CN105480907B - 隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置，包括雷达、伸缩机构、驱动机构、举升机构；伸缩机构包括底座和能在底座上做伸缩运动的伸缩杆，雷达设于伸缩杆外端；驱动机构用于驱动伸缩杆的伸缩运动；举升机构设于伸缩机构下方，其特征在于：在伸缩机构与举升机构之间还设有水平回转机构，水平回转机构包括上转盘和下转盘，上转盘与伸缩机构的底座中部铰接，底座可绕铰接点上下转动，下转盘与举升机构相连，上转盘与下转盘之间设有转动轴承；上转盘上设有回位弹簧；底座与上转盘之间通过可调节长度的支撑铰链连接。本发明具有能自动回避隧道内凸起物、灵活性好、结构简单、拆装方便的有益效果。

Description

隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置

技术领域

本发明涉及一种隧道侧壁探测装置，具体是一种隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置。

背景技术

隧道健康状况的检测，最初采用肉眼观察判断方法，这种检测方法代表性差，只能进行少量抽样钻取，难以全面反映隧道的整体健康状况。近年来，地质雷达无损检测法具有很好的灵活性，采用举升地质雷达在隧道中进行纵向扫描，在隧道检测中被广泛应用。

国外德国研制了GeoRail—Xpress综合检测车，日本研制出应用多通道地质雷达技术的隧道衬砌检测系统，能很好地举升地质雷达进行运营铁路隧道检测，但存在操作复杂、价格昂贵、维护困难等缺点。国内隧道衬砌检测都是采用人工手持地质雷达天线靠近隧道衬砌表面获得隧道衬砌雷达图像，通过分析雷达图像发现被检测隧道存在的病害。目前国内发明的地质雷达自动举升装置主要有云南三星机械设备仪器有限公司的一项发明专利“一种可移动式隧道检测臂”，公开号为CN 101846639 A；由湖南宝龙专用汽车有限公司公布的一项发明专利“隧道检测车”，公开号为CN 200968855 Y；由云南三星机械设备仪器有限公司的一项发明专利“一种移动式隧道自动水平定位检测臂”，公开号为CN 102645438A，这几种自动举升装置存在的缺点为举升速度较慢，躲避障碍物能力差，装置较笨重，在宽度或高度上不能满足运输要求，即不符合铁运【2007】62号文件中《铁路超限超重货物运输规则》，不能完全适应运营铁路隧道复杂检测环境。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种灵活性好、结构简单、拆装方便的隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置，使其在检测时能自动回避隧道内凸起物。

为了实现以上目的，本发明提供的一种隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置，包括雷达、伸缩机构、驱动机构、举升机构；所述伸缩机构包括底座和能在底座上做伸缩运动的伸缩杆，所述雷达设于伸缩杆外端；所述驱动机构用于驱动伸缩杆的伸缩运动；所述举升机构设于伸缩机构下方，其特征在于：在所述伸缩机构与举升机构之间还设有水平回转机构，所述水平回转机构包括上转盘和下转盘，所述上转盘与伸缩机构的底座中部铰接，所述底座可绕所述铰接点上下转动，所述下转盘与举升机构相连，所述上转盘与下转盘之间设有转动轴承；所述上转盘上设有回位弹簧；所述底座与上转盘之间通过可调节长度的支撑铰链连接。

作为本发明的优选方案，在所述伸缩机构中，底座上面固定有直线导轨，所述直线导轨上设有与之相配合的滑块，所述伸缩杆固定在滑块的上面，所述底座的外端固定有导向套，所述伸缩杆外端穿过导向套中的导向孔。

进一步地，所述驱动机构包括分别设于底座两端的上滑轮和下滑轮；缠绕在所述上滑轮和下滑轮之间的钢丝绳；与所述钢丝绳相连的滑块；驱动钢丝绳运动的绳轮、以及用于驱动绳轮转动的伺服电机和减速器；所述绳轮、伺服电机和减速器均通过安装座安装在所述上转盘上，所述安装座与底座的中部铰接。

更进一步地，所述底座下方设有用于调节钢丝绳张紧度的张紧轮。

更进一步地，所述底座上还设有测量钢丝绳行程的拉线传感器，所述拉线传感器探测的信号传递给PLC，PLC控制伺服电机的转速。

更进一步地，所述上转盘和下转盘上相互对应位置处分别设有用于限制旋转角度的限位块与限位螺钉。

再进一步地，所述上转盘的一侧外的机架上设有支撑杆，所述回位弹簧水平设于支撑杆和上转盘之间。

还进一步地，所述支撑铰链沿长度方向布置有多个定位孔，所述支撑铰链的一端与上转盘铰接，支撑铰链的任意一个安装孔可以与底座通过螺栓固定。

本隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置通过伸缩机构和举升机构分别调整雷达的水平位置和垂直位置，方便快捷，同时装置的检测状态与非检测状态可快速转换，满足运输要求，适应性好；装置水平顺拖减小凸起物碰撞和摩擦力度；伸缩机构既保证雷达贴近隧道侧壁，同时当有难以回避凸起物时允许雷达伸送导轨水平回转躲避，越过凸起物后弹簧自动拉动雷达伸送导轨使雷达贴近侧壁，实现柔性避障；对装置进行了模块化、轻型化设计，因此该装置具有结构可靠、稳定性好、适应能力强等特点。

本装置能实现检测位置的调整、检测状态与非检测状态快速转换、柔性避障等功能，满足对复杂运营铁路隧道检测环境的检测，方便运输，可靠性及稳定性好，适用范围广。

附图说明

图1为本发明位于检测状态时的结构示意图。

图2为图1的立体图。

图3为本发明位于非检测状态时的结构示意图。

图4为本发明安装在专用汽车和铁路工程车上的结构示意图。

图中：雷达1、底座2、直线导轨3、滑块4、连接板5、导向套6、伸缩杆7、上滑轮8、下滑轮9、绳轮10、伺服电机11、安装座12、上转盘13、下转盘14、支撑杆15、回位弹簧16、限位块17、限位螺钉18、支撑铰链座19、支撑板20、小方钢21、大方钢22、定位孔23、张紧轮24、拉线传感器25、支撑铰链26、铁路工程车27、专用汽车28。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：如图1至图4所示的一种隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置，包括雷达1、伸缩机构、驱动机构、举升机构；所述伸缩机构包括底座2和能在底座2上做伸缩运动的伸缩杆7，底座2上面固定有两根相互平行的直线导轨3，所述直线导轨3上设有与之相配合的滑块4，两个滑块4的顶面跨设有一块连接板5，所述伸缩杆7固定在连接板5的上面，所述底座2的外端固定有导向套6，所述伸缩杆7外端穿过导向套6中的导向孔，所述雷达1设于伸缩杆7外端。所述驱动机构用于驱动伸缩杆7的伸缩运动；所述举升机构设于伸缩机构下方。在所述伸缩机构与举升机构之间还设有水平回转机构。

所述水平回转机构包括上转盘13和下转盘14，所述上转盘13与伸缩机构的底座2中部铰接，所述底座2可绕所述铰接点上下转动，所述下转盘14与举升机构相连，所述上转盘13与下转盘14之间设有转动轴承，所述上转盘13和下转盘14上相互对应位置处分别设有用于限制旋转角度的限位块17与限位螺钉18。所述上转盘13上设有回位弹簧，上转盘13的一侧外的机架底座上设有支撑杆15，所述回位弹簧16水平设于支撑杆15和上转盘13之间，分别与支撑杆15和上转盘13边缘连接。所述底座2与上转盘13之间通过可调节长度的支撑铰链26连接。所述支撑铰链26沿长度方向布置有多个定位孔，所述支撑铰链26的一端与上转盘13铰接，支撑铰链26的任意一个安装孔可以与底座2通过螺栓固定。

所述驱动机构包括分别设于底座2两端的上滑轮8和下滑轮9；缠绕在所述上滑轮8和下滑轮9之间的钢丝绳；与所述钢丝绳相连的滑块4；驱动钢丝绳运动的绳轮10、以及用于驱动绳轮10转动的伺服电机11和减速器；所述绳轮10、伺服电机11和减速器均通过安装座12安装在所述上转盘13上，所述安装座12与底座2的中部铰接。底座2下方设有用于调节钢丝绳张紧度的张紧轮24。所述底座2上还设有测量钢丝绳行程的拉线传感器25，所述拉线传感器25探测的信号传递给PLC，PLC控制伺服电机11的转速。

所述举升机构包括支撑板20、小方钢21和大方钢22，支撑板20固定在小方钢21顶部，大方钢22沿竖向套设在小方钢21外，大方钢22和小方钢21的侧壁对应位置分别开设有定位孔23，大方钢22和小方钢21通过设于定位孔23内的螺钉固定，安装座12固定在支撑板20上。

本隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置的工作过程为：本装置具有两种状态，即检测状态和非检测状态。

其中，本装置处于检测状态时，松开支撑铰链26与底座2的连接螺栓，调节伸缩机构角度直至雷达1检测面与隧道侧壁平行，然后拧紧螺栓，使底座2的倾斜角度能够保持不变，转动上转盘13使伸缩机构与隧道侧壁垂直方向保持15°倾角，以便柔性避障，在此过程中限位块17与限位螺钉18相配合防止水平回转机构过度旋转。接着，松开用于固定大方钢22和小方钢21的螺钉，调整小方钢21的高度至预定值后，将螺钉插入大方钢22和小方钢21对应的定位孔23内进行固定。再启动伺服电机11和减速器，驱动钢丝绳转动，带动雷达1伸出直至其与隧道侧壁距离达到预定值，在此过程中，张紧轮24主要为钢丝绳提供导向及张紧作用；导向套6主要为伸缩杆7提供导向，改善了伸缩杆7的受力状况，提高了伸缩杆7运动刚性。最后调整支撑杆15与底座2的间距，使回位弹簧16正好处于初始状态。

上述动作完成后，通过铁路工程车27带动专用汽车28运动，实现雷达1的隧道纵向扫描，实现隧道侧壁检测。

若需对隧道侧壁进行半自动化检测，则通过伺服电机11、减速器带动绳轮10中绳轮转动，并拉动钢丝绳上下运动，进而实现雷达1举升或下降，隧道检测过程中雷达1举升高度随隧道半径变化而变化或避障主要靠人眼进行判断，并做出相应操作；若需对隧道侧壁进行自动化检测，则可按隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置控制系统自动按钮，通过伺服电机11、减速器、拉线传感器25和PLC等共同配合使用，实现隧道侧壁检测的自动测量，即雷达1举升高度随隧道侧壁变化而变化，并自动避开障碍物。

本装置的避让分为主动避让和柔性避让两部分。

其中，主动避让：当凸起物较大时，雷达1易于检测，当雷达1发现凸起物后，发送信号给PLC，PLC通过控制伺服电机11和减速器拉动钢丝绳进而带动雷达1向后缩，避让凸起物，在此过程中拉线传感器25记录钢丝绳运动距离并将数据发送给PLC，PLC根据钢丝绳运动距离控制控制伺服电机11和减速器的开启或关闭。

柔性避让：当凸起物较小时，雷达1不易检测，由于雷达1不能发现凸起物，因此雷达1不会回缩而是继续沿原路径移动进而撞上凸起物，雷达1运动受阻，由于伸缩机构与侧壁垂直方向保持15°倾角，回转装置会在雷达1所受阻力作用下自动旋转，此时回位弹簧16被拉伸。当雷达1转动过凸起物后，被拉伸的回位弹簧16会在反作用力下恢复原状，使雷达1被同步拉回初始位置，继续检测。

本装置处于非检测状态时(检测完毕后)，启动伺服电机11和减速器，驱动钢丝绳转动，带动雷达1缩回底座2端部，在此过程中，张紧轮24主要为钢丝绳提供导向及张紧作用；导向套6主要为伸缩杆7提供导向，改善了伸缩杆7的受力状况，提高了伸缩杆7运动刚性。然后松开与底座2相连的回位弹簧16，转动上转盘13，使伸缩机构在宽度方向上缩回专用汽车28内。接着，松开用于固定大方钢22和小方钢21的螺钉，使小方钢21向下缩回至底部。再松开支撑铰链26与底座2的连接螺栓，调节底座2角度，直至底座2处于水平位置，然后拧紧螺栓，使底座2保持水平，使伸缩机构与铁路工程车27平行，此时本装置在高度和宽度上回收至安全位置。

本装置与现有技术相比，其优势在于：

1、检测位置可方便调整，本装置通过伸缩机构可使雷达1对隧道侧壁的检测范围更宽，使其能同时适应普通隧道和高铁隧道的检测。

2、本装置转换成非检测状态后，在宽度上能收回到铁路工程车27的宽度以内，并降低整个装置高度，以满足运输要求。

3、本装置水平顺拖减小凸起物碰撞和摩擦力度，能很好地对雷达1进行保护。

4、本装置通过主动避让和柔性避让相结合，最大限度保护雷达1不受凸起物损伤；

5、本装置采用钢丝绳的缩放拉动载有雷达1的导轨滑块4在导轨上运动，最大升降速度可达5.65m/s，能快速躲避障碍物；

6、本装置拆装方便，轻型化设计能满足快速安装和拆卸要求，适应了运营铁路隧道天窗时间的检测要求；

7、装置只需操作工进行手动按钮操作或设置参数后，PLC通过控制伺服电机11、减速器和拉线传感器25，使雷达1自动伸缩，很大程度上减轻了劳动强度；

8、一条线的检测只需一个操作人员，节省劳动力，可用多条线同时检测隧道侧壁，提高检测效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置，包括雷达（1）、伸缩机构、驱动机构、举升机构；所述伸缩机构包括底座（2）和能在底座（2）上做伸缩运动的伸缩杆（7），所述雷达（1）设于伸缩杆（7）外端；所述驱动机构用于驱动伸缩杆（7）的伸缩运动；所述举升机构设于伸缩机构下方，其特征在于：在所述伸缩机构与举升机构之间还设有水平回转机构，所述水平回转机构包括上转盘（13）和下转盘（14），所述上转盘（13）与伸缩机构的底座（2）中部铰接，所述底座（2）可绕铰接点上下转动，所述下转盘（14）与举升机构相连，所述上转盘（13）与下转盘（14）之间设有转动轴承；所述上转盘（13）上设有回位弹簧（16）；所述底座（2）与上转盘（13）之间通过可调节长度的支撑铰链（26）连接。

2.根据权利要求1所述的隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置，其特征在于：在所述伸缩机构中，底座（2）上面固定有直线导轨（3），所述直线导轨（3）上设有与之相配合的滑块（4），所述伸缩杆（7）固定在滑块（4）的上面，所述底座（2）的外端固定有导向套（6），所述伸缩杆（7）外端穿过导向套（6）中的导向孔。

3.根据权利要求2所述的隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置，其特征在于：所述驱动机构包括分别设于底座（2）两端的上滑轮（8）和下滑轮（9）；缠绕在所述上滑轮（8）和下滑轮（9）之间的钢丝绳；与所述钢丝绳相连的所述滑块（4）；驱动钢丝绳运动的绳轮（10）、以及用于驱动绳轮（10）转动的伺服电机（11）和减速器；所述绳轮（10）、伺服电机（11）和减速器均通过安装座（12）安装在所述上转盘（13）上，所述安装座（12）与底座（2）的中部铰接。

4.根据权利要求3所述的隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置，其特征在于：所述底座（2）下方设有用于调节钢丝绳张紧度的张紧轮（24）。

5.根据权利要求3所述的隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置，其特征在于：所述底座（2）上还设有测量钢丝绳行程的拉线传感器（25），所述拉线传感器（25）探测的信号传递给PLC，PLC控制伺服电机（11）的转速。

6.根据权利要求1所述的隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置，其特征在于：所述上转盘（13）和下转盘（14）上相互对应位置处分别设有用于限制旋转角度的限位块（17）与限位螺钉（18）。

7.根据权利要求1所述的隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置，其特征在于：所述上转盘（13）的一侧外的机架上设有支撑杆（15），所述回位弹簧（16）水平设于支撑杆（15）和上转盘（13）之间。

8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的隧道缩径防卡车载侧壁雷达伺服举送装置，其特征在于：所述支撑铰链（26）沿长度方向布置有多个定位孔，所述支撑铰链（26）的一端与上转盘（13）铰接，支撑铰链（26）的任意一个安装孔可以与底座（2）通过螺栓固定。