作系统控制和实时显示的。
三维定位开挖步骤:根据预埋异常体在模型土体中的三维坐标(X,Y,Z),首先双梁门式吊车2沿水平导轨3行走到坐标X,然后360°可旋转取土装置小车10沿主梁行走到坐标Y,最后360°可旋转取土装置抓斗16垂直向下开挖至坐标Z。
所述双梁门式吊车2采用全门式主梁,设计为双梁结构主梁6,该设计承载能力强、跨度大、整体稳定性好。主梁中的每根梁采用箱型梁结构,具有安全性高,刚度大等特点,且双梁结构主梁6上设计有小车轨道7,用于360°可旋转取土装置4的小车行走。腿部支撑主要由两条斜腿、底部的端梁和行走机构8组成。其中两条腿组成的A型支架相对于单腿支架更稳定;底部的端梁起到配重的作用;行走机构8主要由电机、减速器和滚轮组成,且在行走机构两侧设计有防止土体开挖时而产生的反力致使吊车脱离轨道的钢板卡扣9。
所述水平导轨3采用重轨,由地脚螺钉固定在模型顶端两侧,地脚螺钉采用预埋的方式提前预埋在模型试验边墙1中,其中重轨和地脚螺钉的型号根据实际试验需要而定。
所述360°可旋转取土装置4包括一个四轮小车10、主液压系统以及一个抓斗16(也可以是其他取土装置)。
主液压系统包括:一个液压站11、四只液压缸12、一个三级液压油13缸、一个旋转液压马达15以及一个抓斗液压缸17。液压站11安装在四轮小车上,液压站11通过液压管与液压缸12、三级液压油缸13和旋转液压马达分别连接;液压缸12为四个,分别安装在小车的四个角上,用于提供抓斗挖土时的支承反力;三级液压油缸13安装在小车中间的孔中三级液压油缸,在竖直方向伸缩运动,并提供向下挖土与向上取土的动力,实现该装置的深部挖土与取土工作。;旋转液压马达15安装在三级液压油缸13与抓斗16之间,用于提供360°旋转的动力;抓斗液压缸17安装在抓斗16上,用于提供抓土合紧力。
四轮小车10在主梁上的小车轨道7上行走,液压站11安装在小车上方便了液压管的安装,液压缸12的作用是在抓斗16挖土的时候提供一个支承反力,三级液压油缸13设计了多级导向杆14保证了它的伸缩精度,并且四轮小车10上设计有导向杆孔,多级导向杆14通过设置在四轮小车上的导向杆孔与四轮小车10连接,导向杆分为多级,三级液压油缸13每伸一级出来,对应的一级导向杆也跟着伸出,其他的导向杆不动,同样的,油缸伸第二级的时候,对应的第二级导向杆再伸。
抓斗16采用旋转液压马达15设计为能够360°旋转,抓斗合紧力由液压驱动满足抓土要求,不松斗。该取土装置解决了深部挖土及取土的难题,同时也解决了土在模型顶部的搬运问题,以及土回填的问题,加上该抓斗16可360°旋转,可完成不同走向的异常体埋设。
所述异常体搬运装置5包括一个吊葫芦(所述吊葫芦也可以替换为其他起重装置),以及吊葫芦的行走部件,该装置安装在主梁上其中的一个单梁上,沿该单梁行走,平时不用的时候会退至梁的一侧,工作的时候可根据需要移动至指定位置吊起异常体,并可完成异常体的搬运、埋设、取出等步骤。
所述综合数控操作系统包括激光测距传感器、刹车装置、实时显示系统与计算机分别连接;激光测距传感器分别探测在水平导轨上运动的双梁门式吊车2、在主梁上运动的360°可旋转取土装置4的小车以及伸缩三级液压油缸13的位置信息,并将信息反馈给计算机,计算机根据预设的三维坐标信息,通过刹车装置分别对其运动进行控制与调整,使其运动到预设位置,保证开挖精度;实时显示系统具有实时显示整个装置工作状态的功能,能够在显示屏上实时显示吊车吊移动、挖土动作、吊车位置、坑体的深度等内容。
控制系统设计有自动与手动控制两种模式,确保每个步骤都可以按要求完成,并且该系统还有独立的电柜设置以及可视面板,大大增加了本装置的可操作性,使得操作简便可靠,安全性有保障。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,其特征是,包括:固定在模型试验边墙顶端的水平导轨,在水平导轨上沿导轨方向移动的双梁门式吊车,安装在双梁门式吊车上的360°可旋转取土装置和异常体搬运装置,以及用于实现测距、反馈和实时显示功能的综合数控操作系统;
所述360°可旋转取土装置包括沿双梁门式吊车移动的横向移动部件、纵向伸缩部件以及360°方向的取土装置;
所述异常体搬运装置包括沿双梁门式吊车移动的行走部件以及起重装置;
双梁门式吊车沿水平导轨移动,360°可旋转取土装置沿双梁门式吊车移动或者垂直向下移动。
2.如权利要求1所述的用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,其特征是,所述双梁门式吊车由全门式主梁和固定在全门式主梁两端的腿部支撑组成,所述主梁为双梁结构,主梁上设计有小车轨道,主梁的每根单梁均设计为箱型梁结构。
3.如权利要求2所述的用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,其特征是,所述腿部支撑包括两条斜腿、底部的端梁和行走机构,两条斜腿组成A型支架,两条斜腿通过底部的端梁与行走机构连接。
4.如权利要求3所述的用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,其特征是,所述行走机构两侧设计有防止吊车脱离轨道的钢板卡扣。
5.如权利要求1或2所述的用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,其特征是,所述360°可旋转取土装置包括四轮小车、主液压系统以及抓斗;
所述四轮小车在全门式主梁的小车轨道上移动,四轮小车通过主液压系统与抓斗连接,主液压系统用于驱动抓斗的旋转与正常工作。
6.如权利要求5所述的用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,其特征是,所述主液压系统包括:安装在四轮小车上的液压站,所述液压站通过液压管与液压缸、三级液压油缸、旋转液压马达和抓斗液压缸分别连接。
所述液压缸为四个,分别安装在小车的四个角上,用于提供抓斗挖土时的支承反力;
所述三级液压油缸安装在小车中间的孔中,三级液压油缸在竖直方向伸缩,并提供向下挖土与向上取土的动力,实现该装置的深部挖土与取土工作;
所述旋转液压马达安装在三级液压油缸与抓斗之间,用于提供360°旋转的动力;
所述抓斗液压缸安装在抓斗上,用于提供抓土的合紧力,实现不松土。
7.如权利要求5所述的用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,其特征是,所述三级液压油缸上设置多级导向杆,多级导向杆通过设置在四轮小车上的导向杆孔与四轮小车连接,三级液压油缸伸缩带动对应的导向杆伸缩,从而保证三级液压油缸的伸缩精度。
8.如权利要求1所述的用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,其特征是,所述异常体搬运装置包括吊葫芦以及与吊葫芦连接的行走部件,所述行走部件沿双梁门式吊车主梁的其中一个单梁移动。
9.如权利要求1所述的用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,其特征是,所述综合数控操作系统能够实现测距、反馈功能以及实时显示整个装置的工作状态,所述综合数控操作系统设计有自动控制与手动控制两种模式。
10.如权利要求9所述的用于大型地球物理探测试验的数控自动化施工装置,其特征是,所述综合数控操作系统的测距和反馈功能通过激光测距传感器和刹车装置实现,激光测距传感器分别探测在水平导轨上运动的双梁门式吊车、在主梁上运动的360°取土装置的小车以及伸缩三级液压油缸的位置信息,并将信息反馈给计算机,计算机根据预设的三维坐标信息,通过刹车装置分别对其运动进行控制与调整,使其运动到预设位置。
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Legal Events
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |