一种掘进机定位掘进方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种掘进机定位掘进方法及其系统，包括基于上述方法和新系统的针对硬岩层的定位凿孔装置；属于建筑方法设备领域，包括以下步骤，S1：根据隧道设计生成隧道模型并根据截割头活动范围生成模型；S2：确定定位原点，建立坐标系，生成隧道模型坐标和截割范围模型坐标；S3：掘进机初步定位，确定掘进机截割模型坐标；S4：选取基点，确定基准面；S5：根据基准面和每次截割深度确定待截割体坐标；S6：开始掘进作业。本发明专利技术采用小段式截割，配合自动定位控制，解决了人为控制截割机的情况下，容易产生隧道位置误差和累积误差的问题。

A positioning tunneling method and system for Roadheader

【技术实现步骤摘要】
一种掘进机定位掘进方法及其系统
本专利技术涉及隧道掘进
，具体涉及一种掘进机定位凿孔装置和定位掘进方法。
技术介绍
掘进机是用于平直底面开凿隧道的机器；通过机械破岩石。常用于隧道和采煤等。按照结构组成，可分为悬臂式掘进机和盾构机。其中，盾构机适用于长直的隧道掘进，例如地铁和超长的穿山隧道，其支护类型比较单一，只能采用环形支护；悬臂式掘进机包括截割机构、装载机构、运输机构、行走机构、机架及回转台、液压系统、电气系统、冷却灭尘供水系统和操作系统；悬臂式掘进机具有较大的灵活性，能用于任何支护类型；相较于盾构机；具有投资少、施工准备时间短和再利用型高的优点。在一些较短且弯度设计较大，或者采煤需要根据煤层位置分布变换时，就需要用到其灵活性较大的特性。但是，现有的悬臂式掘进机在工作时，基本靠人工分辨方位和掘进路径；可能与设计路线发生偏差导致隧道之间不易接通；且每次截割均以之前的开采面为基础，容易产生误差累积。而在一些硬岩层，在截割机进行工作之前，则需要用凿岩机进行凿孔，以降低截割头截割时所受的阻力。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种掘进机定位掘进方法及其系统，解决了现有技术中，悬臂式掘进机掘实际进路径与设计路径发生偏差的问题。为实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种掘进机定位掘进方法，包括以下步骤：S1：根据隧道设计生成隧道模型并根据截割头活动范围生成模型；S2：确定定位原点，建立坐标系，生成隧道模型坐标和截割范围模型坐标；S3：掘进机初步定位，确定掘进机截割模型坐标；S4：选取基点，确定基准面，所述基准面是隧道模型上经过所述基点的横截面；S5：根据基准面和每次截割深度确定待截割体坐标；S6：开始掘进作业。一种实施上述方法的掘进机定位掘进系统，包括：存储模块：存储隧道模型以及截割头活动范围模型并记录关键点信息；定位模块：根据选取的定位原点和关键点位置，定位隧道模型和截割范围模型坐标；根据选取的基点确定基准面；同时根据基准面得出待截割体模型坐标；根据定位发射器信号，确定定位发射器在坐标中的位置；计算模块：根据截割头所处位置和方向以及目标位置和方向，计算移动和旋转路径，并生成指令；控制模块：根据指令，控制电机和液压设备的启动和停止进而控制截割头或定位凿孔装置活动。一种由上述系统控制的掘进机定位凿孔装置，包括分别位于掘进机截割部分两侧的两个定位凿孔机构；所述定位打孔机构包括凿孔机、控制凿孔机沿其长度方向前进或者后退的驱动板和配合掘进机转向机构控制驱动板空间位置和角度的机械臂；驱动板两端设有定位发射器，所述计算模块还根据驱动板所处位置和方向以及目标位置和方向，计算驱动板移动和旋转路径，并生成指令。相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提出的一种掘进机定位掘进方法；通过建模定位，定位后通过机械自动截割，降低人工辨别导致的误差；在原模型上设置基准定位面并随掘进进行变换，基准面的设置均以初始模型为准，小段式掘进，不会产生误差累积。还提出一种掘进机定位系统，包括存储模块、定位模块、校验模块和控制模块；完成待截割体的定位与校验；基于上述方法和系统，设计了一种掘进机定位凿孔装置；利用上述方法同样的原理和同样的系统装置，实现对待截割部分的自动凿孔；使在加工硬岩时，截割头所受的阻力更小。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本专利技术工作流程示意图；图2为各模块连接关系图；图3为各个模型重合示意图；图4为待截割模型示意图；图5为截割路径图；图6为定位凿孔装置在截割机构的位置展示图；图7为定位凿孔装置结构示意图。其中，截割头1、定位凿孔装置2、基准面3、待截割体4、待截割面5、基点6、截割范围模型7、隧道模型8、支撑柱21、第一转动盘22、第二转动盘23、调节板24、驱动板25、凿孔机26。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附和具体实施方式对本专利技术作进一步阐述：如图1-7所示，本专利技术提出了一种掘进机定位装置及其定位方法，包括以下步骤：S1：根据隧道设计生成隧道模型8并根据截割头1活动范围生成截割范围模型7。S2：确定定位原点，建立坐标系，生成隧道模型8的坐标和截割范围模型7的坐标，S3：掘进机初步定位，确定掘进机截割模型坐标。S4：选取基点6，确定基准面3，所述基准面是隧道模型上经过所述基点的横截面。S5：根据基准面3和每次截割深度确定待截割体4坐标。S6：开始掘进作业。一种实施上述方法的掘进机定位掘进系统，包括：存储模块：存储隧道模型8以及截割头1活动范围模型并记录关键点信息。关键点须包括模型直线的端点、圆弧的端点和圆心以及曲线的端点。定位模块：根据选取的定位原点和关键点位置，定位隧道和截割范围模型7坐标；根据选取的基点6确定基准面3；同时根据基准面3得出待截割体4模型坐标；根据定位发射器信号，确定定位发射器在坐标中的位置。定位后，模型确定了坐标中的位置和方向。计算模块：根据驱动板25所处位置和方向以及目标位置和方向，根据截割头1所处位置和方向以及目标位置和方向，计算移动和旋转路径，并生成指令。控制模块：根据指令，控制电机和液压设备的启动和停止进而控制截割头1或定位凿孔装置2活动。一种基于上述定位系统的掘进机定位凿孔装置，包括分别位于掘进机截割机构两侧的两个定位凿孔机构；所述定位打孔机构包括凿孔机26、控制凿孔机26沿其长度方向前进或者后退的驱动板25和配合掘进机转向机构控制驱动板25空间位置和角度的机械臂；驱动板25两端设有定位发射器。其中，所述计算模块还根据驱动板所处位置和方向、目标位置和方向，计算驱动板移动和旋转路径，并生成指令。上述方案中，本专利技术的工作过程为：在隧道设计完成后，根据隧道设计路线以及形状生成隧道模型8和关键点信息，并根据截割头1的活动范围建立截割范围模型7，录入存储模块中；隧道模型8可认为是由许多截面叠加而成；截割范围模型7由掘进机型号决定。具体掘进时，选定定位原点，建立坐标系，并根据关键点位置确定隧道模型8的坐标，将掘进机驱动至掘进位置附近，此时根据掘进机位置，确定截割范围模型7的坐标，并录入定位模块中。然后选取待掘进面比较突出的点作为基点6，例如图3中C点，建立基准面3，基准面3是隧道模型8上经过该基点6的横截面；将驱动板25调节至垂直于截面方向，并调节驱动板25前端在基准面3上；以垂直于基准面3为掘进方向，预设掘进深度，进而得出待掘进体。再通过校验模块匹配待截割体4是否在掘进机截割范围模型7内；如果在，则开始在基准面3上选取多点进行凿孔；如果不在则调整掘进机位置。截割完毕后，改变掘进机位置并在新的待截割面5上选取新的基点6，并确定新的基准面3。在隧道直的情况下，待截割体4就是与隧道模型8重合，因此新的基点6也在隧道模型8上，即使在弯道部分，相邻待截割体4也是绝大部分与隧道模型8重合，不选取待截割面5边缘的位置为基点6便可。在弯道部分，如图3所示(待截割体4和隧道模型8略有偏差)，截割后的隧道内壁需稍作修整，在架设隧道支护时可以顺便完成。截割时，如图5所示(阴影部分表示截割路径)，采用“S”型路径从下往上截割本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掘进机定位掘进方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：根据隧道设计生成隧道模型并根据截割头活动范围生成截割范围模型；S2：确定定位原点，建立坐标系，生成隧道模型坐标和截割范围模型坐标；S3：掘进机初步定位，确定掘进机截割模型坐标；S4：选取基点，确定基准面，所述基准面是隧道模型上经过所述基点的横截面；S5：根据基准面和每次截割深度确定待截割体坐标；S6：开始掘进作业。

【技术特征摘要】
1.一种掘进机定位掘进方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：根据隧道设计生成隧道模型并根据截割头活动范围生成截割范围模型；S2：确定定位原点，建立坐标系，生成隧道模型坐标和截割范围模型坐标；S3：掘进机初步定位，确定掘进机截割模型坐标；S4：选取基点，确定基准面，所述基准面是隧道模型上经过所述基点的横截面；S5：根据基准面和每次截割深度确定待截割体坐标；S6：开始掘进作业。2.根据权利要求1所述的一种掘进机定位掘进方法，其特征在于：隧道模型和截割范围模型的坐标通过关键点位置信息确定，关键点须包括模型直线的端点、圆弧的端点和圆心以及曲线的端点。3.根据权利要求2所述的一种掘进机定位掘进方法，其特征在于：在开始掘进之前还校对待截割体是否在截割范围模型内。4.根据权利要求3所述的一种掘进机定位掘进方法，其特征在于，掘进路线采用“S”型路径自下往上掘进。5.一种如权利要求2—4任一项所述掘进机定位掘进方法中使用的掘进机定位掘进系统，其特征在于：包括：存储模块：存储隧道模型以及截割头活动范围模型并记录所述关键点信息；定位模块：根据选取的定位原点和关键点位置，定位隧道模型和截割范围模型坐标；根据选取的基点确定基准面；同时根据基准面得出待截割体模型坐标；根据定位发射器信号，确定定位发射器在坐标中的位置；计算模块：根据截割头所处位置和方向、目标位置和方向，计算截割头移动和旋转路径，并生成指令；控制模块：根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡朝伟，李涛，陈晨，肖晏荣，尹辉，旷闯，张坤，
申请(专利权)人：中建隧道建设有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50