管片全自动垂直运输控制方法与流程

1.本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种管片全自动垂直运输控制方法。


背景技术：

2.随着我国城市地铁、铁路、大型过江过河隧道工程及引水工程的大规模兴建，隧道工程量也节节攀升，同时对隧道施工效率的要求也越来越高，其中盾构施工物料运输是制约隧道施工效率的关键工序，提高物料运输效率迫在眉睫。
3.国内目前常用的管片运输控制系统有以下几个方面的不足，阻碍了它们在盾构施工中的推广应用：
4.1)现有技术在管片运输过程中只能通过肉眼观测其运动位置及状态，准确性较差；
5.2)现有运输设备只能进行操作，无法进行设备自身运行状态及故障监控。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种管片全自动垂直运输控制方法，能实时、准确地观察管片运输的全过程。
7.实现本发明目的的技术解决方案为：
8.一种管片全自动垂直运输控制方法，其包括以下步骤：
9.总控面板发送起始指令给地面输送机构，地面输送机构的执行机构接收指令后启动，将地面的管片输送到地下隧道的竖井口，并实时反馈管片输送状态至所述总控面板；
10.提升机构通过吊装架架设安装在地下隧道的竖井口上方，抓取机构连接于所述提升机构下方，所述总控面板发送指令给所述提升机构，所述提升机构的执行机构接收指令后启动，下放所述抓取机构至与所述地面输送机构上的管片接触，并实时反馈提升状态至所述总控面板；
11.所述总控面板发送指令给所述抓取机构，所述抓取机构的执行机构接收指令后启动，抓取所述地面输送机构上的管片，并实时反馈抓取状态至所述总控面板；
12.所述总控面板发送指令给所述提升机构，沿竖井通道下放所述抓取机构和所述管片，进行管片垂直运输，并实时反馈提升状态至所述总控面板；
13.所述总控面板发送指令给地下隧道内的管片运输车，所述管片运输车行驶至竖井下方，当管片与所述管片运输车接触后，所述总控面板发送指令给所述抓取机构，所述抓取机构松开所述管片，管片完全落于管片运输车上，并实时反馈抓取状态至所述总控面板；
14.所述总控面板发送指令所述管片运输车，平移运输管片至地下隧道内，并实时反馈平移运输状态至所述总控面板。
15.作为本发明优选实施例，所述竖井通道内至少四角竖直固定有行走轨道，所述抓取机构至少四角对应所述行走轨道安装有导轮机构并通过所述导轮机构行走于所述行走轨道上，在抓取机构整体升降动作时起到导向作用。
16.作为本发明优选实施例，所述竖井底部安装有安全门，所述安全门包含有执行机构且与所述总控面板连接，在所述总控面板的控制信号作用下，所述安全门执行开启或关闭所述竖井通道的动作，并实时反馈安全门状态至所述总控面板。
17.作为本发明优选实施例，所述安全门下方的所述竖井通道或所述地下隧道内安装有红外线干涉感应设备，与所述总控面板连接，当安全门下方有人员进入感应范围时，所述红外线干涉感应设备探测到人体红外光谱的变化，发送信号给所述总控面板，所述总控面板控制所述安全门关闭。
18.作为本发明优选实施例，所述总控面板还连接有声光报警器，安装于所述安全门周边的所述竖井通道或所述地下隧道内，当安全门下方有人员进入感应范围时，所述红外线干涉感应设备探测到人体红外光谱的变化，发送信号给所述总控面板，所述总控面板控制所述声光报警器发出警报。
19.作为本发明优选实施例，所述地面输送机构采用管片喂片机。
20.作为本发明优选实施例，所述提升机构采用卷扬机。
21.作为本发明优选实施例，所述总控面板的数量为两个，且为互锁关系，分别安装在地面上与竖井下，两个所述总控面板择一进行各执行机构的操控。
22.由于采用上述技术方案，使得本发明具有以下有益效果：
23.1)实时显示管片全自动垂直运输系统各部件运行情况；
24.2)完善的控制方法使管片全自动垂直运输系统具有可操作性；
25.3)实时报警功能保障了系统运行的安全性。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例提供的管片全自动垂直运输控制方法的系统逻辑图。
28.图2为管片全自动垂直运输系统的整体结构立体图。
29.图3为管片全自动垂直运输系统的整体结构剖面图。
30.图4为管片全自动垂直运输系统的顶部放大结构立体图。
31.图5为管片全自动垂直运输系统的顶部放大结构平面图。
32.图6为地面输送机构的结构示意图。
33.图7为抓取机构的结构示意图。
34.图中标记的对应关系如下：
35.1-管片；2-地面输送机构；21-底架；22-运输梁；23-平移油缸；3-提升机构；4-抓取机构；41-机构主架；42-抓钩；5-吊装架；6-总控面板；7-安全门；8-导轮机构；9-行走轨道；10-管片运输车；100-地下隧道。
具体实施方式
36.下面将结合本专利实施例中的附图，对本专利实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利保护的范围。
37.请参阅图1～7，本发明提供一种管片全自动垂直运输系统以及一种管片全自动垂直运输控制方法，其中，管片全自动垂直运输系统主要由两部分组成，第一部分为地面输送机构2，即管片喂片机，喂片机的主要功能是将地面的管片1输送到指定的吊装位置，喂片机可以同时输送2到3块管片1。本实施例中的喂片机主要由底架21、运输梁22和平移油缸23构成，平移油缸23作为喂片机的执行机构，与总控面板6远程连接，能够接收总控面板6的控制指令而发生动作，也能够将平移油缸23的实时动作状态反馈给总控面板6，如行程、速度等，透过总控面板6进行直观查看。底架21固定在地面上，管片1放置在运输梁22上，平移油缸23的一端与底架21一端固定，平移油缸23的另一端与运输梁22固定，通过平移油缸23的伸出将加载有管片1的运输梁22输送到指定的吊装位置，如图6所示。
38.本实施例中的总控面板6可采用simatic hmi ktp900 basic pn 9寸触摸屏6av2 123-2jb03-oaxo；编号：6av2123-2jb03-oaxo；品牌：西门子/siemens；型号：ktp900 basic pn；净重：1.13kg，按键+触摸操作。
39.第二部分为自动升降系统，该部分也是整个自动化管片垂直运输系统的核心组件。自动升降系统包括提升机构3、抓取机构4、吊装架5及总控面板6，吊装架5固定安装在吊装位置上方，提升机构3固定安装在吊装架5的顶部，抓取机构4与提升机构3连接、用于抓取地面输送机构2上的管片1，其中，地面输送机构2、提升机构3、抓取机构4均包含执行机构且与总控面板6连接，在总控面板6的控制信号作用下工作，并且将各自的执行情况反馈至总控面板6，如地面输送机构2的运输行程、速度，提升机构3的提升高度、速度，抓取机构4的抓取情况。地面输送机构2的执行机构即其平移油缸。提升机构3可采用两个卷扬机，卷扬机上用于卷绕钢丝绳的电机为其执行机构。抓取机构4包括上方矩形框架结构的机构主架41以及底部四角位置的两组抓钩42，机构主架41的顶部两侧分别与两个卷扬机的钢丝绳下端固定。两组抓钩42对称且可转动，安装在机构主架41的底部两侧，每组抓钩42的勾口相对且距离适配于管片1的宽度，以便放下抓钩42时可以夹住管片，抓钩42向外翻转时可以放开管片。抓钩42的转动可以通过油缸进行控制，油缸即为抓取机构4的执行机构，如图7所示。上述平移油缸、卷扬机电机、油缸可以透过自身编码器，或者搭载位置传感器、位移传感器等将各自的执行情况反馈给总控面板6。
40.两个卷扬机对称安装在吊装架5的顶部两侧，吊装架5采用矩形钢框架，固定在地面上、吊装位置的上方。吊装位置为地下隧道的竖井口，竖井通道内至少四角竖直固定有行走轨道9，抓取机构4的机构主架41的尺寸与竖井通道的尺寸相匹配但略小于竖井通道的内径，在机构主架41的四角与竖井通道的行走轨道9之间留有间隙，导轮机构8安装在机构主架41的四角并且与对应位置的行走轨道9接触，导轮机构8上的滚轮沿竖直方向设置，并滚动在行走轨道9上，在抓取机构4整体升降动作时起到导向作用，避免走偏、晃动等情况的出现。
41.竖井底部安装有安全门7，安全门7包含有执行机构且与总控面板6连接，在总控面板6的控制信号作用下，安全门7执行开启或关闭竖井通道的动作，安全门7可采用沿两侧轨道平移的方式进行开启和关闭操作，轨道设置在竖井底部的地下隧道内，安全门7通过旋转
电机驱动滚轮在轨道内移动，从而带动安全门7移动，实现对竖井底部的开启和关闭。其中，旋转电机就是安全门7的执行机构。
42.进一步的，安全门7下方的竖井通道或地下隧道内安装有红外线干涉感应设备(如红外线感应器)，红外线干涉感应设备与总控面板6远程连接，当安全门7下方有人员或设备进入红外线干涉感应设备的感应范围时，红外线干涉感应设备探测到人体红外光谱的变化，发送信号给总控面板6，总控面板6再发送控制指令给安全门7，安全门7会持续关闭不打开，抓取机构4就不能通过安全门7下放管片1，避免管片1与人员或设备触碰而发生事故。
43.较佳地，总控面板6还连接有声光报警器，安装于安全门7周边的竖井通道或地下隧道内。当安全门7下方有人员或设备进入红外线干涉感应设备的感应范围时，红外线干涉感应设备探测到人体红外光谱的变化，发送信号给总控面板6，总控面板6会同时发送指令给声光报警器发出警报，提醒人员撤离或移走设备。当人员或设备撤离后，红外线干涉感应设备停止发送信号给总控面板6，总控面板6会发送指令给安全门7，让安全门7开启，抓取机构4就可以通过安全门7将管片送入到地下隧道内，同时总控面板6发送指令给声光报警器停止报警。应当理解的是，安全门7的作用是在抓取机构通过前判断进行隔离，以避免抓取机构长驱直入地进入到地下隧道，因此，在安全门7打开前，会通过红外线干涉感应设备判断安全门下方是否有人员或设备。
44.地下隧道100内设置有管片运输车10，该管片运输车10与总控面板6远程连接，在总控面板6的控制下行走于地下隧道内。当有管片从竖井底部放下时，总控面板6发送指令给管片运输车10移动到竖井底部，抓取机构4在卷扬机钢丝绳的牵引下缓慢下放管片至管片运输车10上，下放到位后，抓取机构4的抓钩打开，松开管片，卷扬机再提升抓取机构复位，进行后续管片的抓取和垂直运输工作。管片运输车10上的管片装载完成后，则可以运输到地下隧道内进行管片安装工作。
45.本发明管片全自动垂直运输系统，通过总控面板6控制整个管片运输过程，尽量避免人工操作环节，提高效率的同时，也能节省人力；对管片空中运输方式进行改造升级，采用地面输送机构2将地面的管片输送到指定的吊装位置，地面运输更加安全高效，且节省运输成本；用机械式固定运输取代人员沟通及操作的方式，通过各执行机构与总控面板6的互动，完成管片运输，比人员沟通及操作更加安全、科学且可靠，也能节省人力。
46.进一步的，总控面板6的数量为两个，且为互锁关系，分别安装在地面上与竖井下，两个总控面板6择一进行各执行机构的操控，简言之，两个总控面板6具有相同的功能，但是不能同时工作，两个总控面板6中当其中一个工作时，另一个就会被断开，通过切换开关、互锁电路或者简单逻辑编程就能实现，避免两个总控面板6同时操作，控制信号紊乱。总控面板6采用可编程逻辑控制器，如plc控制器。通过编程实现对上述各执行机构的逻辑控制。总控面板具备全部程序的一键启动功能，一个总开关打开所有执行部件的电源开关，并将各层的实时感应，及各种危险警报信号集成到总控面板中，还可以通过总控面板的显示功能，查看各执行机构的执行情况，该功能可采用智能平板电脑作为总控面板来实现。本发明将整个管片运输过程进行整合，并建造一套针对性控制系统，整个管片运输过程均由总控面板进行整体控制，总控面板可集成于控制面板，通过控制面板操作各执行机构工作，并直观显示各执行结构的运行情况。
47.本发明一种管片全自动垂直运输控制方法，是采用上述管片全自动垂直运输系统
实现的，该控制方法主要包括以下步骤：
48.总控面板6发送起始指令给地面输送机构2，地面输送机构2的执行机构接收指令后启动，将地面的管片1输送到地下隧道的竖井口，并实时反馈管片输送状态至总控面板6。
49.提升机构3通过吊装架5架设安装在地下隧道的竖井口上方，抓取机构4连接于提升机构3下方，总控面板6发送指令给提升机构3，提升机构3的执行机构接收指令后启动，下放抓取机构4至与地面输送机构2上的管片接触，并实时反馈提升状态至总控面板6；进一步的，可以通过在地面输送机构2上放置位置传感器，当感应到抓取机构4接近(且距离小于设定值)时发出信号给总控面板6，从而可以判断抓取机构已下放至与地面输送机构上的管片接触。
50.总控面板6发送指令给抓取机构4，抓取机构4的执行机构接收指令后启动，抓取地面输送机构2上的管片1，并实时反馈抓取状态至总控面板6；抓取机构4的抓钩在抓取管片1时，会使得管片1有些许上抬，因此管片1离开地面运输机构2，此时地面运输机构2可以退回到原来的位置，一方面不会阻碍后续管片的下放操作，另一方面退回的地面运输机构2可以开始后续管片的地面运输。
51.当抓取机构4抓取管片1后，总控面板6发送指令给提升机构3，沿竖井通道下放抓取机构4和管片1，进行管片1垂直运输，并实时反馈提升状态至总控面板6。
52.总控面板6发送指令给地下隧道内的管片运输车10，管片运输车10行驶至竖井下方，当管片1与管片运输车10接触后，总控面板6发送指令给抓取机构4，抓取机构4松开管片1，管片1完全落于管片运输车10上，并实时反馈抓取状态至总控面板6；进一步的，可以通过在管片运输车10上放置位置传感器，当感应到管片接近(且距离小于一定值时)或接触时发出信号给总控面板6，从而可以判断管片1与管片运输车10接触。
53.最后，总控面板6发送指令管片运输车10，平移运输管片至地下隧道100内，进行管片安装工作，并实时反馈平移运输状态至总控面板6。
54.尽管已经示出和描述了本专利的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利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，本专利的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种管片全自动垂直运输控制方法，其特征在于，包括以下步骤：总控面板发送起始指令给地面输送机构，地面输送机构的执行机构接收指令后启动，将地面的管片输送到地下隧道的竖井口，并实时反馈管片输送状态至所述总控面板；提升机构通过吊装架架设安装在地下隧道的竖井口上方，抓取机构连接于所述提升机构下方，所述总控面板发送指令给所述提升机构，所述提升机构的执行机构接收指令后启动，下放所述抓取机构至与所述地面输送机构上的管片接触，并实时反馈提升状态至所述总控面板；所述总控面板发送指令给所述抓取机构，所述抓取机构的执行机构接收指令后启动，抓取所述地面输送机构上的管片，并实时反馈抓取状态至所述总控面板；所述总控面板发送指令给所述提升机构，沿竖井通道下放所述抓取机构和所述管片，进行管片垂直运输，并实时反馈提升状态至所述总控面板；所述总控面板发送指令给地下隧道内的管片运输车，所述管片运输车行驶至竖井下方，当管片与所述管片运输车接触后，所述总控面板发送指令给所述抓取机构，所述抓取机构松开所述管片，管片完全落于管片运输车上，并实时反馈抓取状态至所述总控面板；所述总控面板发送指令所述管片运输车，平移运输管片至地下隧道内，并实时反馈平移运输状态至所述总控面板。2.根据权利要求1所述的管片全自动垂直运输控制方法，其特征在于，所述竖井通道内至少四角竖直固定有行走轨道，所述抓取机构至少四角对应所述行走轨道安装有导轮机构并通过所述导轮机构行走于所述行走轨道上，在抓取机构整体升降动作时起到导向作用。3.根据权利要求1所述的管片全自动垂直运输控制方法，其特征在于，所述竖井底部安装有安全门，所述安全门包含有执行机构且与所述总控面板连接，在所述总控面板的控制信号作用下，所述安全门执行开启或关闭所述竖井通道的动作，并实时反馈安全门状态至所述总控面板。4.根据权利要求3所述的管片全自动垂直运输控制方法，其特征在于，所述安全门下方的所述竖井通道或所述地下隧道内安装有红外线干涉感应设备，与所述总控面板连接，当安全门下方有人员进入感应范围时，所述红外线干涉感应设备探测到人体红外光谱的变化，发送信号给所述总控面板，所述总控面板控制所述安全门关闭。5.根据权利要求4所述的管片全自动垂直运输控制方法，其特征在于，所述总控面板还连接有声光报警器，安装于所述安全门周边的所述竖井通道或所述地下隧道内，当安全门下方有人员进入感应范围时，所述红外线干涉感应设备探测到人体红外光谱的变化，发送信号给所述总控面板，所述总控面板控制所述声光报警器发出警报。6.根据权利要求1所述的管片全自动垂直运输控制方法，其特征在于，所述地面输送机构采用管片喂片机。7.根据权利要求1所述的管片全自动垂直运输控制方法，其特征在于，所述提升机构采用卷扬机。8.根据权利要求1所述的管片全自动垂直运输控制方法，其特征在于，所述总控面板的数量为两个，且为互锁关系，分别安装在地面上与竖井下，两个所述总控面板择一进行各执行机构的操控。

技术总结
本发明公开了一种管片全自动垂直运输控制方法，包括：总控面板发送起始指令给地面输送机构，将地面的管片输送到地下隧道的竖井口；总控面板发送指令给提升机构，下放抓取机构至与地面输送机构上的管片接触；总控面板发送指令给抓取机构，抓取地面输送机构上的管片；总控面板发送指令给提升机构，进行管片垂直运输；总控面板发送指令给地下隧道内的管片运输车，管片运输车行驶至竖井下方，当管片与管片运输车接触后，总控面板发送指令给抓取机构，抓取机构松开管片；总控面板发送指令管片运输车，平移运输管片至地下隧道内。本发明可实时显示管片全自动垂直运输系统各部件运行情况；完善的控制方法使管片全自动垂直运输系统具有可操作性。统具有可操作性。统具有可操作性。


技术研发人员：吴惠明 李章林 吴忠明 何国军 宋兴宝 李刚 刘宇奎 王延年 陈刚 顾永辉 沈海峰 蔡佳渊 袁镇 钟健 顾佩荣 王炜颢
受保护的技术使用者：上海隧道工程有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/7/22