一种信息化、智能化二衬台车的制作方法

本发明属于隧道二衬施工设备技术领域，具体的说是一种信息化、智能化二衬台车。

背景技术：

隧道衬砌台车是隧道二衬中必须使用的专用非标设备，可以说隧道二衬的好坏直接决定了整个隧道的质量以及行车的安全。目前的隧道二衬施工一般都采用边顶拱式钢模板台车，由于隧道二衬施工技术的不成熟，加上自动化程度较低，不但直接导致施工效率低、工人劳动强度大，还容易出现隧道错台、二衬模板变形、拱顶存在空洞、环向施工缝位置混凝土开裂、台车定位难、缺乏施工数据支撑导致施工质量不稳定等一系列问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种信息化、智能化二衬台车，该二衬台车能够实现对自动浇注、二衬模板变形、拱顶存在空洞、环向施工缝位置混凝土开裂、台车定位的信息监测并，实现了二衬施工整个过程中的信息化和智能化。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种信息化、智能化二衬台车，包括门架体、行走机构、顶模架体、顶模、边模、液压系统、浇注分配系统和电控系统，门架体底部设置有升降油缸，升降油缸底部设置有行走机构，门架体上端滑动连接有顶模架体，门架体上端设置有两个平移油缸，两个平移油缸的活塞杆分别对应连接于顶模架体的左右两端，通过两个平移油缸带动顶模架体在门架体上左右移动；顶模架体支撑于顶模的内侧面上，顶模的左右两端部分别铰接有一边模，两侧的边模分别位于门架体的左右两侧，在门架体上的左右两侧分别设置有边模油缸，边模油缸支撑于边模的内侧面上，通过边模油缸实现对应侧的边模开合；在顶模和边模的外侧面上分别设置有若干个压力传感器，压力传感器用于检测浇注过程中混凝土的挤压压力，并将检测到的信息传输至电控系统，电控系统通过对压力传感器的检测信息进行处理并通过显示模块进行显示，从而控制浇注分配系统是否注浆；在顶模的端面和两侧边模的端面上分别设置有一组光电开关，通过升降油缸、边模油缸将顶模和边模打开并进行支撑，通过光电开关检测，检测到预设的距离后将信号传输给电控系统，通过电控系统控制液压系统，进而再控制升降油缸和边模油缸的动作；在行走机构上设置有旋转编码器，旋转编码器与电控系统通过线缆电连接，通过电控系统和旋转编码器来控制行走机构的行走位移；在门架体的前端上设置有激光传感器，所述台车在行走过程中，激光传感器用于检测前方障碍物的情况，并将信号传输给电控系统，电控系统通过其上的显示模块进行实时显示。

进一步的，所述的浇注分配系统设置在顶模架体的中部，浇注分配系统包括支撑底座、分配器底盘、旋转管路系统和支管组件；支撑底座上表面设置有分配器底盘，分配器底盘呈圆环状，在分配器底盘的中心孔处设置有旋转管路系统，旋转管路系统包括旋转机构和管路机构，旋转机构是由外齿式回转支撑、包络蜗杆和电机组成，外齿式回转支承的外圈为齿圈结构，包络蜗杆与外齿式回转支承的外圈啮合传动，包络蜗杆的一端部与电机传动连接，管路机构包括直管和伸缩管组件，直管配装在外齿式回转支撑的内圈中，伸缩管组件枢接于直管的上端口处，且伸缩管组件能够绕直管360度转动，在外齿式回转支承的外圈的上端面上连接有旋转支撑座，旋转支撑座上端与伸缩管组件固定连接，在分配器底盘的上端面上沿圆周方向均布设置有若干组支管组件，支管组件是由支管底座和设置在支管底座上端的漏斗组成，在所有组支管底座的上端面上设置有环形的压环，压环的下端面位于所有组支管底座的上端面上，所述漏斗位于压环上表面上，在所述伸缩管组件上设置有用与锁紧漏斗与伸缩管组件的锁紧装置。

进一步的，所述伸缩管组件包括连接管、伸缩管和伸缩油缸，连接管下端口的外侧壁上套设与回转轴承，在直管上端口的外侧壁上设置有轴承托座，所述回转轴承的外圈配装于轴承托座内，连接管能够绕直管在水平面内做360度转动，所述伸缩管是由外管和套设在外管内的内管组成，内管右端的外圆面上对称设置有两个伸缩油缸，伸缩油缸的活塞杆连接于外管的外圆面上，通过伸缩油缸的动作使得外管在内管上滑动，外管的右端口与连接管的上端口密封连接，在外管左端的外圆面上设置有锁紧装置。

进一步的，锁紧装置包括第一支撑板、第二支撑板和锁紧螺杆，第一支撑板套设在外管的外圆面上，在第一支撑板上铰接有两个上下对称的锁紧螺杆，第二支撑板设置在漏斗的外侧圆弧面上，第二支撑板上设置有两个上下对称的u形卡槽，两个锁紧螺杆分别位于对应侧的卡槽内并通过螺母紧固实现外管与漏斗的锁紧。

进一步的，门架体包括底梁、立柱和横梁，两根平行设置的底梁下底面的前后端部分别设置有升降油缸，升降油缸下端连接行走机构，底梁下底面上位于两升降油缸之间设置有若干千斤顶，在每一根底梁上端等距纵向设置有若干平行的立柱，两根底梁上相对应的立柱上端之间通过横梁固定连接。

进一步的，所述升降油缸和边模油缸上均设置有位移传感器。

进一步的，在顶模和边模的一端面上设置有软搭接装置，软搭接装置包括搭接板和软橡胶条，搭接板焊接在顶模和边模的一端面上，软橡胶条覆设在搭接板的外表面上，并且软橡胶条的外表面与顶模、边模的外表面平齐；在顶模和边模的外表面的另一端部设置有堵头，顶模和两侧的边模组成台车模板，堵头的两端部与台车模板的两端部平齐，堵头是由水平板和倾斜板连接组成的v形结构，堵头上的水平板焊接在台车模板的外表面上，并且堵头的槽口水平朝右设置。

进一步的，电控系统包括工控一体机、plc控制单元、工业路由器、流量计和温度变送器，工控一体机内置有显示模块和存储模块，plc控制单元与工控一体机均通过网线与工业路由器相连组成局域网，所述流量计通过rs485与plc控制单元进行数据传输，温度变送器连接有温度探头，温度变送器与plc控制单元输入端连接，所述压力传感器、光电开关、旋转编码器和激光传感器均电连接于plc控制单元。

进一步的，在顶模的内侧面上呈左右对称设置有若干浇注窗口，在浇注窗口处设置有过压保护装置，过压保护装置包括外架、连杆、气动弹簧杆、灌浆口内斗和灌浆口外斗，外架呈倒u形，外架固设在顶模的内侧面上，在外架的一侧内壁上设置有前后平行的两块支撑板，支撑板由竖直部和水平部一体组成，竖直部固定连接在外架的一侧内壁上，水平部固定连接在外架的上端内侧壁上，在两块支撑板之间通过销轴与连杆的中部铰接，连杆上端连接气动弹簧杆的一端，气动弹簧杆的另一端通过销轴连接于两块支撑板的水平部之间，连杆下端链接花篮螺栓的一端，花篮螺栓的另一端连接灌浆口内斗，在外架顶部的内侧壁上设置有灌浆口外斗，并且灌浆口外斗与灌浆口内斗相对应的侧面设有通孔，灌浆口内斗通过通孔能够进入到灌浆口外斗内并用于封堵灌浆口外斗的进口。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下优越性：

1、通过在顶模和边模的外侧面上分别设置有若干个压力传感器，能够检测浇注过程中混凝土的挤压压力，并将检测到的信息传输至电控系统，电控系统通过对压力传感器的检测信息进行处理并通过显示模块进行显示，从而控制浇注分配系统是否注浆；

2、在顶模的端面和两侧边模的端面上分别设置有一组光电开关，通过升降油缸、边模油缸将顶模和边模打开并进行支撑，通过光电开关检测，检测到预设的距离后将信号传输给电控系统，通过电控系统控制液压系统，进而再控制升降油缸和边模油缸的动作；

3、在行走机构上设置有旋转编码器，旋转编码器与电控系统通过线缆电连接，通过电控系统和旋转编码器来控制行走机构的行走位移；

4、在门架体的前端上设置有激光传感器，所述台车在行走过程中，激光传感器用于检测前方障碍物的情况，并将信号传输给电控系统，电控系统通过其上的显示模块进行实时显示。

本发明能够实现对自动浇注、二衬模板变形、拱顶存在空洞、环向施工缝位置混凝土开裂、台车定位的信息监测并且能够上报、打印，实现了二衬施工整个过程中的信息化和智能化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为浇注分配系统的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为图4中c-c剖视图；

图6为图4中支管组件的结构示意图；

图7为锁紧装置的结构示意图；

图8为过压保护装置的结构示意图；

图中：1、顶模；2、顶模架体；3、升降油缸；4、平移油缸；5、门架体；6、边模；7、边模通梁；8、边模油缸；9、边模丝杠；10、对地丝杠；11、浇注孔；12、浇注窗口；13、抗倾翻装置；14、工作平台；15、工作梯；16、行走机构；17、千斤顶；18、浇注分配系统；18.1、支撑底座；18.2、分配器底盘；18.3、伸缩管组件；18.3.1、直管；18.3.2、连接管；18.3.3、内管；18.3.4、伸缩油缸；18.3.5、外管；18.3.6、旋转支撑座；18.3.7、旋转机构；18.4、支管组件；18.4.1、支管底座；18.4.2、漏斗；18.4.3、紧固件；18.5.1、第一支撑板；18.5.2、第二支撑板；18.5.3、锁紧螺杆；18.5.4、螺母；19、过压保护装置；19.1外架；19.2连杆；19.3支撑板；19.4气动弹簧杆；19.5花篮螺栓；19.6灌浆口内斗；19.7灌浆口外斗；20、注浆排气孔。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步详细的说明。

如图1、2所示，本发明所述的一种信息化、智能化二衬台车，包括门架体5、行走机构16、顶模架体2、顶模1、边模6、液压系统、浇注分配系统18和电控系统，门架体5底部设置有升降油缸3，升降油缸底部设置有行走机构16，门架体上端滑动连接有顶模架体2，门架体上端设置有两个平移油缸4，两个平移油缸4的活塞杆分别对应连接于顶模架体2的左右两端，通过两个平移油缸4带动顶模架体2在门架体5上左右移动；顶模架体2支撑于顶模1的内侧面上，顶模1的左右两端部分别铰接有一边模6，两侧的边模6分别位于门架体5的左右两侧，在门架体5上的左右两侧分别设置有边模油缸8，边模油缸8支撑于边模6的内侧面上，通过边模油缸8实现对应侧的边模6开合；在顶模1和边模6的外侧面上分别设置有若干个压力传感器，压力传感器用于检测浇注过程中混凝土的挤压压力，并将检测到的信息传输至电控系统，电控系统通过对压力传感器的检测信息进行处理并通过显示模块进行显示，从而控制浇注分配系统是否注浆；在顶模1的端面和两侧边模6的端面上分别设置有一组光电开关，通过升降油缸3、边模油缸8将顶模1和边模6打开并进行支撑，通过光电开关检测，检测到预设的距离后将信号传输给电控系统，通过电控系统控制液压系统，进而再控制升降油缸3和边模油缸8的动作；在行走机构上设置有旋转编码器，旋转编码器与电控系统通过线缆电连接，通过电控系统和旋转编码器来控制行走机构16的行走位移；在门架体5的前端上设置有激光传感器，所述台车在行走过程中，激光传感器用于检测前方障碍物的情况，并将信号传输给电控系统，电控系统通过其上的显示模块进行实时显示。

如图3-6所示，所述的浇注分配系统18设置在顶模架体2的中部，浇注分配系统18包括支撑底座18.1、分配器底盘18.2、旋转管路系统和支管组件18.4；支撑底座18.1上表面设置有分配器底盘18.2，分配器底盘18.2呈圆环状，在分配器底盘18.2的中心孔处设置有旋转管路系统，旋转管路系统包括旋转机构18.3.7和管路机构，旋转机构是由外齿式回转支撑、包络蜗杆和电机组成，外齿式回转支承的外圈为齿圈结构，包络蜗杆与外齿式回转支承的外圈啮合传动，包络蜗杆的一端部与电机传动连接，管路机构包括直管18.3.1和伸缩管组件18.3，直管18.3.1配装在外齿式回转支撑的内圈中，伸缩管组件18.3枢接于直管的上端口处，且伸缩管组件18.3能够绕直管18.3.1做360度转动，在外齿式回转支承的外圈的上端面上连接有旋转支撑座18.3.6，旋转支撑座18.3.6上端与伸缩管组件18.3固定连接，在分配器底盘18.2的上端面上沿圆周方向均布设置有若干组支管组件18.4，支管组件18.4是由支管底座18.4.1和设置在支管底座上端的漏斗18.4.2组成，在所有组支管底座18.4.1的上端面上设置有环形的压环，压环的下端面位于所有组支管底座18.4.1的上端面上，所述漏斗18.4.2位于压环上表面上，在所述伸缩管组件18.4上设置有用与锁紧漏斗18.4.2与伸缩管组件18.4的锁紧装置。

所述伸缩管组件18.3包括连接管18.3.2、伸缩管和伸缩油缸18.3.4，连接管18.3.2下端口的外侧壁上套设与回转轴承，在直管18.3.1上端口的外侧壁上设置有轴承托座，所述回转轴承的外圈配装于轴承托座内，连接管18.3.2能够绕直管18.3.1在水平面内做360度转动，所述伸缩管是由外管18.3.5和套设在外管内的内管18.3.3组成，内管18.3.3右端的外圆面上对称设置有两个伸缩油缸18.3.4，伸缩油缸18.3.4的活塞杆连接于外管18.3.5的外圆面上，通过伸缩油缸18.3.4的动作使得外管在内管上滑动，外管18.3.5的右端口与连接管18.3.2的上端口密封连接，在外管18.3.5左端的外圆面上设置有锁紧装置。

如图7所示，锁紧装置包括第一支撑板18.5.1、第二支撑板18.5.2和锁紧螺杆18.5.3，第一支撑板18.5.1套设在外管18.3.5的外圆面上，在第一支撑板18.5.1上铰接有两个上下对称的锁紧螺杆18.5.3，第二支撑板18.5.2设置在漏斗18.4.2的外侧圆弧面上，第二支撑板18.5.2上设置有两个上下对称的u形卡槽，两个锁紧螺杆18.5.3分别位于对应侧的卡槽内并通过螺母紧固实现外管与漏斗的锁紧。

在本发明中，所述的浇注分配系统18是连接泵车后，通过顶模或边模上的浇注窗口进行注浆，而且所述的浇注分配系统能够实现自动化操作，其工作原理为：

电机驱动包络蜗杆，包络蜗杆与外齿式回转支承的外圈啮合传动，通过外齿式回转支承的外圈的转动，带动旋转支撑座转动，旋转支撑座带动伸缩管组件转动，由于连接管下端与直管上端枢接，伸缩管及连接管绕直管做360度转动，当伸缩管转动到与其中一个支管组件中的漏斗相对应的位置后，通过伸缩油缸的动作，使得外管向漏斗内伸入，外管到位后，将锁紧螺杆翻转卡入第二支撑板上的u形卡槽内，然后再通过螺母锁紧；然后将直管的下端口外接浇注管路进行注浆，当浇注完成后，松开螺母，翻转锁紧螺杆，然后通过伸缩油缸的缩回，带动外管送漏斗内缩回，然后转动到另外需要浇注的漏斗处，再进行上述操作。

另外，为了便于对管道内部进行清理，所述的浇注分配系统还设置有清洗机构，具体来说，在分配器底盘上端面的若干组支管组件中，其中一组支管组件上连接有清洗机构，清洗机构包括其上带有阀门的高压清洗管，高压清洗管与其中一组支管组件上的漏斗的出料端口紧固连接

浇注分配系统中的电机可以优先选用伺服电机，并通过电控系统进行控制。

在本发明中，门架体5包括底梁、立柱和横梁，两根平行设置的底梁下底面的前后端部分别设置有升降油缸，升降油缸下端连接行走机构，底梁下底面上位于两升降油缸之间设置有若干千斤顶17，在每一根底梁上端等距纵向设置有若干平行的立柱，两根底梁上相对应的立柱上端之间通过横梁固定连接，相邻横梁之间通过纵梁连接。

由于边模6是由多块板通过螺栓连接组成，因此为了保证两侧边模保持平整，在两侧边模上分别设置有边模通梁7，边模通梁7将每一侧构成边模的若干块板连接为整体，并通过边模丝杠9进行支撑，边模丝杠9一段支撑在边模通梁7上，另一端支撑在门架体5上。

另外，边模6在打开后，为了保证边模6在浇注过程中的稳定，在边模的下端部设置有对地丝杠10，对地丝杠10一端支撑在边模下端部，另一端支撑在地面上。

由于顶模架体2需要在门架体5上左右平移来调整台车模板的位置，因此，为了防止顶模架体2在门架体5上左右平移的过程中发生前后滑动，因此，在门架体上设置有抗倾翻装置13，抗倾翻装置13包括支撑梁和轮子，顶模架体下端面的四个角上分别设置有一根支撑柱，平移油缸设置有前后两组，每组平移油缸均包括两个左右对称布置的油缸，两组平移油缸的活塞杆分别对应连接于前后侧的支撑柱上，平移油缸的缸体固设在门架体上的横梁上；四根支撑柱下端均设置有轮子，前后侧轮子对应抵靠在门架体上最前端和最后端的横梁的内侧面上，通过轮子的限位，使得顶模架体在门架体上平移时，轮子能够在横梁的内侧面上行走，另一方面也起到了限制顶模架体的前后滑动。

在顶模1的顶部设置有浇注孔11，在顶模1的内侧面上呈左右对称设置有若干浇注窗口12，在浇注窗口12处设置有过压保护装置19，如图8所示，过压保护装置19包括外架19.1、连杆19.2、气动弹簧杆19.4、灌浆口内斗19.6和灌浆口外斗19.7，外架19.1呈倒u形，外架19.1固设在顶模1的内侧面上，在外架19.1的一侧内壁上设置有前后平行的两块支撑板19.3，支撑板19.3由竖直部和水平部一体组成，竖直部固定连接在外架19.1的一侧内壁上，水平部固定连接在外架的上端内侧壁上，在两块支撑板19.3之间通过销轴与连杆19.2的中部铰接，连杆19.2上端连接气动弹簧杆19.4的一端，气动弹簧杆19.4的另一端通过销轴连接于两块支撑板19.3的水平部之间，连杆19.2下端链接花篮螺栓19.5的一端，花篮螺栓19.5的另一端连接灌浆口内斗19.6，在外架顶部的内侧壁上设置有灌浆口外斗19.7，并且灌浆口外斗19.7与灌浆口内斗19.6相对应的侧面设有通孔，灌浆口内斗通过通孔能够进入到灌浆口外斗内并用于封堵灌浆口外斗的进口。

在正常的灌浆阶段，灌浆口外斗19.7通过浇注管道连接浇注分配系统，灌浆口内斗19.6的一端位于灌浆口外斗的通孔内，但是并没有封堵灌浆口外斗的进口，灌浆口内斗是将灌浆口外斗的通孔进行封闭，使得浆料通过灌浆口外斗的进口进行浇注；当压力过大时，停止泵料，通过气动弹簧的压缩，使得连杆带动花篮螺栓将灌浆口内斗从灌浆口外斗内拉出，使得灌浆口内斗与灌浆口外斗分开一定距离，然后浆料会从灌浆口内斗与灌浆口外斗之间缝隙内漏出，从而实现减压。

另外，为了便于施工人员的操作，在边模6的内侧面上自上而下设置有若干个工作平台14，且相邻工作平台14之间通过工作梯15相连。

在顶模1上开设置有注浆排气孔20。

所述升降油缸3和边模油缸8上均设置有位移传感器，位移传感器与所述的电控系统点连接，通过位移传感器能够准确检测到顶模的升起高度以及边模的开合距离。

所述的电控系统包括工控一体机、plc控制单元、工业路由器、流量计和温度变送器，工控一体机内置有显示模块和存储模块，plc控制单元与工控一体机均通过网线与工业路由器相连组成局域网，所述流量计通过rs485与plc控制单元进行数据传输，温度变送器连接有温度探头，温度变送器与plc控制单元输入端连接，所述压力传感器、光电开关、旋转编码器和激光传感器均电连接于plc控制单元。

所述的流量计安装于浇注管道上，用于获取当前管道内的浆料的流速，温度探头用于贴在浇注管道或者所述的直管或者漏斗侧壁上，用于感应浆料的温度。

在电控系统中，工控一体机采用的是触摸屏，plc控制单元用于接受压力传感器、光电开关、旋转编码器、激光传感器、流量计、温度变送器等采集到的信息并进行处理，处理后，将数据传输给工控一体机，工控一体机用于显示和界面处理。

另外，在实际应用中，用户可以通过手机等移动终端访问电控系统内的局域网用于查看台车的信息，同时，plc控制单元还可以连接外网，将信息上传至服务器。

传统的台车在进行二次衬砌的过程中，往往会在隧道的施工缝处形成凹凸不平的情况，待整体施工完成后，再进行施工缝的处理，一般是通过将凸起的部分进行铲除，这就造成了较大的劳动量，非常影响施工进度和施工效率；而本发明是通过在施工缝处预留三角形的槽口，保证隧道洞壁相邻衬砌段的平整，具体的结构设计为：

在顶模和边模的一端面上设置有软搭接装置，软搭接装置包括搭接板和软橡胶条，搭接板焊接在顶模和边模的一端面上，软橡胶条覆设在搭接板的外表面上，并且软橡胶条的外表面与顶模、边模的外表面平齐；在顶模和边模的外表面的另一端部设置有堵头，顶模和两侧的边模组成台车模板，堵头的两端部与台车模板的两端部平齐，堵头是由水平板和倾斜板连接组成的v形结构，堵头上的水平板焊接在台车模板的外表面上，并且堵头的槽口水平朝右设置。

在施工时，台车模板的顶模和边模被升起和打开，台车模板上的堵头抵靠在洞壁上，然后进行浇注，第一次浇注完成后，由于堵头的设置，是的衬砌端部形成一直角三角形的槽口，然后收齐台车模板，台车前进后进行下一次的浇注，浇注前，台车模板被打开，软搭接装置随着台车模板的打开靠近衬砌的边缘，软搭接装置的软橡胶带贴在已衬砌的边缘，起到保护已衬砌的作用，然后将呈等边三角形的橡胶带放入直角三角形的槽口内，然后再进行浇注，而同时，堵头在另一端再次形成直角三角形的槽口，然后收起台车模板并取下呈等边三角形的橡胶带，相邻两个衬砌段的接缝处就形成了一个等边型三角形的槽口，然后进行下一次的衬砌浇注，重复以上的过程，从而完成隧道的整体衬砌，这样通过预留等变三角形的槽口有效解决了施工缝处的开裂、脱落等问题。

需要说明的是，顶模和边模是铰接连接，因此，软搭接以及堵头在随着边模被打开的过程中是需要断开的。