本發(fā)明涉及高鐵隧道施工用打孔技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高鐵隧道錨栓植入用自動打孔裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)高鐵施工中，接觸網(wǎng)專業(yè)很多施工工序都實現(xiàn)了機械化施工，但是距離自動化及智能化施工仍舊有很大的距離，所以行業(yè)內(nèi)的每個人都正在為實現(xiàn)接觸網(wǎng)施工的自動化及智能化努力著。

接觸網(wǎng)隧道施工，吊柱安裝的位置精度直接決定著行車安全，目前隧道吊柱安裝主要分為：隧道專業(yè)預(yù)留安裝槽道或站后單位植入錨栓進行安裝。目前國內(nèi)接觸網(wǎng)專業(yè)隧道錨栓植入均是人工作業(yè)，從定位到搭設(shè)腳手架，再到打孔、錨栓植入，一處作業(yè)至少需要30-40分鐘。一天每組人（10-12人）最多能夠完成90根錨栓植入。

目前國內(nèi)人工錨栓植入存在著如下問題：1、人工作業(yè)多采用搭設(shè)教授架進行作業(yè)，作業(yè)高度在9.0-9.5米，高空沒有任何可以系安全帶的地方，只能將安全帶系在腳手架上防止高空墜落，但是如果腳手架發(fā)生側(cè)翻等危險，施工人員將得不到任何的保護；2、在打孔過程中產(chǎn)生的粉塵對施工人員呼吸系統(tǒng)造成極大的影響；3、人工作業(yè)一般均采用高亮度的頭戴射燈進行作業(yè)，所以長期作業(yè)隊施工人員的視力將造成一定的傷害；4、人工作業(yè)時，孔間距及孔的垂直度無法得到很好的控制，會造成很多的返工；5、存在施工效率低下的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有隧道錨栓植入存在損害施工人員健康、錨栓植入時打孔精度較差、施工效率低下且施工人員安全無法保證的問題，提供了一種高鐵隧道錨栓植入用自動打孔裝置及方法。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：高鐵隧道錨栓植入用自動打孔裝置，包括液壓升降車、六軸機械臂及鉆孔平臺，液壓升降車的頂端設(shè)置有與六軸機械臂下端連接的升降平臺，六軸機械臂的上端與鉆孔平臺底部中心連接，液壓升降車的前后兩端均設(shè)置有可水平轉(zhuǎn)動且位于其左右兩側(cè)的支撐腿，支撐腿上均設(shè)置有支撐球頭和卷揚機，卷揚機的鋼絲繩與升降平臺連接，升降平臺前后兩端面的左右兩側(cè)均設(shè)置有一端與其萬向鉸接、另一端可放置在對應(yīng)支撐球頭上的液壓伸縮桿，鉆孔平臺包括框架式殼體，框架式殼體的上下端均設(shè)置有位置對應(yīng)的水平滑槽，兩水平滑槽內(nèi)豎向設(shè)置有滑動于其內(nèi)的固定支柱，固定支柱上設(shè)置有水平伺服電機和位于水平滑槽兩側(cè)的豎向滑槽，兩豎向滑槽上均設(shè)置有滑動于其上的電錘固定架，兩電錘固定架的外側(cè)均設(shè)置有電錘，電錘的下方均設(shè)置有豎直伺服電機，框架式殼體下端的四個角部均設(shè)置有重力傳感器和激光測距儀，框架式殼體上端的四個角部均設(shè)置有雷達測距儀。

該結(jié)構(gòu)設(shè)計中通過液壓升降車、六軸機械臂及鉆孔平臺的組合實現(xiàn)打孔高度的自動調(diào)節(jié)；六軸機械臂的靈活性解決了高空環(huán)境中對不同孔位選擇的問題；支撐腿、液壓伸縮桿、卷揚機與升降平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行組合實現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；液壓升降車利用總線控制技術(shù)實現(xiàn)自動行走及定位功能；電錘與伺服電機配合作業(yè)通過PLC進行調(diào)節(jié)，打孔類型及打孔模式根據(jù)提前設(shè)定的參數(shù)實現(xiàn)，克服了現(xiàn)有隧道錨栓植入存在損害施工人員健康、錨栓植入時打孔精度較差、施工效率低下且施工人員安全無法保證的問題。

高鐵隧道錨栓植入用自動打孔裝置的打孔方法，采用如下步驟：a、以自動打孔裝置組裝點為坐標原點，對后續(xù)打每組孔時液壓升降車的位置進行設(shè)定；b、液壓升降車沿提前鋪設(shè)好的參考線向第一組打孔位置處液壓升降車的位置行走；c、當?shù)竭_該位置的隧道縱深位置后旋轉(zhuǎn)支撐腿至展開狀態(tài)，升高升降平臺至指定位置，調(diào)節(jié)液壓伸縮桿下端至支撐球頭上，并調(diào)節(jié)卷揚機的鋼絲繩與升降平臺處于拉緊狀態(tài)；d、通過重力傳感器使鉆孔平臺達到水平狀態(tài)后，繼續(xù)上升鉆孔平臺至指定高度；e、四個激光測距儀分別測量其與相鄰隧道側(cè)壁的水平距離，并將隧道同一縱深位置處的兩個激光測距儀的水平距離反饋給六軸機械臂的控制系統(tǒng)，對鉆孔平臺進行旋轉(zhuǎn)至該水平距離相同，且使鉆孔平臺的行進中心線與隧道中心線在同一平面；f、六軸機械臂驅(qū)動鉆孔平臺移動至第一組打孔位置的一對打孔坐標上，對電錘及豎直伺服電機發(fā)出工作命令進行打孔，在打孔過程中，根據(jù)返回的壓力電信號對豎直伺服電機的推進速度進行調(diào)節(jié)；g、隨后通過提前設(shè)定的每組孔中相鄰兩對打孔坐標的水平間距推進水平伺服電機及電錘到位，通過豎直伺服電機進行打孔；h、重復(fù)f、g步驟至每組孔均打完后收回自動打孔裝置至初始位置。

使鉆孔平臺的行進中心線與隧道中心線在同一平面的具體方法是：將鉆孔平臺水平逆時針旋轉(zhuǎn)角度α后，判斷隧道后側(cè)同一縱深位置處的兩個激光測距儀的水平距離，如果右側(cè)激光測距儀的水平距離大于左側(cè)激光測距儀的水平距離，則鉆孔平臺的行進中心線與隧道中心線垂直，應(yīng)繼續(xù)水平逆時針旋轉(zhuǎn)鉆孔平臺角度90-α后，達到鉆孔平臺的行進中心線與隧道中心線在同一平面；如果右側(cè)激光測距儀的水平距離小于左側(cè)激光測距儀的水平距離，將鉆孔平臺水平順時針旋轉(zhuǎn)角度α后即鉆孔平臺的行進中心線與隧道中心線在同一平面。

本發(fā)明所述的自動打孔技術(shù)在打孔過程中消除了人工作業(yè)時的人為誤差，極大的提高了工作精度，而且省去了后期施工環(huán)節(jié)中的返工工序，操作方便快捷，極大的提高了工作效率，同時降低了施工的危險系數(shù)，杜絕了施工人員健康受損的現(xiàn)象，為高鐵、公路、地鐵等隧道施工作業(yè)提供了更好的安全保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中鉆孔平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-液壓升降車，2-六軸機械臂，3-鉆孔平臺，4-升降平臺，5-支撐腿，6-支撐球頭，7-卷揚機，8-液壓伸縮桿，9-框架式殼體，10-水平滑槽，11-固定支柱，12-水平伺服電機，13-豎向滑槽，14-電錘固定架，15-電錘，16-豎直伺服電機，17-重力傳感器，18-雷達測距儀。

具體實施方式

高鐵隧道錨栓植入用自動打孔裝置，包括液壓升降車1、六軸機械臂2及鉆孔平臺3，液壓升降車1的頂端設(shè)置有與六軸機械臂2下端連接的升降平臺4，六軸機械臂2的上端與鉆孔平臺3底部中心連接，液壓升降車1的前后兩端均設(shè)置有可水平轉(zhuǎn)動且位于其左右兩側(cè)的支撐腿5，支撐腿5上均設(shè)置有支撐球頭6和卷揚機7，卷揚機7的鋼絲繩與升降平臺4連接，升降平臺4前后兩端面的左右兩側(cè)均設(shè)置有一端與其萬向鉸接、另一端可放置在對應(yīng)支撐球頭6上的液壓伸縮桿8，鉆孔平臺3包括框架式殼體9，框架式殼體9的上下端均設(shè)置有位置對應(yīng)的水平滑槽10，兩水平滑槽10內(nèi)豎向設(shè)置有滑動于其內(nèi)的固定支柱11，固定支柱11上設(shè)置有水平伺服電機12和位于水平滑槽10兩側(cè)的豎向滑槽13，兩豎向滑槽13上均設(shè)置有滑動于其上的電錘固定架14，兩電錘固定架14的外側(cè)均設(shè)置有電錘15，電錘15的下方均設(shè)置有豎直伺服電機16，框架式殼體9下端的四個角部均設(shè)置有重力傳感器17和激光測距儀，框架式殼體9上端的四個角部均設(shè)置有雷達測距儀18。

高鐵隧道錨栓植入用自動打孔裝置的打孔方法，采用如下步驟：a、以自動打孔裝置組裝點為坐標原點，對后續(xù)打每組孔時液壓升降車1的位置進行設(shè)定；b、液壓升降車1沿提前鋪設(shè)好的參考線向第一組打孔位置處液壓升降車1的位置行走；c、當?shù)竭_該位置的隧道縱深位置后旋轉(zhuǎn)支撐腿5至展開狀態(tài)，升高升降平臺4至指定位置，調(diào)節(jié)液壓伸縮桿8下端至支撐球頭6上，并調(diào)節(jié)卷揚機7的鋼絲繩與升降平臺4處于拉緊狀態(tài)；d、通過重力傳感器17使鉆孔平臺3達到水平狀態(tài)后，繼續(xù)上升鉆孔平臺3至指定高度；e、四個激光測距儀分別測量其與相鄰隧道側(cè)壁的水平距離，并將隧道同一縱深位置處的兩個激光測距儀的水平距離反饋給六軸機械臂2的控制系統(tǒng)，對鉆孔平臺3進行旋轉(zhuǎn)至該水平距離相同，且使鉆孔平臺3的行進中心線與隧道中心線在同一平面；f、六軸機械臂2驅(qū)動鉆孔平臺3移動至第一組打孔位置的一對打孔坐標上，對電錘15及豎直伺服電機16發(fā)出工作命令進行打孔，在打孔過程中，根據(jù)返回的壓力電信號對豎直伺服電機16的推進速度進行調(diào)節(jié)；g、隨后通過提前設(shè)定的每組孔中相鄰兩對打孔坐標的水平間距推進水平伺服電機12及電錘15到位，通過豎直伺服電機16進行打孔；h、重復(fù)f、g步驟至每組孔均打完后收回自動打孔裝置至初始位置；使鉆孔平臺3的行進中心線與隧道中心線在同一平面的具體方法是：將鉆孔平臺3水平逆時針旋轉(zhuǎn)角度α后，判斷隧道后側(cè)同一縱深位置處的兩個激光測距儀的水平距離，如果右側(cè)激光測距儀的水平距離大于左側(cè)激光測距儀的水平距離，則鉆孔平臺3的行進中心線與隧道中心線垂直，應(yīng)繼續(xù)水平逆時針旋轉(zhuǎn)鉆孔平臺角度90-α后，達到鉆孔平臺3的行進中心線與隧道中心線在同一平面；如果右側(cè)激光測距儀的水平距離小于左側(cè)激光測距儀的水平距離，將鉆孔平臺水平順時針旋轉(zhuǎn)角度α后即鉆孔平臺3的行進中心線與隧道中心線在同一平面。

具體實施過程中，六軸機械臂2選用安川ES165D焊接機器人，角度α為銳角。

當隧道前后任一側(cè)同一縱深位置處的兩個激光測距儀的水平距離相同，而隧道另一側(cè)同一縱深位置處的兩個激光測距儀的水平距離不同時，有可能被干擾，將鉆孔平臺3下降一定高度后，繼續(xù)進行分析確認。

通過重力傳感器17使鉆孔平臺3達到水平狀態(tài)后，繼續(xù)上升鉆孔平臺3至指定高度，指定高度即為雷達測距儀18返回數(shù)據(jù)等于50mm的高度。