CN114033418A - 一种frp筋自动敷设机械及其操作方法 - Google Patents

一种frp筋自动敷设机械及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及隧道施工设备技术领域。公开了一种FRP筋自动敷设机械及其操作方法，包括：遥控小车，所述遥控小车上固定安装有红外线感应装置，所述遥控小车的左上端固定安装有第一电机，所述第一电机的转轴上固定安装有旋转盘，所述旋转盘的底端固定安装有支撑柱，所述支撑柱的底端转动安装有滚珠，所述滚珠和所述遥控小车的上表面滚动接触，所述旋转盘的上方固定安装有支撑臂，所述支撑臂的上方固定安装有伸缩杆，所述伸缩杆上固定安装有球铰座，所述球铰座上固定连接有伸缩臂，所述伸缩臂上安装有高清摄像头，所述伸缩臂的顶端固定安装有角度调节装置。本发明具有无需人工在隧道内工作，避免了工程事故的发生的优势，且实现即时检测即时修补的功能。

Description

一种FRP筋自动敷设机械及其操作方法
技术领域
本发明涉及隧道施工设备技术领域，更具体而言，涉及一种FRP筋自动敷设机械及其操作方法。
背景技术
近年来我国经济不断发展，交通建设投资不断增加，修建了大量的隧道工程，伴随着大量隧道的建成和运营，很多隧道出现了衬砌裂缝病害，衬砌裂缝会导致衬砌渗漏水，破坏结构的完整性，影响结构的耐久性，极端不利情况下甚至可能导致隧道整体崩溃，危及隧道施工及运营的安全，衬砌裂缝病害是必须要解决的隧道问题。对于隧道衬砌开裂，一般采用换拱，套拱，钢拱架加固等方法，但这些方法存在维修时间长，对围岩扰动大等局限性，并且需要人工施工，在复杂的隧道环境中，随时可能发生衬砌掉块等病害，人工施工存在很大的风险。微小的裂缝一般很难识别，长期存在对隧道衬砌有很大的影响。而且识别到衬砌裂缝而不能及时修补，对衬砌结构有很大的影响，严重时会导致隧道里面掉块，影响正常的行车。因此，识别微小裂缝的仪器和一种不需要人工在隧道施工，并且能够即时检测即时修补的新型隧道衬砌加固方法都有待研究。
发明内容
本发明申请的一种FRP筋自动敷设机械及其操作方法，用以解决上述提到的现有技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种FRP筋自动敷设机械，包括：遥控小车，所述遥控小车上固定安装有红外线感应装置，所述遥控小车的左上端固定安装有第一电机，所述第一电机的转轴上固定安装有旋转盘，所述旋转盘的底端固定安装有支撑柱，所述支撑柱的底端转动安装有滚珠，所述滚珠和所述遥控小车的上表面滚动接触，所述旋转盘的上方固定安装有支撑臂，所述支撑臂的上方固定安装有伸缩杆，所述伸缩杆上固定安装有球铰座，所述球铰座上固定连接有伸缩臂，所述伸缩臂上安装有高清摄像头，所述伸缩臂的顶端固定安装有角度调节装置，所述角度调节装置、所述伸缩臂、所述球铰座各有两个，其中一个所述角度调节装置上固定安装有敷设手，另一个所述角度调节装置上固定安装有位置调节器，所述位置调节器上固定安装有第一伸缩底座、第二伸缩底座、第三伸缩底座，所述第一伸缩底座上固定安装有喷气枪，所述第二伸缩底座上固定安装有环形锚固枪，所述第三伸缩底座上固定安装有环形刀具。
作为本发明的一种优选方案，所述遥控小车底端固定安装有第二电机，所述第二电机的转轴上固定安装有轮座，所述轮座为U字型，所述轮座内转动安装有车轮。
作为本发明的另一种优选方案，所述支撑臂的侧面上固定安装有安装板，所述安装板上固定安装有第三电机，所述第三电机的转轴贯穿所述安装板，所述第三电机的转轴上固定安装有红外线激光炮。
作为本发明的又一种优选方案，所述角度调节装置包括：立板，所述立板有两块，两块所述立板间转动安装有转杆，所述转杆的底端为圆弧状，所述转杆的底端设置有轮齿，所述转杆的底端和齿轮相啮合，所述齿轮通过第四电机的转轴转动安装在两个所述立板间，所述第四电机固定安装在所述立板的外侧面上，所述第四电机的转轴贯穿一个所述立板。
作为本发明的另一种优选方案，所述敷设手包括：U型支架，所述U型支架上转动安装有转辊，所述转辊上开设有放置槽，所述放置槽的底端滑动安装有顶块，所述放置槽的两侧面上滑动安装有夹块，所述转辊的转轴的一端贯穿所述U型支架和第五电机的转轴固定连接，所述第五电机固定安装在U型支架上。
作为本发明的上述优选方案的改进方案，所述位置调节器包括：工字梁，所述工字梁的顶端设置有齿条结构，所述工字梁上滑动安装有滑动底座，所述滑动底座上固定安装有第六电机，所述第六电机的转轴在所述工字梁的结构内，所述第六电机的转轴上安装有和所述齿条结构相啮合的动力齿轮。
本发明另一方面提供了一种适用于权利要求1-6任意一权项所述的一种FRP筋自动敷设机械的操作方法，包括如下操作步骤：
S1.启动FRP筋自动敷设机械后，所述红外线激光炮识别到衬砌裂缝时，将所述遥控小车固定在指定位置，通过所述旋转盘和所述球铰座的转动，使两条所述伸缩臂调整到指定的高度和方向。
S2.通过所述高清摄像头进一步确认衬砌裂缝的位置，并在所述高清摄像头的拍摄下进行施工。首先通过所述环形刀具向前自动伸出对有裂缝处衬砌表面进行打磨，然后通过所述喷气枪向前自动伸出对打磨后的衬砌表面进行清洁，接着所述环形刀具通过转换刀头位置向前自动伸出可以对清洁后的裂缝处衬砌表面进行开槽，做好敷设FRP筋的准备。
S3.在所述高清摄像头的拍摄时，通过所述角度调节装置顶端的所述敷设手对FRP筋进行敷设，将FRP筋敷设在相应位置后，通过所述顶块对FRP筋向前施加力将FRP筋挤紧在裂缝处，施加预应力，然后通过环形刀具对顶紧后的FRP筋进行切割，切割成合适的敷设长度进行敷设；最后通过所述环形锚固枪对敷设好的FRP筋喷锚固浆液，达到锚固的作用，完成FRP筋的自动敷设。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过红外线激光炮识别衬砌的微小裂缝，然后通过高清摄像头进一步确认裂缝的位置，并通过控制器远程控制机械在衬砌表面打磨，清洁，开槽，敷设FRP筋，挤压FRP筋，喷锚固浆液完成FRP筋的自动敷设，实现即时检测即时修补的功能；
本发明的自动敷设机械是由人通过远程控制进行操作，可以适应各种复杂的隧道环境，比如隧道中有积水，隧道围岩稳定性差，衬砌掉块等情况，无需人工在隧道内工作，避免了工程事故的发生；
本发明有环形倾斜向上和水平位置的红外线激光炮，红外线激光炮的识别精度高，可以识别隧道衬砌上任何位置的微小裂缝；通过操作机械可以在衬砌指定位置进行打磨、清洁、开槽，并将FRP筋敷设在衬砌槽中，挤压FRP筋施加预应力，喷锚固浆液锚固FPP筋实现即时检测即时修补的功能；
本发明的一条伸缩臂上的位置调节器顶端有环形刀具，喷气枪，环形锚固枪，高清摄像头，可以对衬砌指定位置进行打磨、清洁、开槽；另一条伸缩臂的角度调节装置上安装有敷设手，可以将FRP筋敷设在相应的位置。整个敷设过程在很短的时间就能完成，FRP筋敷设的精度高，并且更加牢固；
本发明的环形刀具可以打磨衬砌表面，可以把FRP筋切割成合适的长度，还可以通过转换刀头的位置对衬砌进行开槽，实现了一刀三用，并且实现了两条可伸缩臂的协助工作；
本发明的敷设手可以对FRP筋进行挤压，增加了FRP筋的强度；使固定更加牢固
附图说明
图1是本发明装置实施例的立体结构图；
图2是本发明装置实施例的伸缩臂以下结构的立体结构图；
图3是本发明装置实施例的敷设手的立体结构图；
图4是本发明装置实施例的位置调节器、伸缩底座、喷气枪、环形刀具、环形锚固枪的立体结构图。
其中，图1至图4中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1遥控小车、101第二电机、102轮座、103车轮、2红外线感应装置、3支撑臂、4旋转盘、401支撑柱、402滚珠、403第一电机、5红外线激光炮、501安装板、502第三电机、6球铰座、601伸缩杆、7伸缩臂、8角度调节装置、801转杆、802齿轮、803第四电机、804立板、9敷设手、901转辊、902放置槽、903U型支架、904第五电机、905夹块、906顶块、10第一伸缩底座、1001喷气枪、11第二伸缩底座、1101环形锚固枪、12第三伸缩底座、1201环形刀具、13位置调节器、1301齿条结构、1302滑动底座、1303第六电机、1304工字梁、14高清摄像头。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-4所示，一种FRP筋自动敷设机械，包括：遥控小车1，遥控小车1底端固定安装有第二电机101，第二电机101的转轴上固定安装有轮座102，轮座102为U字型，轮座102内转动安装有车轮103，第二电机101采用步进电机，可控制轮座102及车轮103的角度，从而使遥控小车1在隧道内自由行走，遥控小车1上固定安装有红外线感应装置2，红外感应装置2可接受外界信号，从而控制FRP筋自动敷设机械，遥控小车1的左上端固定安装有第一电机403，第一电机403的转轴上固定安装有旋转盘4，旋转盘4的底端固定安装有支撑柱401，支撑柱401的底端转动安装有滚珠402，支撑柱401可为旋转盘4提供支撑力，且旋转盘4可以实现支撑臂3上部分的360度旋转；滚珠402和遥控小车1的上表面滚动接触，当第一电机403转动时，带动旋转盘4转动，旋转盘4带动支撑柱401及支撑臂3转动，旋转盘4的上方固定安装有支撑臂3，支撑臂3的上方固定安装有伸缩杆601，伸缩杆601和遥控小车1内的控制系统相连接。
如图1、图4所示，伸缩杆601上固定安装有球铰座6，球铰座6上固定连接有伸缩臂7，球铰座6可以实现可伸缩臂的任意角度旋转，伸缩臂7上安装有高清摄像头14，通过高清摄像头14可以进一步确认衬砌裂缝的位置，并可以观察施工的过程，确保施工的顺利进行，伸缩臂7的顶端固定安装有角度调节装置8，角度调节装置8包括：立板804，立板804有两块，两块立板804间转动安装有转杆801，转杆801的底端为圆弧状，转杆801的底端设置有轮齿，转杆801的底端和齿轮802相啮合，齿轮802通过第四电机803的转轴转动安装在两个立板804间，第四电机803固定安装在立板804的外侧面上，第四电机803的转轴贯穿一个立板804，第四电机803为步进电机，当第四电机803转动，带动齿轮802转动，齿轮802带动转杆801旋转一定的角度。通过角度调节装置8使角度调节装置8相连接的结构更加灵活的运动，从而更好的适应复杂的工作环境。
如图1所示，角度调节装置8、伸缩臂7、球铰座6各有两个，其中一个角度调节装置8上固定安装有敷设手9，敷设手9包括：U型支架903，U型支架903上转动安装有转辊901，转辊901上开设有放置槽902，放置槽902内可容纳FRP筋，放置槽902的底端滑动安装有顶块906，放置槽902的两侧面上滑动安装有夹块905，夹块905可以将FRP筋夹紧在放置槽902内，转辊901的转轴的一端贯穿U型支架903和第五电机904的转轴固定连接，第五电机904固定安装在U型支架903上，第五电机904为步进电机，当敷设FRP筋时，第五电机904转动，带动转辊901转动，使转辊901的开口朝向对准FRP筋，然后向FRP筋前进，使FRP筋挤入放置槽902内，然后通过控制器控制夹块905向外滑动从而将FRP筋夹紧使FRP筋不会掉落，方便夹持到其他位置，当到达指定位置敷设FRP筋时，两夹块905向内收缩，从而放松FRP筋，顶块906将FRP筋向前顶出，将FPP筋顶紧在裂缝处，然后第五电机904转动，带动转辊901转动，转辊901将FPP筋压紧在裂缝处，通过控制第五电机904转动的快慢可以控制敷设速度。
具体的，另一个角度调节装置8上固定安装有位置调节器13，位置调节器13包括：工字梁1304，工字梁1304的顶端设置有齿条结构1301，工字梁1304上滑动安装有滑动底座1302，滑动底座1302上固定安装有第六电机1303，第六电机1303的转轴在工字梁1304的结构内，第六电机1303的转轴上安装有和齿条结构1301相啮合的动力齿轮，位置调节器13上固定安装有第一伸缩底座10、第二伸缩底座11、第三伸缩底座12，第一伸缩底座10上固定安装有喷气枪1001，第二伸缩底座11上固定安装有环形锚固枪1101，第三伸缩底座12上固定安装有环形刀具1201，环形刀具1201、喷气枪1001和环形锚固枪1101可以在工字梁1304上自由移动，环形刀具1201向前自动伸出可以对有裂缝处衬砌表面进行打磨，喷气枪1001向前自动伸出可以对打磨后的衬砌表面进行清洁，环形刀具1201通过转换刀头位置向前自动伸出可以对清洁后的裂缝处衬砌表面进行开槽，为敷设FRP筋做准备，当FRP筋被敷设在裂缝处时，环形锚固枪1101向前自动伸出通过喷射锚固液可以对敷设完的FRP筋进行锚固。
具体的，如图2所示，支撑臂3的侧面上固定安装有安装板501，安装板501上固定安装有第三电机502，第三电机502的转轴贯穿安装板501，第三电机502的转轴上固定安装有红外线激光炮5，第三电机502为步进电机，红外线激光炮5可以识别隧道衬砌上任何位置的微小裂缝，通过控制器可控制第三电机502的旋转角度，通过调节第三电机502的旋转角度可以调节红外线激光炮5的角度。
本发明提供的一种FRP筋自动敷设机械的操作方法，包括如下操作步骤：
S1.启动FRP筋自动敷设机械后，红外线激光炮5识别到衬砌裂缝时，将遥控小车1固定在指定位置，通过旋转盘4和球铰座6的转动，使两条伸缩臂7调整到指定的高度和方向。
S2.通过高清摄像头14进一步确认衬砌裂缝的位置，并在高清摄像头14的拍摄下进行施工。首先通过环形刀具1201向前自动伸出对有裂缝处衬砌表面进行打磨，然后通过喷气枪1001向前自动伸出对打磨后的衬砌表面进行清洁，接着环形刀具1201通过转换刀头位置向前自动伸出可以对清洁后的裂缝处衬砌表面进行开槽，做好敷设FRP筋的准备。
S3.在高清摄像头14的拍摄时，通过角度调节装置8顶端的敷设手9对FRP筋进行敷设，将FRP筋敷设在相应位置后，通过顶块906对FRP筋向前施加力将FRP筋挤紧在裂缝处，施加预应力，然后通过环形刀具8对顶紧后的FRP筋进行切割，切割成合适的敷设长度进行敷设；最后通过环形锚固枪1101对敷设好的FRP筋喷锚固浆液，达到锚固的作用，完成FRP筋的自动敷设。
在本发明中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
在本发明中，术语“上部”、“下部”、“左”、“右”、“中”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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对的限制。

Claims (7)

1.一种FRP筋自动敷设机械，其特征在于：包括：遥控小车(1)，所述遥控小车(1)上固定安装有红外线感应装置(2)，所述遥控小车(1)的左上端固定安装有第一电机(403)，所述第一电机(403)的转轴上固定安装有旋转盘(4)，所述旋转盘(4)的底端固定安装有支撑柱(401)，所述支撑柱(401)的底端转动安装有滚珠(402)，所述滚珠(402)和所述遥控小车(1)的上表面滚动接触，所述旋转盘(4)的上方固定安装有支撑臂(3)，所述支撑臂(3)的上方固定安装有伸缩杆(601)，所述伸缩杆(601)上固定安装有球铰座(6)，所述球铰座(6)上固定连接有伸缩臂(7)，所述伸缩臂(7)上安装有高清摄像头(14)，所述伸缩臂(7)的顶端固定安装有角度调节装置(8)，所述角度调节装置(8)、所述伸缩臂(7)、所述球铰座(6)各有两个，其中一个所述角度调节装置(8)上固定安装有敷设手(9)，另一个所述角度调节装置(8)上固定安装有位置调节器(13)，所述位置调节器(13)上固定安装有第一伸缩底座(10)、第二伸缩底座(11)、第三伸缩底座(12)，所述第一伸缩底座(10)上固定安装有喷气枪(1001)，所述第二伸缩底座(11)上固定安装有环形锚固枪(1101)，所述第三伸缩底座(12)上固定安装有环形刀具(1201)。
2.根据权利要求1所述的一种FRP筋自动敷设机械，其特征在于，所述遥控小车(1)底端固定安装有第二电机(101)，所述第二电机(101)的转轴上固定安装有轮座(102)，所述轮座(102)为U字型，所述轮座(102)内转动安装有车轮(103)。
3.根据权利要求1所述的一种FRP筋自动敷设机械，其特征在于，所述支撑臂(3)的侧面上固定安装有安装板(501)，所述安装板(501)上固定安装有第三电机(502)，所述第三电机(502)的转轴贯穿所述安装板(501)，所述第三电机(502)的转轴上固定安装有红外线激光炮(5)。
4.根据权利要求1所述的一种FRP筋自动敷设机械，其特征在于，所述角度调节装置(8)包括：立板(804)，所述立板(804)有两块，两块所述立板(804)间转动安装有转杆(801)，所述转杆(801)的底端为圆弧状，所述转杆(801)的底端设置有轮齿，所述转杆(801)的底端和齿轮(802)相啮合，所述齿轮(802)通过第四电机(803)的转轴转动安装在两个所述立板(804)间，所述第四电机(803)固定安装在所述立板(804)的外侧面上，所述第四电机(803)的转轴贯穿一个所述立板(804)。
5.根据权利要求1所述的一种FRP筋自动敷设机械，其特征在于，所述敷设手(9)包括：U型支架(903)，所述U型支架(903)上转动安装有转辊(901)，所述转辊(901)上开设有放置槽(902)，所述放置槽(902)的底端滑动安装有顶块(906)，所述放置槽(902)的两侧面上滑动安装有夹块(905)，所述转辊(901)的转轴的一端贯穿所述U型支架(903)和第五电机(904)的转轴固定连接，所述第五电机(904)固定安装在U型支架(903)上。
6.根据权利要求5所述的一种FRP筋自动敷设机械，其特征在于，所述位置调节器(13)包括：工字梁(1304)，所述工字梁(1304)的顶端设置有齿条结构(1301)，所述工字梁(1304)上滑动安装有滑动底座(1302)，所述滑动底座(1302)上固定安装有第六电机(1303)，所述第六电机(1303)的转轴在所述工字梁(1304)的结构内，所述第六电机(1303)的转轴上安装有和所述齿条结构(1301)相啮合的动力齿轮。
7.一种适用于权利要求1-6任意一权项所述的一种FRP筋自动敷设机械的操作方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
S1.启动FRP筋自动敷设机械后，所述红外线激光炮(5)识别到衬砌裂缝时，将所述遥控小车(1)固定在指定位置，通过所述旋转盘(4)和所述球铰座(6)的转动，使两条所述伸缩臂(7)调整到指定的高度和方向。
S2.通过所述高清摄像头(14)进一步确认衬砌裂缝的位置，并在所述高清摄像头(14)的拍摄下进行施工。首先通过所述环形刀具(1201)向前自动伸出对有裂缝处衬砌表面进行打磨，然后通过所述喷气枪(1001)向前自动伸出对打磨后的衬砌表面进行清洁，接着所述环形刀具(1201)通过转换刀头位置向前自动伸出可以对清洁后的裂缝处衬砌表面进行开槽，做好敷设FRP筋的准备。
S3.在所述高清摄像头(14)的拍摄时，通过所述角度调节装置(8)顶端的所述敷设手(9)对FRP筋进行敷设，将FRP筋敷设在相应位置后，通过所述顶块(906)对FRP筋向前施加力将FRP筋挤紧在裂缝处，施加预应力，然后通过环形刀具(8)对顶紧后的FRP筋进行切割，切割成合适的敷设长度进行敷设；最后通过所述环形锚固枪(1101)对敷设好的FRP筋喷锚固浆液，达到锚固的作用，完成FRP筋的自动敷设。
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