CN112502738A - 一种隧道衬砌用步进台车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道衬砌设备技术领域，具体涉及一种隧道衬砌用步进台车；本发明主要包括顶升系统、行走系统和控制系统，门架系统包括若干个支撑架，支撑架同一端的底部均固定在同一个连杆上，行走系统包括安装台、驱动电机、角度传感器、液压马达、减震装置和滚轮，安装台均匀分布地固定在连杆上，安装台底部开设有转动槽，且转动槽底壁上开设有凹槽，驱动电机安装在凹槽中，减震装置的顶部转动连接在转动槽中，减震装置顶部的内齿轮与驱动电机的主动轮啮合，角度传感器设置在安装台底部转动槽的底壁上，减震装置底端的联结体底部的耳台两端分别设有液压马达、滚轮；本发明能够有效地解决传统的隧道衬砌台车在实际使用时费时费力且转向性较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道衬砌设备技术领域，具体涉及一种隧道衬砌用步进台车。
背景技术
随着中国公路、铁路以及水利水电的高速建设，传统的隧道衬砌台车轮式行走系统无法满足施工的极端工况，并且传统的隧道衬砌台车轮式行走系统还需要预先铺设轨道，这使得传统的隧道衬砌台车在实际使用时费时费力；同时，隧道衬砌台车在隧道的转弯处需要进行转向，但是传统的隧道衬砌台车在转向上较为笨拙，即传统的隧道衬砌台车的转向运动类似汽车的转向运动(即，传统的隧道衬砌台车整体不能实现沿任意角度的平移运动)，且隧道内部的空间较为狭小，从而进一步增加了传统的隧道衬砌台车在转向运动时的难度。
因此亟需一种使用方便且转向灵活的隧道衬砌台车。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种隧道衬砌用步进台车，能够有效地解决现有技术中隧道衬砌台车在实际使用时费时费力且转向性较差的问题。
技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种隧道衬砌用步进台车，包括模板系统、门架系统、辅助操作平台系统、支撑系统和分料系统，还包括顶升系统、行走系统和控制系统；所述门架系统包括若干个支撑架，所述支撑架同一端的底部均固定在同一个连杆上；所述顶升系统包括设置在连杆端部的角台、固定端设置在角台上的伸缩件和设置在伸缩件自由端的支脚；所述行走系统包括安装台、驱动电机、角度传感器、液压马达、减震装置和滚轮，所述安装台均匀分布地固定在连杆上，所述安装台底部开设有转动槽，且转动槽底壁上开设有凹槽，所述驱动电机安装在凹槽中，所述减震装置的顶部转动连接在转动槽中，所述减震装置顶部的内齿轮与驱动电机的主动轮啮合，所述角度传感器设置在安装台底部转动槽的底壁上，所述减震装置底端的联结体底部的耳台两端分别设有液压马达、滚轮，所述滚轮通过固定组件与液压马达的输出轴安装；所述控制系统包括设置在辅助操作平台上的控制器，所述控制器的外壁上设有显示屏、按键板和配电接口模块，所述控制器内部容置腔中设有微处理器和存储模块；所述伸缩件、驱动电机、角度传感器和液压马达均与控制器的配电接口模块电连接。
更进一步地，所述伸缩件的类型为液压电动伸缩杆，并且当所述伸缩件处于完全收缩状态时，支脚与地面保持悬空状态，当所述伸缩件处于完全伸长状态时，所述滚轮均与地面保持悬空状态。
更进一步地，所述安装台上还开设有导通凹槽与外界的导线槽。
更进一步地，所述角度传感器的传动轴末端的传动齿轮与内齿轮啮合，并且所述传动齿轮不与减震装置的顶部表面和驱动电机的主动轮相接触。
更进一步地，所述减震装置的类型为油压弹簧减震器，所述减震装置的油压伸缩柱的形状为边数在3～8之间的正多边形。
更进一步地，所述固定组件包括安装盘、第一螺栓和第二螺栓，所述液压马达的输出轴穿接在耳台的通孔和滚轮侧壁中部的转轴孔中，所述输出轴的外端部侧壁上以圆周阵列的方式开设有与第一螺栓匹配的一组第一螺槽，所述滚轮的侧壁的外端部侧壁上以圆周阵列的方式开设有与第二螺栓匹配的一组第二螺槽，所述安装盘上以圆周阵列的方式分别开设有与第一螺槽匹配的一组第一螺孔、与第二螺槽匹配的一组第二螺孔，所述第一螺栓的杆体穿过第一螺孔并螺接在对应的第一螺槽中，所述第二螺栓的杆体穿过第二螺孔并螺接在对应的第二螺槽中。
更进一步地，所述滚轮的外周上还设有与之匹配的轮胎。
更进一步地，所述微处理器的类型为单片机或PLC。
更进一步地，所述行走系统的总数量除以连杆的数量为大于等于2 的正整数，并且所述门架系统底部两端的连杆上的行走系统呈镜像关系，并且单个所述连杆上的行走系统以从连杆端部向连杆中部的方向对称地分布。
更进一步地，所述控制器通过配电接口模块与外接电源电连接。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明通过增加门架系统包括若干个支撑架，支撑架同一端的底部均固定在同一个连杆上，顶升系统包括设置在连杆端部的角台、固定端设置在角台上的伸缩件和设置在伸缩件自由端的支脚，行走组件包括安装台、驱动电机、角度传感器、液压马达、减震装置和滚轮，安装台均匀分布地固定在连杆上，安装台底部开设有转动槽，且转动槽底壁上开设有凹槽，驱动电机安装在凹槽中，减震装置的顶部转动连接在转动槽中，减震装置顶部的内齿轮与驱动电机的主动轮啮合，角度传感器设置在安装台底部转动槽的底壁上，减震装置底端的联结体底部的耳台两端分别设有液压马达、滚轮，滚轮通过固定组件与液压马达的输出轴安装，控制系统包括设置在辅助操作平台上的控制器，控制器的外壁上设有显示屏、按键板和配电接口模块，控制器内部容置腔中设有微处理器和存储模块，伸缩件、驱动电机、角度传感器和液压马达均与控制器的配电接口模块电连接，并且当伸缩件处于完全收缩状态时，支脚与地面保持悬空状态，当伸缩件处于完全伸长状态时，滚轮均与地面保持悬空状态的设计；达到有效地提升隧道衬砌台车在实际使用时的方便性和转向时的灵活性的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的第一视角下的直观图；
图2为本发明的第一视角下门架系统、连杆、顶升系统和行走系统的安装直观图；
图3为本发明的第一视角下门架系统与连杆、顶升系统和行走系统的安装直观分离时的直观图；
图4为本发明的第二视角下连杆与行走系统分离时的直观图；
图5为本发明的行走系统爆炸视图；
图6为本发明的安装盘、第一螺栓和第二螺栓之间的爆炸视图；
图7为本发明的液压马达和滚轮经过剖视后分离时的直观图；
图8为本发明的安装台底部经过部分剖视后与驱动电机、角度传感器器的爆炸视图；
图9为本发明的控制器的直观图；
图10为本发明的控制器经过剖视后的内部直观图；
图中的标号分别代表：1-模板系统；2-门架系统；3-辅助操作平台系统；4-顶升系统；5-支撑架；6-连杆；7-角台；8-伸缩件；9-支脚； 10-安装台；11-驱动电机；12-角度传感器；13-液压马达；14-减震装置； 15-滚轮；16-转动槽；17-凹槽；18-内齿轮；19-主动轮；20-联结体； 21-耳台；22-固定组件；23-输出轴；24-控制器；25-显示屏；26-按键板；27-配电接口模块；28-容置腔；29-微处理器；30-存储模块；31- 导线槽；32-传动轴；33-传动齿轮；34-油压伸缩柱；35-安装盘；36- 第一螺栓；37-第二螺栓；38-通孔；39-转轴孔；40-轮胎；41-堵板头； 42-第一螺槽；43-第二螺槽；44-第一螺孔；45-第二螺孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例
本实施例的一种隧道衬砌用步进台车，参照图1-10：包括模板系统1、门架系统2、辅助操作平台系统3、支撑系统和分料系统，还包括顶升系统4、行走系统和控制系统，其中模板系统1、门架系统2、辅助操作平台系统3、支撑系统、分料系统和堵板头41均是现有技术中隧道衬砌台车本身就具有的结构特征。
门架系统2包括若干个支撑架5，支撑架5同一端的底部均固定在同一个连杆6上。
顶升系统4包括设置在连杆6端部的角台7、固定端设置在角台7 上的伸缩件8和设置在伸缩件8自由端的支脚9。
行走组件包括安装台10、驱动电机11、角度传感器12、液压马达 13、减震装置14和滚轮15，安装台10均匀分布地固定在连杆6上，安装台10底部开设有转动槽16，且转动槽16底壁上开设有凹槽17，驱动电机11安装在凹槽17中，减震装置14的顶部转动连接在转动槽16中，减震装置14顶部的内齿轮18与驱动电机11的主动轮19啮合，角度传感器12设置在安装台10底部转动槽16的底壁上，减震装置14 底端的联结体20底部的耳台21两端分别设有液压马达13、滚轮15，滚轮15通过固定组件22与液压马达13的输出轴23安装；其中液压马达13具有体积小、重量轻、结构简单、工艺性好、对油液的污染不敏感、耐冲击和惯性小等优点，同时液压马达13的运作过程具有周期性，从而使得行走组件的运作过程也具有周期性，最终实现本发明的隧道衬砌台车可以周期性的行进指定步长的距离。
控制系统包括设置在辅助操作平台上的控制器24，控制器24的外壁上设有显示屏25(其中显示屏25显示的内容包括但不限于液压马达 13的工作状态、滚轮15沿连杆6方向的偏角和伸缩件8的工作状态等等)、按键板26和配电接口模块27，控制器24内部容置腔28中设有微处理器29和存储模块30(其中存储模块30用于存储相应的控制程序和相应的缓存数据)。
伸缩件8、驱动电机11、角度传感器12和液压马达13均与控制器24的配电接口模块27电连接。
伸缩件8的类型为液压电动伸缩杆，并且当伸缩件8处于完全收缩状态时，支脚9与地面保持悬空状态，当伸缩件8处于完全伸长状态时，滚轮15均与地面保持悬空状态；这样的设计可以实现隧道衬砌台车可靠地保持行进或停止的状态。
安装台10上还开设有导通凹槽17与外界的导线槽31，这样可以使得安装在凹槽17中的驱动电机11和安装在转动底壁上角度传感器 12能够通过导线电连接到控制器24上的配电接口模块27。
角度传感器12的传动轴32末端的传动齿轮33与内齿轮18啮合，并且传动齿轮33不与减震装置14的顶部表面和驱动电机11的主动轮 19相接触，其中角度传感器12选用霍尔式角度传感器，因为该类型的角度传感器1212具有精度高、测量范围广泛、结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率高(可达1MHZ)、耐震动、不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀的优点。
减震装置14的类型为油压弹簧减震器，其中减震装置14可以有效地提升隧道衬砌台车在行进时的稳定性；减震装置14的油压伸缩柱 34的形状为边数为4的正方边形，这样可以使得驱动电机11能够可靠地驱动减震装置14转动指定的角度，从而使得安装在减震装置14的底部的滚轮15转动指定角度，值得注意的是，使用者在通过控制器24 控制隧道衬砌台车进行转向时，本发明中所有滚轮15的动作保持同步，即本发明中所有滚轮15的转动方向和转动的角度值均相同。
固定组件22包括安装盘35、第一螺栓36和第二螺栓37，液压马达13的输出轴23穿接在耳台21的通孔38和滚轮15侧壁中部的转轴孔39中，输出轴23的外端部侧壁上以圆周阵列的方式开设有与第一螺栓36匹配的一组第一螺槽42，滚轮15的侧壁的外端部侧壁上以圆周阵列的方式开设有与第二螺栓37匹配的一组第二螺槽43，安装盘35上以圆周阵列的方式分别开设有与第一螺槽42匹配的一组第一螺孔44、与第二螺槽43匹配的一组第二螺孔45，第一螺栓36的杆体穿过第一螺孔44并螺接在对应的第一螺槽42中，第二螺栓37的杆体穿过第二螺孔45并螺接在对应的第二螺槽43中。
滚轮15的外周上还设有与之匹配的轮胎40，这样可以提升滚轮 15的行进能力和隧道衬砌台车在行进时的稳定性。
微处理器29的类型PLC，因为PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、配套齐全、功能完善、适用性强、系统构造的工作量小、维护方便和容易改造等优点
行走组件的总数量除以连杆6的数量为大于等于2的正整数，并且门架系统2底部两端的连杆6上的行走组件呈镜像关系，并且单个连杆6上的行走组件以从连杆6端部向连杆6中部的方向对称地分布，在本实施例中为每两个支撑架5之间均设有一套行走组件。
控制器24通过配电接口模块27与外接电源电连接。
其工作原理：
首先，在本发明中控制器24对所有的液压马达13均为同步控制(即，控制器24控制液压马达13工作时，所有液压马达13的工作状态均保持一致)；控制器24对所有的驱动电机11均为同步控制(即，控制器24控制驱动电机11转动指定角度(指定角度是包括方向和大小的矢量)时，所有主动轮19均同时转动指定角度)；控制器24对所有的伸缩件8均为同步控制(即，控制器24控制伸缩件8工作时，所有伸缩件8的工作状态均保持一致)。
第一模式过程，即当隧道衬砌台车到达指定位置时，使用者通过控制器24上的按键板26控制液压马达13停止转动并保持输出轴23 不动，然后使用者通过控制器24上的按键板26控制两个连杆6两端的顶升系统4同时工作(即四个伸缩件8同时伸长至合适长度)，使得所有的滚轮15与地面均保持悬空状态，从而使得隧道衬砌台车能够可靠地停止在指定的位置处，最终提升了隧道衬砌台车浇筑工作时的稳定性。
第二模式过程，即当隧道衬砌台车需要行进时，使用者通过控制器24上的按键板26控制两个连杆6两端的顶升系统4同时工作(即四个伸缩件8同时收缩至合适的长度)，使得支脚9与地面之间均保持悬空状态，然后使用者通过控制器24上的按键板26控制液压马达 13转动(值得注意的是，本发明中控制器24对所有液压马达13的控制量是相同的，但是各个液压马达13独立作用于对应的滚轮15)，从而驱动滚轮15转动，最终实现隧道衬砌台车的行进动作。
第三模式过程，即当隧道衬砌台车遇到隧道的转弯处时，使用者通过控制器24上的按键板26控制液压马达13停止转动并保持输出轴 23不动，然后使用者通过控制器24上的按键板26控制两个连杆6两端的顶升系统4同时工作(即四个伸缩件8同时伸长至合适长度)，使得所有的滚轮15与地面均保持悬空状态，从而使得隧道衬砌台车能够可靠地停止在指定的位置处，然后使用者通过控制器24上的按键板 26控制驱动电机11驱动滚轮15转动至合适的角度(注意，这里的合适角度是指滚轮15沿着连杆6方向的偏角)并保持住该角度不变，然后使用者通过控制器24上的按键板26控制两个连杆6两端的顶升系统4同时工作(即四个伸缩件8同时收缩至合适的长度)，使得支脚9 与地面之间均保持悬空状态，然后使用者通过控制器24上的按键板26 控制液压马达13转动，从而驱动隧道衬砌台车的行进；然后使用者不断重复第三模式过程直至隧道衬砌台车完全通过隧道的转弯处。
本发明的隧道衬砌台车可以实现其整体在水平面上沿任意角度方向进行平移，从而有效地提升了本发明的隧道衬砌台车转向时的灵活性，同时通过控制器24同时控制所有的液压马达13、伸缩件8和驱动电机11，从而使得其在实际使用时十分方便。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种隧道衬砌用步进台车，包括模板系统、门架系统、辅助操作平台系统、支撑系统和分料系统，其特征在于：还包括顶升系统、行走系统和控制系统；所述门架系统包括若干个支撑架，所述支撑架同一端的底部均固定在同一个连杆上；所述顶升系统包括设置在连杆端部的角台、固定端设置在角台上的伸缩件和设置在伸缩件自由端的支脚；所述行走系统包括安装台、驱动电机、角度传感器、液压马达、减震装置和滚轮，所述安装台均匀分布地固定在连杆上，所述安装台底部开设有转动槽，且转动槽底壁上开设有凹槽，所述驱动电机安装在凹槽中，所述减震装置的顶部转动连接在转动槽中，所述减震装置顶部的内齿轮与驱动电机的主动轮啮合，所述角度传感器设置在安装台底部转动槽的底壁上，所述减震装置底端的联结体底部的耳台两端分别设有液压马达、滚轮，所述滚轮通过固定组件与液压马达的输出轴安装；所述控制系统包括设置在辅助操作平台上的控制器，所述控制器的外壁上设有显示屏、按键板和配电接口模块，所述控制器内部容置腔中设有微处理器和存储模块；所述伸缩件、驱动电机、角度传感器和液压马达均与控制器的配电接口模块电连接。
2.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌用步进台车，其特征在于，所述伸缩件的类型为液压电动伸缩杆，并且当所述伸缩件处于完全收缩状态时，支脚与地面保持悬空状态，当所述伸缩件处于完全伸长状态时，所述滚轮均与地面保持悬空状态。
3.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌用步进台车，其特征在于，所述安装台上还开设有导通凹槽与外界的导线槽。
4.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌用步进台车，其特征在于，所述角度传感器的传动轴末端的传动齿轮与内齿轮啮合，并且所述传动齿轮不与减震装置的顶部表面和驱动电机的主动轮相接触。
5.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌用步进台车，其特征在于，所述减震装置的类型为油压弹簧减震器，所述减震装置的油压伸缩柱的形状为边数在3～8之间的正多边形。
6.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌用步进台车，其特征在于，所述固定组件包括安装盘、第一螺栓和第二螺栓，所述液压马达的输出轴穿接在耳台的通孔和滚轮侧壁中部的转轴孔中，所述输出轴的外端部侧壁上以圆周阵列的方式开设有与第一螺栓匹配的一组第一螺槽，所述滚轮的侧壁的外端部侧壁上以圆周阵列的方式开设有与第二螺栓匹配的一组第二螺槽，所述安装盘上以圆周阵列的方式分别开设有与第一螺槽匹配的一组第一螺孔、与第二螺槽匹配的一组第二螺孔，所述第一螺栓的杆体穿过第一螺孔并螺接在对应的第一螺槽中，所述第二螺栓的杆体穿过第二螺孔并螺接在对应的第二螺槽中。
7.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌用步进台车，其特征在于，所述滚轮的外周上还设有与之匹配的轮胎。
8.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌用步进台车，其特征在于，所述微处理器的类型为单片机或PLC。
9.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌用步进台车，其特征在于，所述行走系统的总数量除以连杆的数量为大于等于2的正整数，并且所述门架系统底部两端的连杆上的行走系统呈镜像关系，并且单个所述连杆上的行走系统以从连杆端部向连杆中部的方向对称地分布。
10.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌用步进台车，其特征在于，所述控制器通过配电接口模块与外接电源电连接。
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2020
- 2020-10-29 CN CN202011183302.9A patent/CN112502738A/zh active Pending
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