一种隧道衬砌台车的全自动液压走行系统

摘要

本发明提供一种隧道衬砌台车的全自动液压走行系统，所述走行系统包括在走行方向上位于前后的第一顶推装置和第二顶推装置、位于前后的第一顶升装置和第二顶升装置、设置在地面的两条平行轨道以及控制系统，所述顶推装置中包括顶推机构，所述顶推机构包括与轨道接触的用于导向和支撑的导向轮，机架，用于所述顶推机构行走和换向的逆止弹簧、换向装置、限位轴、扳手、铰接轴，以及用于防止所述顶推机构脱轨的滑槽、滑块、压紧螺栓。本发明提供的全自动液压走行系统可杜绝顶推机构脱钩的现象，且无需调换顶推机构的首尾便可轻松改变行走方向，且能调节台车重心位置因而台车能连续平稳地步进。

权利要求

1.一种隧道衬砌台车的全自动液压走行系统，所述走行系统包括在走行方向上位于前后的第一顶推装置和第二顶推装置、位于前后的第一顶升装置和第二顶升装置、设置在地面的两条平行轨道(5)以及控制系统(6)，所述第一顶推装置和第二顶推装置均包括位于两平行轨道上的两个平行的顶推单件，所述第一顶升装置和第二顶升装置均包括位于两平行轨道上的两个平行的顶升单件；所述控制系统中包含用于控制同一顶推装置中两个顶推单件同步顶伸和同步收缩的控制模块；

且所述顶推单件包括与轨道接触的顶推机构(1)、与隧道衬砌台车接触的油缸座(4)、以及连接在所述顶推机构(1)和油缸座(4)之间的顶推油缸(2)和传感器及电控开关(3)；所述顶升单件包括与隧道衬砌台车接触的顶升油缸(8)；

所述顶推机构(1)包括与轨道接触的用于导向和支撑的导向轮(11)，机架(15)，用于所述顶推机构(1)行走和换向的逆止弹簧(12)、换向装置(13)、限位轴(14)、扳手(16)、铰接轴(17)，以及用于防止所述顶推机构(1)脱轨的滑槽(18)、滑块(19)、压紧螺栓(20)；

所述轨道(5)包括位于底端的横置H型钢(53)、位于横置H型钢(53)上表面中间的中心轨(51)和位于横置H型钢(53)上表面两侧的矩形锯齿轨(52)，所述导向轮(11)在所述中心轨(51)上滚动，所述换向装置(13)与矩形锯齿轨(52)上的矩形锯齿接触；所述滑块(19)和压紧螺栓(20)设置在所述矩形锯齿轨(52)下方以防止所述顶推机构(1)脱轨。

2.根据权利要求1所述的走行系统，其特征在于，所述传感器及电控开关(3)包括用于检测液压系统压力的压力传感器、用于检测各油缸伸缩量的位移传感器、用于检测顶推机构换向装置(13)位置的接近开关、和用于保护顶推油缸极限行程的行程开关。

3.根据权利要求1所述的走行系统，其特征在于，所述顶推油缸平行于轨道设置，所述顶升油缸垂直于轨道设置。

4.根据权利要求1所述的走行系统，其特征在于，所述走行系统中还包括报警器。

5.根据权利要求1所述的走行系统，其特征在于，所述顶升单件还包括与轨道接触的走行机构(10)、以及位于走行机构(10)和顶升油缸(8)之间的支撑导向机构(9)。

说明书

一种隧道衬砌台车的全自动液压走行系统

技术领域

[0001] 本发明涉及液压走行装置技术领域，具体涉及一种用于隧道衬砌台车的全自动控制的液压走行系统。

背景技术

[0002] 大坡度隧道衬砌台车主要用于水利水电隧道的施工。目前在一些水利水电隧道施工中的衬砌台车，其走行机构主要采用手动控制爬靴式走行机构，如专利CN202866827U中的走行机构，其走行原理可简述为：配合简单的传感器手动控制两组行走机构在顶推油缸的作用下交替工作，推动台车向前行走。如图1所示，主要结构包括01爬靴、02轨道、03液压缸、04传感器、05顶推支座。如图2所示，其中爬靴011为倒置U型结构，扣在轨道之上；轨道由021挡块、022H型钢等组成，若干挡块等间距焊接在H型钢上表面。

[0003] 但现有的手动控制爬靴式走行机构存在如下所述的明显不足：

[0004] 1、采用手动控制，使用不便捷，且难以实现同步控制；没有预警功能。

[0005] 2、其安全性不高，U型结构爬靴容易脱钩；且主要受力部位挡块的牢固性取决于焊接的质量，存在安全隐患。

[0006] 3、不能实现双向行走，使用不方便，功能受到限制。

[0007] 4、不能实现连续走行，一次走行结束后需重新启动油缸。

[0008] 5、不能根据使用工况调整台车重心，走行不平稳。

[0009] 因此，本领域需要提供一种新的用于隧道衬砌台车的全自动控制的液压走行系统，以解决上述至少部分技术问题。

发明内容

[0010] 因此，本发明提供一种隧道衬砌台车的全自动液压走行系统，所述走行系统包括在走行方向上位于前后的第一顶推装置和第二顶推装置、位于前后的第一顶升装置和第二顶升装置、设置在地面的两条平行轨道以及控制系统，所述第一顶推装置和第二顶推装置均包括位于两平行轨道上的两个平行的顶推单件，所述第一顶升装置和第二顶升装置均包括位于两平行轨道上的两个平行的顶升单件；所述控制系统中包含用于控制同一顶推装置中两个顶推单件同步顶伸和同步收缩的控制模块；且所述顶推单件包括与轨道接触的顶推机 构、与隧道衬砌台车接触的油缸座、以及连接在所述顶推机构和油缸座之间的顶推油缸和传感器及电控开关；所述顶升单件包括与隧道衬砌台车接触的顶升油缸；所述顶推机构包括与轨道接触的用于导向和支撑的导向轮，机架，用于所述顶推机构行走和换向的逆止弹簧、换向装置、限位轴、扳手、铰接轴，以及用于防止所述顶推机构脱轨的滑槽、滑块、压紧螺栓。

[0011] 在一种具体的实施方式中，所述传感器及电控开关包括用于检测液压系统压力的压力传感器、用于检测各油缸伸缩量的位移传感器、用于检测顶推机构换向装置位置的接近开关、和用于保护顶推油缸极限行程的行程开关。

[0012] 优选地，所述顶推油缸平行于轨道设置，所述顶升油缸垂直于轨道设置。

[0013] 在一种具体的实施方式中，所述走行系统中还包括报警器。

[0014] 在一种具体的实施方式中，所述轨道包括位于底端的横置H型钢、位于横置H型钢上表面中间的中心轨和位于横置H型钢上表面两侧的矩形锯齿轨，所述导向轮在所述中心轨上滚动，所述换向装置与矩形锯齿轨上的矩形锯齿接触；所述滑块和压紧螺栓设置在所述矩形锯齿轨下方以防止所述顶推机构脱轨。

[0015] 在一种具体的实施方式中，所述顶升单件还包括与轨道接触的走行机构10以及位于走行机构10和顶升油缸8之间的支撑导向机构9。

[0016] 现有的手动控制爬靴式走行机构存在的如下缺陷都在本发明中相应得到解决。

[0017] 1、现有技术采用手动控制，使用不便捷，且难以实现同步控制；没有预警功能。本发明全自动走行系统中控制系统6控制同一组顶推装置中的顶推油缸同步运动，使用时方便且控制精准。本发明中优选含有报警器，可起到预警功能。

[0018] 2、现有技术安全性不高，U型结构爬靴容易脱钩；且主要受力部位挡块的牢固性取决于焊接的质量，存在安全隐患。本发明通过滑槽18、滑块19、压紧螺栓20与矩形锯齿轨52的配合设置，彻底解决脱钩脱轨的问题，且所述顶推机构1与轨道5的结合稳固。

[0019] 3、现有技术不能实现双向行走，使用不方便，功能受到限制。而本发明中通过扳手16、逆止弹簧12、换向装置13、限位轴14、铰接轴17的设置使得本发明中的顶推装置可以在两个相反的方向上自如地切换，而不需要将顶推装置拆下后再反向安装以实现反向行走。

[0020] 4、现有技术不能实现连续走行，一次走行结束后需重新启动油缸。而本发明中，在一组顶推油缸顶伸时，同时另一组顶推油缸正在完成收缩动作(本发明中的一组共两个顶推油缸同时顶伸即可实现带动台车在轨道上行走的功能，而无需两组共四个顶推油缸同时 顶伸来实现带动台车在轨道上的行走)，因而本发明通过位于行走方向上前后的两组顶推油缸交替顶伸而实现连续行走。

[0021] 5、现有技术不能根据使用工况调整台车重心，走行不平稳。本发明在行走过程中，四个顶升油缸8可分别调节伸缩量，进而调整台车的重心位置，保持台车的平稳。

[0022] 因此，本发明提供了一种安全性能高、走行平稳、操作方便、自动化程度高、控制精度高的用于隧道衬砌台车的全自动控制的液压走行系统。

附图说明

[0023] 图1为现有技术中的隧道衬砌台车的爬靴式液压走行机构示意图；

[0024] 图2为现有技术中的爬靴结构示意图；

[0025] 图3为本发明中的隧道衬砌台车全自动液压走行系统结构示意图；

[0026] 图4为本发明中的顶推机构的结构示意图，图4包括图4(a)和图4(b)；图4(a)为图3中行走方向的工作状态，图4(b)为与图3中相反方向行走的工作状态；

[0027] 图5为本发明中的矩形锯齿型轨道结构示意图；

[0028] 图6为本发明中的控制系统框图。

具体实施方式

[0029] 如图3所示，大坡度隧道衬砌台车的全自动液压走行系统，由1顶推机构、2顶推油缸、3传感器及电控开关(位移传感器、压力传感器、接近开关、行程开关)、4油缸座、5轨道、6控制系统、7轨道固定螺栓、8顶升油缸、9支撑导向机构、10走行机构组成。

[0030] 本系统由两组顶推油缸(每组顶推油缸均包括沿隧道轴向左右两个顶推油缸，而图3中仅显示了每组顶推油缸的一个顶推油缸)带动顶推机构在控制系统的作用下交替动作，带动台车步进运动向前行走。完整的工作过程如下：开启PLC控制系统和液压系统，压力传感器检测液压系统的压力、位移传感器检测各油缸的伸缩量、接近开关检测顶推机构换向装置的位置并恢复初始状态，如图4(a)所示，顶推机构中的换向装置13顶在矩形锯齿轨道上，PLC控制系统控制前一个顶推油缸2(图3右侧油缸)收缩，带动前一个顶推机构1在轨道上向前滑动，同时，控制后一个顶推油缸顶伸，台车向前行走，当顶推油缸达到一定的伸缩量，或者说顶推机构越过轨道的一个锯齿，接近开关检测到信号并返回系统，PLC控制系统控制顶推油缸反向动作(同一个顶推油缸的顶伸和收缩动作交替进行)，前一个顶推油缸顶伸、台车向前行走，后一个顶推油缸收缩带动顶推机构向前滑动，达到一定伸缩量后，顶推油缸反向动作，此时台车共行走两个伸缩量的距离，以此类推同一个顶推油缸交替动作，台车不断向前行走。在行走过程中，顶升油缸8可调节伸缩量调整台车 的重心位置，保持台车的平稳。系统中液压互锁回路、行程开关、急停开关和控制系统中的预警功能等都可保证系统安全稳定运行。

[0031] 若台车需要后退，只需将顶推机构1的位于换向装置13上的扳手16转到相反方向(此时换向装置13中的近三角形钢板的另一个锐角与矩形锯齿轨上的另一块矩形锯齿相接触卡紧)，在顶推油缸的作用下台车可连续步进运动实现后退。

[0032] 如图4(a)和图5所示，轨道由51中心轨、52矩形锯齿轨、53横置的H型钢、54加强及固定装置等组成。为方便加工和运输，轨道采用分段对接方式用螺栓连接，如图5所示，中心轨焊接在H型钢上表面的中心位置。中心轨在对接处一端加工成511梯形榫头，一端加工成512梯形榫槽。矩形锯齿轨是由钢板整体切割成矩形锯齿状后，进行精加工及表面处理而成。本实例中矩形锯齿宽约70mm，锯齿间距可根据顶推油缸的行程来确定，间距略小于一个顶推油缸的行程，本实例中该间距为500mm。两条矩形锯齿轨对称焊接在H型钢两侧，行走过程中，矩形锯齿轨上的矩形锯齿用于对顶推机构1限位。本发明中，换向装置13中的近三角形钢板的两个锐角处的表面与矩形锯齿的侧面匹配。本领域技术人员可以理解地，本发明中也不仅限于矩形锯齿轨，如替换为上大下小的等腰梯形锯齿轨也是可以的，但相应的，换向装置13中的近三角形钢板的锐角处也要做相应的改变，只是这样的方式会对近三角形钢板锐角处的强度有影响。因此，优选使用矩形锯齿轨。

[0033] 如图4(a)所示，顶推机构由11导向轮、12逆止弹簧、13换向装置、14限位轴(位于扳手16前方和后方的两根限位轴)、15机架、16扳手、17铰接轴、18滑槽、19滑块、20压紧螺栓等组成。滑槽与机架通过螺栓连接为一体，对称的两组滑块可在滑槽内上下自由滑动，压紧螺栓可将滑块限制在某一高度位置。调节压紧螺栓可调节滑块与锯齿轨的间隙，防止顶推机构1在顶推油缸的作用下上浮致使换向装置13脱离矩形锯齿轨，因而可解决现有技术中U型结构爬靴容易脱钩的技术问题。顶推机构1前后两端的中心位置装有导向轮11，导向轮支承在中心轨面上，使顶推机构限制在轨道之上。换向装置13可在扳手16的作用下绕铰接轴17旋转。图4(a)所示位置为顶推机构按图3中向右行走时的工作位置，换向装置13在逆止弹簧12的拉力下向逆时针方向旋转，上端被限位轴14阻挡，故保持在图示所示位置，下端伸入矩形锯齿轨道的凹槽内，在顶推油缸12顶伸动作时，换向装置13下端被矩形锯齿阻挡，此时台车相对于轨道向前移动一个油缸行程。油缸收缩动作时，顶推机构1向右移动，当换向装置遇到下一个矩形锯齿时，换向装置顺时针转动，逆止弹簧伸长，当越过锯齿后换向装置在逆止弹簧的拉力下恢复到原始位置被此处的锯齿阻挡，单个顶推机构的一个工作周期结束。

[0034] 如图4(b)所示，手动扳动扳手16带动换向装置13旋转一定的角度后位置为顶推机构向图3中左方行走时的工作位置，换向装置在逆止弹簧的拉力下向顺时针方向旋转，上端被限位轴阻挡，故保持在图示所示位置。工作过程和向右行走时相反，此处不作详述。

[0035] 如图6所示，PLC为整个控制系统的核心部分，压力传感器用于检测每个油缸的运行油压，位移传感器用于检测油缸的运行行程，接近开关作为顶推机构的限位开关，行程开关用于保护油缸的极限行程。当触摸屏或控制按钮给系统输入走行命令后，系统自动检测各传感器并恢复初始设置，通过RS232网络将系统状态反馈至人机交互界面，PLC输出信号驱动油缸交替动作实现走行。

[0036] 本系统包括四个顶升油缸、四个顶推油缸，顶升油缸独立控制，通过位移传感器将顶升量转换成模拟量信号反馈至PLC，PLC通过程序将模拟量转换成工程值显示在人机界面上。前后两组顶推油缸同步分别伸缩，同一顶推油缸伸缩交替动作实现走行。同步动作可通过PLC比较同一组的两个顶推油缸位移量的工程值来实现。当同一组的两油缸的位移值偏差大于15mm时，位移大的油缸停止运行，位移小的油缸继续运行，当偏差小于5mm时，两油缸同步运行，此时两油缸视为同步运行。当顶推机构走行至某一位置，两侧的接近开关检测到锯齿轨道的矩形锯齿时，给PLC反馈一个开关量信号，PLC根据程序发出控制油缸动作的指令，实现全自动连续走行。当系统中出现压力、位移等不正常信号时，人机界面便可及时显示警示，并停止系统动作，顶推和顶升油缸保持一定的预压力，保证台车平稳停车。

[0037] 本发明技术方案带来的有益效果：

[0038] 1、顶推机构中设置可调节的压紧滑块，可将顶推机构限制在轨道之上，杜绝脱钩的现象；

[0039] 2、顶推机构两端设置导向轮，不仅具备导向的作用且避免了轨道与顶推机构的滑动摩擦，运动更加灵活且不发生脱钩现象；

[0040] 3、顶推机构设置换向装置，无需调换顶推机构的首尾便可轻松改变行走方向，操作简单、安全可靠；

[0041] 4、采用顶升油缸调节台车重心位置，调节灵活度高、走行更加平稳。

[0042] 本发明还可选择地带来如下有益效果：

[0043] 5、采用接近开关检测轨道锯齿位置，可实现连续走行、效率高、走行平稳、停车时机械冲击小；

[0044] 6、采用整体式矩形锯齿型轨道，强度更高、结构稳定性更好、可采用自动埋弧焊接， 生产效率高；

[0045] 7、换向装置和矩形锯齿轨道相当于棘爪和直线棘轮机构，该机构强度高、制动性能好，更适合在大坡度的工况下使用；

[0046] 8、采用分段对接式轨道，方便加工和运输，对接处采用梯形榫结构，具有自动对心功能，保证了两段轨道的直线度，同时增加了连接处的强度；

[0047] 9、采用PLC控制系统，系统可靠、调试方便、控制同步性能更好、控制精度更高；

[0048] 10、具有良好的人机交互界面，能更好的了解台车的运行状态，操作简便，有预警功能。

[0049] 图4(a)中显示的顶推机构1的换向装置13、导向轮11均设置在轨道上方，但本领域技术人员可理解地，这些装置均可以设置在机架和轨道的两侧。本领域技术人员容易理解地，本发明中优选的矩形锯齿型轨道可由矩形孔轨道(与矩形锯齿型轨道互补的轨道)替代。此外，本发明中还可在可调节的压紧滑块上增加小滚轮，使其与矩形锯齿轨间的滑动摩擦改变为滚动摩擦。

[0050] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。