鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)臂架及其檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備及其方法，尤其涉及一種鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)臂架及其檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)家交通的不斷發(fā)展，鐵路隧道的數(shù)量在逐年增加，在建設(shè)及運(yùn)營(yíng)隧道病害逐漸顯現(xiàn)。因此需要一種能夠?qū)λ淼酪r砌質(zhì)量進(jìn)行全面、快速無(wú)損檢測(cè)的設(shè)備，使隧道施工缺陷及運(yùn)營(yíng)病害能夠提前得到治理?，F(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備主要存在如下缺陷:
[0003]①用人工托舉天線時(shí)，需要2至3人在工作平臺(tái)上扶持天線，容易發(fā)生安全事故，而且由于體力等因素，天線常常不能確保緊密貼合襯砌表面，測(cè)線位置定位不準(zhǔn)確，直接影響到部分測(cè)線段落的數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，導(dǎo)致部分襯砌缺陷的誤判、漏判。
[0004]②人工采集里程時(shí)，由于隧道環(huán)境復(fù)雜，測(cè)試人員常常誤打里程標(biāo)記，導(dǎo)致里程定位錯(cuò)誤；當(dāng)天線移動(dòng)速度不均以及蛇形前進(jìn)時(shí)，易導(dǎo)致每?jī)蓚€(gè)里程標(biāo)記之間的里程估計(jì)不準(zhǔn)確。這樣，就使得判定的襯砌質(zhì)量缺陷定位不準(zhǔn)確甚至錯(cuò)誤。
[0005]③個(gè)別隧道襯砌系統(tǒng)檢測(cè)車臂架系統(tǒng)體積龐大、液壓系統(tǒng)復(fù)雜、控制調(diào)整復(fù)雜、車體笨重，使用成本高，不利于推廣。
[0006]④對(duì)于新建隧道因路面不平整可能引起天線脫離襯砌表面不能進(jìn)行機(jī)械補(bǔ)償。
[0007]⑤不具備臂架或臺(tái)架回轉(zhuǎn)能力，檢測(cè)過(guò)程中的調(diào)整較為困難，易出現(xiàn)天線脫離壁面的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)既有隧道與新建隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)，本發(fā)明的目的在于提供一種鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)臂架及其檢測(cè)方法，臂架具備浮動(dòng)調(diào)節(jié)功能，能夠穩(wěn)定夾持檢測(cè)雷達(dá)天線，保證雷達(dá)天線與隧道襯砌面的可靠貼合;在檢測(cè)施工隧道時(shí)針對(duì)起伏路面，能給予天線較大的補(bǔ)償范圍。因此本發(fā)明能降低檢測(cè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高檢測(cè)質(zhì)量和工作效率。
[0009]本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0010]一種鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)臂架，包括雷達(dá)天線夾持架、浮動(dòng)緩沖油缸機(jī)構(gòu)、三節(jié)臂、二節(jié)臂、基本臂、上俯仰變幅油缸、俯仰臂、下俯仰變幅油缸、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、安裝座和回轉(zhuǎn)座，所述雷達(dá)天線夾持架上安裝有雷達(dá)天線，浮動(dòng)緩沖油缸機(jī)構(gòu)與雷達(dá)天線夾持架連接，浮動(dòng)緩沖油缸機(jī)構(gòu)、三節(jié)臂、二節(jié)臂、基本臂依次連接，三節(jié)臂、二節(jié)臂、基本臂三者構(gòu)成伸縮臂機(jī)構(gòu);所述俯仰臂的上端端部與基本臂遠(yuǎn)離二節(jié)臂的一端端部鉸接，俯仰臂與基本臂之間對(duì)應(yīng)連接有上俯仰變幅油缸，俯仰臂鉸接于回轉(zhuǎn)座上，俯仰臂的下端端部與回轉(zhuǎn)座之間設(shè)有下俯仰變幅油缸，回轉(zhuǎn)座上設(shè)有驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)座運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，在回轉(zhuǎn)座底部設(shè)有安裝座，回轉(zhuǎn)座通過(guò)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、安裝座安裝于行走載具上。
[0011 ]為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述雷達(dá)天線夾持架包括襯砌雷達(dá)天線夾持安裝框架和萬(wàn)向連接機(jī)構(gòu)，所述萬(wàn)向連接機(jī)構(gòu)安裝于襯砌雷達(dá)天線夾持安裝框架的一側(cè)，萬(wàn)向連接機(jī)構(gòu)與浮動(dòng)緩沖油缸機(jī)構(gòu)連接;襯砌雷達(dá)天線夾持安裝框架內(nèi)部安裝所述的雷達(dá)天線，雷達(dá)天線位于襯砌雷達(dá)天線夾持安裝框架的另一側(cè)，在襯砌雷達(dá)天線夾持安裝框架位于雷達(dá)天線一側(cè)設(shè)四個(gè)角處分別設(shè)有支承座，在每個(gè)支承座上安裝有一個(gè)萬(wàn)向腳輪，其中一個(gè)支承座上的萬(wàn)向腳輪上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器A，該旋轉(zhuǎn)編碼器A用于同步記錄雷達(dá)天線的行走里程;所述襯砌雷達(dá)天線夾持安裝框架位于萬(wàn)向連接機(jī)構(gòu)一側(cè)設(shè)有十字支承架，在十字支承架的四個(gè)頂端與襯砌雷達(dá)天線夾持安裝框架的框架之間安裝有四個(gè)彈簧。
[0012]本發(fā)明優(yōu)選的浮動(dòng)緩沖油缸機(jī)構(gòu)技術(shù)方案是:所述浮動(dòng)緩沖油缸機(jī)構(gòu)包括緩沖油缸、行程開(kāi)關(guān)、變幅油缸和限位撞頭，緩沖油缸具有活塞桿，在緩沖油缸的活塞桿上設(shè)有連接板，緩沖油缸的活塞桿通過(guò)該連接板與雷達(dá)天線夾持架的萬(wàn)向連接機(jī)構(gòu)連接;在緩沖油缸的連接板上端安裝有行程開(kāi)關(guān)和橫梁，所述行程開(kāi)關(guān)包括第一行程開(kāi)關(guān)和第二行程開(kāi)關(guān)，第一行程開(kāi)關(guān)和第二行程開(kāi)關(guān)通過(guò)橫梁相對(duì)安裝;所述緩沖油缸的缸筒底部與三節(jié)臂端部鉸接;所述緩沖油缸的上端通過(guò)變幅油缸鉸接于三節(jié)臂的上端，所述變幅油缸的缸筒底部鉸接于三節(jié)臂上端，變幅油缸的活塞桿鉸接于緩沖油缸上端的鉸鏈座上;所述限位撞頭安裝于緩沖油缸的缸筒上，并且限位撞頭在第一行程開(kāi)關(guān)與第二行程開(kāi)關(guān)之間。
[0013]本發(fā)明優(yōu)選的伸縮臂機(jī)構(gòu)技術(shù)方案是:所述三節(jié)臂可伸縮運(yùn)動(dòng)套合于二節(jié)臂內(nèi)部，使得三節(jié)臂可在二節(jié)臂內(nèi)部滑動(dòng)，二節(jié)臂可伸縮運(yùn)動(dòng)套合于基本臂內(nèi)部，使得二節(jié)臂可在基本臂內(nèi)部滑動(dòng)，三節(jié)臂、二節(jié)臂、基本臂相互套合構(gòu)成伸縮臂機(jī)構(gòu);所述二節(jié)臂內(nèi)部設(shè)有伸縮油缸A，該伸縮油缸用于驅(qū)動(dòng)三節(jié)臂在二節(jié)臂內(nèi)伸縮移動(dòng);所述基本臂外側(cè)設(shè)置有伸縮油缸B，該伸縮油缸B用于驅(qū)動(dòng)二節(jié)臂在基本臂內(nèi)伸縮移動(dòng)，伸縮油缸B的活塞桿端部鉸接于二節(jié)臂的前端，伸縮油缸B的缸筒端鉸接于基本臂的后端。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的伸縮臂機(jī)構(gòu)技術(shù)方案是:所述二節(jié)臂內(nèi)部具有滑塊，二節(jié)臂內(nèi)部的滑塊用于對(duì)三節(jié)臂的伸縮滑動(dòng)進(jìn)行支承和導(dǎo)向；所述基本臂通過(guò)滑塊、上下滾輪機(jī)構(gòu)、兩側(cè)滾輪機(jī)構(gòu)共同對(duì)二節(jié)臂的伸縮滑動(dòng)進(jìn)行支承和導(dǎo)向；所述的伸縮油缸B、伸縮油缸A分別集成了一個(gè)拉線尺，該拉線尺用來(lái)檢測(cè)伸縮臂機(jī)構(gòu)的伸縮行程;所述三節(jié)臂前端鉸接處安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器B，該旋轉(zhuǎn)編碼器B用于檢測(cè)浮動(dòng)緩沖油缸機(jī)構(gòu)的俯仰角度。
[0015]本發(fā)明優(yōu)選的上下滾輪機(jī)構(gòu)技術(shù)方案是:所述上下滾輪機(jī)構(gòu)由滾筒A、滾動(dòng)軸承A、滾筒支承架A、支撐軸A、支承殼體A構(gòu)成，一個(gè)滾動(dòng)軸承A對(duì)應(yīng)套合連接于一個(gè)滾筒A內(nèi)并構(gòu)成一組滾動(dòng)機(jī)構(gòu)，滾筒支承架A上安裝有四組滾動(dòng)機(jī)構(gòu);所述滾筒支承架A通過(guò)安裝在其上端的支撐軸A與支承殼體A鉸接;所述支承殼體A安裝在基本臂上，所述滾筒A與二節(jié)臂的外壁接觸。
[0016]本發(fā)明優(yōu)選的兩側(cè)滾輪機(jī)構(gòu)技術(shù)方案是:所述兩側(cè)滾輪機(jī)構(gòu)由滾筒B、滾動(dòng)軸承B、滾筒支承架B、支撐軸B、支承殼體B構(gòu)成，一個(gè)滾動(dòng)滾筒B對(duì)應(yīng)套合連接于一個(gè)滾動(dòng)軸承B內(nèi)并構(gòu)成一組滾動(dòng)機(jī)構(gòu)，滾筒支承架B上安裝有四組滾動(dòng)機(jī)構(gòu);所述滾筒支承架B通過(guò)安裝在其上端的支撐軸B與支承殼體B鉸接;所述支承殼體B安裝在基本臂上，所述滾筒B與二節(jié)臂的外壁接觸。
[0017]作為優(yōu)選，所述上俯仰變幅油缸一端鉸接于基本臂前端，上俯仰變幅油缸另一端鉸接于俯仰臂的中下部位，同時(shí)俯仰臂的上端鉸接于基本臂的后端，俯仰臂的下端鉸接于回轉(zhuǎn)座的上頂端并通過(guò)兩個(gè)下俯仰變幅油缸鉸接于回轉(zhuǎn)座的下端，俯仰臂用于支撐基本臂;所述俯仰臂的上端和下端安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器D和旋轉(zhuǎn)編碼器C，旋轉(zhuǎn)編碼器C用于檢測(cè)基本臂相對(duì)于俯仰臂之間的俯仰角度，旋轉(zhuǎn)編碼器D用于檢測(cè)俯仰臂相對(duì)于回轉(zhuǎn)座的俯仰角度。
[0018]作為優(yōu)選，所述安裝座底部設(shè)有導(dǎo)電滑環(huán)和中央回轉(zhuǎn)接頭，所述回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置于回轉(zhuǎn)座、安裝座之間，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置下端連接至安裝座，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置上端連接至回轉(zhuǎn)座;所述回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的側(cè)部安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器E，旋轉(zhuǎn)編碼器E用于檢測(cè)回轉(zhuǎn)座腰轉(zhuǎn)角度。
[0019]本鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)臂架的工作原理及操作方法步驟如下:
[0020]A、啟動(dòng)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的液壓馬達(dá)，通過(guò)其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)座進(jìn)行360°腰轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0021]B、啟動(dòng)上俯仰油缸和下俯仰油缸，調(diào)整伸縮臂機(jī)構(gòu)(包含基本臂、二級(jí)臂和三節(jié)臂，三者合稱伸縮臂機(jī)構(gòu))和俯仰臂的俯仰角度，保證砌地質(zhì)雷達(dá)天線正確指向襯砌壁面。
[0022]C、啟動(dòng)基本臂、二級(jí)臂上的伸縮油缸，使砌地質(zhì)雷達(dá)天線和雷達(dá)天線夾持架上的小輪能夠貼向壁面。
[0023]D、調(diào)整浮動(dòng)緩沖油缸下端的變幅油缸，使雷達(dá)天線能夠正對(duì)貼合壁面。
[0024]以上所述為本發(fā)明無(wú)損檢測(cè)臂架的基本操作步驟。
[0025]本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)為半閉環(huán)控制系統(tǒng)，變幅油缸和伸縮油缸通過(guò)電磁比例閥控制，通過(guò)安裝在回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置液壓馬達(dá)末端的旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量臂架腰轉(zhuǎn)的角位移和角速度;通過(guò)安裝在俯仰臂前后兩端鉸接處的旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量伸縮臂的俯仰角位移和角速度；通過(guò)安裝在伸縮臂上的拉線尺測(cè)量伸縮臂的伸縮行程;通過(guò)安裝在三節(jié)臂前端鉸接點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量緩沖油缸的俯仰角位移和角速度。
[0026]本發(fā)明所述的雷達(dá)天線夾持架上的其中一個(gè)小輪上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，用于同步記錄襯砌檢測(cè)雷達(dá)的行走里程。
[0027]基于上述內(nèi)容，本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理為:
[0028]驅(qū)動(dòng)方式:液壓驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力取自行走載具，從載具底盤取力器接入液壓栗，為機(jī)械臂提供液壓動(dòng)力。
[0029]控制方式:電液半閉環(huán)控制，控制電源來(lái)自于行走載具。
[0030]機(jī)械結(jié)構(gòu):無(wú)損檢測(cè)臂架采用多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)，末端雷達(dá)天線夾持裝置，可繞十字軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)浮動(dòng)控制，及時(shí)響應(yīng)與調(diào)整位姿，保證與被檢測(cè)表面較好貼合。
[0031]行駛里程測(cè)定:用旋轉(zhuǎn)編碼器將載具行駛過(guò)程中的實(shí)際路線進(jìn)行記錄，并能夠與理論路線進(jìn)行比較，同時(shí)能夠有一定的定位補(bǔ)償計(jì)算能力。
[0032]檢測(cè)高度測(cè)定:采用多個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)臂架各關(guān)節(jié)的相對(duì)角位移、拉線尺檢測(cè)伸縮臂的伸縮行程，同時(shí)工控機(jī)將這些傳感器反饋的數(shù)據(jù)計(jì)算成雷達(dá)的高度坐標(biāo)，并通過(guò)人機(jī)界面顯示。
[0033]臂架定位控制:臂架本身通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行一定的位置控制，并能夠在人機(jī)界面中標(biāo)定臂架狀態(tài)和雷達(dá)坐標(biāo)。
[0034]雷達(dá)與臂面貼合性和測(cè)線的保持:通過(guò)雷達(dá)貼合時(shí)的緩沖油缸行程來(lái)檢測(cè)雷達(dá)的貼合性是否合適，工控機(jī)同時(shí)計(jì)算出的雷達(dá)與臂架基座的相對(duì)位置，并通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)協(xié)同調(diào)整雷達(dá)相應(yīng)位置。
[0035]一種鐵路隧道襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)方法，包括無(wú)損檢測(cè)控制系統(tǒng)，檢測(cè)方法包括如下:
[0036]A、通過(guò)垂直陀螺儀檢測(cè)行走載具的姿態(tài)參數(shù)，
[0037]其姿態(tài)參數(shù)包