CN110924991A - 一种受限空间作业的智能施工系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种受限空间作业的智能施工系统，包括包括利用挂布台车的施工系统和监控系统，施工系统包括挂布台车和设置在挂布台车上的智能控制系统，所述挂布台车包括挂布台车架体、控制挂布台车移动的第一行走机构、预处理装置、用于安装防水布、土工布的挂布系统、驱动挂布系统工作的第二行走机构，以自动化式施工替代现有的人工施工，以中央控制系统为中心调控各部件分步作业，提高隧道施工效率，降低安全隐患，对施工信息采集和自动化控制，便于监管和组织管理，改变原有隧道施工方式中施工、安全监管落后的管理模式，实现施工的现代化、信息化、智能化。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程设备技术领域，具体涉及一种受限空间作业的智能施工系统。
背景技术
随着我国基建工程的大力发展，以机械施工代替人力施工是必然趋势。在隧道施工工程中，在隧道开挖成型后需要进行防水作业，在隧道内壁喷浆后的基底上铺设土工布、防水布并将其固定，以为后续灌浆做基础。现有的隧道开挖时多为机械式开挖隧道，隧道内壁同一产生凹凸不平，特别是山体隧道开挖时其内壁杂石凸出，往往在做基底喷浆后仍有利石凸出，导致在铺设土工布和防水布，布料容易划破，影响防水效果。更重要的是在现有的施工工艺中，对于土工布、防水布的铺设及固定往往靠人工完成，效率低，危险系数大同时由于人工操作，失误率较高。
发明内容
为解决上述问题，本发明设计了一种受限空间作业的智能施工系统, 以自动化式施工替代现有的人工施工，以中央控制系统为中心调控各部件分步作业，提高隧道施工效率，降低安全隐患，对施工信息采集和自动化控制，便于监管和组织管理，改变原有隧道施工方式中施工、安全监管落后的管理模式，实现施工的现代化、信息化、智能化。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种受限空间作业的智能施工系统，包括利用挂布台车的施工系统和监控系统，
所述施工系统包括挂布台车和设置在挂布台车上的智能控制系统，所述挂布台车包括控制挂布台车移动的第一行走机构、预处理装置、用于安装防水布、土工布的挂布系统、驱动挂布系统工作的第二行走机构，所述控制系统用以调控第一行走机构、预处理装置、第二行走机构的协调工作；
挂布台车架体为位于下方的支撑结构以及位于上方并与与隧道内壁相切合的拱形结构；
挂布系统通过气动滑轨安装在挂布台车上，可沿挂布台车移动方向，并通过翻转电机使挂布系统沿拱形结构的圆周方向运动，其中气动滑轨的控制系统与翻转电机的控制系统保持异步工作；
预处理装置将挂布平面通过粉碎、填补方式将挂布平面修复平整。
作为本发明一种受限空间作业的智能施工系统的进一步改进：挂布系统包括土工布挂设机构、防水布挂设机构、信号处理系统和固定机构，其中所述固定机构包括垫片自动供应装置、与垫片自动供应装置一体设置的射钉机构和与射钉机构联动的热熔固定装置，以将防水布与垫片热熔固定；
预处理装置包括滚式粉碎筒和混凝土填补装置，所述滚式粉碎筒安装在挂布台车拱形结构上并通过气动滑轨可沿拱形结构的圆周方向运动，混凝土填补装置包括与混凝土供给池相连的供给管道，供给管道的出料端具有具有混凝土分配器以连接多个喷涂头，每个喷涂头与供给管道之间设置电磁控制阀，多个所述喷涂头一体连接固定并通过气动轨道可沿挂布台车拱形结构的圆周方向运动；
所述监控系统包括视频监视器、定位系统、激光检测系统，所述监视器为设置在挂布台车上的多个视频监视器；定位系统包括安装在挂布台车上的定位器；
所述控制系统为中央处理器，所述中央处理器信号输入端连接定位系统、视频监视器、激光检测系统发出的脉冲信号，中央处理器信号输出端连接显示器、第一行走机构、第二行走机构、挂布系统的信号处理系统。
作为本发明一种受限空间作业的智能施工系统的进一步改进：所述视频监视器实时监测挂布台车处隧道内壁情况，并将视频监控画面传输至监控室内的显示器；激光检测系统实时工作，在检测到隧道内壁与预设平面凹凸量大于±5cm时，将脉冲信号发射至中央处理器，中央处理器接收、处理并对第二行走机构、滚式粉碎筒或混凝土填补装置的电磁控制阀发出工作指令，对定位系统发出脉冲信号，定位系统将定位信息发送至中央控制电脑；第一行走机构驱动挂布台车在隧道方向上移动，第二行走机构根据脉冲信号判断并作出判断沿隧道方向运动或沿隧道圆周方向运动。
作为本发明一种受限空间作业的智能施工系统的进一步改进：中央处理器对土工布挂设机构、固定机构和防水布挂设机构依次发出指令，挂布台车依次作出对土工布挂设、推出垫片、射钉以固定垫片、防水布挂设和防水布与垫片热熔的挂设动作，实现土工布和防水布的自动挂设，其中垫片与射钉枪联动工作，当垫片推出到位后射钉枪工作。
作为本发明一种受限空间作业的智能施工系统的进一步改进：所述滚式粉碎筒与挂布台车主体安装时弹性连接，根据激光检测系统设定的基准面调整滚式粉碎筒上弹性件的最大弹性长度，保证滚式粉碎筒最外端与基准面平齐。
作为本发明一种受限空间作业的智能施工系统的进一步改进：所述滚式粉碎筒包括前端带有粉碎齿的圆筒，所述圆筒由设置在其一端的电机带动，圆筒两端设置夹持臂，并套接在固定筒内，夹持臂与固定筒直接活动插接并由套设在固定筒外的弹性弹簧连接。
作为本发明一种受限空间作业的智能施工系统的进一步改进：所述挂布台车各独立机构上均设置有信号处理器，中央控制器与各独立机构之间脉冲信号均通过GPRS无线传输。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明所述的受限空间作业的智能施工系统，以自动化式施工替代现有的人工施工，以中央控制系统为中心调控各部件分步作业，提高隧道施工效率，降低安全隐患，对施工信息采集和自动化控制，便于监管和组织管理，改变原有隧道施工方式中施工、安全监管落后的管理模式，实现施工的现代化、信息化、智能化。
第二，本发明所述的受限空间作业的智能施工系统，挂布台车上设置预处理装置，在挂布前对隧道内挂布平面凸处进行粉碎拉平处理，有效防止土工布或防水布被刺破而影响施工效果；混凝土填补装置对挂布平面的凹处进行填补，避免垫片固定时落空，影响固定效果。
第三，本发明所述的受限空间作业的智能施工系统，挂布系统的多方位行走，可对挂布台车的移动长度对应的挂布平面上进行二维施工，降低第一行走机构的能量消耗。
第四，本发明所述的受限空间作业的智能施工系统，土工布挂设机构、固定机构和防水布挂设机构由中央控制系统智能化依次联动，使挂布台车在某一位置依次进行土工布挂设、垫片弹出、射钉机构将垫片固定、防水布挂设以及热熔机构将防水布与垫片热熔，各步骤完全自动化、联动化，大大提高工作效率，节省人力。
第五，本发明所述的受限空间作业的智能施工系统，视频监视器将施工画面实时传输至监控台，激光检测系统将隧道内挂布平面不平整处检测并将信号传输至中央处理器进行信号分析、处理并反馈至定位系统和预处理装置，定位系统将位置信息发送至监控台并标记，预处理装置作业修复。
第六，本发明所述的受限空间作业的智能施工系统，预处理装置中滚式粉碎筒的弹性连接，保证粉碎后平面始终与基准面平齐，弹性套接结构保证滚式粉碎筒圆周方向的弹性和隧道长度方向的刚性。
附图说明
图1是本发明中挂布台车智能施工系统的结构框图；
图2是本发明中挂布系统的结构框图；
图3是本发明中监控系统的结构框图；
图4是本发明中预处理装置的结构框图；
图5是本发明中滚式粉碎筒的部分结构示意图；
图中标记：1、圆筒，2、粉碎齿，3、夹持臂，4、固定筒，5、弹性弹簧，6、电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式。
本实施例中所述的一种受限空间作业的智能施工系统，包括包括利用挂布台车的施工系统和监控系统，所述施工系统包括挂布台车和设置在挂布台车上的智能控制系统。挂布台车包括挂布台车架体、控制挂布台车移动的第一行走机构、预处理装置、用于安装防水布、土工布的挂布系统、驱动挂布系统工作的第二行走机构，智能控制系统用以调控第一行走机构、预处理装置、第二行走机构的协调工作。
所述挂布台车架体为位于下方的支撑结构以及位于上方并与与隧道内壁相切合的拱形结构，挂布台车的拱形结构上设置有工作平台和监控系统；所述工作平台宽度小于拱形结构的宽度，即保证挂布台车单次运行长度大于工作平台的宽度，在挂布台车的单次运行长度内，工作平台可在挂布台车的运动方向做往复运动。所述挂布台车的拱形结构上具有沿拱形结构圆周方向设置以为工作平台提供的弧形轨道，保证工作平台相对水平面可做弧形翻转；拱形结构的宽度方向上设置滑行轨道，以保证工作平台在挂布台车移动方向上做往复运动。具体来讲所述工作平台设置在滑行轨道上，工作平台通过滑行轨道设置在弧形轨道上，其工作状态为工作平台先在弧形轨道上做圆周方向运动，将土工布或防水布在隧道内壁的挂布平面上沿圆周铺设，在将隧道内壁圆周上某一宽度的土工布或防水布铺设完成后，滑行轨道工作，将工作平台移至与上一弧形铺设面相邻的位置，进行第二弧形铺设面的铺设，本实施例中的弧形轨道和滑行轨道均为气动轨道。
所述工作平台包括平台基板和挂布系统，所述挂布系统包括土工布挂设机构、防水布挂设机构、信号处理系统和固定机构，其中所述固定机构包括垫片自动供应装置、与垫片自动供应装置一体设置的射钉机构和与射钉机构联动的热熔固定装置，以将防水布与垫片热熔固定。本挂布系统已机械自动化代替传统人工铺设土工布、垫片固定土工布、铺设防水布、防水布与垫片热熔等步骤。
所述预处理装置包括滚式粉碎筒和混凝土填补装置，预处理装置对隧道内部挂布平面做修补处理，具体为在挂布平面凹处，混凝土填补装置喷涂快干混凝土或砂浆，将凹坑填补；在挂布平面凸处，滚式粉碎筒将凸出部分粉碎，即保证挂布平面与滚式粉碎筒射钉的基准面始终平齐，以为后续挂布做准备。所述滚式粉碎筒安装在挂布台车拱形结构上并通过气动滑轨可沿拱形结构的圆周方向运动，混凝土填补装置包括与混凝土供给池相连的供给管道，供给管道的出料端具有具有混凝土分配器以连接多个喷涂头，每个喷涂头与供给管道之间设置电磁控制阀，多个所述喷涂头一体连接固定并通过气动轨道可沿挂布台车拱形结构的圆周方向运动。
本实施例中的滚式粉碎筒与挂布台车主体安装时弹性连接，根据激光检测系统设定的基准面调整滚式粉碎筒上弹性件的最大弹性长度，保证滚式粉碎筒最外端与基准面平齐。所述滚式粉碎筒包括前端带有粉碎齿2的圆筒1，所述圆筒1由设置在其一端的电机6带动，圆筒1两端设置夹持臂3，并套接在固定筒4内，夹持臂3与固定筒4直接活动插接并由套设在固定筒4外的弹性弹簧5连接，弹性套接结构保证滚式粉碎筒圆周方向的弹性和隧道长度方向的刚性。
所述土工布挂设机构包括穿设卷式土工布的转轴、由电机6驱动的转轴，设置在卷式土工布内侧的紧压轴，紧压轴可与转轴同步运转，保证紧压轴对转轴上卷式土工布一转一压，使伸展的土工布始终被紧压在隧道内壁的挂布平面上，保证卷式土工布的顺利伸展；所述固定机构中的垫片自动供应装置包括弹性储存垫片存储仓、位于存储仓一端的推顶装置，推顶装置将位于存储仓最前端的垫片推出至待固定位置；垫片自动供应装置还设置有与其一体设置的射钉机构，在垫片被退出后，射钉机构射钉将垫片固定；防水布挂设机构的具体结构与土工布挂设机构的具体结构基本相同，同样通过转轴将卷式防水布伸展，
垫片自动供应装置还设置有热熔固定装置，将射钉机构固定后的垫片与铺设的防水布热熔，实现防水布与土工布的结合。即挂布系统的工作流程为挂设土工布、垫片供应及固定、挂设防水布、防水布与垫片区域热熔。
所述监控系统包括视频监视器、定位系统、激光检测系统，视频监视器的物理架构分为图像采集端、数据传输、监控中心三部分。采集端负责图像信息采集，并将采集到的图像进行数字压缩及编码转换成数字信号，通过无线网桥将数字信息传输到监控中心，监控中心的视频监控系统对数字信号进行解析后将监控的实施画面进行显示。定位系统可将位置信息反馈至监控室。激光检测系统与预处理装置结合使用，为本系统提供隧道内壁的挂布平面的平整信息，激光检测系统预设报警数据为隧道内壁与预设平面凹凸量大于±5cm，当激光检测系统实时工作，当检测到隧道内壁与预设平面凹凸量大于±5cm时，激光检测系统将数据信息反馈至智能控制系统，智能控制系统做出指令反馈控制预处理装置工作。
本实施例中的智能控制系统为中央处理器，挂布台车各独立机构上均设置有信号处理器，中央控制器与各独立机构之间脉冲信号均通过GPRS无线传输。其中中央处理器信号输入端连接定位系统、视频监视器、激光检测系统发出的脉冲信号，中央处理器信号输出端连接显示器、第一行走机构、第二行走机构、挂布系统的信号处理器。本智能控制系统工作时，先由激光检测系统对隧道内壁挂布平面的平整度进行扫描，激光检测系统将数据信号反馈至中央处理器，与激光检测系统联动的定位系统和视频监视器将位置信息和视频截屏图片信号反馈至中央控制电脑保存以为后续进行针对性故障排除，中央处理器做出处理和反馈，反馈至调控滚式粉碎筒信号处理器或混凝土填补装置信号处理器，各机构根据信号做出反应，直至激光检测系统所处区域的平整；激光检测系统工作时，在检测到隧道内壁与预设平面凹凸量大于±5cm时，将脉冲信号发射至中央处理器，中央处理器接收、处理并对第二行走机构、滚式粉碎筒或混凝土填补装置的电磁控制阀发出工作指令，对定位系统发出脉冲信号，定位系统将定位信息发送至中央控制电脑然后中央处理器将指令发送至挂布系统信号处理器，控制挂布系统由第二行走机构做根据脉冲信号判断并作出判断沿隧道方向运动或沿隧道圆周方向运动，以完成对土工布、防水布进行挂设和固定；铺设完成后，中央处理器指令第一行走机构带动挂布台车向前位移设定长度，预处理系统、挂布系统进行重复工作，直至隧道内壁挂布完成。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种受限空间作业的智能施工系统，包括利用挂布台车的施工系统和监控系统，其特征在于：
所述施工系统包括挂布台车和设置在挂布台车上的智能控制系统，所述挂布台车包括挂布台车架体、控制挂布台车移动的第一行走机构、预处理装置、用于安装防水布、土工布的挂布系统、驱动挂布系统工作的第二行走机构，所述智能控制系统用以调控第一行走机构、预处理装置、第二行走机构的协调工作；
挂布台车架体为位于下方的支撑结构以及位于上方并与与隧道内壁相切合的拱形结构；
挂布系统通过气动滑轨安装在挂布台车上，可沿挂布台车移动方向，并通过翻转电机使挂布系统沿拱形结构的圆周方向运动，其中气动滑轨的控制系统与翻转电机的控制系统保持异步工作；
预处理装置将挂布平面通过粉碎、填补方式将挂布平面修复平整。
2.如权利要求1所述的一种受限空间作业的智能施工系统，其特征在于：挂布系统包括土工布挂设机构、防水布挂设机构、信号处理系统和固定机构，其中所述固定机构包括垫片自动供应装置、与垫片自动供应装置一体设置的射钉机构和与射钉机构联动的热熔固定装置，以将防水布与垫片热熔固定；
预处理装置包括滚式粉碎筒和混凝土填补装置，所述滚式粉碎筒安装在挂布台车拱形结构上并通过气动滑轨可沿拱形结构的圆周方向运动，混凝土填补装置包括与混凝土供给池相连的供给管道，供给管道的出料端具有具有混凝土分配器以连接多个喷涂头，每个喷涂头与供给管道之间设置电磁控制阀，多个所述喷涂头一体连接固定并通过气动轨道可沿挂布台车拱形结构的圆周方向运动；
所述监控系统包括视频监视器、定位系统、激光检测系统，所述监视器为设置在挂布台车上的多个视频监视器；定位系统包括安装在挂布台车上的定位器；
所述智能控制系统为中央处理器，所述中央处理器信号输入端连接定位系统、视频监视器、激光检测系统发出的脉冲信号，中央处理器信号输出端连接显示器、第一行走机构、第二行走机构、挂布系统的信号处理器。
3.如权利要求2所述的一种受限空间作业的智能施工系统，其特征在于：所述视频监视器实时监测挂布台车处隧道内壁情况，并将视频监控画面传输至监控室内的显示器；激光检测系统实时工作，在检测到隧道内壁与预设平面凹凸量大于±5cm时，将脉冲信号发射至中央处理器，中央处理器接收、处理并对第二行走机构、滚式粉碎筒或混凝土填补装置的电磁控制阀发出工作指令，对定位系统发出脉冲信号，定位系统将定位信息发送至中央控制电脑；第一行走机构驱动挂布台车在隧道方向上移动，第二行走机构根据脉冲信号判断并作出判断沿隧道方向运动或沿隧道圆周方向运动。
4.如权利要求3所述的一种受限空间作业的智能施工系统，其特征在于：中央处理器对土工布挂设机构、固定机构和防水布挂设机构依次发出指令，挂布台车依次作出对土工布挂设、推出垫片、射钉以固定垫片、防水布挂设和防水布与垫片热熔的挂设动作，实现土工布和防水布的自动挂设，其中垫片与射钉枪联动工作，当垫片推出到位后射钉枪工作。
5.如权利要求4所述的一种受限空间作业的智能施工系统，其特征在于：所述滚式粉碎筒与挂布台车主体安装时弹性连接，根据激光检测系统设定的基准面调整滚式粉碎筒上弹性件的最大弹性长度，保证滚式粉碎筒最外端与基准面平齐。
6.如权利要求5所述的一种受限空间作业的智能施工系统，其特征在于：所述滚式粉碎筒包括前端带有粉碎齿（2）的圆筒（1），所述圆筒（1）由设置在其一端的电机（6）带动，圆筒（1）两端设置夹持臂（3），并套接在固定筒（4）内，夹持臂（3）与固定筒（4）直接活动插接并由套设在固定筒（4）外的弹性弹簧（5）连接。
7.如权利要求6所述的一种受限空间作业的智能施工系统，其特征在于：所述挂布台车各独立机构上均设置有信号处理器，中央控制器与各独立机构之间脉冲信号均通过GPRS无线传输。
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