一种伸缩式挂布台车及挂布控制方法与流程

1.本发明涉及隧道工程设备领域，尤其是涉及一种伸缩式挂布台车，还涉及一种应用于该挂布台车的挂布控制方法。


背景技术：

2.在开挖隧道时，为了防止隧道漏水、延长隧道的使用寿命，需要在隧道的内壁上铺设防水布。在挂布作业时，需要使用钉枪将防水布钉在隧道的内壁上，并对防水布之间的接缝进行打胶。
3.目前，施工人员需要借助挂布台车才能进行挂布作业。申请号为cn109356624a、cn110966024a的专利公开了现有挂布台车的结构，现有挂布台车存在以下问题：1、现有挂布台车具有与隧道拱面相近的拱形门架，拱形门架体积巨大，道路的通过性差，致使现有挂布台车转场困难；2、由于各需要施工的隧道拱面并不一定相同，现有挂布台车的拱形门架不能适用于所有的隧道拱面，致使现有挂布台车的通用性不强，提高了施工设备的制造成本；3、现有挂布作业大多是通过人工进行铺布、打钉和涂胶作业，机械化程度低，不仅施工效率低，而且提高了人工成本。


技术实现要素：

4.为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种折叠式挂布台车，采用如下技术方案：一种伸缩式挂布台车，包括用来在隧道内行走的底盘，基座铰接有伸缩臂，伸缩臂连接有挂布架；伸缩臂能够在控制系统的驱动下转动和伸缩，使挂布架沿隧道拱面的周向移动；挂布架用于挂布，包括用于安装防水布卷的卷轴、用于将防水布压在隧道内壁上的压辊、涂胶器或爬焊机、以及能够移动的射钉枪，射钉枪用于将防水布钉在隧道的内壁上。
5.进一步地改进技术方案，隧道内设有轨道，底盘设有由行走电机驱动的行走轮，行走轮沿轨道行走；底盘还设有与伸缩臂连接的转臂电机，转臂电机在控制系统的控制下驱动伸缩臂转动；伸缩臂为两节伸缩臂或三节伸缩臂，伸缩臂内设有油缸，油缸在控制系统的控制下驱动伸缩臂伸缩。
6.进一步地改进技术方案，压辊的轴部设有力传感器，力传感器用于获取压辊对隧道内壁的压力。
7.进一步地改进技术方案，挂布架设有距离传感器，距离传感器用于获取射压辊到隧道内壁的距离。
8.进一步地改进技术方案，挂布架与伸缩臂刚性连接，所述转臂电机为伺服电机，所述油缸为伺服油缸。
9.进一步地改进技术方案，挂布架与伸缩臂铰接，在挂布架与伸缩臂之间铰接有电动伸缩杆，电动伸缩杆的伸缩由控制系统控制。
10.进一步地改进技术方案，所述挂布架设有横向设置的直线运动副，直线运动副由电机驱动；所述射钉枪连接在直线运动副上，横向移动。
11.进一步地改进技术方案，直线运动副由滑块滑轨配合副和丝杠螺母配合副构成，射钉枪连接在滑块滑轨配合副中的滑块上，丝杠螺母配合副中的丝杠由电机驱动，丝杠螺母配合副中的螺母与滑块连接。
12.进一步地改进技术方案，所述丝杠螺母配合副为往复丝杠螺母配合副。
13.一种挂布控制方法，包括以下步骤：s1：以伸缩臂的转动轴为极点，以伸缩臂和挂布架的总长度为极轴，建立隧道拱面曲线的极坐标方程；s2：根据极坐标方程，通过控制系统控制伺服电机的转动角度和伺服油缸的伸缩长度，使挂布架按极坐标方程所确定的曲线移动；与此同时，压辊将防水布压在隧道的内壁上；射钉枪横向移动，将防水布钉在隧道的内壁上；涂胶器对防水布的边部进行涂胶；当隧道拱面存在凹坑时，距离传感器感知压辊到隧道内壁的距离大于设定距离，控制系统控制伺服油缸使伸缩臂相应伸长，使压辊的辊面与隧道内壁保持接触；当隧道拱面存在凸起时，力传感器感知压辊对隧道内壁的压力高于设定压力，控制系统控制伺服油缸使伸缩臂相应回缩，使压辊对隧道内壁的压力保持恒定。
14.由于采用上述技术方案，相比背景技术，本发明具有如下有益效果：1、本发明的挂布台车能够大幅减小挂布台车转臂的悬出长度，提高了通过性，大幅降低了挂布台车的转场难度。
15.2、本发明的挂布台车适应于不同隧道拱面的挂布作业，通用性强，降低了施工设备的制造成本。
16.3、本发明的挂布台车实现了自动铺布、打钉和涂胶，机械化程度高、效率高，降低了人工成本。
17.4、本发明的挂布控制方法通过建立隧道拱面曲线的极坐标方程来控制伺服电机的转动角度和伺服油缸的伸缩长度，使挂布架按极坐标方程所确定的曲线移动；该控制方法具有适应性强，施工效率高的优点。
附图说明
18.图1为本发明在隧道内工作时的示意图。
19.图2为本发明的结构示意图。
20.图3为挂布架的结构示意图。
21.图4-5为本发明在挂布作业时的示意图。
22.图6为挂布架与伸缩臂铰接的结构示意图。
23.图中：1、轨道；2、底盘；3、伸缩臂；4、挂布架；41、架体；42、卷轴；43、压辊；44、直线运动副；45、射钉枪；46、涂胶器；5、防水布卷；6、电动伸缩杆。
具体实施方式
24.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。需要说明
的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.实施例1：一种伸缩式挂布台车，如图1所示，一种折叠式挂布台车，如图1所示，包括用来在隧道内行走的底盘2。通常在隧道内都铺设有轨道1，因此底盘2设有由行走电机驱动的行走轮，行走轮能够沿轨道1行走，借助轨道1移动。这样在铺完一节防水布后，底盘2移动一段距离，再对下一段的隧道拱面进行挂布作业。基座铰接有伸缩臂3，伸缩臂3连接有挂布架4。具体的，底盘2内设有转臂电机，转臂电机经过减速机减速后，在控制系统的控制下能够使伸缩臂3在隧道拱面的横截面内转动。
26.如图2所示，在本实施例中，伸缩臂3为三节伸缩臂，在三节伸缩臂内设有两个油缸，两个油缸在控制系统的控制下能够实现三节伸缩臂的伸缩。其中的一个油缸连接在第一节伸缩臂与第二节伸缩臂之间，用于实现第二节伸缩臂的伸缩；另一个油缸连接在第二节伸缩臂与第三节伸缩臂之间，用于实现第三节伸缩臂的伸缩。隧道拱面的半径很大，三节伸缩臂完全回缩后，其长度仅为隧道拱面半径的三分之一左右。显然，这样能够大幅减小挂布台车转臂的悬出长度，提高通过性，降低挂布台车的转场难度。当三节伸缩臂伸长时，能够使挂布架4靠近隧道的拱面，此时转臂电机驱动伸缩臂3转动，能够使挂布架4沿隧道拱面的周向移动。
27.在第三节伸缩臂的末端刚性连接有挂布架4，挂布架4用于挂布。如图3所示，挂布架4包括框型的架体41，在架体41上设有卷轴42、压辊43、涂胶器46和能够移动的射钉枪45。具体的，涂胶器46固定在架体41的一侧，用于对防水布的侧边进行涂胶。在挂布时，涂胶器46将两块防水布的侧边交错粘接在一起，能够起到密封的作用。值得注意的是，可以用爬焊机替代涂胶器46，爬焊机不需涂胶，爬焊机具有能够加热的滚轮，滚轮在移动能够将交错的两块防水布热熔在一起，同样起到密封的作用。
28.卷轴42能够从架体41上抽出，用于穿入防水布卷5。压辊43与卷轴42平行设置，压辊43能够在架体41上自由转动，在挂布时，防水布卷5放出的防水布包覆在压辊43上，压辊43用于将防水布压在隧道的内壁上。在架体41上设有横向设置的直线运动副44，直线运动副44由丝杠螺母配合副和滑块滑轨配合副构成，其中，丝杠螺母配合副中的丝杠由电机驱动，射钉枪45连接在滑块上，电机工作时，射钉枪45能够沿滑轨横向往复移动，在往复移动过程中对防水布进行间隔射钉，将防水布钉在隧道的内壁上。
29.射钉枪45需要往复横向移动，这需要电机反复地正反转，这增加了控制系统的复杂程度。为此，丝杠螺母配合副可以替代为往复丝杠螺母配合副。往复丝杠具有两条螺距相同、旋向相反的螺纹，两端用过度曲线连接。往复丝杠的螺母具有月牙板，当螺母移动到丝杠的端部时，月牙板偏转，螺母反向移动。这样，电机就不需要换向，螺母就能实现往复移
动。
30.工作时，如图4-5所示，通过油缸调整三节伸缩臂的伸出长度，使压辊43将防水布压在隧道的内壁上；然后通过转臂电机使三节伸缩臂转动，使压辊43沿隧道拱面的周向移动。与此同时，射钉枪45横向移动，将防水布钉在隧道的内壁上，涂胶器46对防水布的边部进行涂胶。随后，底盘2向前移动一个防水布的宽度，重复上述作业。
31.现有的挂布作业是间歇性的，每铺设一段防水布，打一排射钉，涂一段胶。而本挂布台车的挂布作业是连续的，铺布、打钉和涂胶都是同时进行的，显然，本挂布台车的挂布效率是远高于人工作业的。由于射钉枪45是在往复移动过程中射钉的，同时挂布架4沿隧道拱面的周向移动，因此，射钉枪45射在隧道拱面的射钉大致呈连续的折线形。
32.本实施例的不足在于，隧道的拱面必须是圆弧形拱面，伸缩臂3的转轴轴线必须位于圆弧形拱面的中心线上。不然，压辊43要么不能将防水布压在隧道的内壁上，要么压辊43被隧道内壁阻挡，造成伸缩臂3不能转动。为此，继续改进技术方案：在挂布架4的架体41上设有距离传感器，距离传感器用于获取射压辊43到隧道内壁的距离，当压辊43到隧道内壁的距离大于设定的距离时，控制系统控制油缸使伸缩臂3相应伸长，使压辊43的辊面与隧道内壁保持接触。在压辊43的轴部设有力传感器，力传感器用于获取压辊43对隧道内壁的压力，当压辊43被隧道内壁阻挡，压力提高时，控制系统根据力传感器获取的压力信息控制电动伸缩杆6对应回缩，使压辊43对隧道内壁的压力保持恒定。这样的反馈控制能够在一定范围内保证挂布作业的顺利进行。
33.实施例2：实施例1中的技术方案适用于具有圆弧形拱面或接近圆弧形拱面的隧道，而很多隧道的拱面是由多个不同曲率的拱面组合而成的，有圆弧拱面、也有椭圆弧拱面和抛物线拱面。对于半径变化较大的拱面，增加了实施例1中控制系统的反馈控制循环，会造成施工效率的降低。
34.每个隧道的拱面都具有规则的拱面曲线，而且该拱面曲线都能够以极坐标方程的形式表示出来。因此在本实施例中，与实施例1不同的是：所述转臂电机为伺服电机，伺服电机能够在控制系统的控制下使三节伸缩臂的定角度旋转。三节伸缩臂内的两个油缸为伺服油缸，伺服油缸在控制系统的控制下驱动三节伸缩臂定长度伸缩。
35.一种应用于本挂布台车的挂布控制方法，包括以下步骤：s1：如图4所示，以伸缩臂3的转动轴为极点，以伸缩臂3和挂布架4的总长度为极轴，建立隧道拱面曲线的极坐标方程，该极坐标方程可以由多段连续的曲线极坐标方程组合而成。
36.s2：如图5所示，根据极坐标方程，通过控制系统控制转臂电机的转动角度和伺服油缸的伸缩长度，使挂布架4按极坐标方程所确定的曲线移动。与此同时，压辊43将防水布压在隧道的内壁上；射钉枪45横向移动，将防水布钉在隧道的内壁上；涂胶器46对防水布的边部进行涂胶。当隧道拱面存在过挖的凹坑时，距离传感器感知压辊43到隧道内壁的距离大于设定距离，说明压辊43与隧道内壁没有接触，此时控制系统控制伺服油缸使伸缩臂3相应伸长，使压辊43的辊面与隧道内壁保持接触。当隧道拱面存在欠挖的凸起时，力传感器感知压辊43对隧道内壁的压力高于设定压力，控制系统控制伺服油缸使伸缩臂3相应回缩，使压辊43对隧道内壁的压力保持恒定。
37.由上述可知，无论隧道拱面具有何种形状和大小的拱面，挂布架4总能沿拱面的周向移动。相比实施例1，本实施例中的挂布台车具有很好的适应性，而且大幅降低了控制系统的反馈控制循环，提高了施工效率。
38.实施例3：与实施例2不同的是，在本实施例中，转臂电机为普通的电机，三节伸缩臂内的两个油缸也为普通的油缸。由于没有伺服系统，这种调整能够降低电机、油缸以及控制系统的采购成本。此外，如图6所示，挂布架4与伸缩臂3铰接，在挂布架4与伸缩臂3之间铰接有电动伸缩杆6，电动伸缩杆6的伸缩由控制系统控制。挂布架4与伸缩臂3铰接，为挂布架4增加了一个转动自由度，那么压辊43与隧道内壁之间的距离、以及压辊43对隧道内壁的压力，都可以通过电动伸缩杆6进行调整。
39.具体的，当隧道拱面存在凹坑时，距离传感器感知压辊43到隧道内壁的距离大于设定距离，说明压辊43与隧道内壁没有接触，此时控制系统控制电动伸缩杆6相应伸长，使压辊43的辊面与隧道内壁保持接触；当隧道拱面存在凸起时，力传感器感知压辊43对隧道内壁的压力高于设定压力，控制系统控制电动伸缩杆6相应回缩，使压辊43对隧道内壁的压力保持恒定。
40.由上述可知，伸缩臂3的作用是在大尺寸上控制压辊43到隧道内壁的距离，而电动伸缩杆6的作用是在小尺寸上使压辊43压在隧道的内壁上，并使压力恒定。显然，相比实施例2，本实施例的成本低，并大幅降低了控制系统的控制难度。
41.未详述部分为现有技术。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。