CN107678026A - 隧道衬砌状态检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道衬砌状态检测装置，包括：能够移动作业平台(40)；机械弯臂(10)的下端通过旋转齿轮轴(11)与作业平台(40)连接，机械弯臂(10)呈弧形且能够伸缩，旋转齿轮轴(11)连接有能够驱动机械弯臂(10)以旋转齿轮轴(11)为轴摆动的第一驱动机构；雷达天线支座小车(30)位于滑索(20)上，雷达天线支座小车(30)能够沿滑索(20)移动，雷达天线支座小车(30)上固定有地质雷达天线(31)。该隧道衬砌状态检测装置设计了机械弯臂，改变了机械臂直线升降的设计思路，检测速度大幅提升，响应速度快，运动范围极小，基本不存在避障行为，完全消除检测盲区，性能稳定。

Description

隧道衬砌状态检测装置

技术领域

本发明涉及隧道检测设备领域，具体的是一种隧道衬砌状态检测装置。

背景技术

在现有的隧道衬砌无损检测技术中，地质雷达检测法为最主要的手段，地质雷达检测主要有人工、车载等检测方式。目前尚没有切实可行有效地将地质雷达远距离于 衬砌被测面快速检测的手段，都需要利用载具将其置于离隧道衬砌表面附近。我国已 研制出首辆隧道状态检查车。每条机械臂的一端固定安装地质雷达，利用控制系统操 作每条机械臂在车本体上动作，以对隧道衬砌进行检测。但因机械臂系统结构特点导 致机械臂灵敏度低响应时间长，当遇到接触网等障碍物需要调节机械臂位置时，必须 将车体停下以对机械臂位置进行调节。当障碍物较密集时，使用者需要反复停车来调 节机械臂，工作效率较低。并经过后续技术改造，可使机械臂系统在检测过程中遇到 接触网等障碍物时可以不停车快速调节机械臂位置，相比于之前取得了显著进步，一 定程度上有效提高了检测速率，并节省了人力，如中国专利CN 105302143A，公开日 期2016年2月3日，公开了一种《隧道衬砌检测装置及检测车》。但仍然存在技术上 的不足，主要体现在双线隧道拱顶检测能力不足(快速调节距离有限、调节速度不足)、 机械臂自动化性能不足、检测装置的结构设计欠优化、调节避开隧道环境中的障碍物 还需要人工控制、误判和漏判风险不能完全规避、不能实现完全非人工的程序化操作 等不足，终究使得检测工作需要多名操作员作业，有效的检测速率提高空间受限，且 存在较多因所载地质雷达的机械臂需要避障导致的检测盲区。

发明内容

为了解决现有的隧道衬砌检测装置需要频繁避障、避障尺寸幅度大、不同程度存在检测盲区的问题，本发明提供了一种隧道衬砌状态检测装置，该隧道衬砌状态检测 装置根据其庞大的接触网架结构特征，设计了机械弯臂，改变了机械臂直线升降的设 计思路，可有效解决如上所有问题，对于隧道衬砌大型机械化作业模式来说是一次全 新的思路和手段，全自动作业，检测速度大幅提升，响应速度快，运动范围极小，基 本不存在避障行为，完全消除检测盲区，性能稳定。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种隧道衬砌状态检测装置，包括：

作业平台，能够移动；

机械弯臂，机械弯臂的下端通过旋转齿轮轴与作业平台连接，旋转齿轮轴的轴线与作业平台的进行方向平行，机械弯臂呈弧形且能够伸缩，机械弯臂所在圆形的中心 线与旋转齿轮轴的中心线平行，旋转齿轮轴连接有能够驱动机械弯臂以旋转齿轮轴为 轴摆动的第一驱动机构；

滑索，滑索位于机械弯臂外，滑索的一端与机械弯臂的上部连接固定，滑索能够随机械弯臂的伸缩而收放；

雷达天线支座小车，位于滑索上，雷达天线支座小车能够沿滑索移动，雷达天线支座小车上固定有地质雷达天线。

机械弯臂含有从内向外依次套设的隐藏级缸筒、中间级缸筒和基础级缸筒，中间级缸筒的数量为至少一根，隐藏级缸筒、中间级缸筒和基础级缸筒均为弧形，隐藏级 缸筒的中心线、中间级缸筒的中心线和基础级缸筒的中心线均位于同一个圆上，滑索 的一端与隐藏级缸筒的上端通过滑索导向杆连接固定，基础级缸筒的下端通过旋转齿 轮轴与作业平台连接。

隐藏级缸筒的上端位于中间级缸筒的上端外，隐藏级缸筒的下端位于中间级缸筒内，中间级缸筒的上端位于基础级缸筒的上端外，中间级缸筒的下端位于基础级缸筒 内，隐藏级缸筒为上端封闭下端开放的筒形结构，中间级缸筒为两端均开放的筒状结 构，基础级缸筒为上端开放下端封闭的筒形结构。

机械弯臂内形成密封空腔，基础级缸筒的下部连接有充气机构，该充气机构能够向所述密封空腔内充气使机械弯臂伸长，机械弯臂还连接有缩回机构，该缩回机构能 够使机械弯臂在伸出后缩回。

该缩回机构含有拉带和直流电机，拉带的一端与隐藏级缸筒的上端连接固定，中间级缸筒的上端边缘和基础级缸筒的上端边缘均设有内部通道，拉带穿过该内部通 道，拉带的另一端与直流电机输出轴连接，直流电机位于基础级缸筒的下部，直流电 机输出轴的中心线与旋转齿轮轴的中心线平行，直流电机能够收卷拉带使机械弯臂在 伸出后缩回。

滑索为扁形钢带，基础级缸筒的下部设有滑索收放轮，滑索的另一端与滑索收放轮连接，滑索通过延伸杆与中间级缸筒的上端和基础级缸筒的上端连接，滑索收放轮 能够随机械弯臂伸缩而收放滑索，使滑索伸出的部分始终处于张紧状态。

机械弯臂的前方和后方分别设有两条滑索，机械弯臂前方的两条滑索与机械弯臂后方的两条滑索互为镜像，滑索收放轮内设有储能部件，滑索收放轮能够随机械弯臂 收回时自动收卷滑索，滑索收放轮的中心线与旋转齿轮轴的中心线平行。

雷达天线支座小车含有支座板，支座板的下方设有车轮，支座板与车轮能够夹紧滑索，车轮的轮轴的中心线与旋转齿轮轴的中心线平行，支座板上依次连接有电动推 杆和工作台，电动推杆能够使工作台升降，沿旋转齿轮轴的中心线方向，地质雷达天 线位于工作台的一侧，工作台的另一侧设有配重。

工作台为板状结构，工作台的一侧设有用于安装地质雷达天线的凹槽，工作台的一侧的边缘设有视距传感器、安全激光扫避障扫描模块，支座板上还设有驱动车轮旋 转的直线滚动电机和驱动电动推杆伸缩的伺服推杆电机，支座板的下部设有电动抱闸 器。

作业平台为剪叉式升降机构，作业平台的上端内设有作业平移板，作业平移板能够沿垂直于旋转齿轮轴的中心线的水平方向移动，作业平移板还能够上下移动，机械 弯臂的下端通过旋转齿轮轴与作业平移板的端部连接固定，所述隧道衬砌状态检测装 置还含有能够控制该隧道衬砌状态检测装置运行的控制系统。

本发明的有益效果是：该隧道衬砌状态检测装置根据其庞大的接触网架结构特征，设计了机械弯臂，改变了机械臂直线升降的设计思路，可有效解决如上所有问题， 对于隧道衬砌大型机械化作业模式来说是一次全新的思路和手段，全自动作业，检测 速度大幅提升，响应速度快，运动范围极小，基本不存在避障行为，完全消除检测盲 区，性能稳定。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述隧道衬砌状态检测装置在收回状态的主视图。

图2是本发明所述隧道衬砌状态检测装置在伸展状态的主视图。

图3是机械弯臂在图2中A方向的示意图。

图4是图2中B方向的示意图。

图5是图4中C方向的示意图。

图6是图2中D方向的示意图。

图7是图6中F方向旋转90°的示意图。

图8是本发明所述隧道衬砌状态检测装置的工作状态示意图。

10、机械弯臂；20、滑索；30、雷达天线支座小车；40、作业平台；50、隧道衬 砌廓形；

11、旋转齿轮轴；12、限位挡块；13、隐藏级缸筒；14、中间级缸筒；15、基础 级缸筒；16、滑索导向杆；17、拉带；18、直流电机；19、大扭矩伺服电机；110、 导向滚珠；

21、滑索收放轮；22、延伸杆；23、滚动轴承；

31、地质雷达天线；32、车轮；33、电动推杆；34、工作台；35、支座板；36、 配重；37、视距传感器；38、安全激光扫避障扫描模块；39、直线滚动电机；310、 伺服推杆电机；311、电动抱闸器；

41、作业平移板；42、锁位杆；43、齿轮；44、齿轮轴；45、齿条。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种隧道衬砌状态检测装置，包括：

作业平台40，能够自身移动或被安装于可移动的物体上随可移动的物体一同移动；如该隧道衬砌状态检测装置可以被安装在轨道车辆上，使之成为隧道衬砌检测车；

机械弯臂10，机械弯臂10的下端通过旋转齿轮轴11与作业平台40连接，旋转 齿轮轴11的轴线与作业平台40的进行方向(即该隧道衬砌状态检测装置在检测时的 行进方向)平行，机械弯臂10呈弧形且能够伸缩，机械弯臂10所在圆形的中心线与 旋转齿轮轴11的中心线平行，旋转齿轮轴11连接有能够驱动机械弯臂10以旋转齿 轮轴11为轴摆动的第一驱动机构；其中作业平台40的进行方向为垂直于图1和图8 的纸面方向；

滑索20，滑索20位于机械弯臂10外，滑索20的一端与机械弯臂10的上部连 接固定，滑索20能够随机械弯臂10的伸缩而收放；

雷达天线支座小车30，位于滑索20上，雷达天线支座小车30能够沿滑索20移 动，雷达天线支座小车30上固定有地质雷达天线31，如图1至图7所示。

通常高铁隧道95％以上为双线隧道，单次检测半幅隧道断面，检测重点位置为拱部(拱顶与拱腰)，将地质雷达从车内举升至衬砌表面需要克服的最大障碍物为接触 网吊柱及其支架，吊柱长约4m，支架长约3m，可以考虑避免利用直线运动机械弯臂 的设计思路进行反复直升直降，利用弧形臂的设计思路将机械弯臂绕开接触网支架达 到其上方，可以不用再躲避接触网架，基本不存在其它避障需求，达到完全检测无盲 区的效果。

在本实施例中，机械弯臂10含有从内向外依次套设的隐藏级缸筒13、中间级缸 筒14和基础级缸筒15，中间级缸筒14的数量为至少一根，隐藏级缸筒13、中间级 缸筒14和基础级缸筒15均为弧形，隐藏级缸筒13的中心线、中间级缸筒14的中心 线和基础级缸筒15的中心线均位于同一个圆上，滑索20的一端与隐藏级缸筒13的 上端通过滑索导向杆16连接固定，基础级缸筒15的下端通过旋转齿轮轴11与作业 平移板41连接，如图3所示。

在本实施例中，隐藏级缸筒13的上端位于中间级缸筒14的上端外，隐藏级缸筒 13的下端位于中间级缸筒14内，中间级缸筒14的上端位于基础级缸筒15的上端外， 中间级缸筒14的下端位于基础级缸筒15内，隐藏级缸筒13为上端封闭下端开放的 筒形结构，中间级缸筒14为两端均开放的筒状结构，基础级缸筒15为上端开放下端 封闭的筒形结构。中间级缸筒14含有三根，从上向下依次为第一级缸筒、第二级缸 筒和第三级缸筒，如图3所示，隐藏级缸筒13、第一级缸筒、第二级缸筒、第三级 缸筒和基础级缸筒15依次密封连接。隐藏级缸筒13通常可以不伸缩，可以根据需要 时再伸缩动作。

在本实施例中，机械弯臂10内形成密封空腔，基础级缸筒15的下部连接有充气 机构，该充气机构能够向所述密封空腔内充气使机械弯臂10伸长，机械弯臂10还连 接有缩回机构，该缩回机构能够使机械弯臂10在伸出后缩回。该缩回机构含有拉带 17和直流电机18，拉带17的一端与隐藏级缸筒13的上端连接固定，中间级缸筒14 和基础级缸筒15的上端设有法兰盘，中间级缸筒14的上端边缘和基础级缸筒15的 上端边缘均设有内部通道，该内部通道设置于法兰盘内，拉带17穿过该内部通道， 拉带17的另一端与直流电机18输出轴连接，直流电机18位于基础级缸筒15的下部， 直流电机18输出轴的中心线与旋转齿轮轴11的中心线平行，直流电机18能够收卷 拉带17使机械弯臂10在伸出后缩回，如图3所示。

具体的，机械弯臂10具有一条臂全面覆盖单边拱部的能力，机械弯臂10根据伸 出量的不同所对应的圆心角可以为30°～80°，机械弯臂10的曲率半径取不同速度 等级下高铁双线隧道统一设计单心圆半径均值。为保障伸缩稳定性和动作执行速度需 要，同时增强受力导向，每级弯臂缸筒(隐藏级缸筒13、中间级缸筒14和基础级缸 筒15)及配属件均是通过碳纤维材质做成的高强刚度轻型抗磨气缸构成，前三级及 其隐藏级相对于基础级进行伸缩运动；逐级伸出是依靠基础级根部的进气口供气得以 实现，利用截面气压差与直流电机牵引顶部隐藏级缸筒的拉带产生预紧负载的原理， 迫使各级缸筒按照从第三级向隐藏级进行逐级推进，而逐级缩回则利用基础级根部的 直流电机，隐藏级缸筒顶端内部通道固定一条拉带与输出轴相连，每一级内部通道两 侧均安装两处防磨导向滚珠110，利用直流电机18输出轴正转驱动使拉带17回卷， 带动缸筒排出空气，实现机械弯臂10的回缩。气源由空气泵提供，同时配有储能气 罐。直流电机牵拉逐级收回缸筒可采取直接排出气体的方式，也可以采取将气体迅速 压入储能气罐的方式，同样的，对应的伸出方式即为气泵重新充气，以及储能气罐释 放被压入的气体两种。前者设定为普速伸缩，速度0.5m/s，后者设定为高速伸缩， 速度1.5m/s。因各级缸筒形成的机械弯臂10为弧形臂，故更需要对其导向和刚度进 行严格的约束，防止运动死点和干涉，特对每一级的缸筒(基础级除外)四边外侧均贴有防磨减震垫，可以很好的起到导向和润滑防磨的效果，与下一级的缸筒内部滚动 接触。作为优选，基础级缸筒15设定为2.1m，第三级1.9m，第二级1.7m，第一级 1.5m，隐藏级缸筒13为1m，机械弯臂10及臂身配件自重和优选为100kg。每一级缸 筒(除基础级外)均只伸出4/5长度，设有内部限位挡块12，进一步的保障了其弯 臂自身倾斜时各级完全伸出后拥有良好的抗挠曲能力，各点受力均衡不集中。为保证 检测行车过程中机械弯臂不能与接触网支架及隧道衬砌表面干涉，机械弯臂10需要 在二者理论垂距950mm～1.7m的空间内顺利通过。基础级缸筒15在隧道断面内的宽 度限制在250mm以内。

在本实施例中，滑索20为长条状的扁形钢带，滑索20断面为矩形，作为优选， 滑索20的断面尺寸为30mm宽、10mm厚，基础级缸筒15的下部设有滑索收放轮21， 滑索20的另一端与滑索收放轮21连接，滑索20通过延伸杆22与中间级缸筒14的 上端和基础级缸筒15的上端连接，滑索收放轮21能够收放滑索20，滑索20伸出的 部分始终处于张紧状态，如图3所示。

在本实施例中，机械弯臂10的前方和后方分别设有两条滑索20，机械弯臂10 前方的两条滑索20与机械弯臂10后方的两条滑索20互为镜像，滑索收放轮21内设 有储能部件，滑索收放轮21能够在机械弯臂10收回时自动收卷滑索20，滑索收放 轮21的中心线与旋转齿轮轴11的中心线平行。机械弯臂10的前方和后方是相对于 作业平台40的进行方向，也可以理解为，机械弯臂10的前方为垂直图3纸面并指向 外侧的方向，机械弯臂10的后方为垂直图3纸面并指向内侧的方向。

具体的，基础级缸筒15的中下部沿作业平台40的进行方向分别固定加装滑索收放轮21，滑索收放轮21利用蓄能原理用于回收双排四道滑索20，滑索收放轮21的 结构可以参考卷尺。同时滑索收放轮21内有压紧机构，可在机械弯臂10非调整伸缩 工况时限制滑索20的滑移；隐藏级缸筒13的顶端沿隧道前进方向前后侧分别固定加 装滑索导向杆16，用于机械弯臂10伸长时牵引两侧的双排滑索20延长，两侧的双 排滑索位于机械弯臂10沿隧道前进方向的内侧，每一级机械弯臂缸筒顶端加装延伸 杆22，固定两滚动轴承23，滑索20穿过滚动轴承23。作为优选，每排双道滑索20 上安放2～3个可以沿滑索移动的雷达天线支座小车30，排列于机械弯臂10沿隧道 前进方向的前后两侧。旋转齿轮轴11为齿轮轴，可使机械弯臂10相对于旋转齿轮轴 11旋转，旋转齿轮轴11与机械弯臂10的基础级缸筒15下端轴孔内的齿牙啮合，旋 转齿轮轴11由大扭矩伺服电机19(即上述第一驱动机构)带动并定位、锁位。大扭 矩伺服电机19固定于检测作业平移板41上的安装座上。

在本实施例中，雷达天线支座小车30含有支座板35，支座板35的下方设有车 轮32，支座板35与车轮32能够夹紧滑索20，车轮32的轮轴的中心线与旋转齿轮轴 11的中心线平行，支座板35上依次连接有电动推杆33和工作台34，电动推杆33 能够使工作台34升降。沿旋转齿轮轴11的中心线方向，地质雷达天线31位于工作 台34的一侧，工作台34的另一侧设有配重36，如图4所示。电动推杆33位于配重 36和地质雷达天线31之间。

在本实施例中，工作台34为板状结构，工作台34的一侧设有用于安装地质雷达 天线31的凹槽，工作台34的一侧的边缘设有视距传感器37、安全激光扫避障扫描 模块38，支座板35上还设有驱动车轮32旋转的直线滚动电机39和驱动电动推杆33 伸缩的伺服推杆电机310，支座板35的下部设有电动抱闸器311用于锁定车轮32与 滑索20的相对运动关系。

具体的，雷达天线支座小车30有四个车轮32，每道滑索20承载单侧两个车轮 32，四个车轮32与支座板35将滑索20夹紧卡位，使支座板35具备任何位姿下于滑 索20之上相对运动的能力，利用支座板35上的直线滚动电机39驱动四个车轮32 使支座板35稳定于滑索20之上运动，利用支座板35上的直线滚动电机39驱动四个 车轮32使平移，利用电动抱闸器311进行工作位的锁定。支座板35的上面安装有一 个4级快速小型的电动推杆33，为尽可能的减重和使受力及运动学合理化，推杆需 特别定制。作为优选，使电动推杆33的伸缩范围达到600mm，推力负载可达500N， 利用微型伺服推杆电机310进行伸缩驱动，伸缩速度可达250mm/s，自重5kg。电动 推杆33的顶端安装检测仪器系统的工作台34，工作台34上为尽可能使检测装置回 收后位置与机械弯臂10更为贴近，将工作台34制作为机械弯臂顶端的延伸下沉板， 板内安置有地质雷达天线31，优选为900MHz，自重2.5kg，为保障检测质量和有效 性，雷达天线顶面60°辐射角范围内不能有物质干涉。外侧安装有检测水平面相互 垂直的两个安全激光避障扫描模块38和自带光源的高清防晃摄像头，天线边部均安 置视距传感器37。安全激光扫避障扫描模块有1°～200°的扫描圆弧区，可在20m 内有效准确识别最小尺寸30mm的任何物体，5m内有效准确识别最小尺寸10mm的任 何物体，远远小于高铁隧道环境内已知可能出现的影响到安全作业的障碍物最小尺 寸。视距传感器37用以探测搭载在地质雷达天线表面与隧道衬砌50表面(包含表面 的设施物障碍物等)的垂距，每个雷达天线外四边安装激光位移传感器，因高铁隧道 衬砌表面质量较好，可为4个，等效于每条边有1个，不限定个数。避障扫描模块摄 像头的安装台位内置微电机，可以360°旋转，便于反向检测需要。作为优选，工作 台各件及自重共计6kg。工作台可视情况加装一定量的配重使受力和稳定性更为合 理。最终雷达天线支座小车总重优选为15kg一个。

在本实施例中，作业平台40为剪叉式升降机构，作业平台40的上端内设有作业 平移板41，作业平移板41能够沿垂直于旋转齿轮轴11的中心线的水平方向移动， 作业平移板41还能够随该剪叉式升降机构的升降而上下移动，机械弯臂10的下端通 过旋转齿轮轴11与作业平移板41的右端连接固定，如图1、图2、图6和图7所示。 所述隧道衬砌状态检测装置还含有能够控制该隧道衬砌状态检测装置运行的控制系 统。

具体的，作业平台40利用剪叉式支撑架做机械结构，液压油缸驱动作业平台40 升降，所述隧道衬砌状态检测装置安装在检测车上。作业平台40上安装有用于机械 弯臂10伸出的储能气罐，还安装有锁位杆42，该锁位杆42目的是机械弯臂完全收 回至车辆限界内后系统断电时进行支撑锁位，防止缓慢下摆。作业平移板41与作业 平台40之间的关系为推拉式。作业平移板41两侧中间与尾端分别安装为齿轮轴44， 齿轮轴44的中段自带双输出轴可调速高转速电机，推拉速度可达0.1m/s～0.5m/s， 平台内部空腔两侧装有齿条45与齿轮43啮合，并与作业平移板41之间有挡铁。平 移板前端为凸台是机械弯臂10与大扭矩伺服电机19的安装位。工作平台基础与支撑 架之间存在一个旋转座，可以转动180°，即作业平移板41还能够转动180°，使得 车辆在换线时不便于掉头时，直接旋转工作平台40即可对另外半侧隧道衬砌进行地 质雷达检测。作业平台40可以制作为4m×3m的平面面积(至少保障可以顺利回收机 械弯臂至车辆限界内)，受限于接触网高的限制，平台顶高距轨面优选设定为4.5m。

下面介绍该隧道衬砌状态检测装置的工作过程：

如图8所示，根据高铁隧道直线段与最大超高的曲线段身体的位姿及相应接触网吊柱和支架等结构形式，计算作业平台40的最佳高度、作业平移板41的最佳伸出量 及机械弯臂10的最佳摆动角，利用大扭矩伺服电机19将机械弯臂进行精确定位并锁 定，使机械弯臂在检测车前进时无论在直线曲线段均不与接触网架和衬砌表面接触。 但为防止个别工况不具备通用不干涉条件，在机械弯臂10首、尾分别加装与衬砌表 面的距离传感器，因直曲线段各工况接触网支架与衬砌表面最短垂距为950mm，机械 弯臂10的断面宽度为250mm，故距离传感器最小值大于600mm时必须控制作业平移 板外伸，最小值小于200mm时必须控制作业平移板回收，与此同时，首、尾传感器示 距值不同时，控制根部的大扭矩伺服电机19旋转机械弯臂10使首端传感器距离值逼 近尾端传感器距离值±3cm内。如上位置控制均利用模块信号同时自动控制。

检测进行时，机械弯臂10通常伸出至第一级为止，但因接触网吊柱有偏移等现 象的出现，曲线与直线段运行时机械弯臂10的第一级会出现拱顶部无法延伸到位的 可能，故可以控制隐藏级伸出，判断隐藏级是否伸出的依据为隐藏级侧向和前方的避 障扫描模块，并根据距离关系决定使用机械弯臂10的普速伸缩和高速伸缩能力，本 逻辑也利用程序控制。

检测工作开始前，利用控制台将各雷达天线支座直线滚动电机驱动四轮在滑索上滚动走行调整至各所需测线检测位置，天线支座的工作台根据视距传感器距离信号自 动控制电动推杆至10cm(±3cm不过度调整量)位置。而安全激光避障扫描模块对前 进方向侵入视野的障碍物或者截面同样输出下降天线支座的指令。当遇到突起型障碍 物时，下降天线支座工作台使得安全激光避障扫描模块扫描域内无障碍信号后应继续 下降5cm，下降动作完成后，因障碍物并非截面稳定性变化，还需要重新恢复工作台 高度位置，可依据视距传感器的垂距的由小到大突变后稳定0.5s执行，上升恢复垂 距至10cm位置。

开始检测后，可由一到两名操作员对各天线支座及机械弯臂的位置状态进行监控，对控制执行的稳定性进行监控，采集各机械弯臂所在地质雷达的检测数据，并在 各异常状态下进行强制干预，可以一键收回各天线支座的工作台至机械弯臂臂身侧 面，必要时可直接发送停车命令。中断作业或者作业完毕时，应先将天线支座抱闸器 松开，驱动调整至第一级(隐藏级)缸筒一端，滑索收放轮压紧机构松开，使滑索收 放轮的蓄能部分具备回收滑索的能力，利用直流电机拉动机械弯臂各级收缩至基础 级。接着作业平台下的剪叉式升降机构经双作用液压油缸驱动下降，作业平移板经齿 轮电机反转回收，机械弯臂根部的齿轮轴经大扭矩伺服电机回转，使机械弯臂摆动回 最低点，利用锁位杆将机械弯臂支撑。综上所述，本发明对于高铁隧道衬砌机械化作 业模式来说是一次大规模的革新，全自动作业，选择绕开接触网支架这类大型的障碍 物，基本不用避障，除个别过曲线直线转换位时需较小范围内调整作业平移板伸出量 及机械弯臂角度，大多数工况情况下利用天线支座工作台进行小范围的调整，使检测 速度大幅提升，彻底消除了检测盲区，性能稳定。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利 涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、 技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种隧道衬砌状态检测装置，其特征在于，所述隧道衬砌状态检测装置包括：

作业平台(40)，能够移动；

机械弯臂(10)，机械弯臂(10)的下端通过旋转齿轮轴(11)与作业平台(40)连接，旋转齿轮轴(11)的轴线与作业平台(40)的进行方向平行，机械弯臂(10)呈弧形且能够伸缩，机械弯臂(10)所在圆形的中心线与旋转齿轮轴(11)的中心线平行，旋转齿轮轴(11)连接有能够驱动机械弯臂(10)以旋转齿轮轴(11)为轴摆动的第一驱动机构；

滑索(20)，滑索(20)位于机械弯臂(10)外，滑索(20)的一端与机械弯臂(10)的上部连接固定，滑索(20)能够随机械弯臂(10)的伸缩而收放；

雷达天线支座小车(30)，位于滑索(20)上，雷达天线支座小车(30)能够沿滑索(20)移动，雷达天线支座小车(30)上固定有地质雷达天线(31)。

2.根据权利要求1所述的隧道衬砌状态检测装置，其特征在于，机械弯臂(10)含有从内向外依次套设的隐藏级缸筒(13)、中间级缸筒(14)和基础级缸筒(15)，中间级缸筒(14)的数量为至少一根，隐藏级缸筒(13)、中间级缸筒(14)和基础级缸筒(15)均为弧形，隐藏级缸筒(13)的中心线、中间级缸筒(14)的中心线和基础级缸筒(15)的中心线均位于同一个圆上，滑索(20)的一端与隐藏级缸筒(13)的上端通过滑索导向杆(16)连接固定，基础级缸筒(15)的下端通过旋转齿轮轴(11)与作业平台(40)连接。

3.根据权利要求2所述的隧道衬砌状态检测装置，其特征在于，隐藏级缸筒(13)的上端位于中间级缸筒(14)的上端外，隐藏级缸筒(13)的下端位于中间级缸筒(14)内，中间级缸筒(14)的上端位于基础级缸筒(15)的上端外，中间级缸筒(14)的下端位于基础级缸筒(15)内，隐藏级缸筒(13)为上端封闭下端开放的筒形结构，中间级缸筒(14)为两端均开放的筒状结构，基础级缸筒(15)为上端开放下端封闭的筒形结构。

4.根据权利要求3所述的隧道衬砌状态检测装置，其特征在于，机械弯臂(10)内形成密封空腔，基础级缸筒(15)的下部连接有充气机构，该充气机构能够向所述密封空腔内充气使机械弯臂(10)伸长，机械弯臂(10)还连接有缩回机构，该缩回机构能够使机械弯臂(10)在伸出后缩回。

5.根据权利要求4所述的隧道衬砌状态检测装置，其特征在于，该缩回机构含有拉带(17)和直流电机(18)，拉带(17)的一端与隐藏级缸筒(13)的上端连接固定，中间级缸筒(14)的上端边缘和基础级缸筒(15)的上端边缘均设有内部通道，拉带(17)穿过该内部通道，拉带(17)的另一端与直流电机(18)的输出轴连接，直流电机(18)位于基础级缸筒(15)的下部，直流电机(18)的中心线与旋转齿轮轴(11)的中心线平行，直流电机(18)能够收卷拉带(17)使机械弯臂(10)在伸出后缩回。

6.根据权利要求2所述的隧道衬砌状态检测装置，其特征在于，滑索(20)为扁形钢带，基础级缸筒(15)的下部设有滑索收放轮(21)，滑索(20)的另一端与滑索收放轮(21)连接，滑索(20)通过延伸杆(22)与中间级缸筒(14)的上端和基础级缸筒(15)的上端连接，滑索收放轮(21)能够收放滑索(20)且使滑索(20)始终保持张紧状态。

7.根据权利要求6所述的隧道衬砌状态检测装置，其特征在于，机械弯臂(10)的前方和后方分别设有两条滑索(20)，机械弯臂(10)前方的两条滑索(20)与机械弯臂(10)后方的两条滑索(20)互为镜像，滑索收放轮(21)内设有储能部件，滑索收放轮(21)能够随机械弯臂(10)收回时自动收卷滑索(20)，滑索收放轮(21)的中心线与旋转齿轮轴(11)的中心线平行。

8.根据权利要求1所述的隧道衬砌状态检测装置，其特征在于，雷达天线支座小车(30)含有支座板(35)，支座板(35)的下方设有车轮(32)，支座板(35)与车轮(32)能够夹紧滑索(20)，车轮(32)的轮轴的中心线与旋转齿轮轴(11)的中心线平行，支座板(35)上依次连接有电动推杆(33)和工作台(34)，电动推杆(33)能够使工作台(34)升降，沿旋转齿轮轴(11)的中心线方向，地质雷达天线(31)位于工作台(34)的一侧，工作台(34)的另一侧设有配重(36)。

9.根据权利要求8所述的隧道衬砌状态检测装置，其特征在于，工作台(34)为板状结构，工作台(34)的一侧设有用于安装地质雷达天线(31)的凹槽，工作台(34)的一侧的边缘设有视距传感器(37)、安全激光扫避障扫描模块(38)，支座板(35)上还设有驱动车轮(32)旋转的直线滚动电机(39)和驱动电动推杆(33)伸缩的伺服推杆电机(310)，支座板(35)的下部设有电动抱闸器(311)。

10.根据权利要求1所述的隧道衬砌状态检测装置，其特征在于，作业平台(40)为剪叉式升降机构，作业平台(40)的上端内设有作业平移板(41)，作业平移板(41)能够沿垂直于旋转齿轮轴(11)的中心线的水平方向移动，作业平移板(41)还能够上下移动，机械弯臂(10)的下端通过旋转齿轮轴(11)与作业平移板(41)的端部连接固定，所述隧道衬砌状态检测装置还含有能够控制该隧道衬砌状态检测装置运行的控制系统。