CN110821529A - 一种基于tbm智能机器人的钢拱架支护工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于TBM智能机器人的钢拱架支护工艺，它包括清理岩渣及污水排泄、钢拱架吊装运输、钢拱架的拼装、钢拱架的安装等工序，它能够提高硬岩掘进机机器人化支护作业的智能决策能力；有效提升TBM施工质量与效率，提升隧道掘进机器人化水平，减少隧道施工过程中由于局部塌方造成的工程延误及其他风险。

Description

一种基于TBM智能机器人的钢拱架支护工艺

技术领域

本发明属于TBM智能机器人的钢拱架支护工艺流程领域及系统，具体涉及一种基于TBM智能机器人的钢拱架支护工艺。

背景技术

随着我国基建行业的大力发展，在山岭隧道的开挖中TBM被广泛地应用，与传统的钻爆法相比TBM具有施工速度快、效率高、成型好、对周边环境扰动小等优点，特别适合于长隧道的施工。因此，当下在山岭隧道的开挖中采用TBM施工正成为一种隧道开挖的新趋势。

安全、快速、高质量的及时支护是 TBM 隧道机械化施工领域的关键环节和研究热点，现有钢拱架拼装、支护作业方法自动化程度低、人工工作量大、时间长、智能决策水平差造成支护不及时、质量不稳定等问题，不适应 TBM 高效、安全施工要求，是制约 TBM 施工效率、安全和质量提高的主要瓶颈。另一方面， 掘进装备智能化已是行业发展趋势与竞争热点， TBM 施工支护系统机器人化是实现掘进智能化以致无人值守的重要条件。 研制智能机器人快速实现钢拱架支护拼接集成环与撑紧作业工艺流程是本领域技术人员急需解决的问题，也是实现掘进机作业智能化的迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于TBM智能机器人的钢拱架支护工艺流程，以解决人工支护作业效率低下，作业安全系数低的难题。该拼接工艺方法能够提高作业效率、安全、快速、高质量的及时支护。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于TBM智能机器人的钢拱架支护工艺，所述工艺包括以下步骤：

S101，利用清渣排水系统快速对钢拱架支护位置进行岩渣清理及污水排泄；

S102，利用设置在TBM主梁上平台后方的钢拱架智能传送系统将待拼装的钢拱架按顺序通过吊运的方式放置在安装在运输小车上的摆放机构上，运输小车在运输轨道上运行，单次运输5片，载重1t以上，运行时间4min内，将钢拱架运送至指定位置，并通过摆放机构调整钢拱架的摆放位置，开始下一工序；

S103，利用通过运行轨道在主梁上移动的钢拱架智能抓取系统的抓取臂将连接环和撑紧环焊接连接，通过水平行程油缸在运行轨道上运行至撑紧环起点时恰好位于所取钢拱架正下方，触发抓取臂伸出，带动抓取手向上抓取钢拱架，抓取臂继续上升至指定位置，并由水平行程油缸移动至撑紧环终点时，触发下一步工序；

S104，利用钢拱架精准定位系统的驱动装置带动拼装环转动，抓取臂与拼装环卡爪配合将拱架置于拼装环上，拼装环上的限位装置保证第一块钢拱架放置于拼装环的固定位置；

S105，放置第一块钢拱架后，进行位姿调整，驱动装置带动拼装环旋转一定角度，等待下一块钢拱架的安装；第二块钢拱架以同样的方法通过抓取臂送至拼装环，通过限位装置对第一块和第二块钢拱架进行粗定位，拼装环卡爪抓紧钢拱架，再通过抓取手卡紧两块钢拱架之间的连接钢板，稍微放松拼装环卡爪，根据拱架位姿监测数据，微调机构配合抓取臂对钢拱架进行微调，使钢拱架微端精定位精定位，保证钢拱架棘口的完全对齐，触发下一工序；

S106，对齐后触发自动钢拱架棘口对接系统将设计的钢拱架棘口对接部位自动识别奇数偶数钢拱架的接口，实现两块钢拱架对接，自动棘口对接系统固定在撑紧环上，控制两块钢拱架对接中心孔位偏差±3mm；

S107，以相同的方式依次完成第二块与第三块、第三块与第四块、第四块与第五块钢拱架之间的连接实现钢拱架拼接成环，单次拼装时间小于40s；

S108，撑紧环上的四个机器人撑紧臂抓取拼装环上预拼装好的钢拱架，拱架间隙小于15mm，定位精度±10mm；通过水平行程油缸和运行轨道将钢拱架移送至指定位置后，撑紧臂伸出，将钢拱架撑紧至围岩壁洞；

S109，封口成环系统固定在撑紧环和连接环上，撑紧后将封口成环系统运送到钢拱架撑开的间隔位置，将该间隔位置用连接件包裹住，贴紧后两侧焊枪完成最后的焊接封环工作。

与现有存在的技术相比，本发明的具有下列优点：

本发明的基于TBM智能机器人的钢拱架支护工艺能够提高硬岩掘进机机器人化支护作业的智能决策能力；有效提升TBM施工质量与效率，提升隧道掘进机器人化水平，减少隧道施工过程中由于局部塌方造成的工程延误及其他风险。

附图说明

图1是本发明一种基于TBM智能机器人的钢拱架支护工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，本发明提供的基于TBM智能机器人的钢拱架支护工艺，所采用多个智能机器人以及清渣排水系统、钢拱架自动输送系统、钢拱架智能抓取系统、定位放置系统、位姿调整系统、拧紧螺栓系统、拼接成环系统、定位撑紧系统、收尾封口系统，其具体包括以下步骤 ：

S101，清渣排水系统快速对钢拱架支护位置进行岩渣清理及污水排泄；

S102，钢拱架智能传送系统设置在TBM主梁上平台的后方，将待拼装的钢拱架按顺序通过吊运的方式放置在安装在运输小车上的摆放机构上，运输小车在运输轨道上运行，单次运输5片，载重1t以上，运行时间4min内，将钢拱架运送至指定位置，并通过摆放机构调整钢拱架的摆放位置，开始下一工序；

S103，钢拱架智能抓取系统通过运行轨道可以实现在主梁上的移动，抓取臂与连接环和撑紧环焊接连接，通过水平行程油缸在运行轨道上运行至撑紧环起点（水平行程油缸尾端）时恰好位于所取钢拱架正下方，触发抓取臂伸出，带动抓取手向上抓取钢拱架，抓取臂继续上升至指定位置，并由水平行程油缸移动至撑紧环终点（水平行程油缸最大行程处）时，触发下一步工序；

S104，钢拱架精准定位系统的驱动装置带动拼装环转动，抓取臂与拼装环卡爪配合将拱架置于拼装环上，拼装环上的限位装置保证第一块钢拱架放置于拼装环的固定位置；

S105，放置第一块钢拱架后，进行位姿调整，驱动装置带动拼装环旋转一定角度，等待下一块钢拱架的安装；第二块钢拱架以同样的方法通过抓取臂送至拼装环，通过限位装置对第一块和第二块钢拱架进行粗定位，拼装环卡爪抓紧钢拱架，再通过抓取手卡紧两块钢拱架之间的连接钢板，稍微放松拼装环卡爪，根据拱架位姿监测数据，微调机构配合抓取臂对钢拱架进行微调，使钢拱架微端精定位精定位，保证钢拱架棘口的完全对齐，触发下一工序；

S106，对齐后触发自动钢拱架棘口对接系统将设计的钢拱架棘口对接部位自动识别奇数偶数钢拱架的接口，实现两块钢拱架对接，自动棘口对接系统固定在撑紧环上，控制两块钢拱架对接中心孔位偏差±3mm；

S107，以相同的方式依次完成第二块与第三块、第三块与第四块、第四块与第五块钢拱架之间的连接实现钢拱架拼接成环，单次拼装时间（两环间拼接）小于40s；

S108，撑紧环上的四个机器人撑紧臂抓取拼装环上预拼装好的钢拱架，拱架间隙小于15mm，定位精度±10mm；通过水平行程油缸和运行轨道将钢拱架移送至指定位置后，撑紧臂伸出，将钢拱架撑紧至围岩壁洞；

S109，封口成环系统固定在撑紧环和连接环上，撑紧后将封口成环系统运送到钢拱架撑开的间隔位置，将该间隔位置用连接件包裹住，贴紧后两侧焊枪完成最后的焊接封环工作。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照最佳实施例对本发明进行了详细的说明，熟悉本领域的技术人员应当理解，对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案和精神和范围，其均应涵盖在涵盖子在本发明的的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于TBM智能机器人的钢拱架支护工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：

S101，利用清渣排水系统快速对钢拱架支护位置进行岩渣清理及污水排泄；

S102，利用设置在TBM主梁上平台后方的钢拱架智能传送系统将待拼装的钢拱架按顺序通过吊运的方式放置在安装在运输小车上的摆放机构上，运输小车在运输轨道上运行，单次运输5片，载重1t以上，运行时间4min内，将钢拱架运送至指定位置，并通过摆放机构调整钢拱架的摆放位置，开始下一工序；

S103，利用通过运行轨道在主梁上移动的钢拱架智能抓取系统的抓取臂将连接环和撑紧环焊接连接，通过水平行程油缸在运行轨道上运行至撑紧环起点时恰好位于所取钢拱架正下方，触发抓取臂伸出，带动抓取手向上抓取钢拱架，抓取臂继续上升至指定位置，并由水平行程油缸移动至撑紧环终点时，触发下一步工序；

S104，利用钢拱架精准定位系统的驱动装置带动拼装环转动，抓取臂与拼装环卡爪配合将拱架置于拼装环上，拼装环上的限位装置保证第一块钢拱架放置于拼装环的固定位置；

S105，放置第一块钢拱架后，进行位姿调整，驱动装置带动拼装环旋转一定角度，等待下一块钢拱架的安装；第二块钢拱架以同样的方法通过抓取臂送至拼装环，通过限位装置对第一块和第二块钢拱架进行粗定位，拼装环卡爪抓紧钢拱架，再通过抓取手卡紧两块钢拱架之间的连接钢板，稍微放松拼装环卡爪，根据拱架位姿监测数据，微调机构配合抓取臂对钢拱架进行微调，使钢拱架微端精定位精定位，保证钢拱架棘口的完全对齐，触发下一工序；

S106，对齐后触发自动钢拱架棘口对接系统将设计的钢拱架棘口对接部位自动识别奇数偶数钢拱架的接口，实现两块钢拱架对接，自动棘口对接系统固定在撑紧环上，控制两块钢拱架对接中心孔位偏差±3mm；

S107，以相同的方式依次完成第二块与第三块、第三块与第四块、第四块与第五块钢拱架之间的连接实现钢拱架拼接成环，单次拼装时间小于40s；

S108，撑紧环上的四个机器人撑紧臂抓取拼装环上预拼装好的钢拱架，拱架间隙小于15mm，定位精度±10mm；通过水平行程油缸和运行轨道将钢拱架移送至指定位置后，撑紧臂伸出，将钢拱架撑紧至围岩壁洞；

S109，封口成环系统固定在撑紧环和连接环上，撑紧后将封口成环系统运送到钢拱架撑开的间隔位置，将该间隔位置用连接件包裹住，贴紧后两侧焊枪完成最后的焊接封环工作。