导向系统及基于导向系统的全液压三臂凿岩台车和施工定位方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种用于凿岩台车钻进施工的导向系统及基于导向系统的全液压三臂凿岩台车和施工定位方法。

背景技术：

在隧道施工领域里，传统的人工开挖方式，需要的人员多，劳动强度极高，安全风险极大。近来，随着行业施工标准的不断提高，钻爆法施工机械化发展迅速，从传统的人工手持风动凿岩机向机械化凿岩台车发展极快。凿岩台车的应用，能够大大减轻工人的数量和劳动强度，进一步提高隧道的钻进效率。目前有大量的传统液压凿岩台车仍然在使用。随着计算机的普及，为进一步提高液压凿岩台车钻进效率，一款能够应用于液压凿岩台车的导向系统和定位方式，改造传统的液压凿岩台车来适应新时期的信息化要求，就显得尤为重要。

技术实现要素：

为此，本发明提供一种用于凿岩台车钻进施工的导向系统及基于导向系统的全液压三臂凿岩台车和施工定位方法，设计科学、合理，通过全电脑控制凿岩台车钻进，能够更加快速的实现台车整体定位，钻进效率被进一步提高，有效保证凿岩台车钻进施工作业安全性和可靠性。

按照本发明所提供的设计方案，一种用于凿岩台车钻进施工的导向系统，包含用于采集凿岩台车工作状态的数据采集模块，用于接收数据采集模块数据并进行数据分析的数据处理模块，用于通过激光与隧道断面交点坐标得到台车在隧道内的深度以获取台车在隧道内的坐标数据的激光发射器，及与数据处理模块连接用于显示数据分析结果的车载电脑，其中，数据采集模块包含：用于测量凿岩台车钻臂工作数据和鹰式臂座摆动数据的角度传感器，用于测量凿岩台车整机倾斜角度的倾角仪，用于测量凿岩台车钻臂、推进梁及凿岩机行程数据的流量传感器，及用于测量凿岩机冲击、推进、回转和后退压力的压力传感器。

上述的，角度传感器数量为6个，依次设在凿岩台车钻臂上基本臂俯仰和摆动铰接处、短臂俯仰和摆动铰接处、翻转油缸处、及推进梁旋转关节处。

上述的，流量传感器数量为3个，依次设在钻臂伸缩油缸油管、推进梁伸缩油缸油管及凿岩机伸缩油缸油管。

上述的，压力传感器数量为4个，依次设在凿岩机控制冲击阀块、推进阀块、回转阀块及回退阀块上。

上述的，鹰式臂座连杆摆动铰接处也安装有与数据处理模块连接的角度传感器；倾角仪设在鹰式臂座底盘下方车架上。

一种全液压三臂凿岩台车，包含上述的导向系统。

上述的凿岩台车，导向系统包含依次与三个钻臂控制操作台连接的三台车载电脑。

一种全液压凿岩台车钻进施工定位方法，包含如下内容：将预先换算得到的位置坐标文件导入电脑，该预先得到的坐标文件包含激光在每隔一米与隧道断面交点的位置坐标数据文件，及开挖里程数据文件；然后，控制钻臂触碰断面，得到台车距离断面的位置，根据输入的开挖里程得到台车在隧道内的深度，获取对应的断面激光坐标；通过控制钻臂推进梁前后两个标靶依次对准激光，并利用上述的导向系统得到台车与隧道的位置关系，进行施工作业。

上述的施工定位方法，车载电脑配备布孔图软件及数据分析软件；布孔图软件根据断面形状设置孔位，车载电脑记录钻进过程中的数据，通过传输媒介传输到数据分析软件以对数据进行处理并对钻进过程中的地质情况进行分析预判。

本发明的有益效果：

本发明设计新颖、合理，通过导向系统使传统的液压台车具备电脑导向功能，同时能够兼顾液压台车的操作便利的特点；导向系统车载电脑可通过导入布孔图，省去断面画点的过程；同时，车载电脑显示屏显示钻头空间位置和角度，辅助操作手定位钻孔位置，记录凿岩台车钻进过程中的各项数据参数，便于对各项参数进行汇总分析，对钻进过程中的地质情况进行分析预判；能够更加快速的实现台车整体定位，钻进效率被进一步提高，具有较强的推广应用价值。

附图说明：

图1为实施例中凿岩台车整机示意图；

图2为实施例中可展开臂座结构示意图；

图3为实施例中钻臂结构示意图；

图4为实施例中封闭驾驶室结构示意图。

具体实施方式：

图中标号，标号1代表底盘，标号2代表可展开鹰式臂座，标号3代表钻臂，标号4代表服务平台臂，标号5代表封闭驾驶室，标号6代表电气液压部件，标号7代表数据处理模块，标号8代表数据采集模块，标号9代表倾角传感器；标号201代表连杆，标号202代表角度传感器，标号203代表流量传感器；标号301代表钻臂基本臂左右摆动销轴，标号302代表钻臂基本臂俯仰销轴，标号303代表钻臂基本臂，标号304代表钻臂短臂俯仰销轴，标号305代表钻臂短臂摆动销轴，标号306代表翻转油缸，标号307代表推进梁底座，标号308代表推进梁，标号309代表凿岩机，标号310代表推进梁后标靶，标号311代表推进梁前标靶，标号312代表角度传感器；标号501代报钻臂操作台，标号502代表车载显示器。

下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本发明的实施方式，但本发明的实施方式并不限于此。

针对现有凿岩台车施工效率问题，本发明实施例，提供一种用于凿岩台车钻进施工的导向系统，包含用于采集凿岩台车工作状态的数据采集模块，用于接收数据采集模块数据并进行数据分析的数据处理模块，用于通过激光与隧道断面交点坐标得到台车在隧道内的深度以获取台车在隧道内的坐标数据的激光发射器，及与数据处理模块连接用于显示数据分析结果的车载电脑，其中，数据采集模块包含：用于测量凿岩台车钻臂工作数据和鹰式臂座摆动数据的角度传感器，用于测量凿岩台车整机倾斜角度的倾角仪，用于测量凿岩台车钻臂、推进梁及凿岩机行程数据的流量传感器，及用于测量凿岩机冲击、推进、回转和后退压力的压力传感器。

为测量凿岩台车钻臂工作数据和鹰式臂座摆动数据，角度传感器数量可包含6个，依次设在凿岩台车钻臂上基本臂俯仰和摆动铰接处、短臂俯仰和摆动铰接处、翻转油缸处、及推进梁旋转关节处。

为测量凿岩台车钻臂、推进梁及凿岩机行程数据，流量传感器数量可包含3个，依次设在钻臂伸缩油缸油管、推进梁伸缩油缸油管及凿岩机伸缩油缸油管，根据油缸进油和排油流量测量钻臂、推进梁和凿岩机的伸缩行程。

为测量凿岩机冲击、推进、回转和后退压力数据，压力传感器数量可包含4个，依次设在凿岩机控制冲击阀块、推进阀块、回转阀块及回退阀块上。

为测量凿岩台车整机倾斜角度，鹰式臂座连杆摆动铰接处也安装有与数据处理模块连接的角度传感器；倾角仪设在鹰式臂座底盘下方车架上。

基于上述的导向系统，本发明实施例还提供一种全液压三臂凿岩台车，参见图1~4所示，包含可移动轮式行走底盘，可展开鹰式臂座，封闭驾驶室，可伸缩钻臂，服务平台臂和尾架；可移动轮式行走底盘尾部固定尾架，可展开鹰式臂座和封闭驾驶设在可移动轮式行走底盘上，三根可伸缩钻臂和服务平台臂固定在可展开鹰式臂座上，尾架上固定有泵站总成、电气控制总成、水管卷盘和电缆卷盘；封闭驾驶室内布置三个钻臂控制操作台、服务平台控制阀块、可展开臂座控制阀块和上述的导向系统。上述的凿岩台车，导向系统包含依次与三个钻臂控制操作台连接的三台车载电脑。可伸缩钻臂包含臂座、基本臂、下双三角油缸、伸缩臂、上双三角油缸、伸缩臂油缸、伸缩臂转接件、翻转油缸、推进梁底座转接件、外插角油缸、推进梁底座、推进梁、推进梁行程油缸、凿岩机及其行程油缸；上双三角油缸与下双三角油缸串联，翻转油缸控制推进梁±180°选装，外插角油缸控制推进梁摆动角度，推进梁油缸控制推进梁前后移动，凿岩机行程油缸控制凿岩机钻进作业；臂座中间固定主钻臂和服务平台臂，两侧固定左、右钻臂，左右臂座通过多级油缸运动。泵站总成为整机提供液压动力，并通过电缆卷盘连接电源，通过水管卷盘连接水源；泵站总成包含水泵和空压机，其中，水泵为凿岩机提供冲洗钻孔的高压水，空压机为润滑系统提供用于凿岩机油雾润滑的压缩空气。

基于上述的导向系统和凿岩台车，本发明实施例还提供一种全液压凿岩台车钻进施工定位方法，包含如下内容：将预先换算得到的位置坐标文件导入电脑，该预先得到的坐标文件包含激光在每隔一米与隧道断面交点的位置坐标数据文件，及开挖里程数据文件；然后，控制钻臂触碰断面，得到台车距离断面的位置，根据输入的开挖里程得到台车在隧道内的深度，获取对应的断面激光坐标；通过控制钻臂推进梁前后两个标靶依次对准激光，并利用上述的导向系统得到台车与隧道的位置关系，进行施工作业。全液压凿岩台车行驶到隧道开挖断面前，驾驶室内的操作人员控制前后支腿油缸升起，使底盘轮胎离开地面；驾驶室升高，通过数据采集模块获取台车整机与隧道中线的具体坐标关系，驾驶室内的上述的导向系统通过传输媒介接收坐标定位，确定钻进角度和钻进方向，并将其传输到车载电脑中；尾架电缆和水管卷盘释放，接通电源和水源；根据车载电脑显示坐标，控制钻臂依次对准屏幕布孔图孔位，进行钻进，同时水泵和空压机工作；其中，车载电脑同时显示各个传感器测得的参数，该参数包括但不限于推进行程、冲击压力、旋转压力、推进压力、钻进速度、旋转速度、缓冲压力、冲渣压力、冲渣流量。车载电脑配备布孔图软件及数据分析软件；布孔图软件根据断面形状设置孔位，车载电脑记录钻进过程中的数据，通过传输媒介传输到数据分析软件以对数据进行处理并对钻进过程中的地质情况进行分析预判。

数据处理模块与所有数据采集模块相连接，用于数据处理、电脑显示及数据分析计算，在显示屏上显示隧道断面布孔图，显示钻头空间位置及角度，显示钻头工作过程中的冲击、回转、推进数据及压力变化，显示钻孔深度。激光发射器能够发出直射激光，定位台车在隧道内位置。通过在凿岩台车安装实施例中所述的导向系统，手动输入开挖断面里程，台车钻臂通过接触断面确定台车位置，通过激光发射器一次对准一支钻臂的两个标靶，从而确定台车在隧道内的具体位置；钻臂的两个标靶在一支钻臂上，钻臂通过接触隧道断面确定台车与隧道断面之间距离。

在已知坐标位置点架设激光发射器，将激光发射器位置坐标导入到坐标换算表格生成出n个激光与间隔1米一个的分段断面的交点坐标，将交点坐标导入电脑导向系统；在台车电脑中输出当前开挖断面里程，控制钻臂接触断面，通过系统计算出台车里程位置；控制一根钻臂推进梁，依次使标靶对准激光线，从而计算确定出台车在隧道内的具体位置及角度。基于全液压三臂凿岩台车，在钻臂基本臂俯仰销轴、摆动销轴、短臂俯仰销轴、短臂摆动销轴、翻转油缸，推进梁底座处安装角度传感器。在可展开鹰式臂座连杆处，安装角度传感器。在钻臂基本臂伸缩油缸、推进梁伸缩油缸、凿岩机伸缩油缸处安装流量传感器。在凿岩机控制阀块处安装四个压力传感器，用于测量压力参数。在底盘车架上安装倾角传感器，在合适位置安装数据采集盒和数据处理盒，在驾驶室钻臂操控台对应位置安装车载显示器。在导向系统安装完成后，要对每一个传感器参数进行校准，及在零点位置要求传感器参数也零；之后在隧道内施工时，在已知点架设激光发射器；通过隧道内每间隔1米的隧道断面坐标转换表，将激光原点坐标导入转换表可以得到激光与每隔1米隧道断面的交点坐标；将台车停在隧道断面前合适位置，控制支腿使倾角仪数值为0；输入开挖里程，控制钻臂触碰断面即可；然后控制推进梁使前后标靶分别通过激光线，即可得到台车在隧道内的位置及角度；能够兼顾液压台车的操作便利的特点；导向系统车载电脑可通过导入布孔图，省去断面画点的过程；同时，车载电脑显示屏显示钻头空间位置和角度，辅助操作手定位钻孔位置，记录凿岩台车钻进过程中的各项数据参数，并对各项参数进行汇总分析，对钻进过程中的地质情况进行分析预判；能够更加快速的实现台车整体定位，钻进效率被进一步提高，具有较强的推广应用价值。

本发明不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或者类似的变化都应涵盖在本发明权利要求的范围内。