基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车的制作方法

1.本发明属于隧道衬砌养护技术领域，具体涉及一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车。


背景技术：

2.目前大型高速公路、高速铁路等施工项目中，隧道施工占比很大，而且周期长，工期紧。但受技术条件等一些限制，关于隧道喷淋养护工作，没有比较成熟和广泛应用的自动化喷淋养护产品，一般情况下，施工人员临时安装水管，人工简易操作对混凝土进行洒水养护，需要固定人员操作，或者布设临时水管于混凝土衬砌台车上，采用人工手持水管，开启水阀，随意对混凝土表面浇水。采用人工养护，养护效率低，水资源浪费严重，难以对隧道全面喷洒，以及无法对喷淋水进行温度调节，养护效果差。
3.现有隧道喷淋养护台车行走需借助装载机带动前行，而装载机体积大，由于洞内主要设备占用空间，装载机使用存在不便，现有隧道喷淋养护台车行走装置四个轮被装载机带动行驶方向一致，左右侧车轮同速度，导致台车行进方向受限，无法灵活及时拐弯避障，目前隧道喷淋养护台车的工作平台也只局限于顶层平台，导致工作人员的工作范围只局限于隧道顶部范围，工作可操作性空间存在一定局限性，目前也没有针对混凝土温湿度借助喷淋养护进行自动调控的装置。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，单车集驱差速避障，灵活避障，自动调控混凝土温湿度，喷淋养护台车全方位无死角的操作空间，解决现有隧道喷淋养护门架需借助装载机带动前行导致台车行进方向受限无法灵活避障，以及目前缺乏针对混凝土温湿度借助喷淋养护进行自动调控装置的问题。
5.为此，本发明所采用的技术方案为：一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，包括隧道喷淋养护门架、搭建在隧道喷淋养护门架上的喷淋装置、位于隧道喷淋养护门架底部的差速行走装置和分别位于隧道喷淋养护门架左右侧的控制台、水温调节装置；所述差速行走装置包括安装在隧道喷淋养护门架底部左右侧的底纵梁、位于底纵梁前后两端的车轮组件和连接车轮组件的驱动电机组件；所述喷淋装置包括焊接在每层边侧工作台边沿中心并呈弧形结构的喷淋安装架、沿喷淋安装架铺设的供水管路、若干喷头朝外并间隔布设在供水管路的雾化喷头和安装在顶侧工作台上的温湿度测量组件；所述温湿度测量组件能检测隧道衬砌混凝土温湿度，并通过水温调节装置升温加热喷淋用水和/或喷淋装置喷淋加湿混凝土；当隧道喷淋养护全自动台车遇到障碍物时，隧道喷淋养护门架借助控制台控制的差速行走装置形成左右侧速度差，从而实现自动驾驶避障拐弯。
6.作为上述方案的优选，位于前端的车轮组件前壁与位于后端的车轮组件后壁均设有避障警示装置，所述避障警示装置用于在台车遇到障碍物时警示现场工作人员；所述避障警示装置包括安装在车轮安装罩上的警示安装柱、位于警示安装柱上的雷达测距传感器
和警示灯，能通过发现行进方向存在障碍物阻挡台车运行时，亮红灯警示现场人员来避免人员安全事故发生。
7.进一步优选为，所述车轮组件包括螺栓安装在底纵梁底板的车轮安装罩和安装在车轮安装罩内的车轮，车轮安装罩通过螺栓安装在底纵梁底板上，拆装方便，安装稳固，车轮安装在车轮安装罩内能有效避免混凝土渣或尘土掉落在车轮上影响车轮行进，保障行进安全；
8.所述驱动电机组件包括安装在车轮安装罩同侧且高度一致的减速机、居中安装在底纵梁底部的电机减速机安装座和安装在电机减速机安装座上的双出轴电机减速机，所述双出轴电机减速机两侧出轴端与对应减速机之间通过水平连杆连接，双出轴电机减速机安装在电机减速机安装座上并通过水平连杆与减速器同侧且高度一致，保证双出轴电机减速机能同步影响前后侧的车轮速度，设计合理，安全系数高；
9.所述双出轴电机减速机的电机为隧道喷淋养护门架提供沿隧道纵向移动的驱动力和力矩，通过左右侧双出轴电机减速机电机转速不同，使左右侧车轮转速不同产生速度差，从而实现单侧集驱差速避障，能有效避免台车碰撞隧道壁面，操作灵活，设计巧妙。
10.进一步优选为，所述水平连杆采用浮动轴，可以上下浮动，活动灵活；所述减速机采用轮边减速机，选择合理；水平连杆与双出轴电机减速机、减速机的对应端轴通过联轴器连接，保证连接稳固；所述电机减速机安装座对应双出轴电机减速机正上方安装有电机保护盖，避免掉落的混凝土渣砸到双出轴电机减速机上方，导致部件受损出现故障。
11.进一步优选为，所述隧道喷淋养护门架包括门架主体、多层位于门架主体左右两侧的边侧工作台和位于门架主体顶部的顶侧工作台多层边侧工作台位于门架主体左右两侧，顶侧工作台位于门架主体顶部，形成全方位的工作平台，保证工作人员能具有隧道全方位无死角的操作空间，门架结构设计合理；
12.所述门架主体安装有能实时检测与隧道内壁距离的侧墙测距组件，侧墙测距组件能实时检测与隧道内壁距离，灵敏度高，能为差速行走装置自动避障及时提供数据支撑；
13.所述门架主体由前后对称门型架和横纵向连接杆搭设而成，结构稳固；所述边侧工作台、顶侧工作台、步梯的边沿处均设有安全围栏，保证工作人员人身安全；所述边侧工作台设有爬梯安装通道，并配备有爬梯使工作人员能在相邻层的边侧工作台之间移动，搭设爬梯方便，工作人员移动迅速，顶侧工作台与左右相邻边侧工作台之间搭设有步梯，形成去往顶侧工作台的通道，设计结构合情合理，工作人员移动方便。
14.进一步优选为，所述侧墙测距组件左右镜像对称安装在门型架立柱上，侧墙测距组件包括“l”型支撑托架、测距安装架和均位于测距安装架最远端的超声雷达装置、红外测距装置，所述“l”型支撑托架一端与门型架立柱螺栓连接，另一端与测距安装架最近端连接，保证与两侧隧道边墙测距的灵敏度，结构设计合理。
15.进一步优选为，所述控制台包括内侧螺栓安装在底纵梁上的操作安装架、靠边安装在操作安装架上的plc电控柜，所述操作安装架的前后搭设有步梯，且无遮挡边沿设有安全围栏。
16.进一步优选为，所述温湿度测量组件包括传感器安装架和分别安装在传感器安装架上方左右侧的湿度传感器、红外测温传感器，所述传感器安装架包括立槽和对称安装在立式槽左右侧板上的“l”型安装座，所述立槽左右侧板、“l”型安装座侧板螺纹连接，连接方
便；所述湿度传感器、红外测温传感器安装在对应侧“l”型安装座上，通过湿度传感器、红外测温传感器精确检测隧道衬砌浇筑的混凝土温湿度，从而进行自动调控，传感器安装合理。
17.进一步优选为，所述水温调节装置包括安装在远离控制台的底纵梁上的水箱及水加热安装底座和进出口依次通过管道连通的滤水箱、储水箱、水箱管道泵、水温加热器，所述滤水箱出水口与储水箱进水口的连接管道设有水箱闸阀，能人工控制水量，所述水箱管道泵出水口与水温加热器进水口通过软管连通，结合现实热水器，设计合理。
18.本发明的有益效果：
19.(1)相比现有隧道喷淋养护台车行走需借助装载机带动前行，借助差速行走装置连接车轮组件的驱动电机组件实现隧道喷淋养护台车左右侧的速度差，从而自动驾驶避障拐弯，灵活避障，明显操作更智能化、更简单，自动化驾驶差速避障为隧道自动化喷淋养护提供有力支撑。
20.(2)相比现有隧道喷淋养护作业采用施工人员临时安装水管，人工简易操作对混凝土进行洒水养护，本方案采用检测隧道混凝土温湿度，自动喷淋加湿混凝土和/或加热喷水升温喷淋用水，从而实现以高于环境温度的水对隧道二衬进行喷淋养护，操作全自动化，有效节省人员成本，提高喷淋效率，而且加热后的喷淋水能调节隧道混凝土温度，养护效果更好。
21.(3)喷淋安装架焊接在每层边侧工作台边沿中心并呈弧形结构，焊接牢固，供水管路沿喷淋安装架铺设，若干雾化喷头朝外间隔布设在供水管路上，供水管路也呈弧形结构，因此雾化喷头能全方位的对准隧道衬砌，从而实现全面喷淋，喷淋范围广。
22.(4)自动驾驶避障、自动喷淋加湿、自动加热喷淋用水，实现隧道喷淋养护全自动，当检测到混凝土湿度低于设定的阈值范围内的时候，就自动启动喷淋；当检测到混凝土实时温度低于设定范围时，就自动启动水温调节装置升温加热至预定温度，对混凝土初凝和凝固有益，在此范围内能较好的保证混凝土凝固之后的力学性能，才能使混凝土养护效果好，具有极大的应用前景和应用价值，实用性高。
23.综上所述，具有自动化驾驶差速避障、自动喷淋加热、喷淋范围广、实用性高等优点。
附图说明
24.图1为本发明的结构示意图。
25.图2为行走装置的结构示意图。
26.图3为行走装置的驱动电机组件爆炸示意图。
27.图4为避障警示装置的结构示意图。
28.图5为隧道喷淋养护门架的结构示意图。
29.图6为控制台的结构示意图。
30.图7为喷淋装置的结构示意图。
31.图8为温湿度测量组件的结构示意图。
32.图9为水温调节装置的结构示意图。
33.图10为侧墙测距组件的结构示意图。
具体实施方式
34.下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
35.结合图1—图10所示，一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，由隧道喷淋养护门架2、搭建在隧道喷淋养护门架2上的喷淋装置4、位于隧道喷淋养护门架2底部的差速行走装置1和分别位于隧道喷淋养护门架2左右侧的控制台3、水温调节装置5组成。
36.差速行走装置1由安装在隧道喷淋养护门架2底部左右侧的底纵梁11、位于底纵梁11前后两端的车轮组件12和连接车轮组件12的驱动电机组件13组成。
37.位于前端的车轮组件12前壁与位于后端的车轮组件12后壁均设有避障警示装置14。
38.避障警示装置14用于在台车遇到障碍物时警示现场工作人员。
39.避障警示装置14由安装在车轮安装罩121上的警示安装柱141、位于警示安装柱141上的雷达测距传感器142和警示灯143组成。
40.车轮组件12由螺栓安装在底纵梁11底板的车轮安装罩121和安装在车轮安装罩121内的车轮122组成。
41.驱动电机组件13由安装在车轮安装罩121同侧且高度一致的减速机131、居中安装在底纵梁11底部的电机减速机安装座132和安装在电机减速机安装座132上的双出轴电机减速机133组成。
42.双出轴电机减速机133两侧出轴端与对应减速机131之间通过水平连杆134连接。
43.双出轴电机减速机133的电机为隧道喷淋养护门架2提供沿隧道纵向移动的驱动力和力矩。
44.通过左右侧双出轴电机减速机133电机转速不同，使左右侧车轮122转速不同产生速度差，从而实现单侧集驱差速避障。
45.水平连杆134优选采用浮动轴，减速机131优选采用轮边减速机，水平连杆134与双出轴电机减速机133、减速机131的对应端轴通过联轴器136连接。
46.电机减速机安装座132对应双出轴电机减速机133正上方安装有电机保护盖135。
47.隧道喷淋养护门架2由门架主体21、多层位于门架主体21左右两侧的边侧工作台22和位于门架主体21顶部的顶侧工作台23组成。
48.门架主体21安装有能实时检测与隧道内壁距离的侧墙测距组件24。
49.门架主体21由前后对称门型架和横纵向连接杆搭设而成。
50.边侧工作台22、顶侧工作台23、步梯的边沿处均设有安全围栏。
51.边侧工作台22设有爬梯安装通道221，并配备有爬梯使工作人员能在相邻层的边侧工作台22之间移动。
52.顶侧工作台23与左右相邻边侧工作台22之间搭设有步梯。
53.侧墙测距组件24左右镜像对称安装在门型架立柱上，侧墙测距组件24由“l”型支撑托架241、测距安装架242和均位于测距安装架242最远端的超声雷达装置243、红外测距装置244组成。
[0054]“l”型支撑托架241一端与门型架立柱螺栓连接，另一端与测距安装架242最近端连接。
[0055]
喷淋装置4由焊接在每层边侧工作台22边沿中心并呈弧形结构的喷淋安装架41、沿喷淋安装架41铺设的供水管路42、若干喷头朝外并间隔布设在供水管路42的雾化喷头43和安装在顶侧工作台23上的温湿度测量组件44组成。
[0056]
控制台3由内侧螺栓安装在底纵梁11上的操作安装架31、靠边安装在操作安装架31上的plc电控柜32组成。
[0057]
操作安装架31的前后搭设有步梯，且无遮挡边沿设有安全围栏。
[0058]
温湿度测量组件44由传感器安装架和分别安装在传感器安装架上方左右侧的湿度传感器441、红外测温传感器442组成。
[0059]
传感器安装架由立槽443和对称安装在立式槽左右侧板上的“l”型安装座444组成。
[0060]
立槽443左右侧板、“l”型安装座444侧板螺纹连接，所述湿度传感器441、红外测温传感器442安装在对应侧“l”型安装座444上。
[0061]
水温调节装置5由安装在远离控制台3的底纵梁11上的水箱及水加热安装底座和进出口依次通过管道连通的滤水箱51、储水箱52、水箱管道泵53、水温加热器54组成。
[0062]
滤水箱51出水口与储水箱52进水口的连接管道设有水箱闸阀55，水箱管道泵53出水口与水温加热器54进水口通过软管56连通。
[0063]
温湿度测量组件44能检测隧道衬砌混凝土温湿度，并通过水温调节装置5升温加热喷淋用水和/或喷淋装置4喷淋加湿混凝土。
[0064]
温湿度测量组件44检测到的数值实时传回plc控制系统中，并与系统中设定好的温度湿度参数作对比，设定好的混凝土湿度参数范围为80％～90％，设定好的混凝土温度参数范围为15℃～25℃，该范围下的混凝土初凝或凝固后力学性能最佳。
[0065]
当混凝土温湿度不符合上述范围时，将自动启动水温调节装置5升温加热喷淋用水后借助喷淋装置4喷淋加湿混凝土直至满足参数要求。
[0066]
当隧道喷淋养护全自动台车遇到障碍物时，隧道喷淋养护门架2借助控制台3控制的差速行走装置1形成左右侧速度差，从而实现自动驾驶避障拐弯。

技术特征：
1.一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，其特征在于：包括隧道喷淋养护门架(2)、搭建在隧道喷淋养护门架(2)上的喷淋装置(4)、位于隧道喷淋养护门架(2)底部的差速行走装置(1)和分别位于隧道喷淋养护门架(2)左右侧的控制台(3)、水温调节装置(5)；所述差速行走装置(1)包括安装在隧道喷淋养护门架(2)底部左右侧的底纵梁(11)、位于底纵梁(11)前后两端的车轮组件(12)和连接车轮组件(12)的驱动电机组件(13)；所述喷淋装置(4)包括焊接在每层边侧工作台(22)边沿中心并呈弧形结构的喷淋安装架(41)、沿喷淋安装架(41)铺设的供水管路(42)、若干喷头朝外并间隔布设在供水管路(42)的雾化喷头(43)和安装在顶侧工作台(23)上的温湿度测量组件(44)；所述温湿度测量组件(44)能检测隧道衬砌混凝土温湿度，并通过水温调节装置(5)升温加热喷淋用水和/或喷淋装置(4)喷淋加湿混凝土；当隧道喷淋养护全自动台车遇到障碍物时，隧道喷淋养护门架(2)借助控制台(3)控制的差速行走装置(1)形成左右侧速度差，从而实现自动驾驶避障拐弯。2.根据权利要求1所述的一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，其特征在于：位于前端的所述车轮组件(12)前壁与位于后端的车轮组件(12)后壁均设有避障警示装置(14)，所述避障警示装置(14)用于在台车遇到障碍物时警示现场工作人员，所述避障警示装置(14)包括安装在车轮安装罩(121)上的警示安装柱(141)、位于警示安装柱(141)上的雷达测距传感器(142)和警示灯(143)。3.根据权利要求1所述的一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，其特征在于：所述车轮组件(12)包括螺栓安装在底纵梁(11)底板的车轮安装罩(121)和安装在车轮安装罩(121)内的车轮(122)，所述驱动电机组件(13)包括安装在车轮安装罩(121)同侧且高度一致的减速机(131)、居中安装在底纵梁(11)底部的电机减速机安装座(132)和安装在电机减速机安装座(132)上的双出轴电机减速机(133)，所述双出轴电机减速机(133)两侧出轴端与对应减速机(131)之间通过水平连杆(134)连接，所述双出轴电机减速机(133)的电机为隧道喷淋养护门架(2)提供沿隧道纵向移动的驱动力和力矩，通过左右侧双出轴电机减速机(133)电机转速不同，使左右侧车轮(122)转速不同产生速度差，从而实现单侧集驱差速避障。4.根据权利要求3所述的一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，其特征在于：所述水平连杆(134)采用浮动轴，所述减速机(131)采用轮边减速机，水平连杆(134)与双出轴电机减速机(133)、减速机(131)的对应端轴通过联轴器(136)连接，所述电机减速机安装座(132)对应双出轴电机减速机(133)正上方安装有电机保护盖(135)。5.根据权利要求1所述的一种隧道喷淋养护全自动台车，其特征在于：所述电机减速机安装座(132)水平板、竖直板均设有安装孔并配备螺栓分别与底纵梁(11)底板、双出轴电机减速机(133)螺栓连接，且水平板、竖直板之间设有三角加强板，所述三角加强板设有减重减阻孔。6.根据权利要求1所述的一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，其特征在于：所述隧道喷淋养护门架(2)包括门架主体(21)、多层位于门架主体(21)左右两侧的边侧工作台(22)和位于门架主体(21)顶部的顶侧工作台(23)，所述门架主体(21)安装有能实时检测与隧道内壁距离的侧墙测距组件(24)；所述门架主体(21)由前后对称门型架和横纵向连接杆搭设而成，所述边侧工作台(22)、顶侧工作台(23)、步梯的边沿处均设有安全
围栏，所述边侧工作台(22)设有爬梯安装通道(221)，并配备有爬梯使工作人员能在相邻层的边侧工作台(22)之间移动，顶侧工作台(23)与左右相邻边侧工作台(22)之间搭设有步梯。7.根据权利要求6所述的一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，其特征在于：所述侧墙测距组件(24)左右镜像对称安装在门型架立柱上，侧墙测距组件(24)包括“l”型支撑托架(241)、测距安装架(242)和均位于测距安装架(242)最远端的超声雷达装置(243)、红外测距装置(244)，所述“l”型支撑托架(241)一端与门型架立柱螺栓连接，另一端与测距安装架(242)最近端连接。8.根据权利要求1所述的一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，其特征在于：所述控制台(3)包括内侧螺栓安装在底纵梁(11)上的操作安装架(31)、靠边安装在操作安装架(31)上的plc电控柜(32)，所述操作安装架(31)的前后搭设有步梯，且无遮挡边沿设有安全围栏。9.根据权利要求1所述的一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，其特征在于：所述温湿度测量组件(44)包括传感器安装架和分别安装在传感器安装架上方左右侧的湿度传感器(441)、红外测温传感器(442)，所述传感器安装架包括立槽(443)和对称安装在立式槽左右侧板上的“l”型安装座(444)，所述立槽(443)左右侧板、“l”型安装座(444)侧板螺纹连接，所述湿度传感器(441)、红外测温传感器(442)安装在对应侧“l”型安装座(444)上。10.根据权利要求1所述的一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，其特征在于：所述水温调节装置(5)包括安装在远离控制台(3)的底纵梁(11)上的水箱及水加热安装底座和进出口依次通过管道连通的滤水箱(51)、储水箱(52)、水箱管道泵(53)、水温加热器(54)，所述滤水箱(51)出水口与储水箱(52)进水口的连接管道设有水箱闸阀(55)，所述水箱管道泵(53)出水口与水温加热器(54)进水口通过软管(56)连通。

技术总结
本发明公开了一种基于单侧集驱差速避障的隧道喷淋养护全自动台车，包括隧道喷淋养护门架、搭建在隧道喷淋养护门架上的喷淋装置、位于隧道喷淋养护门架底部的差速行走装置和分别位于隧道喷淋养护门架左右侧的控制台、水温调节装置；差速行走装置包括安装在隧道喷淋养护门架底部左右侧的底纵梁、位于底纵梁前后两端的车轮组件和连接车轮组件的驱动电机组件；喷淋装置包括焊接在每层边侧工作台边沿中心并呈弧形结构的喷淋安装架、沿喷淋安装架铺设的供水管路、若干喷头朝外并间隔布设在供水管路的雾化喷头和安装在顶侧工作台上的温湿度测量组件；具有自动化驾驶差速避障、自动喷淋加热、喷淋范围广、实用性高等优点。实用性高等优点。实用性高等优点。


技术研发人员：杨坤 乔红彦 胡志荣 查炜 漆伟 冯永亮 周陈亮
受保护的技术使用者：中铁十一局集团有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/2