CN106703689A - 高铁隧道锚栓植入用自动打孔装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体为一种高铁隧道锚栓植入用自动打孔装置及方法，解决了现有隧道锚栓植入存在损害施工人员健康、锚栓植入时打孔精度较差、施工效率低下且施工人员安全无法保证的问题。液压升降车的前后两端均设置有支撑腿，支撑腿上均设置有支撑球头和卷扬机，升降平台前后两端面均设置有液压伸缩杆，框架式壳体的上下端均设置有水平滑槽，两水平滑槽内竖向设置有固定支柱，固定支柱上设置有水平伺服电机和竖向滑槽，两竖向滑槽上均设置有电锤，电锤的下方均设置有竖直伺服电机，框架式壳体下端设置有重力传感器和激光测距仪，框架式壳体上端设置有雷达测距仪。本发明极大的提高了工作精度，降低了施工的危险系数。

Description

高铁隧道锚栓植入用自动打孔装置及方法

技术领域

本发明涉及高铁隧道施工用打孔技术领域，具体为一种高铁隧道锚栓植入用自动打孔装置及方法。

背景技术

目前国内高铁施工中，接触网专业很多施工工序都实现了机械化施工，但是距离自动化及智能化施工仍旧有很大的距离，所以行业内的每个人都正在为实现接触网施工的自动化及智能化努力着。

接触网隧道施工，吊柱安装的位置精度直接决定着行车安全，目前隧道吊柱安装主要分为：隧道专业预留安装槽道或站后单位植入锚栓进行安装。目前国内接触网专业隧道锚栓植入均是人工作业，从定位到搭设脚手架，再到打孔、锚栓植入，一处作业至少需要30-40分钟。一天每组人（10-12人）最多能够完成90根锚栓植入。

目前国内人工锚栓植入存在着如下问题：1、人工作业多采用搭设教授架进行作业，作业高度在9.0-9.5米，高空没有任何可以系安全带的地方，只能将安全带系在脚手架上防止高空坠落，但是如果脚手架发生侧翻等危险，施工人员将得不到任何的保护；2、在打孔过程中产生的粉尘对施工人员呼吸系统造成极大的影响；3、人工作业一般均采用高亮度的头戴射灯进行作业，所以长期作业队施工人员的视力将造成一定的伤害；4、人工作业时，孔间距及孔的垂直度无法得到很好的控制，会造成很多的返工；5、存在施工效率低下的问题。

发明内容

本发明为了解决现有隧道锚栓植入存在损害施工人员健康、锚栓植入时打孔精度较差、施工效率低下且施工人员安全无法保证的问题，提供了一种高铁隧道锚栓植入用自动打孔装置及方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：高铁隧道锚栓植入用自动打孔装置，包括液压升降车、六轴机械臂及钻孔平台，液压升降车的顶端设置有与六轴机械臂下端连接的升降平台，六轴机械臂的上端与钻孔平台底部中心连接，液压升降车的前后两端均设置有可水平转动且位于其左右两侧的支撑腿，支撑腿上均设置有支撑球头和卷扬机，卷扬机的钢丝绳与升降平台连接，升降平台前后两端面的左右两侧均设置有一端与其万向铰接、另一端可放置在对应支撑球头上的液压伸缩杆，钻孔平台包括框架式壳体，框架式壳体的上下端均设置有位置对应的水平滑槽，两水平滑槽内竖向设置有滑动于其内的固定支柱，固定支柱上设置有水平伺服电机和位于水平滑槽两侧的竖向滑槽，两竖向滑槽上均设置有滑动于其上的电锤固定架，两电锤固定架的外侧均设置有电锤，电锤的下方均设置有竖直伺服电机，框架式壳体下端的四个角部均设置有重力传感器和激光测距仪，框架式壳体上端的四个角部均设置有雷达测距仪。

该结构设计中通过液压升降车、六轴机械臂及钻孔平台的组合实现打孔高度的自动调节；六轴机械臂的灵活性解决了高空环境中对不同孔位选择的问题；支撑腿、液压伸缩杆、卷扬机与升降平台的结构设计进行组合实现了系统的稳定性；液压升降车利用总线控制技术实现自动行走及定位功能；电锤与伺服电机配合作业通过PLC进行调节，打孔类型及打孔模式根据提前设定的参数实现，克服了现有隧道锚栓植入存在损害施工人员健康、锚栓植入时打孔精度较差、施工效率低下且施工人员安全无法保证的问题。

高铁隧道锚栓植入用自动打孔装置的打孔方法，采用如下步骤：a、以自动打孔装置组装点为坐标原点，对后续打每组孔时液压升降车的位置进行设定；b、液压升降车沿提前铺设好的参考线向第一组打孔位置处液压升降车的位置行走；c、当到达该位置的隧道纵深位置后旋转支撑腿至展开状态，升高升降平台至指定位置，调节液压伸缩杆下端至支撑球头上，并调节卷扬机的钢丝绳与升降平台处于拉紧状态；d、通过重力传感器使钻孔平台达到水平状态后，继续上升钻孔平台至指定高度；e、四个激光测距仪分别测量其与相邻隧道侧壁的水平距离，并将隧道同一纵深位置处的两个激光测距仪的水平距离反馈给六轴机械臂的控制系统，对钻孔平台进行旋转至该水平距离相同，且使钻孔平台的行进中心线与隧道中心线在同一平面；f、六轴机械臂驱动钻孔平台移动至第一组打孔位置的一对打孔坐标上，对电锤及竖直伺服电机发出工作命令进行打孔，在打孔过程中，根据返回的压力电信号对竖直伺服电机的推进速度进行调节；g、随后通过提前设定的每组孔中相邻两对打孔坐标的水平间距推进水平伺服电机及电锤到位，通过竖直伺服电机进行打孔；h、重复f、g步骤至每组孔均打完后收回自动打孔装置至初始位置。

使钻孔平台的行进中心线与隧道中心线在同一平面的具体方法是：将钻孔平台水平逆时针旋转角度α后，判断隧道后侧同一纵深位置处的两个激光测距仪的水平距离，如果右侧激光测距仪的水平距离大于左侧激光测距仪的水平距离，则钻孔平台的行进中心线与隧道中心线垂直，应继续水平逆时针旋转钻孔平台角度90-α后，达到钻孔平台的行进中心线与隧道中心线在同一平面；如果右侧激光测距仪的水平距离小于左侧激光测距仪的水平距离，将钻孔平台水平顺时针旋转角度α后即钻孔平台的行进中心线与隧道中心线在同一平面。

本发明所述的自动打孔技术在打孔过程中消除了人工作业时的人为误差，极大的提高了工作精度，而且省去了后期施工环节中的返工工序，操作方便快捷，极大的提高了工作效率，同时降低了施工的危险系数，杜绝了施工人员健康受损的现象，为高铁、公路、地铁等隧道施工作业提供了更好的安全保障。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中钻孔平台的结构示意图。

图中：1-液压升降车，2-六轴机械臂，3-钻孔平台，4-升降平台，5-支撑腿，6-支撑球头，7-卷扬机，8-液压伸缩杆，9-框架式壳体，10-水平滑槽，11-固定支柱，12-水平伺服电机，13-竖向滑槽，14-电锤固定架，15-电锤，16-竖直伺服电机，17-重力传感器，18-雷达测距仪。

具体实施方式

高铁隧道锚栓植入用自动打孔装置，包括液压升降车1、六轴机械臂2及钻孔平台3，液压升降车1的顶端设置有与六轴机械臂2下端连接的升降平台4，六轴机械臂2的上端与钻孔平台3底部中心连接，液压升降车1的前后两端均设置有可水平转动且位于其左右两侧的支撑腿5，支撑腿5上均设置有支撑球头6和卷扬机7，卷扬机7的钢丝绳与升降平台4连接，升降平台4前后两端面的左右两侧均设置有一端与其万向铰接、另一端可放置在对应支撑球头6上的液压伸缩杆8，钻孔平台3包括框架式壳体9，框架式壳体9的上下端均设置有位置对应的水平滑槽10，两水平滑槽10内竖向设置有滑动于其内的固定支柱11，固定支柱11上设置有水平伺服电机12和位于水平滑槽10两侧的竖向滑槽13，两竖向滑槽13上均设置有滑动于其上的电锤固定架14，两电锤固定架14的外侧均设置有电锤15，电锤15的下方均设置有竖直伺服电机16，框架式壳体9下端的四个角部均设置有重力传感器17和激光测距仪，框架式壳体9上端的四个角部均设置有雷达测距仪18。

高铁隧道锚栓植入用自动打孔装置的打孔方法，采用如下步骤：a、以自动打孔装置组装点为坐标原点，对后续打每组孔时液压升降车1的位置进行设定；b、液压升降车1沿提前铺设好的参考线向第一组打孔位置处液压升降车1的位置行走；c、当到达该位置的隧道纵深位置后旋转支撑腿5至展开状态，升高升降平台4至指定位置，调节液压伸缩杆8下端至支撑球头6上，并调节卷扬机7的钢丝绳与升降平台4处于拉紧状态；d、通过重力传感器17使钻孔平台3达到水平状态后，继续上升钻孔平台3至指定高度；e、四个激光测距仪分别测量其与相邻隧道侧壁的水平距离，并将隧道同一纵深位置处的两个激光测距仪的水平距离反馈给六轴机械臂2的控制系统，对钻孔平台3进行旋转至该水平距离相同，且使钻孔平台3的行进中心线与隧道中心线在同一平面；f、六轴机械臂2驱动钻孔平台3移动至第一组打孔位置的一对打孔坐标上，对电锤15及竖直伺服电机16发出工作命令进行打孔，在打孔过程中，根据返回的压力电信号对竖直伺服电机16的推进速度进行调节；g、随后通过提前设定的每组孔中相邻两对打孔坐标的水平间距推进水平伺服电机12及电锤15到位，通过竖直伺服电机16进行打孔；h、重复f、g步骤至每组孔均打完后收回自动打孔装置至初始位置；使钻孔平台3的行进中心线与隧道中心线在同一平面的具体方法是：将钻孔平台3水平逆时针旋转角度α后，判断隧道后侧同一纵深位置处的两个激光测距仪的水平距离，如果右侧激光测距仪的水平距离大于左侧激光测距仪的水平距离，则钻孔平台3的行进中心线与隧道中心线垂直，应继续水平逆时针旋转钻孔平台角度90-α后，达到钻孔平台3的行进中心线与隧道中心线在同一平面；如果右侧激光测距仪的水平距离小于左侧激光测距仪的水平距离，将钻孔平台水平顺时针旋转角度α后即钻孔平台3的行进中心线与隧道中心线在同一平面。

具体实施过程中，六轴机械臂2选用安川ES165D焊接机器人，角度α为锐角。

当隧道前后任一侧同一纵深位置处的两个激光测距仪的水平距离相同，而隧道另一侧同一纵深位置处的两个激光测距仪的水平距离不同时，有可能被干扰，将钻孔平台3下降一定高度后，继续进行分析确认。

通过重力传感器17使钻孔平台3达到水平状态后，继续上升钻孔平台3至指定高度，指定高度即为雷达测距仪18返回数据等于50mm的高度。

Claims (3)

1.一种高铁隧道锚栓植入用自动打孔装置，其特征在于：包括液压升降车（1）、六轴机械臂（2）及钻孔平台（3），液压升降车（1）的顶端设置有与六轴机械臂（2）下端连接的升降平台（4），六轴机械臂（2）的上端与钻孔平台（3）底部中心连接，液压升降车（1）的前后两端均设置有可水平转动且位于其左右两侧的支撑腿（5），支撑腿（5）上均设置有支撑球头（6）和卷扬机（7），卷扬机（7）的钢丝绳与升降平台（4）连接，升降平台（4）前后两端面的左右两侧均设置有一端与其万向铰接、另一端可放置在对应支撑球头（6）上的液压伸缩杆（8），钻孔平台（3）包括框架式壳体（9），框架式壳体（9）的上下端均设置有位置对应的水平滑槽（10），两水平滑槽（10）内竖向设置有滑动于其内的固定支柱（11），固定支柱（11）上设置有水平伺服电机（12）和位于水平滑槽（10）两侧的竖向滑槽（13），两竖向滑槽（13）上均设置有滑动于其上的电锤固定架（14），两电锤固定架（14）的外侧均设置有电锤（15），电锤（15）的下方均设置有竖直伺服电机（16），框架式壳体（9）下端的四个角部均设置有重力传感器（17）和激光测距仪，框架式壳体（9）上端的四个角部均设置有雷达测距仪（18）。

2.根据权利要求1所述的高铁隧道锚栓植入用自动打孔方法，其特征在于：采用如下步骤：a、以自动打孔装置组装点为坐标原点，对后续打每组孔时液压升降车（1）的位置进行设定；b、液压升降车（1）沿提前铺设好的参考线向第一组打孔位置处液压升降车（1）的位置行走；c、当到达该位置的隧道纵深位置后旋转支撑腿（5）至展开状态，升高升降平台（4）至指定位置，调节液压伸缩杆（8）下端至支撑球头（6）上，并调节卷扬机（7）的钢丝绳与升降平台（4）处于拉紧状态；d、通过重力传感器（17）使钻孔平台（3）达到水平状态后，继续上升钻孔平台（3）至指定高度；e、四个激光测距仪分别测量其与相邻隧道侧壁的水平距离，并将隧道同一纵深位置处的两个激光测距仪的水平距离反馈给六轴机械臂（2）的控制系统，对钻孔平台（3）进行旋转至该水平距离相同，且使钻孔平台（3）的行进中心线与隧道中心线在同一平面；f、六轴机械臂（2）驱动钻孔平台（3）移动至第一组打孔位置的一对打孔坐标上，对电锤（15）及竖直伺服电机（16）发出工作命令进行打孔，在打孔过程中，根据返回的压力电信号对竖直伺服电机（16）的推进速度进行调节；g、随后通过提前设定的每组孔中相邻两对打孔坐标的水平间距推进水平伺服电机（12）及电锤（15）到位，通过竖直伺服电机（16）进行打孔；h、重复f、g步骤至每组孔均打完后收回自动打孔装置至初始位置。

3.根据权利要求2所述的高铁隧道锚栓植入用自动打孔方法，其特征在于：使钻孔平台（3）的行进中心线与隧道中心线在同一平面的具体方法是：将钻孔平台（3）水平逆时针旋转角度α后，判断隧道后侧同一纵深位置处的两个激光测距仪的水平距离，如果右侧激光测距仪的水平距离大于左侧激光测距仪的水平距离，则钻孔平台（3）的行进中心线与隧道中心线垂直，应继续水平逆时针旋转钻孔平台角度90-α后，达到钻孔平台（3）的行进中心线与隧道中心线在同一平面；如果右侧激光测距仪的水平距离小于左侧激光测距仪的水平距离，将钻孔平台水平顺时针旋转角度α后即钻孔平台（3）的行进中心线与隧道中心线在同一平面。