噴漿作業(yè)一體化的技術(shù)方案

噴漿作業(yè)一體化的技術(shù)方案

噴混凝土（又稱噴混凝土）防護(hù)是鐵路、公路、采礦、水管理、地鐵等工程隧道防護(hù)的一種廣泛使用的方法。然而，人工鉆探混凝土具有高回射率、高粉料、施工質(zhì)量不穩(wěn)定、施工延遲等缺點(diǎn)。尤其是干噴時(shí)，這些缺點(diǎn)最為突出。產(chǎn)生上述缺點(diǎn)的原因是多方面的,從工藝和設(shè)備的角度看,有下述幾個(gè)主要原因:(1)人工噴射混凝土無法按噴射混凝土的工藝原則進(jìn)行。這是因?yàn)閲姖{作業(yè)時(shí),噴射點(diǎn)周圍飛沙走石,操作者不敢抬頭,只能站在較遠(yuǎn)的地方斜著噴,無法按噴漿工藝要求保持噴槍與受噴面垂直并保持1m左右的距離,這就必然造成回彈率高、粉塵大;(2)由于回彈物中大部分是骨料,故回彈多也降低了混凝土的強(qiáng)度;(3)大斷面隧道施工中,人工噴射混凝土需要腳手架,爆破后不能立即施噴,新裸露的圍巖就會(huì)松動(dòng),這樣即使后來噴了混凝土,其支護(hù)效果也不如立即噴射混凝土好,因此人工噴射混凝土不僅影響了施工質(zhì)量,也影響了施工進(jìn)度;(4)雖然在大隧道施工中較多地采用簡易臺車進(jìn)行噴漿,但站在臺車架子上比站地面困難更多,更無法按噴漿工藝原則作業(yè),回彈更大,作業(yè)速度更慢。從發(fā)展的趨勢看,濕噴是今后的發(fā)展方向,國內(nèi)在濕噴機(jī)的研制上也取得了很大成績,但目前國產(chǎn)轉(zhuǎn)子式濕噴機(jī)出料量(即生產(chǎn)能力)偏小而大出料量的混凝土泵(如12～20m3/h)人工又抱不動(dòng)噴槍,因而施工進(jìn)度就慢,不少單位只得采用2～3臺噴機(jī)同時(shí)作業(yè)的辦法來彌補(bǔ)。但是,濕噴時(shí),若仍采用人工作業(yè),同樣存在不能按噴漿工藝作業(yè)的問題。因此,克服上述缺點(diǎn)的措施在于實(shí)現(xiàn)噴漿作業(yè)一體化,即采用噴射混凝土機(jī)器人配上大排量濕噴機(jī)等設(shè)備進(jìn)行有線或者無線遠(yuǎn)距離遙控。僅就采用機(jī)器人噴射混凝土而言,至少可以保證噴漿作業(yè)按其工藝要求進(jìn)行,即噴槍與受噴面垂直并保持最佳距離;噴槍的運(yùn)動(dòng)可按工藝要求的軌跡進(jìn)行;噴射混凝土作業(yè)人員能夠借助于有線遙控或無線遙控進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作而免受粉塵和塌方(或剝落掉塊)的威脅;而且,能夠做到爆破后及時(shí)作噴射混凝土支護(hù),不僅省去腳手架,更重要的是提高了工程質(zhì)量,加快了施工進(jìn)度。此外,隨著濕噴機(jī)和濕噴工藝的推廣,噴射混凝土機(jī)器人勢將替代人工成為必備的設(shè)備。1噴流設(shè)備的作用噴射混凝土作業(yè)優(yōu)化配置圖如圖1所示。采用噴砼機(jī)器人與大排量濕噴機(jī)配套進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)自動(dòng)地保持噴槍與受噴面垂直,噴槍口與受噴面的距離為(100±20)cm。如果采用高壓風(fēng)噴射,則最好能讓風(fēng)壓隨噴射距離的變化做相應(yīng)調(diào)節(jié)。(2)能保證噴槍按最佳軌跡自行運(yùn)動(dòng),并且能平滑調(diào)節(jié)噴槍在軌跡上的移動(dòng)速度。(3)考慮到工作環(huán)境的實(shí)際情況,設(shè)備具有有線遙控或無線遙控功能。遙控功能可使得操作者離開設(shè)備一定距離,站在安全、無粉塵并且更易觀察噴射情況的位置操作。(4)能顯著提高作業(yè)效率,實(shí)現(xiàn)快速施工。這里“提高作業(yè)效率”有兩層意思,一是靠設(shè)備本身的自動(dòng)功能來顯著提高作業(yè)效率;二是噴漿機(jī)器人與大排量濕噴機(jī)相配套顯著提高噴漿作業(yè)效率(后者對機(jī)器人來說是很容易做到的,而原來的人工噴漿是無法做到的);再者就是采用機(jī)器人進(jìn)行噴漿作業(yè)可以節(jié)省人力提高作業(yè)效率。2噴射混凝土機(jī)器人該機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理圖及性能參數(shù)如圖2和表1所示。圖2中展示了機(jī)器人工作于最高和最低姿態(tài)的2種狀態(tài)。所示的機(jī)器人結(jié)構(gòu)是基于盡可能方便地實(shí)現(xiàn)最佳噴漿軌跡這一基本思想設(shè)計(jì)出來的。它有6個(gè)自由度:大臂在油缸驅(qū)動(dòng)下做俯仰運(yùn)動(dòng);小臂做水平擺動(dòng),水平擺動(dòng)的范圍為±45°,由于小臂采用四連桿機(jī)構(gòu),故擺動(dòng)時(shí)其末端做平移運(yùn)動(dòng),從而使得位于其末端的水平伸縮臂與受噴面的相對距離和姿態(tài)不變(同時(shí)意味著噴射混凝土作業(yè)時(shí)機(jī)器人停靠在隧道一側(cè));水平伸縮臂能在與隧道軸線平行的方向伸縮,使得噴槍做水平移動(dòng)并保持姿態(tài)不變;手腕轉(zhuǎn)動(dòng)可在噴拱部時(shí)完成,噴槍沿拱部劃弧,同時(shí)保證噴槍與受噴面垂直;通過噴槍調(diào)姿機(jī)構(gòu)的油缸動(dòng)作可調(diào)整噴槍的姿態(tài),從而在遇到大凹坑時(shí),仍能調(diào)整噴槍與受噴面垂直;借助于偏心連桿機(jī)構(gòu),可使噴槍沿錐面運(yùn)動(dòng),從而使噴槍口劃出一個(gè)360°的連續(xù)圓。圖2所示的6個(gè)自由度機(jī)器人可根據(jù)現(xiàn)場需要安裝于汽車上或安裝在有軌底盤上。該機(jī)器人既可與濕噴機(jī)相配套,也可與干噴機(jī)相配套,均由用戶選定。若與濕噴機(jī)相配套,還可安裝與其相配套的速凝劑添加設(shè)備。制造時(shí)將機(jī)器人、噴漿機(jī)和行走用底盤(汽車或梭式礦車)分別做成3個(gè)獨(dú)立的部分。噴射混凝土機(jī)器人的電控系統(tǒng)采用電液伺服計(jì)算機(jī)控制。為適應(yīng)作業(yè)現(xiàn)場的實(shí)際,電控系統(tǒng)具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn):(1)電控系統(tǒng)具有有線遙控或者無線遙控。所謂“遙控”功能,即操作者可在機(jī)器人操作室或采用有線遙控站在離機(jī)20m左右的范圍內(nèi)對機(jī)器人進(jìn)行操作,或者采用無線遙控更加方便靈活地對機(jī)器人進(jìn)行遙控操作;(2)為便于操作和推廣,電控系統(tǒng)的操作器設(shè)計(jì)成直觀型,所有操作手柄都可很直觀地表明相對應(yīng)的動(dòng)作,讓操作者憑直覺即可進(jìn)行操作,因而操作者無需專門訓(xùn)練或較高文化水平;(3)為適應(yīng)作業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境,電控系統(tǒng)所采用的元器件均為工業(yè)級器件甚至軍用品,做成“全加固型”,采取了優(yōu)良的防濕潮、防粉塵、防霉變、抗振動(dòng)、抗電磁干擾、抗沖擊等措施,并具有良好的散熱和通風(fēng)功能,以求得高可靠性。由上述可知,本噴射混凝土機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單,且其部件多為結(jié)構(gòu)件,因而牢固、可靠,抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)。電控系統(tǒng)的內(nèi)核雖較復(fù)雜,但由于采用工業(yè)級甚至軍用級器件并采取了加固技術(shù),因而使得整個(gè)電控系統(tǒng)十分可靠,并且操作十分簡單、直觀、靈活?？傊?在多數(shù)情況下,只需一個(gè)很直觀的操作動(dòng)作,就可完成一個(gè)相當(dāng)長時(shí)間的作業(yè)任務(wù),操作者很輕松。因此,本混凝土機(jī)器人是國內(nèi)外現(xiàn)有的同類產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)最簡單、操作最簡單、功能最強(qiáng)的一種。3隧道隧道采用公路互通的形式自噴漿機(jī)器人與濕噴機(jī)配套投入施工后,已用于濟(jì)南繞城高速公路隧道、西安—合肥鐵路的東秦嶺隧道、昆明—石林的高速公路隧道等。在使用過程中,有如下特點(diǎn):(1)與手動(dòng)噴霧劑相比，回波量顯著減少(2)施工效率高，施工速度快(3)勞動(dòng)分工的降低降低了質(zhì)量4噴混凝土回彈率高、高效通過實(shí)際現(xiàn)場應(yīng)用表明,將機(jī)器人與大排量濕噴機(jī)配套投入施工除能使噴漿作業(yè)及時(shí)之外,還大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善了作業(yè)環(huán)境,這就減輕了工人的思想壓力和體力消耗,讓工人在輕松愉快的情況下從事作業(yè),減少了工人偷懶耍滑、偷工減料的可能性,減少了人工因素的不利影響,有利于提高工程質(zhì)量,有利于提高作業(yè)的連續(xù)性,從而促進(jìn)了工程進(jìn)度,無形中,施工快了,質(zhì)量好了。經(jīng)對拱部和兩幫噴混凝土回彈率的實(shí)地測算,回彈率可比人工噴射減少一半,在一般情況下,可以減少回彈15%以上。機(jī)器人與大排量濕噴機(jī)配套,可以大大提高作業(yè)效率。如果仍采用原有的干式或濕式轉(zhuǎn)子式噴漿機(jī),由于機(jī)器人噴漿,無需腳手架和平臺,省工省錢,爆破后可及時(shí)施噴,因此既可快速施工,又提高了工程質(zhì)量;此外人工噴漿由于料管重、噴槍的后坐力