专利名称：全自动墙体护面混凝土喷射系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全自动墙体护面混凝土喷射系统，属于建筑工程施工自动控制领域。
背景技术：
喷射混凝土技术作为一项方便实用且有效的施工技术，在国内外得到了广泛的应用， 主要用于地下铁路、公路坡面、隧道的支护等方面，在墙体护面混凝土喷射中的使用较少。 目前的施工技术是由人工手持喷头作业，不但工作效率低，而且很难保证墙体护面混凝土 喷射均勻，影响墙体护面的使用和美观；另一方面喷射过程会产生大量掉落在地面的混凝 土，不但造成极大的浪费，而且处理起来也比较麻烦；此外，人工手持喷头作业对于喷射高 度较大的墙体也有一定困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术中的缺陷，提供一种全自动墙体 护面混凝土喷射系统，提高施工质量、施工效率、材料利用率以及施工能力。本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案 全自动墙体护面混凝土喷射系统，包括
用于实现混凝土在水平方向移动喷射的平移模块； 用于实现混凝土在竖直方向移动喷射的升降模块； 用于实现系统定位以及系统与喷射墙体距离测量的激光传感器检测模块； 用于对墙体进行混凝土喷射，同时对喷射后的墙体护面混凝土进行平滑处理的混凝土 喷射及处理模块；
用于对混凝土喷射及平滑处理过程中产生的混凝土回料进行收集和处理的混凝土回 料收集及处理模块；
用于提供键盘输入和液晶显示，实现系统工作模式和工作参数设置的人机界面； 用于接收并处理人机界面和激光传感器检测模块输出的信号，并控制升降模块、平移 模块、混凝土喷射及处理模块和混凝土回料收集及处理模块工作的信号分析处理模块； 用于为系统各部分提供电源的电源模块；
其中人机界面的输出端和激光传感器检测模块的输出端分别与信号分析处理模块的 输入端连接；信号分析处理模块的输出端分别与升降模块的输入端、平移模块的输入端、混 凝土喷射及处理模块的输入端以及混凝土回料收集及处理模块的输入端连接。进一步地，上述平移模块包括水平轨道、主移动架、移动支架和平移驱动电机；水 平轨道主要用于为系统提供一个可以水平移动的基础，主移动架和移动支架在水平轨道表 面运动，移动支架起到对主移动架的稳固作用，平移驱动电机用于提供主移动架和移动支 架水平移动的动力。进一步地，上述升降模块包括升降面板和升降驱动电机；升降驱动电机固定于升 降面板表面，用于为升降面板提供升降动力。进一步地，上述混凝土喷射及处理模块包括混凝土喷浆机、混凝土喷头、抹平板、磨光板和3个分别用来固定并调节混凝土喷头、抹平板和磨光板位置的可调伸缩杆；混凝 土喷浆机为系统提供可喷射的混凝土及喷射动力，混凝土喷头通过可调伸缩杆固定于升降 面板表面，混凝土喷浆机的输出口与混凝土喷头连接；抹平板通过可调伸缩杆固定于升降 面板表面，用于对喷射后的墙体护面混凝土进行平整；磨光板通过可调伸缩杆固定于升降 面板表面，用于对平整后的混凝土墙体护面进行平滑处理。进一步地，上述混凝土喷浆机由进料口、空气压缩室、控制器和输出口组成；进料 口用于输入混凝土，空气压缩室用于产生高压空气为混凝土喷射提供动力，输出口用于输 出混凝土，控制器通过控制空气压缩室的工作调节混凝土的喷射力度和效率。进一步地，上述混凝土回料收集及处理模块用于对回料的收集和传输，包括边框、 网布、底桶和传输管道；边框通过可调伸缩杆固定于升降面板表面，网布连接于边框下部， 底桶安装在网布底部；传输管道一端与底桶连接，另一端与混凝土喷浆机的空气压缩室连 接，通过空气压缩室产生的负压将收集到的回料输送到喷浆机的输出口。进一步地，上述激光传感器检测模块由两个分别固定于升降面板两侧边沿的激光 传感器组成；在对具有凹凸性的墙体喷射混凝土过程中，通过激光传感器及时采集系统与 墙体的距离信号并传输给信号分析处理模块，信号分析处理模块分析处理后控制可调伸缩 杆以保证混凝土喷头、抹平机、磨光机和边框与墙体的距离为固定值。进一步地，上述人机界面包括键盘控制模块和液晶显示模块；键盘控制模块用于 对模式的选择及参数的输入；液晶显示模块用于显示键盘控制模块的工作模式和系统的状 态。进一步地，上述信号分析处理模块主要由单片机和相应控制电路组成；信号分析 处理模块用于接收人机界面和激光传感器检测模块输入的信号，通过分析处理后，实现对 升降模块、平移模块、混凝土喷射及处理模块和混凝土回料收集及处理模块的控制。进一步地，上述电源模块用于为系统各部分提供电源。本发明采用以上技术方案具有以下技术效果
1、本发明自动化操作工作效率高，避免人工手持喷头作业的危险，同时保证墙体护面 混凝土喷射均勻。2、本发明通过对距离信号的实时采集与相应处理，使系统适用于各种具有凹凸特 性墙体的混凝土喷射。3、本发明通过对模式和参数的设置，使系统适用于各种要求的喷射情况。4、本发明对墙体护面的平整与平滑处理以及混凝土回料的收集使用，减少后期施 工与维护工作量并提高混凝土的利用率。
图1本发明的系统框架图。图2本发明的部分结构示意图。图3本发明的混凝土回料收集及处理模块相关结构框架图。图4本发明的混凝土回料收集及处理模块结构示意图。图2中的标号解释1、信号分析处理模块，2-1、键盘控制模块，2-2、液晶显示模 块，3-1、升降面板，3-2、升降驱动电机，4-1、水平轨道，4-2、主移动架，4-3、移动支架，4-4、 平移驱动电机，5-1、混凝土喷浆机，5-1-1、进料口，5-1-2、空气压缩室，5-1-3、控制器，
55-1-4、输出口，5-2、可调伸缩杆，5-3、混凝土喷头，5-4、抹平板，5-5、磨光板，6-4、传输管 道，7-1、激光传感器。图4中的标号解释6_1、边框，6-2、网布，6-3、底桶，6-4、传输管道。具体实施方案
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述 如图1所示，本发明全自动墙体护面混凝土喷射系统，其特征在于 一个用于实现混凝土在水平方向移动喷射的平移模块4 ；一个用于实现混凝土在竖直 方向移动的升降模块3 ；—个用于实现系统定位以及系统与喷射墙体距离测量的激光传感 器检测模块7 ；—个用于对墙体进行混凝土喷射，同时对喷射后的墙体护面混凝土进行平 滑处理的混凝土喷射及处理模块5 ；—个用于对混凝土喷射及平滑处理过程中产生的混凝 土回料进行收集和处理的混凝土回料收集及处理模块6 ；—个用于提供键盘输入和液晶显 示，实现系统工作模式和工作参数设置的人机界面2 ；—个用于为系统各部分提供电源的 电源模块8 ；—个用于接收并处理人机界面2和激光传感器检测模块7输出的信号，并控制 升降模块3、平移模块4、混凝土喷射及处理模块5和混凝土回料收集及处理模块6工作的 信号分析处理模块1。如图2所示，平移模块4包括水平轨道4-1、主移动架4-2、移动支架4_3和水平驱 动电机4-4 ；水平轨道4-1固定于地面；主移动架4-2通过滚轮卡接在工字型的水平轨道 4-1上；移动支架4-3 —端固定于主移动架4-2的中间部位，另一端卡接在凹形槽水平轨道
4-1内部；主移动架4-2、移动支架4-3以及地面构成具有稳定性的三角结构，既能够抗拉也 能够抗压，保证了主移动架4-2的竖直方向上的稳定性；主移动架4-2和移动支架4-3在水 平驱动电机4-4的作用下可沿水平轨道4-1平移运动。升降模块3主要包括升降面板3-1和升降驱动电机3-2 ；升降驱动电机3_2固定 于升降面板3-1表面；升降面板3-1固定于主移动架4-2上，在升降驱动电机3-2的作用下 可沿主移动架4-2升降运动。平移模块4与升降模块3的共同作用可以实现混凝土在整个墙体护面的自动喷射。混凝土喷射及处理模块5包括混凝土喷浆机5-1、可调伸缩杆5-2、混凝土喷头
5-3、抹平板5-4和磨光板5-5；混凝土喷浆机5-1主要为系统提供可喷射的混凝土及喷射 动力；混凝土喷头5-3通过可调伸缩杆5-2固定于升降面板3-1表面；混凝土喷浆机5-1 的输出口 5-1-4与混凝土喷头5-3连接；抹平板5-4通过可调伸缩杆5-2固定于升降面板 3-1表面，用于对已喷射的墙体护面混凝土进行平整；磨光板5-5通过可调伸杆5-2固定于 升降面板3-1表面，用于对已喷射的墙体护面混凝土进行平滑处理；可调伸缩杆5-2在信号 分析处理模块1的控制下进行相应的伸缩运动，保证混凝土喷头5-3、抹平板5-4和磨光板 5-5与墙体的距离。混凝土喷浆机5-1主要由进料口 5-1-1、空气压缩室5-1-2、控制器5_1_3和输出 口 5-1-4组成；进料口 5-1-1用于输入混凝土 ；空气压缩室5-1-2用于产生高压空气为混凝 土喷射提供动力；输出口 5-1-4用于输出混凝土 ；控制器5-1-3通过控制空气压缩室的工 作调节混凝土的喷射力度和效率。激光传感器检测模块7主要由两个激光传感器7-1组成；激光传感器7-1固定于升降面板3-1两侧边沿，在对具有凹凸性的墙体混凝土喷射过程中，通过激光传感器7-1及 时采集系统与墙体的距离信号并传输给信号分析处理模块1，信号分析处理模块1分析处 理后控制可调伸缩杆5-2以保证混凝土喷头5-3、抹平机5-4、磨光机5-5和边框6_1与墙 体的距离为固定值。信号分析处理模块1主要由单片机和相应控制电路组成，信号分析处理模块1主 要用于接收人机界面2和激光传感器检测模块7输入的信号，通过分析处理后实现对升降 模块4、平移模块3、混凝土喷射及处理模块5和混凝土回料收集及处理模块6的控制。人机界面2包括键盘控制模块2-1和液晶显示模块2-2，键盘控制模块2_1主要用 于对模式的选择及参数的输入；液晶显示模块2-2主要用于显示键盘控制模块2-1的工作 模式和系统的状态。如图3和图4所示，混凝土回料收集及处理模块6主要用于对回料的收集及传输， 包括边框6-1、网布6-2、底桶6-3和传输管道6-4 ；边框6_1通过可调伸缩杆5_2固定于升 降面板3-1表面；网布6-2连接于边框6-1下部；底桶6-3安装在网布6_2底部；传输管道 6-4 一端与底桶6-3连接，另一端与混凝土喷浆机5-1的空气压缩室5-1-2连接，通过空气 压缩室5-1-2产生的负压将收集到的回料输送到喷浆机5-1的输出口 5-1-4，其中传输管道 6-4的输入端与信号分析处理模块1的输出端连接。本实施例以系统的部分参数设定后的工作状况为具体说明如下
工程中需要喷射一段长度为a=50m，高度为b=10m，厚度为c=0. 05m的混凝土墙体护面， 现已知混凝土喷头5-3采用方形辐射状喷头，其在墙体喷射的边长dl与喷头距离墙体的距 离Ll的关系为dl=0. ILl0系统安装后，通过人机界面2设定长度为a=50m，高度为b=10m，厚度为c=0. 05m, 混凝土喷头5-3距离墙体的距离为L1=Zm,混凝土喷浆机5-1的喷射效率为q=0. 001m3/S。则系统自动运算出竖直方向的移动步进Q1为
Q1=Cl1=O. IL1=0.1x2 =0. 2mO初始上升高度为 h^-q^lO-O. 2=9. 8m。水平运动速度为
ν= qi{d^c) = 0.001/(0:2x0 05) =lm/s。通过人机界面2进入初始化界面后，升降轨道首先升高9. 8m，然后通过通过激光 传感器检测模块7进行起始点的水平校对，水平校对完成后，调整混凝土喷头5-3距离墙体 的距离为2m，抹平板5-4，磨光板5-5以及混凝土回料收集及处理模块6的部分结构运动到 合适位置。通过人机界面2进入工作状态后，混凝土喷射系统开始喷射混凝土，水平方向不 断的通过激光传感器7-1采集系统与墙体的距离信号，通过信号分析处理模块1分析处理 后调整混凝土喷头5-3、抹平机5-4、磨光机5-5和边框6-1与墙体的距离为固定值，同时以 lm/s勻速运动50m，然后后竖直下降0. 2m开始新一轮的水平喷射。显然，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明的技术 基础上，对个别部件进行的改进和等同变化，不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
全自动墙体护面混凝土喷射系统，其特征在于，包括用于实现混凝土在水平方向移动喷射的平移模块；用于实现混凝土在竖直方向移动喷射的升降模块；用于实现系统定位以及系统与喷射墙体距离测量的激光传感器检测模块；用于对墙体进行混凝土喷射，同时对喷射后的墙体护面混凝土进行平滑处理的混凝土喷射及处理模块；用于对混凝土喷射及平滑处理过程中产生的混凝土回料进行收集和处理的混凝土回料收集及处理模块；用于提供键盘输入和液晶显示，实现系统工作模式和工作参数设置的人机界面；用于接收并处理人机界面和激光传感器检测模块输出的信号，并控制升降模块、平移模块、混凝土喷射及处理模块和混凝土回料收集及处理模块工作的信号分析处理模块；用于为系统各部分提供电源的电源模块；其中人机界面的输出端和激光传感器检测模块的输出端分别与信号分析处理模块的输入端连接；信号分析处理模块的输出端分别与升降模块的输入端、平移模块的输入端、混凝土喷射及处理模块的输入端以及混凝土回料收集及处理模块的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的全自动墙体护面混凝土喷射系统，其特征在于所述的平移 模块包括水平轨道、主移动架、移动支架和平移驱动电机；水平轨道用于为系统提供一个可 以水平移动的基础，主移动架和移动支架在水平轨道表面运动，移动支架起到对主移动架 的稳固作用，平移驱动电机用于提供主移动架和移动支架水平移动的动力。
3.根据权利要求1所述的全自动墙体护面混凝土喷射系统，其特征在于所述的升降 模块包括升降面板和升降驱动电机；升降驱动电机固定于升降面板表面，用于为升降面板 提供升降动力。
4.根据权利要求1或3所述的全自动墙体护面混凝土喷射系统，其特征在于所述的 混凝土喷射及处理模块包括混凝土喷浆机、混凝土喷头、抹平板、磨光板和3个分别用来固 定并调节混凝土喷头、抹平板和磨光板位置的可调伸缩杆；混凝土喷浆机为系统提供可喷 射的混凝土及喷射动力，混凝土喷头通过可调伸缩杆固定于升降面板表面，混凝土喷浆机 的输出口与混凝土喷头连接；抹平板通过可调伸缩杆固定于升降面板表面，用于对喷射后 的墙体护面混凝土进行平整；磨光板通过可调伸缩杆固定于升降面板表面，用于对平整后 的混凝土墙体护面进行平滑处理。
5.根据权利要求4所述的全自动墙体护面混凝土喷射系统，其特征在于所述的混凝 土喷浆机由进料口、空气压缩室、控制器和输出口组成；进料口用于输入混凝土，空气压缩 室用于产生高压空气为混凝土喷射提供动力，输出口用于输出混凝土，控制器通过控制空 气压缩室的工作调节混凝土的喷射力度和效率。
6.根据权利要求1、3或4所述的全自动墙体护面混凝土喷射系统，其特征在于所述 的混凝土回料收集及处理模块用于对回料的收集和传输，包括边框、网布、底桶和传输管 道；边框通过可调伸缩杆固定于升降面板表面，网布连接于边框下部，底桶安装在网布底 部；传输管道一端与底桶连接，另一端与混凝土喷浆机的空气压缩室连接，通过空气压缩室 产生的负压将收集到的回料输送到喷浆机的输出口。
7.根据权利要求1、3或4所述的全自动墙体护面混凝土喷射系统，其特征在于所述的激光传感器检测模块由两个分别固定于升降面板两侧边沿的激光传感器组成；在对具有 凹凸性的墙体喷射混凝土过程中，通过激光传感器及时采集系统与墙体的距离信号并传输 给信号分析处理模块，信号分析处理模块分析处理后控制可调伸缩杆以保证混凝土喷头、 抹平机、磨光机和边框与墙体的距离为固定值。
8.根据权利要求1所述的全自动墙体护面混凝土喷射系统，其特征在于所述的人机 界面包括键盘控制模块和液晶显示模块；键盘控制模块用于对模式的选择及参数的输入； 液晶显示模块用于显示键盘控制模块的工作模式和系统的状态。
9.根据权利要求1所述的全自动墙体护面混凝土喷射系统，其特征在于所述的信号 分析处理模块由单片机和相应控制电路组成；信号分析处理模块用于接收人机界面和激光 传感器检测模块输入的信号，通过分析处理后，实现对升降模块、平移模块、混凝土喷射及 处理模块和混凝土回料收集及处理模块的控制。
10.根据权利要求1所述的全自动墙体护面混凝土喷射系统，其特征在于所述的电源 模块用于为系统各部分提供电源。
全文摘要
本发明公开了一种全自动墙体护面混凝土喷射系统，属于建筑工程施工自动控制领域。本系统包括信号分析处理模块、人机界面、激光传感器检测模块、平移模块、升降模块、混凝土喷射及处理模块、混凝土回料收集及处理模块和电源模块。本发明能够实现墙体护面的混凝土全自动喷射及平滑处理，能够实现回料的自动收集与传送，同时具有友好的人机界面，可以对系统的工作模式及参数进行选择和设定。因而，本发明不仅可以提高喷射混凝土的施工效率和混凝土利用率，而且自动化程度高，操作简单方便，广泛适用于各种墙体护面的混凝土喷射施工。
文档编号E04F21/08GK101974971SQ20101052644
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者何良德, 廖迎娣, 杨正, 陈达 申请人:河海大学;南京河海科技有限公司