CN116639612A - 管片全自动垂直运输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管片全自动垂直运输系统，包括：地面输送机构，用于将地面的管片输送到指定的吊装位置；自动升降系统，包括提升机构、抓取机构、吊装架及控制器，吊装架固定安装在吊装位置上方，提升机构固定安装在吊装架上，抓取机构与提升机构连接、用于抓取地面输送机构上的管片，地面输送机构、提升机构、抓取机构均包含执行机构且与控制器连接，在控制器的控制信号作用下工作。本发明通过控制器控制整个管片运输过程，尽量避免人工操作环节，提高效率的同时，也能节省人力；对管片垂直运输方式进行改造升级，采用地面输送机构将地面的管片输送到指定的吊装位置，地面运输更加安全高效，且节省运输成本。

Description

管片全自动垂直运输系统

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种管片全自动垂直运输系统。

背景技术

随着我国城市地铁、铁路、大型过江过河隧道工程及引水工程的大规模兴建，隧道工程量也节节攀升，同时对隧道施工效率的要求也越来越高，其中盾构施工物料运输是制约隧道施工效率的关键工序，提高物料运输效率迫在眉睫。

东京下水道千代田干线中后配套自动物料运输设备，管片等物料运送台车采用了无人化、自动化的运行管理模式。

日本鹿岛建设开发了一项针对山岭隧道施工的出渣运输，自动化出渣运输系统是结合了隧道内的GPS定位系统、SLAM(同步定位与建图)技术以及无人驾驶技术，从轮式装载机装运开挖面的石渣，到运输至弃渣场的一系列作业实现了自动化。

法兰泰克重工股份有限公司开发了一种适应用于大型盾构机的智能化卷扬式管片吊机，该设备在满足6m～14m直径盾构机的隧道施工中管片吊运供给需求的同时，采用开环防摇控制系统，报警式起重机用遥控器的技术，吊机具有起重量大，运行速度快，结构紧凑、自动化程度高等特点，能更好的满足隧道施工进度的要求。

北京土木工程有限公司的“基于自动巡航的隧道内管片智能吊运系统”，该系统基于自动巡航的隧道内管片智能吊运系统及其工作方法，包括盾构管片材料系统、无人自动驾驶电瓶车，盾构机喂片机和盾构工业电脑，盾构工业电脑用于控制系统，驱动盾构管片材料系统用于向无人自动驾驶电瓶车以采料、向盾构机喂片机以送料，实现管片自动吊运功能。

通过对国内外相关项目、技术的调查研究，现有技术虽然有应用，但还没形成系统性的运用，特别是工作井内管片垂直运输应用，还没有真正意义是达到自动运输，更没有全面的推广应用。

现有技术存在的问题总结如下：

1)现有技术在吊装和放置管片时需要工人徒手操作，安全性较差，效率低；

2)现有技术在管片空中运输过程中，在空旷暴露环境下运输，没有保护措施，安全性较差；

3)现有技术在整体工作过程中需要行车驾驶员与地面操作人员进行对讲机沟通，行车驾驶员在吊装放置管片时存在视野盲区，存在安全隐患且更加耗时；

4)现有技术是将几个吊装环节分开操作，不能对整个管片运输过程进行有效监控及管理。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种管片全自动垂直运输系统，将原来传统的管片运输方式进行改进，达到管片运输自动化，并提高隧道施工效率，实现工作井内管片自动化垂直运输。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种管片全自动垂直运输系统，其包括：

地面输送机构，用于将地面的管片输送到指定的吊装位置；

自动升降系统，包括提升机构、抓取机构、吊装架及控制器，所述吊装架固定安装在所述吊装位置上方，所述提升机构固定安装在所述吊装架上，所述抓取机构与所述提升机构连接、用于抓取所述地面输送机构上的管片，所述地面输送机构、所述提升机构、所述抓取机构均包含执行机构且与所述控制器连接，在所述控制器的控制信号作用下工作。

作为本发明优选实施例，所述吊装位置为地下隧道的竖井口，所述竖井通道内至少四角竖直固定有行走轨道，所述抓取机构至少四角对应所述行走轨道安装有导轮机构并通过所述导轮机构行走于所述行走轨道上，在抓取机构整体升降动作时起到导向作用。

作为本发明优选实施例，所述竖井底部安装有安全门，所述安全门包含有执行机构且与所述控制器连接，在所述控制器的控制信号作用下，所述安全门执行开启或关闭所述竖井通道的动作。

作为本发明优选实施例，所述安全门下方的所述竖井通道或所述地下隧道内安装有红外线干涉感应设备，与所述控制器连接，当安全门下方有人员进入感应范围时，所述红外线干涉感应设备探测到人体红外光谱的变化，发送信号给所述控制器，所述控制器控制所述安全门关闭。

作为本发明优选实施例，所述控制器还连接有声光报警器，安装于所述安全门周边的所述竖井通道或所述地下隧道内。

作为本发明优选实施例，还包括管片运输车，与所述控制器连接，在所述控制器的控制下行走于所述地下隧道内。

作为本发明优选实施例，所述地面输送机构采用管片喂片机。

作为本发明优选实施例，所述提升机构采用卷扬机。

作为本发明优选实施例，所述控制器包括互锁的两个总控面板，分别安装在地面上与竖井下，两个所述总控面板择一进行各执行机构的操控。

由于采用上述技术方案，使得本发明具有以下有益效果：

1)通过控制器控制整个管片运输过程，尽量避免人工操作环节，提高运输效率的同时，也能节省人力；

2)对管片垂直运输方式进行改造升级，采用地面输送机构将地面的管片输送到指定的吊装位置，地面运输更加安全高效，且节省运输成本；

3)用机械式固定运输取代人员沟通及操作的方式，通过各执行机构与控制器的互动，完成管片运输，比人员沟通及操作更加安全、科学且可靠，也能节省人力；

4)将整个管片运输过程进行整合，并建造一套针对性控制系统，整个管片运输过程均由控制器进行整体控制，控制器可集成于控制面板，通过控制面板操作各执行机构工作，并直观显示各执行结构的运行情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的管片全自动垂直运输系统的控制逻辑图。

图2为本发明实施例提供的管片全自动垂直运输系统的整体结构立体图。

图3为本发明实施例提供的管片全自动垂直运输系统的整体结构剖面图。

图4为本发明实施例提供的管片全自动垂直运输系统的顶部放大结构立体图。

图5为本发明实施例提供的管片全自动垂直运输系统的顶部放大结构平面图。

图6为本发明实施例提供的地面输送机构的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的抓取机构的结构示意图。

图中标记的对应关系如下：

1-管片；2-地面输送机构；21-底架；22-运输梁；23-平移油缸；3-提升机构；4-抓取机构；41-机构主架；42-抓钩；5-吊装架；6-控制器；7-安全门；8-导轮机构；9-行走轨道；10-管片运输车；100-地下隧道。

具体实施方式

下面将结合本专利实施例中的附图，对本专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利保护的范围。

请参阅图1～7，本发明提供一种管片全自动垂直运输系统，其主要由两部分组成，第一部分为地面输送机构2，即管片喂片机，喂片机的主要功能是将地面的管片1输送到指定的吊装位置，喂片机可以同时输送2到3块管片1。本实施例中的喂片机主要由底架21、运输梁22和平移油缸23构成，底架21固定在地面上，管片1放置在运输梁22上，平移油缸23的一端与底架21一端固定，平移油缸23的另一端与运输梁22固定，通过平移油缸23的伸出将加载有管片1的运输梁22输送到指定的吊装位置，如图6所示。

第二部分为自动升降系统，该部分也是整个自动化管片垂直运输系统的核心组件。自动升降系统包括提升机构3、抓取机构4、吊装架5及控制器6，吊装架5固定安装在吊装位置上方，提升机构3固定安装在吊装架5的顶部，抓取机构4与提升机构3连接、用于抓取地面输送机构2上的管片1，其中，地面输送机构2、提升机构3、抓取机构4均包含执行机构且与控制器6连接，在控制器6的控制信号作用下工作。地面输送机构2的执行机构即其平移油缸。提升机构3可采用两个卷扬机，卷扬机上用于卷绕钢丝绳的电机为其执行机构。抓取机构4包括上方矩形框架结构的机构主架41以及底部四角位置的两组抓钩42，机构主架41的顶部两侧分别与两个卷扬机的钢丝绳下端固定。两组抓钩42对称且可转动，安装在机构主架41的底部两侧，每组抓钩42的勾口相对且距离适配于管片1的宽度，以便放下抓钩42时可以夹住管片，抓钩42向外翻转时可以放开管片。抓钩42的转动可以通过油缸进行控制，油缸即为抓取机构4的执行机构，如图7所示。

两个卷扬机对称安装在吊装架5的顶部两侧，吊装架5采用矩形钢框架，固定在地面上、吊装位置的上方。吊装位置为地下隧道的竖井口，竖井通道内至少四角竖直固定有行走轨道9，抓取机构4的机构主架41的尺寸与竖井通道的尺寸相匹配但略小于竖井通道的内径，在机构主架41的四角与竖井通道的行走轨道9之间留有间隙，导轮机构8安装在机构主架41的四角并且与对应位置的行走轨道9接触，导轮机构8上的滚轮沿竖直方向设置，并滚动在行走轨道9上，在抓取机构4整体升降动作时起到导向作用，避免走偏、晃动等情况的出现。

竖井底部安装有安全门7，安全门7包含有执行机构且与控制器6连接，在控制器6的控制信号作用下，安全门7执行开启或关闭竖井通道的动作，安全门7可采用沿两侧轨道平移的方式进行开启和关闭操作，轨道设置在竖井底部的地下隧道内，安全门7通过旋转电机驱动滚轮在轨道内移动，从而带动安全门7移动，实现对竖井底部的开启和关闭。其中，旋转电机就是安全门7的执行机构。

进一步的，安全门7下方的竖井通道或地下隧道内安装有红外线干涉感应设备(如红外线感应器)，红外线干涉感应设备与控制器6远程连接，当安全门7下方有人员或设备进入红外线干涉感应设备的感应范围时，红外线干涉感应设备探测到人体红外光谱的变化，发送信号给控制器6，控制器6再发送控制指令给安全门7，安全门7会持续关闭不打开，抓取机构4就不能通过安全门7下放管片1，避免管片1与人员或设备触碰而发生事故。

较佳地，控制器6还连接有声光报警器，安装于安全门7周边的竖井通道或地下隧道内。当安全门7下方有人员或设备进入红外线干涉感应设备的感应范围时，红外线干涉感应设备探测到人体红外光谱的变化，发送信号给控制器6，控制器6会同时发送指令给声光报警器发出警报，提醒人员撤离或移走设备。当人员或设备撤离后，红外线干涉感应设备停止发送信号给控制器6，控制器6会发送指令给安全门7，让安全门7开启，抓取机构4就可以通过安全门7将管片送入到地下隧道内，同时控制器6发送指令给声光报警器停止报警。应当理解的是，安全门7的作用是在抓取机构通过前判断进行隔离，以避免抓取机构长驱直入地进入到地下隧道，因此，在安全门7打开前，会通过红外线干涉感应设备判断安全门下方是否有人员或设备。

地下隧道100内设置有管片运输车10，该管片运输车10与控制器6远程连接，在控制器6的控制下行走于地下隧道内。当有管片从竖井底部放下时，控制器6发送指令给管片运输车10移动到竖井底部，抓取机构4在卷扬机钢丝绳的牵引下缓慢下放管片至管片运输车10上，下放到位后，抓取机构4的抓钩打开，松开管片，卷扬机再提升抓取机构复位，进行后续管片的抓取和垂直运输工作。管片运输车10上的管片装载完成后，则可以运输到地下隧道内进行管片安装工作。

本发明管片全自动垂直运输系统，通过控制器6控制整个管片运输过程，尽量避免人工操作环节，提高效率的同时，也能节省人力；对管片垂直运输方式进行改造升级，采用地面输送机构2将地面的管片输送到指定的吊装位置，地面运输更加安全高效，且节省运输成本；用机械式固定运输取代人员沟通及操作的方式，通过各执行机构与控制器6的互动，完成管片运输，比人员沟通及操作更加安全、科学且可靠，也能节省人力。

进一步的，控制器6包括互锁的两个总控面板，分别安装在地面上与竖井下，两个总控面板择一进行各执行机构的操控，简言之，两个总控面板都具有控制器的功能，但是不能同时工作，两个总控面板中当其中一个工作时，另一个就会被断开，通过互锁电路或者简单的逻辑编程就能实现，避免两个总控面板同时操作，控制信号紊乱。控制器6采用可编程逻辑控制器，如PLC控制器。通过编程实现对上述各执行机构的逻辑控制。控制器具备全部程序的一键启动功能，并将各层的实时感应，及各种危险警报信号集成到总控面板中，还可以通过总控面板的显示功能，查看各执行机构的执行情况，该功能可采用智能平板电脑作为总控面板来实现。本发明将整个管片运输过程进行整合，并建造一套针对性控制系统，整个管片运输过程均由控制器进行整体控制，控制器可集成于控制面板，通过控制面板操作各执行机构工作，并直观显示各执行结构的运行情况。

尽管已经示出和描述了本专利的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种管片全自动垂直运输系统，其特征在于，包括：

地面输送机构，用于将地面的管片输送到指定的吊装位置；

自动升降系统，包括提升机构、抓取机构、吊装架及控制器，所述吊装架固定安装在所述吊装位置上方，所述提升机构固定安装在所述吊装架上，所述抓取机构与所述提升机构连接、用于抓取所述地面输送机构上的管片，所述地面输送机构、所述提升机构、所述抓取机构均包含执行机构且与所述控制器连接，在所述控制器的控制信号作用下工作。

2.根据权利要求1所述的管片全自动垂直运输系统，其特征在于，所述吊装位置为地下隧道的竖井口，所述竖井通道内至少四角竖直固定有行走轨道，所述抓取机构至少四角对应所述行走轨道安装有导轮机构并通过所述导轮机构行走于所述行走轨道上，在抓取机构整体升降动作时起到导向作用。

3.根据权利要求2所述的管片全自动垂直运输系统，其特征在于，所述竖井底部安装有安全门，所述安全门包含有执行机构且与所述控制器连接，在所述控制器的控制信号作用下，所述安全门执行开启或关闭所述竖井通道的动作。

4.根据权利要求3所述的管片全自动垂直运输系统，其特征在于，所述安全门下方的所述竖井通道或所述地下隧道内安装有红外线干涉感应设备，与所述控制器连接，当安全门下方有人员进入感应范围时，所述红外线干涉感应设备探测到人体红外光谱的变化，发送信号给所述控制器，所述控制器控制所述安全门关闭。

5.根据权利要求4所述的管片全自动垂直运输系统，其特征在于，所述控制器还连接有声光报警器，安装于所述安全门周边的所述竖井通道或所述地下隧道内。

6.根据权利要求2所述的管片全自动垂直运输系统，其特征在于，还包括管片运输车，与所述控制器连接，在所述控制器的控制下行走于所述地下隧道内。

7.根据权利要求1所述的管片全自动垂直运输系统，其特征在于，所述地面输送机构采用管片喂片机。

8.根据权利要求1所述的管片全自动垂直运输系统，其特征在于，所述提升机构采用卷扬机。

9.根据权利要求1所述的管片全自动垂直运输系统，其特征在于，所述控制器包括互锁的两个总控面板，分别安装在地面上与竖井下，两个所述总控面板择一进行各执行机构的操控。