一种隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110118092 A(43)申请公布日 2019.08.13

(21)申请号 2018101052.3(22)申请日 2018.02.05

(71)申请人 兰州交通大学

地址 730070 甘肃省兰州市安宁区安宁西

路88号(72)发明人 武福　杨喜娟　李忠学　豆辉　

刘襄南　段振枢　陈辅斌　张昕　杨博　祁鹏　曹仁涛　张明禄　武云　刘静　(51)Int.Cl.

E21D 11/10(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图7页

CN 110118092 A()发明名称

一种隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统

(57)摘要

本发明提供一种隧道全自动喷淋养护设备，适用于隧道顶部混凝土的养护，主要包括：距离传感器、喷淋组件、支架、升降装置、升降电机、水泵、行走电机、链传动、车身、水箱、磁翻板液位计、电气控制柜。本发明操作简便，能够自动行走、反向行走和喷淋，如有需要也可以切换成手动控制。自动调节喷淋水量的大小，使喷淋水量达到最佳状态，有效地减少衬砌混凝土表面裂纹，保证混凝土衬砌强度和耐久性，间接地产生经济效益，适用于各种类型的隧道衬砌混凝土养护施工；本发明提高了施工效率，降低了养护工序成本，改善了混凝土外观质量，净化了洞内空气，提高了安全可靠性。本发明还具有结构简洁紧凑、制造成本低廉和使用简便的优点。

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权　利　要　求　书

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1.本发明涉及一种隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统，适用于隧道顶部混凝土的养护，主要包括：

距离传感器(1)、喷淋组件(2)、支架(3)、升降装置(4)、升降电机(5)、水泵(6)、行走电机(7)、链传动(8)、车身(9)、水箱(10)、磁翻板液位计(11)、电气控制柜(12)。

2.根据权利要求1所述的一种隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统，其特征是：所述距离传感器(1)装在喷淋组件(2)的顶部，用于测量喷淋组件(2)与硐室顶部的距离，喷淋组件(2)与升降电机(5)安装在支架(3)上，支架(3)焊接在车身(9)上，喷淋组件(2)由三根水管经三角架连接而成，水管端面圆弧部分均匀布满雾化喷头。

3.根据权利要求1所述的一种隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统，其特征是：所述升降装置(4)由电气控制柜(12)通过控制升降电机(5)的启动与停止，来控制喷淋组件(2)的上升与下降。

4.根据权利要求1所述的一种隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统，其特征是：手机客户端通过无线通信网络将指令传输到DTU中，DTU将IP数据变为串口数据送入PLC，由PLC对升降电机(5)、水泵(6)和行走电机(7)进行远程控制。

5.根据权利要求1所述的一种隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统，其特征是：电气控制柜(12)通过控制水泵(6)运转，使养护设备行走时喷淋，静止时停止喷淋。

6.根据权利要求1所述的一种隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统，其特征是：电气控制柜(12)通过PLC控制行走电机(7)的启动、停止及正反转，行走电机(7)通过链传动(8)以驱动车轮行走及转向，实现养护设备的自动往复行走。

7.根据权利要求1所述的一种隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统，其特征是：所述车身(9)由底座和两组轮对构成，水箱(10)安装在车身(9)上，磁翻板液位计(11)和电气控制柜(12)分别装在水箱(10)的箱体侧面。

8.根据权利要求1所述的一种隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统，其特征是：当水位低于警戒线时，磁翻板液位计(11)将水位信息传递给电气控制柜(12)，并报警；当水位恢复正常时，磁翻板液位计(11)将水位信息传递给电气控制柜(12)，并解除警报。

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一种隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统

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技术领域

[0001]本发明 涉属于隧道养护设备，确切地说是隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统。

技术背景

[0002]随着我国道路建设的快速发展，高原、山岭隧道工程所占的比例逐步增加，同时对隧道衬砌混凝土的强度、抗渗性能、耐久性也提出了更高的要求。隧道主要支护形式为初期支护和二衬支护，初期支护中必然要用到喷射混凝土，二衬支护主要为浇筑混凝土。[0003]混凝土发生湿度变化，其体积也相应地发生膨胀或者收缩线性。对于新浇筑的混凝土，由于湿度变化而引起的体积变形为塑性收缩；对于硬化混凝土，由于湿度变化而引起的体积变形为干燥收缩。混凝土表面脱水的速率大时，混凝土内部出现负的毛细管压力，并产生浆体体积的塑性收缩。由于收缩在混凝土块体内是不均匀的，这种体积变化的差异可产生拉应力，促使混凝土块体出现裂缝，从而破坏表面层表面的完整性，并降低其耐久性。[0004]在隧道工程施工中，长大隧道因洞内温度较恒定，洞内空气有一定湿度，在混凝土养护工序控制上，普遍存在重视不够、控制不严的现象，致使初支混凝土和二衬混凝土养护不到位，强度和耐久性受到影响。而且，由于长大隧道断面大、距离远，采用人工洒水养护无法保证洒水均匀，混凝土养护问题成为隧道施工中普遍存在的问题。[0005]目前，虽然有喷水养护的设备，但是也需要工人现场操作，自动化水平低。发明内容

[0006]为解决上述问题，本发明 的目的是提供一种隧道全自动喷淋养护设备及其控制系统，以下简称养护设备。[0007]本发明 为实现上述目的，通过以下技术方案实现：养护设备主要包括距离传感器、喷淋组件、支架、升降装置、升降电机、水泵、行走电机、链传动、车身、水箱、磁翻板液位计、电气控制柜。车身由底座和两组轮对构成，支架、水泵和水箱安装在车身上，喷淋组件和升降装置安装在支架上，喷淋组件由三根水管经三角架连接而成，水管端面圆弧部分均匀布满雾化喷头。

[0008]养护设备的使用方法，包括下述步骤：①操作人员登录手机客户端，点击客户端的物联网程序上的开机指令，远程启动设备开机，安装在养护设备上的电气控制柜面板上的电源灯亮，表示设备开机，同时在手机客户端的界面上显示开机。在PLC中预先设置好运行时间和往复次数后，启动自动运行程序，距离传感器判断当前喷淋管与硐室的衬砌轮廓之间的距离，如果在0.15～0.25m范围内，则养护设备行走电机自动启动，若超出0.15～0.25m范围，传感器则将信号反馈到PLC当中，PLC控制升降电机对喷淋管的高度进行调整，高度调整完成后，养护设备行走电机自动启动。②在养护设备沿轨道方向匀速行走过程中，当养护设备行走了预定时间后，PCL控制电机反转，养护设备沿原路返回。③养护设备工作：养护设备开始行走后，PLC控制水泵启动，养护设备进行喷淋作业。④水位监测：水箱上装有磁翻板

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液位计，对水箱中剩余水量进行监测。[0009]本发明 的优点在于：本发明 操作简便，可通过PLC设定往复作业速度与作业时间，能够自动行走，反向行走，喷淋，实现养护的自动化，并使喷淋水量均匀，从而有效地减少衬砌混凝土表面裂纹，保证混凝土衬砌强度和耐久性，间接地产生经济效益；磁翻板液位计可以实时监测水箱内的水位，工作人员也可以远程监测，真正实现了智能化作业；本发明 提高了施工效率，降低了养护工序成本，改善了混凝土外观质量，净化了洞内空气，减少了通风时间，提高了安全可靠性，为施工创造了明显的经济效益。本发明 所采用的磁翻板液位计为技术成熟的国产系列，成本低廉，效果显著。附图说明

[0010]图1是本发明 结构示意图；图2是图1左视结构示意图；图3是本发明 的实体图；图4是本发明 的电气控制图；图5是本发明 的PLC接线图；图6是本实用新型的远程监控画面；图7是本发明 的框图；图8是本发明 的工作流程图。[0011]附图标记：1—距离传感器、2—喷淋组件、3—支架、4—升降装置、5—升降电机、 6—水泵、7—行走电机、8—链传动、9—车身、10—水箱、11—磁翻板液位计、12—电气控制柜。

具体实施方式

[0012]养护设备如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，包括距离传感器1、喷淋组件 2、支架3、升降装置4、升降电机5、水泵6、行走电机7、链传动8、车身9、水箱10、磁翻板液位计11、电气控制柜12。车身9由底座和两组轮对构成，支架3、水泵6和水箱10 安装在车身9上；喷淋组件2和升降装置4安装在支架3上，喷淋组件2由三根水管经三角架连接而成，水管端面圆弧部分均匀布满雾化喷头；电气控制柜12内设置PLC、DTU、EM235 等相关电气元件，磁翻板液位计11的输出端连接EM235的输入端，PLC的输出端连接升降电机5、水泵6和行走电机7的输入端，控制升降电机5、水泵6和行走电机7的启停；PLC 给磁翻板液位计11、EM235、数显表供电；数显表安装在电气控制柜12上。[0013]养护设备的具体使用方法，包括下述步骤：①操作人员点击手机端的物联网小程序上的开机指令，并将指令通过无线通信网络传输到DTU，DTU将IP数据变为串口数据传送到 PLC，设备开机，在养护设备的电控箱面板上的电源灯亮，表示设备开机，同时手机客户端的界面上显示开机。在PLC中设置好作业时间和往复作业次数后，启动自动运行程序，距离传感器1判断当前喷淋管与硐室的衬砌轮廓之间的距离，如果在0.15～0.25m范围内，则养护设备行走电机7自动启动，若超出0.15～0.25m范围，距离传感器1则将信号反馈到PLC， PLC控制升降电机5对喷淋管的高度进行调整，调整完后行走电机7自动启动，同时电气控制柜12上的行走信号灯亮起绿色运行灯。②运行状态：根据PLC中预先设定的程序，当养护设备行进了预设时间后行走电机7反转，养护设备原路返回。当养护设备再次到达出发点时，这个往复运动为一次喷淋作业，在PLC中预设喷淋工作次数，当达到规定次数后，养护设备回到出发点并停止运动，同时运行灯灭。③喷淋作业：养护设备自动行走后，操作人员远程启动水泵6，养护设备进行喷淋作业，同时喷淋管道上的灯亮起来，电器控制柜12上的喷淋信号灯亮起绿色运行灯。完成喷淋作业后，行走电机7关闭，水泵6自动关闭，运行灯和喷淋

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管道上的灯灭。④水位监测：水箱10上装有磁翻板液位计11，对水箱10中剩余水量进行监测，当水量低于警戒线时，PLC控制水泵6自动关闭，喷淋管上的灯闪烁，并发出蜂鸣报警，直到工作人员到电气控制柜12旁关闭报警。[0014]养护设备的故障处理：①行走故障：当行走电机7出现故障时，系统立刻停止运行，并发出蜂鸣警报，同时电气控制柜12上绿色运行灯灭，亮起黄色故障灯。操作人员可将系统切换到手动控制状态进行检修。②水泵故障：当水泵6出现故障时，PLC控制水泵立刻停止运行，并发出蜂鸣警报，同时电气控制柜12上绿色运行灯灭，亮起黄色故障灯。操作人员可将系统切换到手动控制状态进行检修。③升降故障：升降电机5出现故障时，系统立刻停止运行，并发出蜂鸣警报，同时电气控制柜12上绿色运行灯灭，亮起黄色故障灯。操作人员可将系统切换到手动控制状态进行检修。

[0015]所述电气控制柜12的防护等级为IP55，它具有防水防潮的功能，可有效的保护控制柜里的电气元件。[0016]本发明 的技术方案并不于本发明 所述的实施例的范围内。本发明 未详尽描述的技术内容均为公知技术。

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图1

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图2

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图3

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图4

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图6

图7

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图8

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