隧道病害综合整治自动化作业系统及方法技术方案

本发明专利技术属于隧道病害整治技术领域，并公开了一种隧道病害综合整治自动化作业系统，包括车载平台、导向装置、水平回转机构、机械臂、传感辅助装置、混凝土施工设备、注浆设备和高压清洗设备，导向装置包括轨道、导轨和基座；机械臂包括机身、大臂、小臂、手部和气动手爪；传感辅助装置包括图像传感器和激光测距仪，并且它们均安装在手部上；混凝土施工设备、注浆设备和高压清洗设备均安装在车载平台上，以用于与机械臂配合对隧道进行病害整治。本发明专利技术适用于公路和铁路隧道病害治理，同时搭载了钻孔、注浆、清洗、灌注混凝土等作业设备，能够快速到达隧道病害部位，对隧道病害进行综合整治，避免了传统人工搭建作业平台的费工费时效率低的问题。

Automatic operation system and method for comprehensive treatment of tunnel diseases

The invention belongs to the technical field of tunnel disease regulation, and discloses an automatic operation system for comprehensive regulation of tunnel disease, including a vehicle platform, a guiding device, a horizontal rotary mechanism, a mechanical arm, a sensing auxiliary device, a concrete construction equipment, a grouting equipment and a high pressure cleaning equipment. The guide device includes a track and a guide rail. The mechanical arm includes the fuselage, the large arm, the small arm, the hand and the gas hands-on; the sensing auxiliary device includes the image sensor and the laser rangefinder, and they are all installed on the hand; the concrete construction equipment, the grouting equipment, and the high pressure cleaning equipment are installed on the vehicle platform to fit with the arm of the tunnel. To carry out disease control. The invention is suitable for the treatment of highway and railway tunnel diseases, and also carries drilling, grouting, cleaning, concrete and other operating equipment, which can quickly reach the site of the tunnel disease, and comprehensively regulate the tunnel disease, so as to avoid the low efficiency rate of the traditional artificial construction platform.

【技术实现步骤摘要】
隧道病害综合整治自动化作业系统及方法
本专利技术属于隧道病害整治
，更具体地，涉及一种隧道病害综合整治自动化作业系统及方法。
技术介绍
中国已成为世界上隧道数量最多的国家。但是在数量庞大的隧道中，总体技术状态较差，隧道均存在不同程度的病害，质量状况不容乐观。隧道常见病害主要有隧道渗漏水以及冻害、衬砌裂损、隧底病害和震害等。为了保证隧道在运营期间的安全，需要对隧道病害进行整治。目前，国内隧道病害的整治方法主要依靠搭建脚手架，通过人工手持钻孔、注浆等设备进行作业，工作效率很低，尤其在电气化铁路上进行病害整治时要求在维修天窗时间作业，并受到接触网干扰，施工人员工作量大，施工安全无法保障，而铁路天窗时间较短，维修周期长，人工操作效率低，远不能满足我国运营铁路大量隧道工程需要。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种隧道病害综合整治自动化作业系统及方法，能对公路和铁路隧道病害进行综合治理，实现自动化结合人工维修隧道。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，包括车载平台、导向装置、水平回转机构、机械臂、传感辅助装置、混凝土施工设备、注浆设备和高压清洗设备，其中，所述导向装置包括轨道、导轨和基座，所述轨道安装在所述车载平台上，所述导轨安装在所述轨道上并且该导轨的纵向与所述车载平台的纵向一致，所述基座安装在所述导轨上；所述水平回转机构安装在所述基座上，并且该水平回转机构上安装所述机械臂，以用于带动所述机械臂水平回转；所述机械臂包括机身、大臂、小臂、手部和气动手爪，所述机身安装在所述基座上，所述机身通过第一竖向转动关节铰接所述大臂，所述大臂通过第二竖向转动关节铰接所述小臂，所述小臂通过第三竖向转动关节铰接所述手部，所述手部上安装所述气动手爪，所述第一竖向转动关节、第二竖向转动关节和第三竖向转动关节均水平设置；所述传感辅助装置包括图像传感器和激光测距仪，并且它们均安装在所述手部上；所述混凝土施工设备、注浆设备和高压清洗设备均安装在所述车载平台上，以用于与所述机械臂配合对隧道进行病害整治。优选地，所述混凝土施工设备包括混凝土湿喷机、混凝土泵和混凝土搅拌机并且它们依次相连。优选地，所述高压清洗设备包括连接在一起的高压水泵和水箱。优选地，还包括连接在一起的空压机和储气罐。优选地，所述注浆设备包括连接在一起的注浆泵和砂浆搅拌机。优选地，所述车载平台上还安装有多个照明灯。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种隧道病害综合整治自动化作业系统进行隧道钻孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)车载平台停止在隧道病害位置，机械臂控制系统发布指令通过液压系统和电气系统驱动机械臂运动，气动手爪抓取钻孔设备，在设定程序引导下通过轨道移动至作业位置；(2)通过水平回转机构和机械臂调节钻孔设备姿态，使钻孔设备与隧道衬砌表面成设置角度，通过激光测距仪探测与隧道衬砌表面的间距，以让钻孔设备靠近隧道衬砌需要钻孔位置进行钻孔作业。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种隧道病害综合整治自动化作业系统进行隧道注浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在需要注浆的部位钻好注浆孔；(2)气动手爪抓取连接注浆泵的注浆管管口，调整注浆管管口的姿态，通过激光测距仪发射可见激光并人工引导注浆管管口进入注浆孔，通过快凝水泥砂浆固定注浆管，最后通过注浆泵向衬砌后注水泥砂浆，当注浆压力达到设计终压并稳定一段时间，吸浆量达到设定要求后结束注浆。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种隧道病害综合整治自动化作业系统进行隧道打设锚杆的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对衬砌背后空洞或松散体进行注浆充填；(2)在病害部位钻锚杆孔，气动手爪抓取自进式锚杆设备，调整自进式锚杆设备的姿态，通过激光测距仪发射可见激光并人工引导至锚杆孔；(3)启动自进式锚杆设备钻入锚杆，快速注浆接头与锚杆尾端连接，通过注浆设备注浆，当注浆压力达到设计终压并稳定一段时间后，吸浆量达到设定要求后结束注浆，最后人工安装垫板和螺母进行封口。按照本专利技术的另一个方面，还提供了一种隧道病害综合整治自动化作业系统进行隧道安装钢拱架的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在衬砌病害部位切割和凿槽：使用四个机械臂进行操作并且这四个机械臂呈长方形布置，其中一个机械臂的气动手爪抓取切割设备并且通过该机械臂调整设备的姿态来切割衬砌，其他机械臂的气动手爪抓取破碎混凝土设备，对隧道衬砌相应位置开槽；(2)各机械臂同步抓取钢拱架，调整气动手爪的高度，使钢拱架与开槽底面平行，通过机械臂把钢拱架顶入开槽中，钢拱架与槽底面应密贴；(3)气动手爪抓取连接混凝土泵的混凝土输送管管口，通过激光测距仪发射可见激光并人工引导混凝土输送管管口对钢拱架背后进行混凝土回填，回填后对钢拱架背后压浆，在挂钢筋网的情况下，气动手爪抓取连接混凝土湿喷机的喷头对钢筋网进行喷射混凝土封闭。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的隧道病害综合整治自动化作业系统搭载在车载平台，适用于公路和铁路隧道病害治理，同时搭载了钻孔、注浆、清洗、灌注混凝土等作业设备，能够快速到达隧道病害部位，对隧道病害进行综合整治，避免了传统人工搭建作业平台的费工费时效率低的问题。(2)采用机械臂抓取钻孔、注浆、清洗、灌注混凝土等设备进行作业，通过编程在系统内置病害治理方案实现部分作业自动化操作，提高了作业效率，必要时，还可进行人工操作，控制机械臂完成作业，满足隧道病害整治的复杂作业要求。(3)在非作业期间，机械臂处于归位状态，作业系统设备满足车辆限界要求。(4)采用多台工业机械臂协作进行病害治理作业，实现隧道病害整治工作的机械化和部分自动化，极大改善了作业环境的安全性，缩短了维修周期，降低了人工成本和时间成本，对于我国大量既有隧道的病害治理具有重要意义。附图说明图1和图2为本专利技术不同视角下的轴测示意图；图3为本专利技术的俯视图；图4为本专利技术中机械臂示意图；图5为本专利技术中机械臂手部示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。参照图1～图5，一种隧道病害综合整治自动化作业系统，包括车载平台1、导向装置、水平回转机构5、机械臂、传感辅助装置13、混凝土施工设备、注浆设备和高压清洗设备，其中，所述导向装置包括轨道2、导轨3和基座4，所述轨道2安装在所述车载平台1上，所述导轨3安装在所述轨道2上并且该导轨3的纵向与所述车载平台1的纵向一致，所述基座4安装在所述导轨3上；所述水平回转机构5安装在所述基座4上，并且该水平回转机构5上安装所述机械臂，以用于带动所述机械臂水平回转；所述机械臂包括机身6、大臂8、小臂10、手部12和气动手爪14，所述机身6安装在所述基座4上，所述机身6通过第一竖向转动关节7铰接所述大臂8，所述大臂8通过第二竖向转动关节9铰接所述小臂10，所述小臂10通过第三竖向转动关节11铰接所述手部12，所述手部12上安装所述气动手爪14，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，包括车载平台、导向装置、水平回转机构、机械臂、传感辅助装置、混凝土施工设备、注浆设备和高压清洗设备，其中，所述导向装置包括轨道、导轨和基座，所述轨道安装在所述车载平台上，所述导轨安装在所述轨道上并且该导轨的纵向与所述车载平台的纵向一致，所述基座安装在所述导轨上；所述水平回转机构安装在所述基座上，并且该水平回转机构上安装所述机械臂，以用于带动所述机械臂水平回转；所述机械臂包括机身、大臂、小臂、手部和气动手爪，所述机身安装在所述基座上，所述机身通过第一竖向转动关节铰接所述大臂，所述大臂通过第二竖向转动关节铰接所述小臂，所述小臂通过第三竖向转动关节铰接所述手部，所述手部上安装所述气动手爪，所述第一竖向转动关节、第二竖向转动关节和第三竖向转动关节均水平设置；所述传感辅助装置包括图像传感器和激光测距仪，并且它们均安装在所述手部上；所述混凝土施工设备、注浆设备和高压清洗设备均安装在所述车载平台上，以用于与所述机械臂配合对隧道进行病害整治。

【技术特征摘要】
1.一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，包括车载平台、导向装置、水平回转机构、机械臂、传感辅助装置、混凝土施工设备、注浆设备和高压清洗设备，其中，所述导向装置包括轨道、导轨和基座，所述轨道安装在所述车载平台上，所述导轨安装在所述轨道上并且该导轨的纵向与所述车载平台的纵向一致，所述基座安装在所述导轨上；所述水平回转机构安装在所述基座上，并且该水平回转机构上安装所述机械臂，以用于带动所述机械臂水平回转；所述机械臂包括机身、大臂、小臂、手部和气动手爪，所述机身安装在所述基座上，所述机身通过第一竖向转动关节铰接所述大臂，所述大臂通过第二竖向转动关节铰接所述小臂，所述小臂通过第三竖向转动关节铰接所述手部，所述手部上安装所述气动手爪，所述第一竖向转动关节、第二竖向转动关节和第三竖向转动关节均水平设置；所述传感辅助装置包括图像传感器和激光测距仪，并且它们均安装在所述手部上；所述混凝土施工设备、注浆设备和高压清洗设备均安装在所述车载平台上，以用于与所述机械臂配合对隧道进行病害整治。2.根据权利要求1所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，所述混凝土施工设备包括混凝土湿喷机、混凝土泵和混凝土搅拌机并且它们依次相连。3.根据权利要求1所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，所述高压清洗设备包括连接在一起的高压水泵和水箱。4.根据权利要求1所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，还包括连接在一起的空压机和储气罐。5.根据权利要求1所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，所述注浆设备包括连接在一起的注浆泵和砂浆搅拌机。6.根据权利要求1所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，所述车载平台上还安装有多个照明灯。7.权利要求1～6中任一权利要求所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统进行隧道钻孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)车载平台停止在隧道病害位置，机械臂控制系统发布指令通过液压系统和电气系统驱动机械臂运动，气动手爪抓取钻孔设备，在设定程序引导下通过轨道移动至作业位置；...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖明清，龚彦峰，王少锋，唐曌，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42