CN108915587A - 自动找正基准在隧道壁精确定位钻孔的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自动找正基准在地铁隧道壁精确定位钻孔的设备及方法，通过电气PLC控制系统，采集输入的位移传感器信号、倾角传感器信号、进而通过控制液压泵站给不同的支撑油缸进行输油，使整个轨道车架处于地铁隧道截面的水平位置，并通过高度激光测距仪、水平方向激光测距仪的数据输入调整整个轨道车架的高度，这样，通过水平基准、高度基准、中心基准的建立，使轨道车架上部的机架及预选按照隧道孔定位制造的多孔模板有了工作的基准，多组多孔模板可以沿着滑轨运动，从而在一次车架定位后，能够连续进行多次孔钻作业。这样，由于定位实现自动化，而且定位后，可以连续在轨道车架整体长度上进行多批次的钻孔作业，并且可以根据工作量的大小及工程进度，安排多组机架同时工作，多批次的作业，很容易地实现效率的翻倍。
Description
技术领域
本发明适用于轨道交通技术领域，尤其涉及一种地铁隧道内壁进行大量钻孔的方法。
背景技术
在轨道交通的隧道施工后期，由于隧道内需要安装大量的设备，如线缆、人行过道、水管、气管等，要对隧道壁进行批量钻孔作业，而现有的钻孔方式只是采用人工划线、人工定位使用电动工具依次进行钻孔。效率低下，精度低，施工环境差、劳动强度大、工作危险。
由于隧道有中转站及城市地势等必然条件所限，隧道内坡度较高转弯半径较小，因此，隧道中道轨基面与隧道的中心基准面常常不在一个基准面上，[M2] 的隧道内截面尺寸。所以，如果要对隧道内实施批量的钻孔，首先要解决的就是自动找正基准的问题，其它就是孔距精度的问题，而多孔钻在机械领域使用非常广泛，使用钻孔模板，可以非常好的解决孔距精度问题。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的在于：提供一种自动找正基准在地铁隧道壁精确定位钻孔的设备及方法，其通过传感器将隧道钻孔设备的基准与隧道截面的二维座标基准进行定位。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种自动找正基准在地铁隧道壁精确定位钻孔的设备及方法，设备结构包括1435轨距的轨道车架，轨道车架车轮上安装有刹车装置，车底安装有电气PLC控制系统、行走位移传感系统、倾角传感系统、液压泵站与支撑油缸；支撑油缸一端固定安装于车架下部，活塞头部伸出位置安装有与轨面形状相吻合的支撑块。
所述轨道车架上部由滑轨、滑轨滑块、轴向进给电机、蜗杆、齿条、滑块锁紧装置、机架、伸缩臂、钻孔模板、电钻进给装置及电钻组成；所述滑轨与轨道车架上部固定连接滑轨，安装方向为与轨道平行；所述滑轨滑块与滑轨滑动约束直线运动；所述滑块锁紧装置靠液压夹紧；所述机架固定安装于滑轨滑块之上，机架由两组固定板及轴向进给电机组成，所述轴向进给电机固定安装于机架上，电机头部蜗杆与固定于轨道车架上蜗条啮合；所述固定板上安装有高度方向激光测距仪水平方向激光测距仪，固定板上开有半环形槽口，
所述伸缩臂由大臂、小臂、液压缸组成，大臂是空心套筒结构安装于机架两组固定板中间，大臂一端有中心孔，中部有突出的锁紧螺栓，大臂中心孔通过铰链约束与固定板中心孔连接，中部的锁紧螺栓由锁紧螺母将大臂固定在固定板上环形槽口的位置；所述小臂安装于大臂之内，与大臂的中心孔靠小臂伸缩油缸一端的铰链连接，油缸活塞头部与小臂连接，小臂可以通过油缸的直线运行在大臂内做伸缩直线运动。
所述钻孔模板由依隧道孔位置而定位的多孔模板构成，钻头在模板孔内运动，模板固定安装于小臂外端；所述电钻进给装置由气缸、导轨、导轨滑块、导轨固定座、电钻固定套组成。所述气缸固定于多孔模板上，气缸头部与导轨滑块固定连接，导轨固定座与多孔模板固定连接，电钻固定套与导轨滑块连接，气缸运行带动导轨滑块运动，导轨滑块运动带动电钻固定套运动。所述电钻与电钻固定套固定连接，电钻固定套运动，带动电钻直线进给。
本发明可以通过电气PLC控制系统，采集输入的位移传感器信号、倾角传感器信号、进而通过控制液压泵站给不同的支撑油缸进行输油，使整个轨道车架处于地铁隧道截面的水平位置，并通过高度激光测距仪、水平方向激光测距仪的数据输入调整整个轨道车架的高度，这样，通过水平基准、高度基准、中心基准的建立，使轨道车架上部的机架及预选按照隧道孔定位制造的多孔模板有了工作的基准，多组多孔模板可以沿着滑轨运动，从而在一次车架定位后，能够连续进行多次孔钻作业。
自动找正基准在隧道壁精确定位钻孔的方法，具体方法如下： 轨道车架由1435轨距的车轮运行于道轨之上，轨道车架下部固定安装有支撑油缸，通过位移传感系统、倾角传感系统采集数据由PLC电气液压控制输出，支撑油缸将轨道车架调整到与隧道水平基准平行；机架上的激光测距仪进行高度方向的测量，通过PLC控制轨道车架的整体高度，使其达到钻孔预先设定的高度。在轨道车架整体姿态及位置定位后，机架开始沿导轨轴向向运行至钻孔位置，小臂伸缩油缸工作小臂伸出，小臂端的钻孔模板与隧道壁接触抵紧，滑轨夹紧油缸夹紧，气缸伸出推动电钻伸出，电钻开始旋转工作钻孔。待气缸运行至行程限位后，电钻停止工作，气缸回退，小臂回退，滑轨夹紧油缸松开，机架通过轴向进给电机带动蜗杆在蜗条沿滑轨运行至一下钻孔位置，并继续前步骤直到机架7运行至轨道车架另一端。此时，支撑油缸卸油，轨道车架前行至下一段与车架等长的工作位置。并依上述步骤循环工作至整条隧道钻孔完毕。
本发明所采用的方法是通过传感器将隧道钻孔设备的基准与隧道截面的二维座标基准进行定位。而钻孔设备上钻孔的电钻的位置已经事先根据图纸中孔在隧道壁位置通过加工“多孔模板”的形式进行了确定。这样，在隧道内进行多孔的加工时，只要钻孔设备的基准与隧道截面的基准定位相符，那么只需要调整一次多孔模板的位置就可以固定了这一位置，从而在同一图纸的隧道中，只需要每次确定钻孔设备相对于隧道内的纵向位移数据与隧道截面内二维座标的相对位置，并根据这些数据调整钻孔设备的位置，就可以确定了钻孔的位置，从而可以循环进行隧道壁的钻孔作业。
本发明的钻孔过程是通过两个工作循环来实现的。一个是车体之上安装有滑轨，在整个车体通过传感器确定自身在隧道内的位置并进行调整符合钻孔工作所需要的位置精度后，滑轨上的钻孔机架在滑轨上运行，至图纸上隧道壁上所需钻孔的位置，开始进行这一位置的钻孔工作。此位置钻孔工作完毕，则机架继续沿着车体上的滑轨运行至下一钻孔位置继续进行钻孔作业。直至事先设定好的工作循环次数。如此循环构成车体在一次定位调整后的工作循环。在此循环结束后，整个钻孔设备在隧道轨道上运行至下一工作位置，并通过传感器进行自身位置的定位，确定了定位精度后，重复上述的整个过程。这样，在整个设备在隧道内不断的运行钻孔循环中，将隧道钻孔工作进行完毕。
整个运行依靠PLC进行控制。安装于车体上的行走位移传感系统、倾角传感系统、激光测距仪将整个钻孔设备在隧道内的位置信息输送至PLC控制系统中，并由预先设置好的PLC控制程序进行运算，运算后的结果输送到液压控制系统控制支撑油缸，从而调整整个钻孔设备在隧道内的位置基准。并通过输出控制信号给小臂伸缩油缸，电钻进给装置的运动，从而实现定位钻孔的工作循环。
本发明的有益效果是：通过水平基准、高度基准及中心基准三点定位，准确确定隧道内钻孔位置，而且定位后，可以连续在轨道车架整体长度上进行多批次的钻孔作业，并且可以根据工作量的大小及工程进度，安排多组机架同时工作，多批次的作业，很容易地实现效率的翻倍。
附图说明
图1是隧道不同弯度截面图；
图2是隧道壁精确定位钻孔的设备的结构示意图；
图3是正视图.
图4是机架轴向运行机构图；
图5是伸缩臂结构示意图；
图6是电钻运行机构示意图；
图中：1、隧道壁外侧；2、隧道壁内侧；3、运行车辆限界；4、电缆支架；5、水管；6电气箱；7、机架；8、钻孔模板；9、电钻；10、导轨固定座、11、气缸；12、小臂；13、大臂；14、锁紧螺栓；15、激光测距仪；16、滑轨滑块；17、滑轨夹紧油缸；18、滑轨；19、轨道车架；20、支撑油缸；21、支撑块；22、电气及油压控制柜；23、轴向进给电机；24、 蜗条；25、蜗杆、26小臂伸缩油缸。
具体实施方式
下面结合附图对实施例做进一步说明。
图1所示，是地铁隧道内在不同弯度时，其隧道截面水平垂直基准与道轨及道床、运行车辆限界之间的角度变化。
而4电缆支架及5水管支架及6电气箱支架均需在隧道壁上进行钻孔固定，这些孔的位置是与隧道截面的水平垂直基准相关联的，因此，需要一种自动找正基准在地铁隧道壁精确定位钻多孔的方法。
如图所示，本申请提供一种自动找正基准在地铁隧道壁精确定位钻孔的设备及方法，设备结构包括1435轨距的轨道车架19，轨道车架19车轮上安装有刹车装置，车底安装有电气PLC控制系统、行走位移传感系统、倾角传感系统、液压泵站与支撑油缸20；支撑油缸20一端固定安装于轨道车架19下部，活塞头部伸出位置安装有与轨面形状相吻合的支撑块21。
轨道车架19上部由滑轨18、滑轨滑块16、轴向进给电机23、蜗杆25、齿条、滑块锁紧装置、机架、伸缩臂、钻孔模板、电钻进给装置及电钻9组成；所述滑轨与轨道车架上部固定连接滑轨，安装方向为与轨道平行；所述滑轨滑块与滑轨滑动约束直线运动；滑块锁紧装置靠液压夹紧；所述机架7固定安装于滑轨滑块16之上，机架由两组固定板及轴向进给电机23组成，所述轴向进给电机23固定安装于机架7上，电机头部蜗杆25与固定于轨道车架19上蜗条24啮合；所述固定板上安装有高度方向的激光测距仪15水平方向的激光测距仪15，固定板上开有半环形槽口。
如图5所示，伸缩臂由大臂13、小臂12、液压缸组成，大臂13是空心套筒结构安装于机架7两组固定板中间，大臂13一端有中心孔，中部有突出的锁紧螺栓14，大臂13中心孔通过铰链约束与固定板中心孔连接，中部的锁紧螺栓14由锁紧螺母将大臂13固定在固定板上环形槽口的位置；所述小臂12安装于大臂13之内，与大臂13的中心孔靠小臂12伸缩油缸一端的铰链连接，油缸活塞头部与小臂连接，小臂12可以通过油缸的直线运行在大臂内做伸缩直线运动。
钻孔模板由依隧道孔位置而定位的多孔模板构成，钻头在模板孔内运动，模板固定安装于小臂12外端；所述电钻9进给装置由气缸11、导轨、导轨滑块、导轨固定座10、电钻固定套组成；气缸固定于多孔模板上，气缸头部与导轨滑块固定连接，导轨固定座与多孔模板固定连接，电钻固定套与导轨滑块连接，气缸运行带动导轨滑块运动，导轨滑块运动带动电钻固定套运动。所述电钻与电钻固定套固定连接，电钻固定套运动，带动电钻直线进给。
轨道车架19由1435轨距的车轮运行于道轨之上，轨道车架19下部固定安装有支撑油缸10，通过位移传感系统、倾角传感系统采集数据由PLC电气液压控制输出，支撑油缸20将轨道车架19调整到与隧道水平基准平行；机架7上的激光测距仪15进行高度方向的测量，通过PLC控制轨道车架19的整体高度，使其达到钻孔预先设定的高度。在轨道车架19整体姿态及位置定位后，机架7开始沿导轨轴向向运行至钻孔位置，小臂伸缩油缸26工作小臂12伸出，小臂12端的钻孔模板8与隧道壁接触抵紧，滑轨夹紧油缸17夹紧，气缸11伸出推动电钻9伸出，电钻9开始旋转工作钻孔。待气缸11运行至行程限位后，电钻9停止工作，气缸11回退，小臂12回退，滑轨夹紧油缸17松开，机架7通过轴向进给电机23带动蜗杆25在蜗条24沿滑轨运行至一下钻孔位置，并继续前步骤直到机架7运行至轨道车架19另一端。此时，支撑油缸10卸油，轨道车架19前行至下一段与车架等长的工作位置。并依上述步骤循环工作至整条隧道钻孔完毕。
以上所述仅为本发明的优先实施案例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种自动找正基准在地铁隧道壁精确定位钻孔的设备，其特征在于：设备结构包括1435轨距的轨道车架，轨道车架车轮上安装有刹车装置，车底安装有电气PLC控制系统、行走位移传感系统、倾角传感系统、液压泵站与支撑油缸；支撑油缸一端固定安装于车架下部，活塞头部伸出位置安装有与轨面形状相吻合的支撑块；
所述轨道车架上部由滑轨、滑轨滑块、轴向进给电机、蜗杆、齿条、滑块锁紧装置、机架、伸缩臂、钻孔模板、电钻进给装置及电钻组成；其中，滑轨与轨道车架上部固定连接滑轨，安装方向为与轨道平行；所述滑轨滑块与滑轨滑动约束直线运动；所述滑块锁紧装置靠液压夹紧；所述机架固定安装于滑轨滑块之上，机架由两组固定板及轴向进给电机组成，所述轴向进给电机固定安装于机架上，电机头部蜗杆与固定于轨道车架上蜗条啮合；所述固定板上安装有高度方向激光测距仪水平方向激光测距仪，固定板上开有半环形槽口；
所述伸缩臂由大臂、小臂、液压缸组成，大臂是空心套筒结构安装于机架两组固定板中间，大臂一端有中心孔，中部有突出的锁紧螺栓，大臂中心孔通过铰链约束与固定板中心孔连接，中部的锁紧螺栓由锁紧螺母将大臂固定在固定板上环形槽口的位置；所述小臂安装于大臂之内，与大臂的中心孔靠小臂伸缩油缸一端的铰链连接，油缸活塞头部与小臂连接，小臂可以通过油缸的直线运行在大臂内做伸缩直线运动；
所述钻孔模板由依隧道孔位置而定位的多孔模板构成，钻头在模板孔内运动，模板固定安装于小臂外端；所述电钻进给装置由气缸、导轨、导轨滑块、导轨固定座、电钻固定套组成；其中，气缸固定于多孔模板上，气缸头部与导轨滑块固定连接，导轨固定座与多孔模板固定连接，电钻固定套与导轨滑块连接，气缸运行带动导轨滑块运动，导轨滑块运动带动电钻固定套运动；所述电钻与电钻固定套固定连接，电钻固定套运动，带动电钻直线进给。
2.根据权利要求1所述的一种自动找正基准在地铁隧道壁精确定位钻孔的设备，其特征在于：所述设备通过电气PLC控制系统，采集输入的位移传感器信号、倾角传感器信号、进而通过控制液压泵站给不同的支撑油缸进行输油，使整个轨道车架处于地铁隧道截面的水平位置。
3.根据权利要求1所述的一种自动找正基准在地铁隧道壁精确定位钻孔的设备，其特征在于：所述设备通过水平基准、高度基准、中心基准的建立，使轨道车架上部的机架及预选按照隧道孔定位制造的多孔模板有了工作的基准，多组多孔模板可以沿着滑轨运动。
4.一种自动找正基准在隧道壁精确定位钻孔的方法，其特征在于：具体内容如下： 轨道车架由1435轨距的车轮运行于道轨之上，轨道车架下部固定安装有支撑油缸，通过位移传感系统、倾角传感系统采集数据由PLC电气液压控制输出，支撑油缸将轨道车架调整到与隧道水平基准平行；机架上的激光测距仪进行高度方向的测量，通过PLC控制轨道车架的整体高度，使其达到钻孔预先设定的高度；在轨道车架整体姿态及位置定位后，机架开始沿导轨轴向向运行至钻孔位置，小臂伸缩油缸工作小臂伸出，小臂端的钻孔模板与隧道壁接触抵紧，滑轨夹紧油缸夹紧，气缸伸出推动电钻伸出，电钻开始旋转工作钻孔；待气缸运行至行程限位后，电钻停止工作，气缸回退，小臂回退，滑轨夹紧油缸松开，机架通过轴向进给电机带动蜗杆在蜗条沿滑轨运行至一下钻孔位置，并继续前步骤直到机架7运行至轨道车架另一端；此时，支撑油缸卸油，轨道车架前行至下一段与车架等长的工作位置；并依上述步骤循环工作至整条隧道钻孔完毕。
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