第一情报 ---装备制造业

机器人式顶管机

供稿人:洪雅珍  供稿时间:2004-11-4   关键字:机器人  顶管机  
 
当今时代我们城市现存的许多设施不能满足发展的需要。需要提供更好的污水处理系统,自来水、煤气、电力和通讯设施尤其需要工程技术人员安全的安装管道并且使城市的破坏减至最小,非开控技术将完全能解决这些难题,提供安全及经济的施工方法。非开挖技术的出现为创建都市的安宁环境造就了勃勃生机。
 
顶管机就是非开挖地下管道铺设施工时一种专用的掘进机械设备,顶管机的发展是伴随着盾构技术的发展而发展,它的形式先从手掘式、挤压式发展到半机械式。由于城市建设的发展,对顶管施工周围的环境保护提出了较高的要求,使顶管机的形式向着机械旋转切削式、泥水平衡式、土压平衡式先进机型发展。目前,国外生产顶管机的厂家有日本的伊势机(ISEKI)公司和小松(KOMATSU)公司、RASA、ROBBINS、AUGER以及德国的海瑞克(HERRENKNECHT)等公司。机械式的泥水平衡顶管机其激光定位,机头纠偏 (绝对偏差;上下±50mm,左右±30mm以内)。以下介绍国内外几家公司的产品:
 
日本伊势机(ISEKI)公司是世界上最大的专门生产顶管设备的公司,其顶管设备产品具有不同类型,多种规格系列。其工作原理与盾构掘进机有许多相似之处。一般包括掘进机工作头、控制系统、激光测量系统、泥水输出系统、后方顶进系统等。常见的有土压平衡式和泥水平衡式两种。被顶推的管道接在掘进机工作头之后,后方顶进系统为一套4~6只成规律布置的液压干斤顶,需设置反力墙。其适用管径为Ф250~3000mm。顶管机具有纠偏功能,操作员通过摄象系统观察激光定位仪发出的激光束在顶管机内光靶上光点移动来预测顶管机偏离顶进计划线的偏差值,从而进行方向修正,顶管机械人员在顶进过程中操作顶管机与计划线之间的偏差保持在上下20mm左右30mm以内。日本伊势机公司制造的偏压破碎型泥水顶管系统(TCC)是其公司的拳头产品。此外还有TCZ、TCS、CRUNCHING—MOLE、TELMOLE、TSM、MEPCB、EPB等系列产品。伊势机公司小口径泥水平衡顶管机所配备的RSG反射型方向诱导装置可以真正的做到无需操作人员有丰富的纠偏经验也可把顶进的精度大大的提高。采用该设计的系列顶管机顶进精度极高,一般偏差都可以控制在10mm之内。
 
德国的海瑞克(HERRENKNECHT)公司的AVN800-AVN2000系列泥水平衡顶管设备,该设备采用全电脑自动控制,利用E15激光导向定位系统,可精确实现预设的顶进装管轨迹,水平和竖向误差在±25mm内。 激光制导系统:外置固定的激光发射器沿设计管道轴线发射激光束射到前进中工具头内的激光接收器,与工具头的实际中心位置对比,其误差信号通过电缆反馈到电脑进行处理。控制房内通过电脑按设定程序不断收集、处理、分析顶管施工中的各种讯息,与设定值比较后发出调控指令,遥控整套设备的运作。为了适应城市道路建设的发展需要。
 
日本电报电话公司(NTT)开发出一种全新概念的地下管道顶进机器人系统(一种新型微隧道顶管系统),用于地下管道的非开挖安装作业。嵌入了优化控制方法与专家数据库的操作系统,该操作系统的组成包括(1)一套计算机控制系统:该子系统采用了一个专家数据库,数据库包含专业技师的经验数据,凭借该数据库可以判断运行是否合理,一旦发现异常,系统可提前向操作人员建议并显示控制办法。(2)一套自动导航系统:该子系统具有控制目标任务的自学功能,可实时向操作员显示出方位的正确控制参数,由于该子系统的支持,使得任何人均可简便而准确地操纵顶管机器人。除此之外,远程技术支持中心借助公众网络线路向现场操作人员提供适时的帮助,包括远程数据、图形文件的共享和顶管机的远程控制。
 
RASA公司的地面遥控泥水加压封闭式顶管机由后构主机、切刀盘、圆锥破碎室、机械室、切刀发动机、机内送排泥管、纠偏方向装置和控制装置所构成。控制装置:挖掘机上的仪器可通过中央操作台上的监视器和各种仪表进行确认,中央操作台为落地式,正面有显示各种运转情况的显示灯、切割扭矩表、振动表、排泥流量表、切割发动机液压泵等运转开关。在地面上把永久性水准引测至井下,设临时基准点,再在井底架设激光经维仪,将激光投射到机头的标靶上,由机头内的摄像机将信号传到地面遥控操作台的显示屏上,机头高程和左右偏差一目了然。通过摄像头监视的激光板,控制纠偏千斤顶进行顶进过程中的方向控制。
 
北京市市政工程研究院设计、北京市市政中燕工程机械有限公司制造的Ф2150加泥式土压平衡顶管机,于2002年1月6日投人小月河污水截流工程使用。经顶管试应用,地面最大沉降只有4mm,工程质量满足设计要求。独特的纠偏装置轴向位置调整功能,增强了纠偏控制和处理掘进故障的技术手段和可操作性。设备运行状况集中显示和控制,并采用激光靶跟踪和倾角仪测斜的动态方位误差监控系统,使监测和操作工作更直观便利。而北京市市政工程研究所就“顶管纠偏监测器”申请了中国实用新型(申请号:87213635;申请日:1987.09.25)。该监测器是一种兼有压力转换功能的监测装置,主要用于中小口径水平顶管钻机,把它串接在操纵机构和纠偏执行元件之间的油路上,利用它对纠偏执行元件的动作进行监测,使操作人员准确地判断实际的纠偏方向;其压力转换之功能,使纠偏执行元件获得超高压油液而具有足够的纠偏力,并起到了缓和外载对系统冲击的作用。采用这方案克服了先导管内空间位置有限的弊端,使中小口径顶管钻机理想地实现了顶管纠偏,并提高了顶管的精度。 
 
上海隧道工程股份有限公司施工技术研究所设计的Ф2200泥水平衡顶管机其纠偏装置是采用8台高压油缸分成四组组成,相邻两组工作,当机头轴线发生偏差时,通过编组油缸的伸缩来改变机头的姿态,达到对轴线进行纠偏的目的。顶管机控制系统先进,中继顶进有编组联动控制程序;泥水输送系统具有时序和逻辑控制功能。顶管机系统、泥水输送系统和处理系统的控制通过计算机进行数据采集、数据管理,组成一个完整的监控系统。系统采用模块化结构,均采用ANS和微型PLC控制器;管理计算机有多个画面可供选择,能系统地反映各项施工参数,运用触模屏进行操作。上海隧道工程股份有限公司于2003年关于“微型顶管机的机头姿态激光测量装置”申请了中国实用新型(申请号:03229232.5。微型顶管机的机头姿态激光测量装置主要包括:激光光源、光靶、测量环、摄像机、计算机、倾斜仪组成,光靶设置在测量环上,摄像机朝光靶方向设置,辅以适当的照明,倾斜仪固定于微型顶管机机头中,其信号经过微型顶管机机头内PLC可编程控制器送到控制台的计算机,摄像机的信号直接送到计算机。机头姿态控制可控制对各千斤顶以不同作用力来使整个机头达到纠偏的控制。能有效地控制好整个推进过程中的机头姿态及隧道轴线,并能保证其他管线不受损害。
 
进入2l世纪以来,随着高新技术的发展,非开挖技术的应用逐年增加。在人们赖以生存的城市,地下管线的铺设标志着一个城市经济的发展状况和现代化水平,而非开挖施工技术已成为绿色环保施工技术的一部分,而此技术是该领域中最有实用价值、最先进的技术。其中,改善设备是基础,提高技术创新能力是关键,发展、应用非开挖施工方法是方向。
 
参考文献:
⒈ 浅谈国外非开挖施工设备
    西部探矿工程 2002(4) 92~94
⒉ Pipe-Jacking/microtunnelling
    http://www.sud-chemie.com
⒊ Robbins small boring units
⒋ Auger boring/pipe jacking
⒌ Pipe jacking:case study on overcoming ground difficulties in Hong Kong
⒍ 泥水平衡顶管设备在非开挖市政工程中的应用
    广东土木与建筑 2002(9) 41~43
⒎ Microtunnelling with herenknecht micromachies
    http://www.mines.edu/academic/mining
⒏ Pipe jacking-remote controlled
⒐ 日本非开挖无排土管道顶进机器人的研发
    建筑机械 2002(7) 51~54
⒑ “RASA”泥水加压封闭式顶管机
     广东科技 2003(6) 51~53
⒒  加泥式土压平衡顶管工艺研究
    市政技术 2003(6) 364~367
⒓ 新型加泥式土压平衡顶管机
    产品大世界 2002(5) 84
⒔ φ2200泥水加压平衡顶管机的研制
    岩土钻凿工程 2002(2) 11~20
⒕ 日本ISEKI顶管机介绍
    岩土工程师 2002(1) 26~34
⒖ Pipe jacking machine
⒗ Small diameter tunnel excavation method using slurry pipe –jacking
⒘ 微型顶管机的机头姿态激光测量装置
   CN 2601390
⒙ 顶管纠偏监测器
   CN 87213635
 
 

万方数字化期刊中相关文章
基于μC/OS-Ⅱ的工业机器人控制器
作者:王磊|朱清智|阎保定|孙立功|
刊名:工业控制计算机
年:2007
卷:
期:12
摘要:通过SOPC Builder构造出来的Nios Ⅱ微处理软核及外围设备作为工业机器人控制器硬件平台在其上进行嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的移植构成一个基础平台,以嵌入式系统的任务设计概念改变传统设计的前后台控制方式,通过多任务划分将整个系统的任务分为多个按优先级调度任务,完成机器人不同的操作任务.从而改善了传统机器人系统软件单任务顺序机制,系统安全性、实时性都得到了显著的提高.
基于matlab小波包的工业机器人位姿分析
作者:游辉胜|方康玲|薛孝琴|
刊名:微计算机信息
年:2008
卷:24
期:5
摘要:小波包分析是建立在小波分析的理论基础上将信号的高低频成分分开,为信号提供一种更加精细的分析方法.而六自由度工业机器人在进行位姿分析时,所采集的各关节的位移信号存在干扰,从而造成机器人正、逆运动学求解失败.采用小波包变换在位姿分析前对位移信号去噪,有效消除了干扰并提高了运动学的求解精度.
基于SOPC的工业机器人控制系统
作者:朱清智|阎保定|王纪|孙立功|
刊名:自动化技术与应用
年:2007
卷:26
期:11
摘要:本文主要对烟叶搬运三自由度工业机器人的控制系统进行了设计和研究.该系统主要包括两个模块,第一个模块在NIOS II软核内用软件来完成三个关节运动轨迹的生成及实时运动的动态校正.第二个模块在FPGA内以硬件方式来完成机器人的三个直流电机的位置控制功能.实际调试结果表明,该控制系统切实可行,有利于进一步的设计和扩展.
工业机器人专用薄壁密封轴承结构设计分析
作者:蔡素然|陈原|叶军|孙立明|
刊名:轴承
年:2007
卷:
期:12
摘要:介绍了工业机器人专用薄壁密封四点接触球轴承和薄壁密封交叉滚子轴承的结构形式、特点;重点介绍了产品设计中主参数的优化、关键结构参数的设计及选取原则,为国内工业机器人专用配套轴承的系列开发提供了有力的技术支撑和研究基础.
工业机器人科学数据共享体系设计与元数据研究
作者:谢中垚|朱洁|
刊名:制造业自动化
年:2007
卷:29
期:11
摘要:对工业机器人科学数据共享平台的建设方案、工业机器人科学数据共享体系的设计作了详细的介绍,建立了12个工业机器人数据模块,充分考虑了政府部门、科研院所、高等院校、企业和个人等各级用户对工业机器人科学数据的不同需求;并对元数据在工业机器人科学数据共享平台建设中的应用作了初步地探讨.

注册成为正式用户,登陆后,获得更多阅读功能与服务!
转载本文需经本平台书面授权,并注明出处:上海情报服务平台www.istis.sh.cn
了解更多信息,请联系我们

§ 请为这篇文章打分(5分为最好)