本發(fā)明涉及工程機(jī)械，特別涉及一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的模噴設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、在隧道初期支護(hù)施工中，采用向開(kāi)挖面上直接噴射混凝土的施工方式，其中噴射混凝土方式又分為機(jī)械臂噴射和人工噴射兩種。目前直接噴射混凝土的施工方式存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

2、回彈率高，現(xiàn)在施工過(guò)程中存在20％－40％的回彈，且回彈物料無(wú)法再回收利用，造成了極大的浪費(fèi)，是導(dǎo)致施工成本偏高的主要原因。

3、速凝劑用量大，直接噴射混凝土的施工方式要求混凝土在接觸開(kāi)挖面的很短時(shí)間就需要和開(kāi)挖面粘接在一起，且還要保證粘接后不掉落。普通的混凝土則無(wú)法滿(mǎn)足施工要求，這時(shí)就需要在素混凝土添加速凝劑以達(dá)到混凝土短時(shí)間內(nèi)凝固的要求，且速凝劑用量較大，同樣增加了施工的成本。

4、成型面光潔度差，直接噴射混凝土的施工方式施工成型后的表面凹凸不平、光潔度很差，在下工序施工前還需要對(duì)其表面進(jìn)行整形處理以達(dá)到施工要求，這樣無(wú)疑增加了施工工序，延長(zhǎng)了施工周期，增加了施工成本。

5、施工安全性差，在人工噴射時(shí)，操作人員會(huì)在未支護(hù)面下方進(jìn)行施工，存在被落石和掉落混凝土砸中的風(fēng)險(xiǎn)。另外速凝劑為化學(xué)試劑，在人工噴射時(shí)，操作人員離噴頭處較近，長(zhǎng)時(shí)間操作會(huì)對(duì)操作人員的身體健康造成危害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述不足之處提供一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的模噴設(shè)備，主要解決隧道施工過(guò)程中初期支護(hù)的機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的問(wèn)題；有效避免了噴漿過(guò)程中的混凝土回彈問(wèn)題，并提高了施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境質(zhì)量。

2、本發(fā)明是通過(guò)下述方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

3、一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括模板調(diào)節(jié)模塊、噴頭微調(diào)模塊、噴頭位移模塊、噴射模塊、控制模塊和自動(dòng)噴漿模塊；其中模板調(diào)節(jié)模塊，用于接收控制模塊發(fā)送的模板調(diào)節(jié)信號(hào)，并控制模板/模板機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰角度等，以控制模板機(jī)構(gòu)與巖面之間形成模腔/脫模；噴頭位移模塊，用于接收控制模塊發(fā)送的噴射位移信號(hào)，控制噴頭在橫向、縱向方向上的位移量，并將噴頭調(diào)節(jié)至模腔的上方；噴頭微調(diào)模塊，用于接收控制模塊發(fā)送的模板微調(diào)信號(hào)，并控制噴頭/噴頭組件的轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰角度，以控制噴頭的角度/方向，確保噴頭噴射出的混凝土不垂直于與巖面；噴射模塊，用于接收控制模塊發(fā)送的噴射信號(hào)，并控制混凝土和速凝劑的混合與泵送；控制模塊，用于控制整個(gè)系統(tǒng)各模塊的工作，該控制模塊能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)的方式連接到遠(yuǎn)程控制端，接收遠(yuǎn)程控制端的控制信號(hào)，并分別向各個(gè)模塊發(fā)送控制信號(hào)；自動(dòng)噴漿模塊采用影像技術(shù)檢測(cè)不同模噴方式中的混凝土噴射狀態(tài)；并向控制模塊發(fā)送信號(hào)進(jìn)行判斷。

4、基于上述自動(dòng)化控制系統(tǒng)，控制模塊向噴頭微調(diào)模塊發(fā)送信號(hào)，調(diào)整噴頭的噴射角度或噴射位置，從而實(shí)現(xiàn)高效噴漿。

5、基于上述自動(dòng)化控制系統(tǒng)，自動(dòng)噴漿模塊采用影像技術(shù)檢測(cè)不同模噴方式中的混凝土噴射狀態(tài)，具體為：在模板的上端或噴頭的噴口處設(shè)置攝像頭，用于監(jiān)控該混凝土的噴射狀態(tài)。

6、基于上述自動(dòng)化控制系統(tǒng)，自動(dòng)噴漿模塊與模腔的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)匹配。

7、基于上述自動(dòng)化控制系統(tǒng)，采用三個(gè)模腔時(shí)，對(duì)三個(gè)模腔進(jìn)行逐一的噴射混凝土，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)模腔即將到達(dá)滿(mǎn)的位置時(shí)，通過(guò)模板的傳感器或者紅外線(xiàn)等感應(yīng)器，判斷噴射混凝土是否達(dá)到滿(mǎn)的狀態(tài)，收集的數(shù)據(jù)，指令噴漿結(jié)束，換下一個(gè)模腔。

8、基于上述自動(dòng)化控制系統(tǒng)，還包括模腔噴滿(mǎn)檢測(cè)模塊；模腔噴滿(mǎn)檢測(cè)模塊用于檢測(cè)模腔內(nèi)是否噴滿(mǎn)混凝土，在噴頭上或者模板上方增加傳感器，檢測(cè)模腔中的料是否噴滿(mǎn)，當(dāng)檢測(cè)到噴滿(mǎn)后，則向控制模塊發(fā)送噴滿(mǎn)信號(hào)，控制模塊則迅速控制噴射控制系統(tǒng)及其控制模塊關(guān)閉速凝劑和混凝土的噴射。

9、基于上述自動(dòng)化控制系統(tǒng)，還包括噴漿管料的檢測(cè)模塊，在噴漿管上增加傳感器，檢測(cè)噴漿管中是否存在其中一段沒(méi)有料，如果檢測(cè)到噴漿管中沒(méi)料，則向控制模塊發(fā)送噴漿管無(wú)料的信號(hào)，控制模塊則控制噴射系統(tǒng)中的速凝劑泵送系統(tǒng)發(fā)送關(guān)閉信號(hào)，從而關(guān)閉速凝劑的泵送，當(dāng)檢測(cè)到噴漿管有料時(shí)，則向控制模塊發(fā)送噴漿管有料的信號(hào)，控制模塊則控制噴射系統(tǒng)中的速凝劑泵送系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)啟信號(hào)，馬上恢復(fù)速凝劑的供應(yīng)。

10、基于上述自動(dòng)化控制系統(tǒng)，還包括速凝劑監(jiān)測(cè)模塊，該模塊主要包括在在速凝劑管和風(fēng)管混合前段設(shè)置傳感器，檢測(cè)管道中是否有速凝劑，當(dāng)監(jiān)測(cè)到管道中無(wú)速凝劑時(shí)，向控制模塊發(fā)送報(bào)警信號(hào)，控制模塊向混凝土泵送模塊發(fā)送停止泵送信號(hào)，從而停止混凝土的泵送。

11、本方案還公開(kāi)一種模噴設(shè)備，包括噴頭組件、模板機(jī)構(gòu)和噴射系統(tǒng)，在隧道施工過(guò)程中，所述模板機(jī)構(gòu)與隧道開(kāi)挖巖面配合形成模腔，所述噴頭組件置于模腔上方且噴頭朝向模腔內(nèi)；所述噴頭組件上連接有噴射系統(tǒng)，將填設(shè)有速凝劑的混凝土泵送至噴頭組件，所述噴頭組件將混凝土沿非垂直于巖面的角度噴射至模腔內(nèi)，使混凝土在模腔內(nèi)凝固形成支護(hù)層。

12、基于上述一種模噴設(shè)備的結(jié)構(gòu)，所述噴頭組件連接于噴頭位移機(jī)構(gòu)，所述噴頭位移機(jī)構(gòu)能控制噴頭組件相對(duì)于模板機(jī)構(gòu)/模腔的位移；所述噴頭位移機(jī)構(gòu)還包括前臂機(jī)構(gòu)，所述前臂機(jī)構(gòu)上設(shè)有縱移機(jī)構(gòu)，所述縱移機(jī)構(gòu)上設(shè)有橫移機(jī)構(gòu)，其中縱移機(jī)構(gòu)能控制橫移機(jī)構(gòu)及噴頭組件在縱向方向上的位移；

13、所述橫移機(jī)構(gòu)包括橫移臂，所述橫移臂相對(duì)于前臂機(jī)構(gòu)橫向布置，所述橫移臂上布置有橫向槽軌及橫移齒條；所述微調(diào)機(jī)構(gòu)設(shè)有與所述橫向槽軌配合的滾輪、與橫移齒條嚙合的齒輪，使微調(diào)機(jī)構(gòu)和噴頭組件能相對(duì)于橫移臂在橫向方向上運(yùn)動(dòng)。

14、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

15、通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的混凝土模噴用組合式模板機(jī)構(gòu)，加大了模板組與開(kāi)挖巖面上鋼拱架共同圍合成模腔的整體面積，提高了模板組單次移動(dòng)后的混凝土噴澆量，有效提高了噴澆效率；同時(shí)也有效的避免了因?yàn)殇摴凹芘c開(kāi)挖面之間存在縫隙，以及模板組與鋼拱架之間存在縫隙而造成的混凝土泄漏的問(wèn)題；并通過(guò)新設(shè)計(jì)的側(cè)模機(jī)構(gòu)，使得模板機(jī)構(gòu)、側(cè)模機(jī)構(gòu)和巖面之間直接形成模腔，并不以鋼拱架的搭設(shè)作為前提條件，加大了模板機(jī)構(gòu)的適用范圍，并進(jìn)一步提高了模噴澆筑的效率。

技術(shù)特征：

1.一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于：包括模板調(diào)節(jié)模塊、噴頭微調(diào)模塊、噴頭位移模塊、噴射模塊、控制模塊和噴頭自動(dòng)調(diào)正模塊；其中模板調(diào)節(jié)模塊，用于接收控制模塊發(fā)送的模板調(diào)節(jié)信號(hào)，并控制模板/模板機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰角度，以控制模板機(jī)構(gòu)與巖面之間形成模腔/脫模；噴頭位移模塊，用于接收控制模塊發(fā)送的噴射位移信號(hào)，控制噴頭在橫向、縱向方向上的位移量，并將噴頭調(diào)節(jié)至模腔的上方；噴頭微調(diào)模塊，用于接收控制模塊發(fā)送的模板微調(diào)信號(hào)，并控制噴頭/噴頭組件的轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰角度，以控制噴頭的角度/方向，確保噴頭噴射出的混凝土不垂直于與巖面；噴射模塊，用于接收控制模塊發(fā)送的噴射信號(hào)，并控制混凝土和速凝劑的混合與泵送；控制模塊，用于控制整個(gè)系統(tǒng)各模塊的工作，該控制模塊能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)/有線(xiàn)的方式連接到遠(yuǎn)程控制端，接收遠(yuǎn)程控制端的控制信號(hào)，并分別向各個(gè)模塊發(fā)送控制信號(hào)；噴頭自動(dòng)調(diào)正模塊與控制模塊信號(hào)連接。

2.如權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于：噴頭自動(dòng)調(diào)正模塊包括檢測(cè)功能模塊、判斷功能模塊、調(diào)節(jié)功能模塊，其中檢測(cè)功能模塊，實(shí)時(shí)檢測(cè)噴頭組件與模板/模板機(jī)構(gòu)之間平行關(guān)系，并將信息傳遞判斷功能模塊，判斷功能模塊對(duì)實(shí)時(shí)檢測(cè)的信息與在線(xiàn)信息進(jìn)行對(duì)比判斷；若相互平行，則向調(diào)節(jié)功能模塊發(fā)送不調(diào)節(jié)信號(hào)，若相互不平行，則向調(diào)節(jié)功能模塊發(fā)送調(diào)節(jié)信號(hào)，調(diào)節(jié)功能模塊通過(guò)噴頭與模塊的位置，在模板對(duì)正后，噴頭進(jìn)行自動(dòng)找正平行的位置。

3.如權(quán)利要求2所述的一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于：還包括自動(dòng)噴漿模塊，自動(dòng)噴漿模塊采用影像技術(shù)檢測(cè)不同模噴方式中的混凝土噴射狀態(tài)，具體為：在模板的上端或噴頭的噴口處設(shè)置攝像頭，用于監(jiān)控該混凝土的噴射狀態(tài)。

4.如權(quán)利要求3所述的一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于：自動(dòng)噴漿模塊與模腔的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)匹配。

5.如權(quán)利要求4所述的一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于：采用三個(gè)模腔時(shí)，對(duì)三個(gè)模腔進(jìn)行逐一的噴射混凝土，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)模腔即將到達(dá)滿(mǎn)的位置時(shí)，通過(guò)模板的傳感器或者紅外線(xiàn)感應(yīng)器，判斷噴射混凝土是否達(dá)到滿(mǎn)的狀態(tài)，收集的數(shù)據(jù)，指令噴漿結(jié)束，換下一個(gè)模腔。

6.如權(quán)利要求5所述的一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于：還包括模腔噴滿(mǎn)檢測(cè)模塊；模腔噴滿(mǎn)檢測(cè)模塊用于檢測(cè)模腔內(nèi)是否噴滿(mǎn)混凝土，在噴頭上或者模板上方增加傳感器，檢測(cè)模腔中的料是否噴滿(mǎn)，當(dāng)檢測(cè)到噴滿(mǎn)后，則向控制模塊發(fā)送噴滿(mǎn)信號(hào)，控制模塊則迅速控制噴射控制系統(tǒng)及其控制模塊關(guān)閉速凝劑和混凝土的噴射。

7.如權(quán)利要求6所述的一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于：還包括噴漿管料的檢測(cè)模塊，在噴漿管上增加傳感器，檢測(cè)噴漿管中是否存在其中一段沒(méi)有料，如果檢測(cè)到噴漿管中沒(méi)料，則向控制模塊發(fā)送噴漿管無(wú)料的信號(hào)，控制模塊則控制噴射系統(tǒng)中的速凝劑泵送系統(tǒng)發(fā)送關(guān)閉信號(hào)，從而關(guān)閉速凝劑的泵送，當(dāng)檢測(cè)到噴漿管有料時(shí)，則向控制模塊發(fā)送噴漿管有料的信號(hào)，控制模塊則控制噴射系統(tǒng)中的速凝劑泵送系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)啟信號(hào)，馬上恢復(fù)速凝劑的供應(yīng)。

8.如權(quán)利要求7所述的一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于：還包括速凝劑監(jiān)測(cè)模塊，該模塊主要包括在在速凝劑管和風(fēng)管混合前段設(shè)置傳感器，檢測(cè)管道中是否有速凝劑，當(dāng)監(jiān)測(cè)到管道中無(wú)速凝劑時(shí)，向控制模塊發(fā)送報(bào)警信號(hào)，控制模塊向混凝土泵送模塊發(fā)送停止泵送信號(hào)，從而停止混凝土的泵送。

9.一種基于權(quán)利要求1～8任一所述自動(dòng)化控制系統(tǒng)的模噴設(shè)備，其特征在于：包括噴頭組件、模板機(jī)構(gòu)和噴射系統(tǒng)，在隧道施工過(guò)程中，所述模板機(jī)構(gòu)與隧道開(kāi)挖巖面配合形成模腔，所述噴頭組件置于模腔上方且噴頭朝向模腔內(nèi)；所述噴頭組件上連接有噴射系統(tǒng)，將填設(shè)有速凝劑的混凝土泵送至噴頭組件，所述噴頭組件將混凝土沿非垂直于巖面的角度噴射至模腔內(nèi)，使混凝土在模腔內(nèi)凝固形成支護(hù)層。

10.如權(quán)利要求9所述的一種模噴設(shè)備，其特征在于：所述噴頭組件連接于噴頭位移機(jī)構(gòu)，所述噴頭位移機(jī)構(gòu)能控制噴頭組件相對(duì)于模板機(jī)構(gòu)/模腔的位移；所述噴頭位移機(jī)構(gòu)還包括前臂機(jī)構(gòu)，所述前臂機(jī)構(gòu)上設(shè)有縱移機(jī)構(gòu)，所述縱移機(jī)構(gòu)上設(shè)有橫移機(jī)構(gòu)，其中縱移機(jī)構(gòu)能控制橫移機(jī)構(gòu)及噴頭組件在縱向方向上的位移；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種自動(dòng)化控制系統(tǒng)及基于該系統(tǒng)的模噴設(shè)備：包括模板調(diào)節(jié)模塊、噴頭微調(diào)模塊、噴頭位移模塊、噴射模塊、控制模塊和噴頭自動(dòng)調(diào)正模塊；其中模板調(diào)節(jié)模塊，用于接收控制模塊發(fā)送的模板調(diào)節(jié)信號(hào)，并控制模板/模板機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰角度等，以控制模板機(jī)構(gòu)與巖面之間形成模腔/脫模；噴頭位移模塊，用于接收控制模塊發(fā)送的噴射位移信號(hào)，控制噴頭在橫向、縱向方向上的位移量，并將噴頭調(diào)節(jié)至模腔的上方；噴頭微調(diào)模塊，用于接收控制模塊發(fā)送的模板微調(diào)信號(hào)，并控制噴頭/噴頭組件的轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰角度，以控制噴頭的角度/方向，確保噴頭噴射出的混凝土不垂直于與巖面。

技術(shù)研發(fā)人員：藍(lán)傳雯
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川藍(lán)海智能裝備制造有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6