本發(fā)明涉及工程機(jī)械，特別涉及一種自動化控制系統(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缺點：

2、回彈率高，現(xiàn)在施工過程中存在20％－40％的回彈，且回彈物料無法再回收利用，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挖面的很短時間就需要和開挖面粘接在一起，且還要保證粘接后不掉落。普通的混凝土則無法滿足施工要求，這時就需要在素混凝土添加速凝劑以達(dá)到混凝土短時間內(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其表面進(jìn)行整形處理以達(dá)到施工要求，這樣無疑增加了施工工序，延長了施工周期，增加了施工成本。

5、施工安全性差，在人工噴射時，操作人員會在未支護(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。另外速凝劑為化學(xué)試劑，在人工噴射時，操作人員離噴頭處較近，長時間操作會對操作人員的身體健康造成危害。

技術(shù)實現(xiàn)思路

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

2、本發(fā)明是通過下述方案來實現(xiàn)的：

3、一種自動化控制系統(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，并控制模板/模板機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動、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，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，并控制噴頭/噴頭組件的轉(zhuǎn)動、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，并控制混凝土和速凝劑的混合與泵送；控制模塊，用于控制整個系統(tǒng)各模塊的工作，該控制模塊能夠通過無線/有線的方式連接到遠(yuǎn)程控制端，接收遠(yuǎn)程控制端的控制信號，并分別向各個模塊發(fā)送控制信號；自動噴漿模塊采用影像技術(shù)檢測不同模噴方式中的混凝土噴射狀態(tài)；并向控制模塊發(fā)送信號進(jìn)行判斷。

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

5、基于上述自動化控制系統(tǒng)，自動噴漿模塊采用影像技術(shù)檢測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、基于上述自動化控制系統(tǒng)，自動噴漿模塊與模腔的個數(shù)對應(yīng)匹配。

7、基于上述自動化控制系統(tǒng)，采用三個模腔時，對三個模腔進(jìn)行逐一的噴射混凝土，當(dāng)?shù)谝粋€模腔即將到達(dá)滿的位置時，通過模板的傳感器或者紅外線等感應(yīng)器，判斷噴射混凝土是否達(dá)到滿的狀態(tài)，收集的數(shù)據(jù)，指令噴漿結(jié)束，換下一個模腔。

8、基于上述自動化控制系統(tǒng)，還包括模腔噴滿檢測模塊；模腔噴滿檢測模塊用于檢測模腔內(nèi)是否噴滿混凝土，在噴頭上或者模板上方增加傳感器，檢測模腔中的料是否噴滿，當(dāng)檢測到噴滿后，則向控制模塊發(fā)送噴滿信號，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、基于上述自動化控制系統(tǒng)，還包括噴漿管料的檢測模塊，在噴漿管上增加傳感器，檢測噴漿管中是否存在其中一段沒有料，如果檢測到噴漿管中沒料，則向控制模塊發(fā)送噴漿管無料的信號，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，從而關(guān)閉速凝劑的泵送，當(dāng)檢測到噴漿管有料時，則向控制模塊發(fā)送噴漿管有料的信號，控制模塊則控制噴射系統(tǒng)中的速凝劑泵送系統(tǒng)發(fā)送開啟信號，馬上恢復(fù)速凝劑的供應(yīng)。

10、基于上述自動化控制系統(tǒng)，還包括速凝劑監(jiān)測模塊，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，檢測管道中是否有速凝劑，當(dāng)監(jiān)測到管道中無速凝劑時，向控制模塊發(fā)送報警信號，控制模塊向混凝土泵送模塊發(fā)送停止泵送信號，從而停止混凝土的泵送。

11、本方案還公開一種模噴設(shè)備，包括噴頭組件、模板機(jī)構(gòu)和噴射系統(tǒng)，在隧道施工過程中，所述模板機(jī)構(gòu)與隧道開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)和噴頭組件能相對于橫移臂在橫向方向上運(yùn)動。

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、通過特殊設(shè)計的混凝土模噴用組合式模板機(jī)構(gòu)，加大了模板組與開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后的混凝土噴澆量，有效提高了噴澆效率；同時也有效的避免了因為鋼拱架與開挖面之間存在縫隙，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題；并通過新設(shè)計的側(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，并控制模板/模板機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動、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，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，并控制噴頭/噴頭組件的轉(zhuǎn)動、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，并控制混凝土和速凝劑的混合與泵送；控制模塊，用于控制整個系統(tǒng)各模塊的工作，該控制模塊能夠通過無線/有線的方式連接到遠(yuǎn)程控制端，接收遠(yuǎn)程控制端的控制信號，并分別向各個模塊發(fā)送控制信號；噴頭自動調(diào)正模塊與控制模塊信號連接。

2.如權(quán)利要求1所述的一種自動化控制系統(tǒng)，其特征在于：噴頭自動調(diào)正模塊包括檢測功能模塊、判斷功能模塊、調(diào)節(jié)功能模塊，其中檢測功能模塊，實時檢測噴頭組件與模板/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，判斷功能模塊對實時檢測的信息與在線信息進(jìn)行對比判斷；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，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，調(diào)節(jié)功能模塊通過噴頭與模塊的位置，在模板對正后，噴頭進(jìn)行自動找正平行的位置。

3.如權(quán)利要求2所述的一種自動化控制系統(tǒng)，其特征在于：還包括自動噴漿模塊，自動噴漿模塊采用影像技術(shù)檢測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所述的一種自動化控制系統(tǒng)，其特征在于：自動噴漿模塊與模腔的個數(shù)對應(yīng)匹配。

5.如權(quán)利要求4所述的一種自動化控制系統(tǒng)，其特征在于：采用三個模腔時，對三個模腔進(jìn)行逐一的噴射混凝土，當(dāng)?shù)谝粋€模腔即將到達(dá)滿的位置時，通過模板的傳感器或者紅外線感應(yīng)器，判斷噴射混凝土是否達(dá)到滿的狀態(tài)，收集的數(shù)據(jù)，指令噴漿結(jié)束，換下一個模腔。

6.如權(quán)利要求5所述的一種自動化控制系統(tǒng)，其特征在于：還包括模腔噴滿檢測模塊；模腔噴滿檢測模塊用于檢測模腔內(nèi)是否噴滿混凝土，在噴頭上或者模板上方增加傳感器，檢測模腔中的料是否噴滿，當(dāng)檢測到噴滿后，則向控制模塊發(fā)送噴滿信號，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所述的一種自動化控制系統(tǒng)，其特征在于：還包括噴漿管料的檢測模塊，在噴漿管上增加傳感器，檢測噴漿管中是否存在其中一段沒有料，如果檢測到噴漿管中沒料，則向控制模塊發(fā)送噴漿管無料的信號，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，從而關(guān)閉速凝劑的泵送，當(dāng)檢測到噴漿管有料時，則向控制模塊發(fā)送噴漿管有料的信號，控制模塊則控制噴射系統(tǒng)中的速凝劑泵送系統(tǒng)發(fā)送開啟信號，馬上恢復(fù)速凝劑的供應(yīng)。

8.如權(quán)利要求7所述的一種自動化控制系統(tǒng)，其特征在于：還包括速凝劑監(jiān)測模塊，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，檢測管道中是否有速凝劑，當(dāng)監(jiān)測到管道中無速凝劑時，向控制模塊發(fā)送報警信號，控制模塊向混凝土泵送模塊發(fā)送停止泵送信號，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)，在隧道施工過程中，所述模板機(jī)構(gòu)與隧道開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)明公開了一種自動化控制系統(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，并控制模板/模板機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動、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，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，并控制噴頭/噴頭組件的轉(zhuǎn)動、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