CN108332027B - 一种隧道顶衬病害检测用车载式多自由度卧升平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道顶衬病害检测用车载式多自由度卧升平台，包括液压控制单元、平卧机构、桁架挺升机构、波度适应机构和地质雷达，桁架挺升机构位于平卧机构的一侧，桁架挺升机构的中部与平卧机构的顶部铰接，波度适应机构设置在桁架挺升机构的顶部，地质雷达设置在波度适应机构上；本发明的多自由度卧升平台可设置在车上，平卧机构可使桁架挺升机构进行水平和竖直之间的翻转，还可使桁架挺升机构翻转成水平位置时调整平卧高度以利于运输；桁架挺升机构可调节地质雷达的高度，波度适应机构可根据被检测隧道的坡面调节地质雷达的角度，进而在检测时可以根据隧道顶衬高低不平的状况进行多方位的角度调整。

Description

一种隧道顶衬病害检测用车载式多自由度卧升平台
技术领域
本发明属于隧道检测技术领域，具体涉及一种隧道顶衬病害检测用车载式多自由度卧升平台。
背景技术
在我国开展大规模公路交通建设中，需钻山开路，修建隧道，缩短公路里程，以满足现代高速运输的需要。但随着时间的推移，隧道会出现各种类型的病害，轻则影响隧道正常使用，重则可能破坏隧道结构，造成严重事故。因此，在隧道使用期间，须进行隧道病害检测，进行健康状态评估，保证隧道质量。隧道病害检测主要针对常见的衬砌裂缝和衬砌背后空洞等病害进行，其中隧道顶衬因为较高、顶衬表面高低不平且面朝下，其病害检测操作难度较大。
地质雷达因具有精度高、效率高和损耗小等优点，广泛用于隧道检测领域。目前，利用地质雷达进行顶衬检测的方式是依靠人工，即操作人员站在车辆上搭建的操作平台上，托举雷达过头顶，用力贴紧在高低不平的隧道顶衬表面，随着车辆缓慢行进，对顶衬表面进行移动式检测。该方式视线不佳，效率低下，托举劳动强度大，操作人员的手臂、头颈极易疲劳，存在极大的安全隐患，一般只能由体力强壮且耐力好的武警战士担任操作员，检测一条隧道需要有多名操作人员接力进行。
因此，设计一种能满足不同隧道高度、自动适应顶衬高低不平、安全、省力、高效且能车载出动的隧道顶衬病害检测平台,具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是针对隧道顶衬人工检测存在的视线不佳，效率低下，托举劳动强度大和安全隐患大的问题，以及满足不同高度隧道的检测需求并自动适应隧道顶衬表面高低不平的状况，提供一种隧道顶衬病害检测用车载式多自由度卧升平台。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种隧道顶衬病害检测用车载式多自由度卧升平台，包括液压控制单元、平卧机构、桁架挺升机构、波度适应机构和地质雷达，所述桁架挺升机构位于所述平卧机构的一侧，所述桁架挺升机构的中部与平卧机构的顶部铰接，所述波度适应机构设置在桁架挺升机构的顶部，所述地质雷达设置在波度适应机构上。
作为优选，所述平卧机构包括底座、两个侧支架和架座，所述架座设置在底座的上方，所述底座和架座之间设置有平卧液压缸，所述平卧液压缸一端铰接在底座上，所述平卧液压缸另一端的活塞杆铰接在架座上；所述两个侧支架设置在平卧液压缸的两侧，所述侧支架一端铰接在底座上，所述侧支架另一端铰接在架座上；所述架座上设置有翻转液压缸，所述翻转液压缸一端铰接在架座上，所述翻转液压缸另一端活塞杆铰接在桁架挺升机构的中部。
作为优选，所述架座的顶端设置有垫块，所述底座靠近桁架挺升机构的一侧设置有缓冲件。
作为优选，所述波度适应机构包括底板、若干根支撑杆、固定框架和雷达箱，所述固定框架设置在底板的上方，所述固定框架与底板之间设置有调节液压缸，所述调节液压缸的一端铰接在底板上，所述调节液压缸的另一端活塞杆铰接在固定框架上；所述支撑杆设置在固定框架与底板之间，所述支撑杆的一端铰接在固定框架上，所述支撑杆的另一端铰接在底板上；所述雷达箱设置在固定框架上，所述地质雷达通过夹压机构固定在雷达箱内。作为优选，所述雷达箱的顶部设置有滚动装置。
作为优选，所述滚动装置为万向轮，在所述雷达箱的四个角上均设置有万向轮。
作为优选，所述雷达箱贯穿设置在固定框架内，所述雷达箱的底端两侧均设置有凸台，所述凸台位于固定框架的下方，所述凸台与固定框架之间通过弹簧连接。
作为优选，所述固定框架上表面设置有多个弹簧筒，所述弹簧设置在弹簧筒内，所述弹簧的顶端通过销轴固定在弹簧筒内，所述弹簧的底端通过吊耳连接在凸台上。
作为优选，所述桁架挺升机构包括外桁架、内桁架、挺升液压缸和平卧支架，所述内桁架设置在外桁架的内部，所述外桁架内侧设置有导轨，所述内桁架外侧设置有与导轨互相配合的滑块，所述挺升液压缸一端设置在外桁架上，所述挺升液压缸另一端的活塞杆铰接在内桁架上；所述平卧支架设置在外桁架外侧中部，所述平卧支架的底端与架座的顶端铰接；所述翻转液压缸的活塞杆铰接在平卧支架上。
有益效果：
本发明的多自由度卧升平台设置在检测车上，随车运送到隧道检测场地。桁架挺升机构的中部与平卧机构的顶部铰接，通过平卧机构可使桁架挺升机构在平卧机构上进行翻转，检测时可翻转成竖直位置，不检测时可翻转成水平位置并可降低桁架挺升机构的平卧高度以利于路途运输；桁架挺升机构可调节地质雷达的高度，波度适应机构可根据被检测隧道的坡面小范围调节高度和调节地质雷达的角度，进而在检测时可以根据隧道顶衬高低不平的状况进行多方位的角度调整，使检测过程省时省力，安全可靠且操作方便，检测准确性高。
平卧机构的底座和架座之间设置有平卧液压缸，平卧液压缸可驱动平卧机构绕底座上的铰接轴转动，进而改变桁架挺升机构平卧时的高度；架座顶端设置有翻转液压缸，翻转液压缸可以使桁架挺升机构进行翻转，实现桁架挺升机构的竖起和平卧运动；架座的顶端设置有垫块，底座靠近桁架挺升机构的一侧设置有缓冲件，使桁架挺升机构在水平状态和竖直状态时与平卧机构之间进行缓冲；波度适应机构的固定框架与底板之间设置有调节液压缸，通过调节液压缸可以调节波度适应机构的高度，进而小范围调节地质雷达的高度；雷达箱的顶部设置有滚动装置，可以通过滚动装置与隧道顶衬接触，保证地质雷达的检测距离；滚动装置为万向轮，可实现各向运动的需要；雷达箱的底端两侧均设置有凸台，凸台与固定框架之间通过弹簧连接，利用弹簧的弹性变形来保证波度适应机构四个万向轮与隧道顶衬表面保持接触，自动适应隧道顶衬表面小范围的波度变化；弹簧顶端通过销轴固定在弹簧筒内，底端通过吊耳连接在凸台上，弹簧筒可以对弹簧进行保护，并且可对弹簧伸缩进行导向；桁架挺升机构的内桁架外侧设置有与外桁架的导轨互相配合的滑块，通过挺升液压缸进行伸缩，可以使波度适应机构大范围升高。
附图说明
图1本发明的正面结构示意图；
图2为平卧机构的结构示意图；
图3为波度适应机构的结构示意图；
图4为图3中波度适应机构沿A-A方向的剖视图；
图5为图4中弹簧筒沿B-B方向的剖视图；
图6为桁架挺升机构的结构示意图；
图7为本发明的立体图。
附图标注：1-液压控制单元、2-平卧机构、3-桁架挺升机构、4-波度适应机构、5-地质雷达、6-隧道顶衬、21-底座、22-侧支架、23-架座、24-垫块、25-翻转液压缸、26-平卧液压缸、27-缓冲件、31-外桁架、32-内桁架、33-滑块、34-挺升液压缸、35-平卧支架、36-导轨、41-底板、42-支撑杆、43-调节液压缸、44-固定框架、45-雷达箱、46-弹簧筒、47-万向轮、48-夹压机构、451-凸台、461-弹簧、462-吊耳、463-销轴。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1和图7所示的一种隧道顶衬病害检测用车载式多自由度卧升平台，包括液压控制单元1、平卧机构2、桁架挺升机构3、波度适应机构4和地质雷达5，所述桁架挺升机构3位于所述平卧机构2的一侧，所述桁架挺升机构3的中部与平卧机构2的顶部铰接，所述波度适应机构4设置在桁架挺升机构3的顶部，所述地质雷达5设置在波度适应机构4上，液压控制单元1驱动平卧机构2、桁架挺升机构3和波度适应机构4的执行部件完成相应指令动作，执行部件为各机构中的液压缸。
在本实施例中，如图2和图7所示，所述平卧机构2包括底座21、两个侧支架22和架座23，液压控制单元1设置在底座21上，底座21设置在检测车上，这样使卧升平台可以整体随检测车进行移动；所述架座23设置在底座21的上方，所述底座21和架座23之间设置有平卧液压缸26，平卧液压缸26倾斜设置，所述平卧液压缸26一端铰接在底座21上，所述平卧液压缸26另一端的活塞杆铰接在架座23上，平卧液压缸26的数量为两个，使平卧机构2运动平稳，所述两个侧支架22设置在平卧液压缸26的两侧，所述侧支架22一端铰接在底座21上，所述侧支架22另一端铰接在架座23上，这样由底座21、两个侧支架22和架座23构成可变形的第一平行四边形机构，通过平卧液压缸26驱动第一平行四边形机构绕底座上的铰接轴转动，使平卧机构2的高度改变，进而使平卧在垫块24上的桁架挺升机构3的高度改变，方便运输；所述架座23上设置有翻转液压缸25，翻转液压缸25的数量可根据桁架挺升机构3的重量进行调整，可以为两个，这样可以提高翻转时的稳定性；所述翻转液压缸25一端铰接在架座23上，这一端设置在架座23远离桁架挺升机构3的一侧，所述翻转液压缸25另一端活塞杆铰接在桁架挺升机构3的中部；所述架座23的顶端设置有多个垫块24，所述底座21靠近桁架挺升机构3的一侧设置有缓冲件27，使桁架挺升机构在水平状态和竖直状态时与平卧机构之间形成缓冲。
如图3、图4和图5所示，所述波度适应机构4包括底板41、若干根支撑杆42、固定框架44和雷达箱45，底板41设置在内桁架32的顶部，可以通过螺钉进行固定，所述固定框架44设置在底板41的上方，所述固定框架44与底板41之间设置有调节液压缸43，调节液压缸43倾斜设置在固定框架44与底板41之间，调节液压缸43的数量可以为两个，对称地设置在固定框架44靠近两侧的位置上，使波度适应机构4可以稳定运动；所述调节液压缸43的一端铰接在底板41上，所述调节液压缸43的另一端活塞杆铰接在固定框架44上；所述支撑杆42设置在固定框架44与底板41之间，所述支撑杆42的一端铰接在固定框架44上，所述支撑杆42的另一端铰接在底板41上，较优的方案是支撑杆42的数量为4根，分别设置在固定框架44的四个角上，这样由固定框架44、底板41和4根支撑杆42构成可变形的第二平行四边形机构，在调节液压缸43的作用下可调节第二平行四边形机构的高度，进而改变地质雷达5的高度，第二平行四边形机构高度的调节与第一平行四边形机构高度的调节原理相似；所述雷达箱45设置在固定框架44上，所述地质雷达5通过夹压机构48固定在雷达箱45内；所述雷达箱45的顶部设置有滚动装置，较优的方案是滚动装置为万向轮47，在所述雷达箱45的四个角上均设置有万向轮47；所述雷达箱45贯穿设置在固定框架44内，所述雷达箱45的底端两侧均设置有凸台451，所述凸台451位于固定框架44的下方，所述凸台451与固定框架44之间通过弹簧461连接；所述固定框架44上表面设置有多个弹簧筒46，所述弹簧461设置在弹簧筒46内，相当于弹簧461贯穿了固定框架44，所述弹簧461的顶端通过销轴463固定在弹簧筒46内，所述弹簧461的底端通过吊耳462连接在凸台451上，通过弹簧461将雷达箱45和固定框架44连接，保证四个万向轮始终接触隧道顶衬6表面，使得在检测过程中，波度适应机构能根据隧道顶衬6表面的波动变化小范围调节雷达箱45的高度；
如图6和图7所示，所述桁架挺升机构3包括外桁架31、内桁架32、挺升液压缸34和平卧支架35，所述内桁架32设置在外桁架31的内部，所述外桁架31内侧设置有导轨36，所述内桁架32外侧设置有与导轨36互相配合的滑块33，所述挺升液压缸34一端设置在外桁架31上，所述挺升液压缸34另一端的活塞杆铰接在内桁架32上，通过挺升液压缸34可将内桁架32从外桁架31的内部向上推出，进而调节波度适应机构4的高度；所述平卧支架35设置在外桁架31外侧中部，所述平卧支架35的底端与架座23的一侧顶端铰接，所述翻转液压缸25的活塞杆铰接在平卧支架35上，可以铰接在平卧支架35的中部，这样可以使桁架挺升机构3以架座23一侧顶端的铰支座为轴线进行翻转，完成竖起和平卧动作。液压控制单元1控制翻转液压缸25、平卧液压缸26、挺升液压缸34和调节液压缸43的动作，进而完成卧升平台多自由度的调整。
检测的操作过程为：运输过程中，平卧机构2中的翻转液压缸25拉动的平卧支架31，使架挺升机构3以架座上的铰接轴为轴线进行顺时针旋转(图1中的方位)，使桁架挺升机构3平卧在架座23的垫块上，平卧机构2中的平卧液压缸26的活塞杆推出，第一平行四边形机构发生倾斜，使平卧机构2的高度改变，进而改变桁架挺升机构3平卧时的高度；检测时，检测车将卧升平台移动至检测的隧道中，通过调整平卧液压缸26使平卧机构处于竖直状态，翻转液压缸25驱动桁架挺升机构3使其逆时针翻转90°(图1中的方位)，呈竖直状态；挺升液压缸34驱动内桁架沿导轨36上移一定高度，进而大范围内调节波度适应机构的高度；调节液压缸43驱动第二平行四边形机构旋转一定角度，使波度适应机构4的高度小范围升高，使地质雷达水平上升，四个万向轮47在弹簧461的弹性力作用下与隧道顶衬6表面相接触；检测车沿隧道缓慢前行，地质雷达5进行检测，波度适应机构4中弹簧461的弹性变形可适应隧道顶衬表面小范围的波度变化，进而使雷达箱内的地质雷达与隧道顶衬表面始终保持固定的检测距离，以完成隧道顶衬的病害检测工作。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本发明范围内。

Claims (2)

1.一种隧道顶衬病害检测用车载式多自由度卧升平台，其特征在于：包括液压控制单元(1)、平卧机构(2)、桁架挺升机构(3)、波度适应机构(4)和地质雷达(5)，所述桁架挺升机构(3)位于所述平卧机构(2)的一侧，所述桁架挺升机构(3)的中部与平卧机构(2)的顶部铰接，所述波度适应机构(4)设置在桁架挺升机构(3)的顶部，所述地质雷达(5)设置在波度适应机构(4)上；
所述平卧机构(2)包括底座(21)、两个侧支架(22)和架座(23)，所述架座(23)设置在底座(21)的上方，所述底座(21)和架座(23)之间设置有平卧液压缸(26)，所述平卧液压缸(26)一端铰接在底座(21)上，所述平卧液压缸(26)另一端的活塞杆铰接在架座(23)上；所述两个侧支架(22)设置在平卧液压缸(26)的两侧，所述侧支架(22)一端铰接在底座(21)上，所述侧支架(22)另一端铰接在架座(23)上；所述架座(23)上设置有翻转液压缸(25)，所述翻转液压缸(25)一端铰接在架座(23)上，所述翻转液压缸(25)另一端活塞杆铰接在桁架挺升机构(3)的中部；
所述架座(23)的顶端设置有垫块(24)，所述底座(21)靠近桁架挺升机构(3)的一侧设置有缓冲件(27)；
所述波度适应机构(4)包括底板(41)、若干根支撑杆(42)、固定框架(44)和雷达箱(45)，所述固定框架(44)设置在底板(41)的上方，所述固定框架(44)与底板(41)之间设置有调节液压缸(43)，所述调节液压缸(43)的一端铰接在底板(41)上，所述调节液压缸(43)的另一端活塞杆铰接在固定框架(44)上；所述支撑杆(42)设置在固定框架(44)与底板(41)之间，所述支撑杆(42)的一端铰接在固定框架(44)上，所述支撑杆(42)的另一端铰接在底板(41)上；所述雷达箱(45)设置在固定框架(44)上，所述地质雷达(5)通过夹压机构(48)固定在雷达箱(45)内；
所述雷达箱(45)的顶部设置有滚动装置；
所述滚动装置为万向轮(47)，在所述雷达箱(45)的四个角上均设置有万向轮(47)；
所述雷达箱(45)贯穿设置在固定框架(44)内，所述雷达箱(45)的底端两侧均设置有凸台(451)，所述凸台(451)位于固定框架(44)的下方，所述凸台(451)与固定框架(44)之间通过弹簧(461)连接；
所述固定框架(44)上表面设置有多个弹簧筒(46)，所述弹簧(461)设置在弹簧筒(46)内，所述弹簧(461)的顶端通过销轴(463)固定在弹簧筒(46)内，所述弹簧(461)的底端通过吊耳(462)连接在凸台(451)上；
所述支撑杆(42)的数量为4根，分别设置在所述固定框架(44)的四个角上，所述固定框架(44)、所述底板(41)和4根所述支撑杆(42)构成可变形的第二平行四边形机构。
2.根据权利要求1所述的一种隧道顶衬病害检测用车载式多自由度卧升平台，其特征在于：所述桁架挺升机构(3)包括外桁架(31)、内桁架(32)、挺升液压缸(34)和平卧支架(35)，所述内桁架(32)设置在外桁架(31)的内部，所述外桁架(31)内侧设置有导轨(36)，所述内桁架(32)外侧设置有与导轨(36)互相配合的滑块(33)，所述挺升液压缸(34)一端设置在外桁架(31)上，所述挺升液压缸(34)另一端的活塞杆铰接在内桁架(32) 上；所述平卧支架(35)设置在外桁架(31)外侧中部，所述平卧支架(35)的底端与架座(23)的顶端铰接；所述翻转液压缸(25)的活塞杆铰接在平卧支架(35)上。
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