CN110056375A - 一种拱架式隧道湿喷机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种拱架式隧道湿喷机，包括门架系统、行走轨道安装托架、湿喷伸缩臂架、行走轨道、行走小车、旋转臂架、喷头组件；所述行走轨道安装托架位于门架系统上，所述行走轨道位于所述行走轨道安装托架上，位于所述门架系统上的旋转臂架通过所述行走小车带动所述湿喷伸缩臂架上的喷头组件沿行走轨道移动以实现隧道混凝土的湿喷。本发明不仅能保持稳定的喷射距离和喷射角度，自动沿隧道断面进行稳定的喷射，施工速度快，效率高，能有效降低操作工人的劳动强度。

Description

一种拱架式隧道湿喷机
技术领域
本发明涉及隧道掘进领域，具体说是一种拱架式隧道湿喷机。
背景技术
喷射混凝土是新奥法三大元素中的重要部分,其目的在于促使围岩能够形成圆环状承载结构,使断面闭合成圆环，依靠锚杆、钢丝网和喷射混凝土共同负荷来提高隧道岩体的结构强度，增强岩体的整体稳定性。它适用于各种不同的地质条件，在软弱围岩中更为有效。近年来，湿喷工艺取代了原干喷工艺，成为公路、铁路、水工隧道施工主要喷射工艺。
目前湿喷大多采用喷射混凝土机械手，施工时湿喷手通过操作遥控器来控制回转台转角、大小臂俯仰角、喷头回转摆动角和伸缩臂的伸缩长度进行特定方位的喷射，由于臂架自由度较多，操作复杂，对湿喷手的操作要求较高，湿喷手在湿喷前必须进行专业湿喷培训和湿喷训练，湿喷手湿喷经验和技术在很大程度上影响着混凝土湿喷的质量，喷射距离与喷射角度有很大的随意性，回弹率必然很高，同时湿喷手操作劳动强度比较大，喷射质量不稳定。
因此，设计一种结构简单、操作方便、能保持稳定的喷射距离和喷射角度，自动沿隧道断面进行稳定的喷射、施工速度快、效率高的隧道湿喷机械具有重要的意义。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种拱架式隧道湿喷机，能保持稳定的喷射距离和喷射角度，自动沿隧道断面进行稳定的喷射，施工速度快，效率高，能有效降低操作工人的劳动强度。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种拱架式隧道湿喷机，包括门架系统、行走轨道安装托架、湿喷伸缩臂架、行走轨道、行走小车、旋转臂架、喷头组件；所述行走轨道安装托架位于门架系统上，所述行走轨道位于所述行走轨道安装托架上，位于所述门架系统上的旋转臂架通过所述行走小车带动所述湿喷伸缩臂架上的喷头组件沿行走轨道移动以实现隧道混凝土的湿喷。
作为优选，所述喷头组件包括喷头安装架和设于所述喷头安装架上的数个喷头；还包括用于驱动所述喷头安装架旋转的喷头安装架旋转装置，所述喷头安装架旋转装置一端安装在所述湿喷伸缩臂架上，另一端通过旋转轴驱动所述喷头安装架旋转，从而调整所述喷头的喷射角度。
作为优选，所述拱架式隧道湿喷机还包括分别与所述行走小车和喷头组件连接的湿喷伸缩臂架，所述湿喷伸缩臂架包括固定臂、伸缩臂和伸缩油缸，所述固定臂安装在行走小车上，所述伸缩臂一端通过伸缩油缸与固定臂相铰接，另一端连接至所述喷头安装架旋转装置，且所述喷头安装架旋转装置的旋转轴穿过设于该伸缩臂上的安装座连接至喷头安装架。
作为优选，所述行走轨道依隧道轮廓成型，与隧道轮廓半径同圆心，且其半径小于隧道轮廓半径。
作为优选，所述行走小车包括车架和可沿所述行走轨道移动的车轮，车架一端与旋转臂架铰接，另一端连接至所述固定臂，所述行走小车在旋转臂架的作用下可沿着行走轨道移动。
作为优选，所述旋转臂架包括设于所述门架系统上的旋转驱动装置、支撑臂组和伸缩臂组，所述支撑臂组的中部与旋转驱动装置相连，在旋转驱动装置的作用下可绕旋转中心回转，且所述支撑臂组的一端设有槽口供所述伸缩臂组一端插入，所述伸缩臂组另一端连接所述行走小车的车架。
作为优选，所述支撑臂组另一端还设有配重块。
作为优选，所述门架系统包括相互连接的至少两榀门架、行走梁、连接梁，还包括设于所述门架上的旋转臂架安装座，所述门架设有供工程车辆出入的容纳空间，所述旋转臂架安装座用于安装所述旋转驱动装置。
作为优选，所述行走轨道安装托架由数根型钢连接而成，可通过横移油缸调整行走轨道安装托架的横向位置，使行走轨道安装托架关于隧道中心轴线对中。
作为优选，还包括行走装置和用于调整所述拱架式隧道湿喷机的液压系统、泵送系统、空气压缩机系统、速凝剂系统，所述行走装置用于所述拱架式隧道湿喷机的行走移动，所述液压系统包括用于调整门架系统高度的顶升油缸、用于调整行走轨道安装托架横向位置的横移油缸，还包括电控系统，所述电控系统分别对所述顶升油缸、横移油缸、旋转驱动装置、行走装置、泵送系统、空气压缩机系统、速凝剂系统进行控制，所述泵送系统、空气压缩机系统、速凝剂系统用于给所述喷头提供混凝土以便湿喷。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、喷头组件安装在湿喷伸缩臂架的伸缩臂的安装座上，并能绕安装座做旋转运动，可以调整并固定喷头组件的喷射角度，使喷头组件始终保持设定的最佳喷射角度，可以有效降低回弹。
2、拱架式隧道湿喷机设有行走轨道和旋转臂架，行走轨道为与隧道轮廓形状相似的弧形，旋转臂架既能绕回转中心旋转，长度又能伸缩可变，在旋转过程中受到行走轨道的限制，旋转臂架长度随之伸缩调整，使湿喷伸缩臂架及喷头组件可以沿特定路线移动，使喷头组件始终与隧道断面保持相同的距离，保证喷射质量。
3、所述发明设置了液压系统和电控系统等，且行走轨道的两端分别设置有限位器，当行走小车走到端头时，触发限位器，发出信号给控制器，使旋转臂架往回旋转，并进行计数，当达到设定的喷射次数时，旋转臂架自动停止动作，从而实现自动沿隧道断面进行喷射作业，自动化程度高。
附图说明
图1是本发明的轴测示意图；
图2是本发明门架系统1的结构示意图；
图3是本发明行走轨道安装托架2的结构示意图；
图4是本发明湿喷伸缩臂架3的结构示意图；
图5是本发明行走小车5的结构示意图；
图6是本发明旋转臂架6的结构示意图；
图7是本发明喷头组件7的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合图1至图7详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
一种拱架式隧道湿喷机，包括门架系统1、行走轨道安装托架2、湿喷伸缩臂架3、行走轨道4、行走小车5、旋转臂架6、喷头组件7；所述行走轨道安装托架位于门架系统上，所述行走轨道位于所述行走轨道安装托架上，位于所述门架系统上的旋转臂架通过所述行走小车带动所述湿喷伸缩臂架上的喷头组件沿行走轨道移动以实现隧道混凝土的湿喷。
所述喷头组件包括喷头安装架7a和设于所述喷头安装架上的数个喷头7c；还包括用于驱动所述喷头安装架旋转的喷头安装架旋转装置7b，所述喷头安装架旋转装置一端安装在所述湿喷伸缩臂架上，另一端通过旋转轴驱动所述喷头安装架旋转，从而调整所述喷头7c的喷射角度。
所述拱架式隧道湿喷机还包括分别与所述行走小车5和喷头组件7连接的湿喷伸缩臂架3，所述湿喷伸缩臂架包括固定臂3a、伸缩臂3b和伸缩油缸3c，所述固定臂安装在行走小车上，所述伸缩臂3b一端通过伸缩油缸与固定臂相铰接，另一端连接至所述喷头安装架旋转装置，且所述喷头安装架旋转装置的旋转轴穿过设于该伸缩臂上的安装座连接至喷头安装架。
所述行走轨道依隧道轮廓成型，与隧道轮廓半径同圆心，且其半径小于隧道轮廓半径。行走轨道4的形状为与隧道轮廓形状相似的弧形，与隧道轮廓半径同圆心但比隧道轮廓半径小，行走轨道为型钢弯制焊接形成，供行走小车5沿轨道进行行走，行走轨道4安装在行走轨道安装托架2上。行走轨道4约束了旋转臂架6的伸缩长度，在湿喷伸缩臂架3沿隧道断面环向移动时可以使湿喷伸缩臂架3、喷头组件7离隧道断面保持相同的距离，使喷射距离保持稳定。行走轨道的两端分别设置有限位器，当行走小车走到端头时，触发限位器，发出信号给控制器，使旋转臂架自动往反方向旋转或停止动作。
所述行走小车包括车架5a和可沿所述行走轨道移动的车轮5b，车架5a一端与旋转臂架6铰接，另一端连接至所述固定臂，所述行走小车在旋转臂架6的作用下可沿着行走轨道移动。
旋转臂架6是驱动行走小车5沿行走轨道4移动的动力部件，主要提供行走小车5沿行走轨道4移动的动力，所述旋转臂架包括设于所述门架系统上的旋转驱动装置、支撑臂组和伸缩臂组，所述支撑臂组的中部与旋转驱动装置相连，在旋转驱动装置6a的作用下可绕旋转中心回转。
旋转驱动装置6a安装在门架系统1的旋转臂架安装座1d上，提供支撑臂组6b、伸缩臂组6c旋转的动力并设置有制动保护装置，可选择液压马达-减速机、电机-减速机、液压油缸-连杆机构的至少一种，伸缩臂组6c可由至少一组伸缩臂组成，支撑臂组6b中部与旋转驱动装置6a相连，在旋转驱动装置6a的作用下能绕旋转中心回转，支撑臂组6b一端设置有槽口供伸缩臂组6c插入，另一端设置有配重，配重可以平衡湿喷伸缩臂架3、支撑臂组6b、伸缩臂组6c等引起的转矩，在上升时可以有效降低所需要的转矩、在下降时可有效避免下降速度过快导致的设备损坏等危险，伸缩臂组6c的一端插入支撑臂组6b的槽口内，伸缩臂组6c可沿支撑臂组6b做相对伸缩移动，伸缩臂组6c另一端与行走小车5的车架5a相铰接。伸缩臂组6c与支撑臂组6b的相对移动，可以适应旋转中心点到行走轨道5不同位置时引起的距离变化。
所述门架系统1包括相互连接的至少两榀门架1a、行走梁1b、连接梁1c，还包括设于所述门架上的旋转臂架安装座1d，所述门架设有供工程车辆出入的容纳空间，所述旋转臂架安装座用于安装所述旋转驱动装置。
所述行走轨道安装托架2由数根型钢连接而成，可通过横移油缸调整行走轨道安装托架的横向位置，使行走轨道安装托架关于隧道中心轴线对中。
还包括行走装置11和用于调整所述拱架式隧道湿喷机的液压系统12、泵送系统8、空气压缩机系统9、速凝剂系统10，所述行走装置用于所述拱架式隧道湿喷机的行走移动，所述液压系统包括用于调整门架系统高度的顶升油缸、用于调整行走轨道安装托架横向位置的横移油缸，还包括电控系统，所述电控系统分别对所述顶升油缸、横移油缸、旋转驱动装置、行走装置、泵送系统、空气压缩机系统、速凝剂系统进行控制；所述泵送系统、空气压缩机系统、速凝剂系统用于给所述喷头提供混凝土以便湿喷。行走装置11设置在台车门架的下端，用于驱动整个台车进行行走，行走装置可选择轮轨式、轮胎式、履带式以及步履式中的至少一种。
液压系统12由液压泵站、顶升油缸、横移油缸以及油管等构件组成。液压泵站为液压系统提供动力，顶升油缸连接行走装置和门架系统，在顶升油缸的伸缩作用下，可以调整门架系统的高度，从而调整行走轨道的高度；横移油缸连接门架系统和行走轨道安装托架，在横移油缸的伸缩作用下，行走轨道安装托架可以在门架系统上横向移动，从而调整行走轨道安装托架及行走轨道的位置，使行走轨道安装托架及行走轨道关于隧道中心轴线对中。
电控系统13主要包括电机、限位器、信号灯、遥控收发装置、控制器等电气设备，主要有各电机的起停控制、遥控、信号显示、警示等功能。行走轨道的两端分别设置有限位器，当行走小车走到端头时，触发限位器，发出信号给控制器，使旋转臂架往回旋转，并进行计数，当达到设定的喷射次数时，旋转臂架6自动停止动作，从而实现自动沿隧道断面进行喷射作业。所述液压系统和电控系统的设置实现了湿喷机湿喷隧道的自动化，提高湿喷加工精确度，其具体液压系统和电控系统均是现有技术，本发明只需要能实现具体功能即可，此处不做具体叙述。
泵送系统8由泵送主油缸、中心泵、料斗、S摆动管、S摆管驱动装置、摆动油缸、中心泵安装等部分组成，其作用是将混凝土沿输送管道连续输送到喷头。
空气压缩机系统9由空压机、冷却器、管道、开关阀等组成，主要是提供连续的喷射气流，利用压缩空气将一定配合比的混凝土拌合料，通过喷头压送并以高速喷射到受喷表面。
速凝剂添加系统10主要负责速凝剂等外加剂的输送，与泵送系统8共同完成混凝土的喷射，它主要由软管泵、联轴器、液压马达、阀、接头等零部件组成。
所述泵送系统、空气压缩机系统、速凝剂添加系统均可在市场购买，均为现有技术，因而其具体电路无需详细叙述，而且，本发明中的电控系统与所述泵送系统、空气压缩机系统、速凝剂添加系统的连接控制，也可采用现有技术中的控制方式即可，本发明只需要将其进行组装应用到所述喷头组件，使喷头组件有适合条件的混凝土进行湿喷即可。
拱架式隧道湿喷机的原理就是在门架系统1上安装行走轨道4，行走小车5可在旋转臂架6的带动下沿行走轨道4移动，湿喷伸缩臂架3安装在行走小车5上，湿喷伸缩臂架3在行走小车5带动下可沿行走轨道4做相对移动，喷头组件7安装在湿喷伸缩臂架3的伸缩臂3b的安装座上，并能绕安装座做旋转运动，可以调整并固定喷头组件7的喷射角度，由于行走轨道限制了旋转臂架在旋转过程中的伸缩长度，所以使喷头组件7始终保持设定的最佳喷射角度，并与隧道断面保持相同的距离，避免了湿喷手施工时喷射距离与喷射角度的随意性，消除了湿喷手湿喷经验和技术对混凝土湿喷质量的影响，从而保证喷射的质量。
具体实施过程中，本发明包括以下实施步骤：
1、拱架式隧道湿喷机定位：控制行走装置11使拱架式隧道湿喷机到达指定位置，控制顶升油缸调整门架系统1到达指定高度，控制横移油缸调整行走轨道4关于隧道中心轴线对中。
2、旋转臂架定位：控制器读取行走轨道上的两个限位器信号，确定湿喷伸缩臂架的位置，如果限位器信号显示行走小车5不在行走轨道4的任意一端，就启动旋转驱动装置6a，将行走小车5移动到行走轨道4的一端。
3、湿喷伸缩臂架伸出：控制伸缩油缸3c伸出，使伸缩臂3b伸出至设定位置。
4、调整喷头组件角度：控制喷头安装架旋转装置7b，使喷头7c到设定的喷射角度。
5、启动喷射系统：启动泵送系统8、空气压缩机系统9、速凝剂添加系统10，使混凝土喷出。
6、旋转臂架自动旋转：根据限位器信号，控制器启动旋转驱动装置6a，行走小车5沿行走轨道4往另一端移动，直到控制器接收到另一端的限位器信号，控制器发出控制指令使旋转臂架6往回旋转，并进行计数，当达到设定的喷射次数时，旋转臂架6自动停止动作，进入下一个循环。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种拱架式隧道湿喷机，其特征在于：包括门架系统(1)、行走轨道安装托架(2)、湿喷伸缩臂架(3)、行走轨道(4)、行走小车(5)、旋转臂架(6)、喷头组件(7)；所述行走轨道安装托架位于门架系统上，所述行走轨道位于所述行走轨道安装托架上，位于所述门架系统上的旋转臂架通过所述行走小车带动所述湿喷伸缩臂架上的喷头组件沿行走轨道移动以实现隧道混凝土的湿喷。
2.根据权利要求1所述拱架式隧道湿喷机，其特征在于：所述喷头组件包括喷头安装架(7a)和设于所述喷头安装架上的数个喷头(7c)；还包括用于驱动所述喷头安装架旋转的喷头安装架旋转装置(7b)，所述喷头安装架旋转装置一端安装在所述湿喷伸缩臂架上，另一端通过旋转轴驱动所述喷头安装架旋转，从而调整所述喷头(7c)的喷射角度。
3.根据权利要求2所述拱架式隧道湿喷机，其特征在于：所述拱架式隧道湿喷机还包括分别与所述行走小车和喷头组件连接的湿喷伸缩臂架(3)，所述湿喷伸缩臂架包括固定臂(3a)、伸缩臂(3b)和伸缩油缸(3c)，所述固定臂安装在行走小车上，所述伸缩臂(3b)一端通过伸缩油缸与固定臂相铰接，另一端连接至所述喷头安装架旋转装置，且所述喷头安装架旋转装置的旋转轴穿过设于该伸缩臂上的安装座连接至喷头安装架。
4.根据权利要求3所述拱架式隧道湿喷机，其特征在于：所述行走轨道(4)依隧道轮廓成型，与隧道轮廓半径同圆心，且其半径小于隧道轮廓半径。
5.根据权利要求4所述拱架式隧道湿喷机，其特征在于：所述行走小车(5)包括车架(5a)和可沿所述行走轨道移动的车轮(5b)，车架(5a)一端与旋转臂架(6)铰接，另一端连接至所述固定臂，所述行走小车在旋转臂架(6)的作用下可沿着行走轨道移动。
6.根据权利要求5所述拱架式隧道湿喷机，其特征在于：所述旋转臂架(6)包括设于所述门架系统上的旋转驱动装置(6a)、支撑臂组(6b)和伸缩臂组(6c)，所述支撑臂组的中部与旋转驱动装置相连，在旋转驱动装置(6a)的作用下可绕旋转中心回转，且所述支撑臂组的一端设有槽口供所述伸缩臂组一端插入，所述伸缩臂组另一端连接所述行走小车的车架(5a)。
7.根据权利要求6所述拱架式隧道湿喷机，其特征在于：所述支撑臂组另一端还设有配重块。
8.根据权利要求6所述拱架式隧道湿喷机，其特征在于：所述门架系统(1)包括相互连接的至少两榀门架(1a)、行走梁(1b)、连接梁(1c)，还包括设于所述门架上的旋转臂架安装座(1d)，所述门架设有供工程车辆出入的容纳空间，所述旋转臂架安装座用于安装所述旋转驱动装置。
9.根据权利要求1所述拱架式隧道湿喷机，其特征在于：所述行走轨道安装托架由数根型钢连接而成，可通过横移油缸调整行走轨道安装托架的横向位置，使行走轨道安装托架关于隧道中心轴线对中。
10.根据权利要求9所述拱架式隧道湿喷机，其特征在于：还包括行走装置(11)、用于调整所述拱架式隧道湿喷机的液压系统(12)、泵送系统(8)、空气压缩机系统(9)、速凝剂系统(10)，所述行走装置用于所述拱架式隧道湿喷机的行走移动，所述液压系统包括用于调整门架系统高度的顶升油缸、用于调整行走轨道安装托架横向位置的横移油缸，还包括电控系统(13)，所述电控系统分别对所述顶升油缸、横移油缸、旋转驱动装置、行走装置、泵送系统、空气压缩机系统、速凝剂系统进行控制，所述泵送系统、空气压缩机系统、速凝剂系统用于给所述喷头提供混凝土以便湿喷。
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