CN112859151B - 一种隧道超前预报用液压伺服可控震源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种隧道超前预报用液压伺服可控震源，包括有承台、机械臂、第一液压杆、第二液压杆、激振锤、液压油箱和控制器，其中机械臂的底部铰接在承台上，第一液压杆的底部也铰接在承台上，第一液压杆的顶端固连在机械臂的上端底部，第一液压杆的伸缩能够带动机械臂绕着底部的铰接轴进行转动，机械臂的顶端枢接有旋转板，第二液压杆装配在机械臂的上部，第二液压杆的顶端固连在旋转板的一端，有益效果：加速度传感器与LVDT传感器可采集震源的加速信号与发力信号，激振频率可控，脉冲能量持续稳定，可明显提高可控震源工作效率，提高预报准确度，加快工程进展并提高经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压伺服可控震源，特别涉及一种隧道超前预报用液压伺服可控震源。
背景技术
目前，随着国家经济水平的提高，公路隧道建设发展需求大大增加，在隧道建设过程中仍存在难题需克服解决。目前使用TBM开挖隧道工程占在建的隧道建设工程比例很大，由于其结构庞大且受不良地质条件影响大，在地下隧道施工中，其围岩地质情况复杂，会遇到岩溶、松散底层、断层破碎带以及软土底层等不良地质体，受到经济及技术水平的限制，在勘察设计阶段仅通过地表地质勘查工作很难完全查明在隧道开挖过程中遇到上述不良地质体的特性，时常发生突涌水、坍方等危害，因此在TBM全断面开挖时对掌子面前方的不良地质超前预报，为隧道建设提供施工预案和安全保障尤为必要。其中地震波法是目前较为常见的隧道超前地质预报方法，选择合适有效的震源不仅提高工作效率，对预报准确度也有所提高。***震源由于其存在对围岩造成失稳影响并且在***烟雾中可能存在有害物质，会对地下隐蔽工程带来一定的安全隐患，同时申请***需报备等审批手续，过程复杂；使用大锤夯击产生的脉冲能量受干扰因素较多并且工作效率较低。可以产生能量稳定频率可控、机械自动化程度高、安全可靠并且可重复使用提高经济效益的震源，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决在隧道施工过程中地震波法对不良地质体的超前预报遇到的诸多问题而提供的一种机载式隧道超前预报用液压伺服可控震源。
本发明提供的隧道超前预报用液压伺服可控震源包括有承台、机械臂、第一液压杆、第二液压杆、激振锤、液压油箱和控制器，其中机械臂的底部铰接在承台上，第一液压杆的底部也铰接在承台上，第一液压杆的顶端固连在机械臂的上端底部，第一液压杆的伸缩能够带动机械臂绕着底部的铰接轴进行转动，机械臂的顶端枢接有旋转板，第二液压杆装配在机械臂的上部，第二液压杆的顶端固连在旋转板的一端，第二液压杆的伸缩能够带动旋转板绕着与机械臂之间的枢接轴进行转动，旋转板的后部设置有固定架，激振锤装配在固定架内，旋转板转动的过程中能够带动激振锤进行同步转动，液压油箱也设在承台上，液压油箱上设置有液压油泵，第一液压杆、第二液压杆和激振锤通过管路均与液压油泵相连接，第一液压杆、第二液压杆和激振锤由液压油泵控制工作，液压油泵与控制器相连接，控制器控制液压油泵的工作。
承台上还装配有支撑架，控制器设在支撑架的顶盖上。
液压油泵与第一液压杆之间的连接管路上设置有第一电控阀，液压油泵与第二液压杆的连接管路上设置有第二电控阀，液压油泵与激振锤之间的连接管路上设置有第三电控阀，液压油泵还连接有电机，液压油泵由电机进行驱动，第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀和电机均与控制器相连接并由控制器控制工作。
旋转板后部的固定架上设置有导向杆，激振锤穿设在导向杆上，激振锤与导向杆滑动连接，激振锤能够沿导向杆进行滑动，导向杆的底端固连有激振板，激振板上设置有第一加速度传感器，激振锤的顶端设置有第二加速度传感器，第一加速度传感器和第二加速度传感器均与控制器相连接，第一加速度传感器和第二加速度传感器能够把采集的数据实时传输给控制器，激振板的两端分别设置有限位杆，两个限位杆的顶端连接有压板，压板和激振板之间设置有空气弹簧。
液压油泵与激振锤之间的连接管路上还设置有蓄能器总成，蓄能器总成设在固定架的连接板上，蓄能器总成通过液压高压油管和液压低压油管与激振锤相连接，液压高压油管和液压低压油管与激振锤的连接处设置有伺服阀，伺服阀与控制器连接并由控制器控制工作，伺服阀上装配有LVDT传感器，LVDT传感器与控制器相连接，LVDT传感器能够把采集的数据实时传输给控制器。
上述的第一液压杆、第二液压杆、激振锤、控制器、液压油泵、第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、电机、第一加速度传感器、第二加速度传感器、空气弹簧、蓄能器总成、伺服阀和LVDT传感器均为现有设备的组装，因此具体型号和规格没有进行赘述。
本发明的工作原理：
本发明提供的隧道超前预报用液压伺服可控震源在使用时将承台固定于TBM隧道开挖平台上，通过控制器操控第二液压杆伸缩长度，使旋转板与后部固定架中的激振板调整至与掌子面平行贴合，通过操控第一液压杆伸缩长度调整机械臂角度以达到调整激振板与掌子面的距离，使液压伺服可控震源达到准备工作状态。
液压油泵由电机提供动力，将液压油从液压油箱传输至第一电控阀、第二电控阀和第三电控阀，控制器控制第一电控阀、第二电控阀和第三电控阀将液压油分别传输至第一液压杆、第二液压杆和激振锤，每根液压油管通过安装在装置上的固定组件进行固定，到达激振锤的液压油先通过蓄能器总成，分别由液压低压油管和液压高压油管进入伺服阀然后进入激振锤为激振锤提供液压能。
旋转板与机械臂顶端通过枢接轴连接，旋转板通过固定架与激振锤连接，连接处用固接螺母固定，使旋转板与激振锤形成整体，在第二液压杆伸缩过程中旋转板与激振锤保持同步旋转。
控制器装配有电源开关分别控制第一电控阀、第二电控阀和第三电控阀的开合，从而调节第一液压杆和第二液压杆的伸缩距离以及激振锤的关停。
第一加速度传感器、第二加速度传感器和LVDT传感器能够采集震源的加速信号与出力信号并传输到控制器，控制器内输入有激振参数，激振信号通过控制线束传至伺服阀，伺服阀根据控制器输入的激振参数调整激振锤的激振频率，从而产生频率可控以及能量持续稳定的地震波。
本发明的有益效果：
本发明提供的机载式隧道超前预报用液压伺服可控震源通过机载式基座能够直接在TBM隧道开挖平台进行安装使用，方便在TBM隧道全断面开挖施工中进行超前地质预报，液压伺服可控震源通过第一液压杆以及第二液压杆的伸缩调整，与掌子面平行贴合，旋转板与机械臂末端通过枢接轴连接能够进行大角度调整，以此来满足对不同角度掌子面激振，装置中的电子器件通过控制线束与控制器连接，控制器内输入所需的激振参数至伺服阀，使液压伺服可控震源产生地震波，加速度传感器与LVDT传感器可采集震源的加速信号与发力信号，激振频率可控，脉冲能量持续稳定，可明显提高可控震源工作效率，提高预报准确度，加快工程进展并提高经济效益。由于公路隧道建设中使用TBM隧道开挖占比很大，以往的***震源需报备申请手续等复杂流程，并且使用时有安全隐患等问题，本发明机械化程度高，能够有效解决现有隧道超前地质预报地震波法震源工作效率低，能量不稳定的问题。
附图说明
图1为本发明所述液压伺服可控震源主视结构示意图。
图2为本发明所述液压油箱结构示意图。
图3为本发明所述固定架与激振锤连接结构示意图。
上图中的标注如下：
1、承台 2、机械臂 3、第一液压杆 4、第二液压杆 5、激振锤
6、液压油箱 7、控制器 8、旋转板 9、枢接轴 10、固定架
11、液压油泵 12、支撑架 13、第一电控阀 14、第二电控阀
15、第三电控阀 16、电机 17、导向杆 18、激振板
19、第一加速度传感器 20、第二加速度传感器 21、限位杆
22、压板 23、空气弹簧 24、蓄能器总成 25、液压高压油管
26、液压低压油管 27、伺服阀 28、LVDT传感器。
具体实施方式
请参阅图1至图3所示：
本发明提供的机载式隧道超前预报用液压伺服可控震源包括有承台1、机械臂2、第一液压杆3、第二液压杆4、激振锤5、液压油箱6和控制器7，其中机械臂2的底部铰接在承台1上，第一液压杆3的底部也铰接在承台1上，第一液压杆3的顶端固连在机械臂2的上端底部，第一液压杆3的伸缩能够带动机械臂2绕着底部的铰接轴进行转动，机械臂2的顶端枢接有旋转板8，第二液压杆4装配在机械臂2的上部，第二液压杆4的顶端固连在旋转板8的一端，第二液压杆4的伸缩能够带动旋转板8绕着与机械臂2之间的枢接轴9进行转动，旋转板8的后部设置有固定架10，激振锤5装配在固定架10内，旋转板8转动的过程中能够带动激振锤5进行同步转动，液压油箱6也设在承台1上，液压油箱6上设置有液压油泵11，第一液压杆3、第二液压杆4和激振锤5通过管路均与液压油泵11相连接，第一液压杆3、第二液压杆4和激振锤5由液压油泵11控制工作，液压油泵11与控制器7相连接，控制器7控制液压油泵11的工作。
承台1上还装配有支撑架12，控制器7设在支撑架12的顶盖上。
液压油泵11与第一液压杆3之间的连接管路上设置有第一电控阀13，液压油泵11与第二液压杆4的连接管路上设置有第二电控阀14，液压油泵11与激振锤5之间的连接管路上设置有第三电控阀15，液压油泵11还连接有电机16，液压油泵11由电机16进行驱动，第一电控阀13、第二电控阀14、第三电控阀15和电机16均与控制器7相连接并由控制器7控制工作。
旋转板8后部的固定架10上设置有导向杆17，激振锤5穿设在导向杆17上，激振锤5与导向杆17滑动连接，激振锤5能够沿导向杆17进行滑动，导向杆17的底端固连有激振板18，激振板18上设置有第一加速度传感器19，激振锤5的顶端设置有第二加速度传感器20，第一加速度传感器19和第二加速度传感器20均与控制器7相连接，第一加速度传感器19和第二加速度传感器20能够把采集的数据实时传输给控制器7，激振板18的两端分别设置有限位杆21，两个限位杆21的顶端连接有压板22，压板22和激振板18之间设置有空气弹簧23。
液压油泵11与激振锤5之间的连接管路上还设置有蓄能器总成24，蓄能器总成24设在固定架10的连接板上，蓄能器总成24通过液压高压油管25和液压低压油管26与激振锤5相连接，液压高压油管25和液压低压油管26与激振锤5的连接处设置有伺服阀27，伺服阀27与控制器7连接并由控制器7控制工作，伺服阀27上装配有LVDT传感器28，LVDT传感器28与控制器7相连接，LVDT传感器28能够把采集的数据实时传输给控制器7。
上述的第一液压杆3、第二液压杆4、激振锤5、控制器7、液压油泵11、第一电控阀13、第二电控阀14、第三电控阀15、电机16、第一加速度传感器19、第二加速度传感器20、空气弹簧23、蓄能器总成24、伺服阀27和LVDT传感器28均为现有设备的组装，因此具体型号和规格没有进行赘述。
本发明的工作原理：
本发明提供的隧道超前预报用液压伺服可控震源在使用时将承台1固定于TBM隧道开挖平台上，通过控制器7操控第二液压杆4伸缩长度，使旋转板8与后部固定架10中的激振板18调整至与掌子面平行贴合，通过操控第一液压杆3伸缩长度调整机械臂2角度以达到调整激振板18与掌子面的距离，使液压伺服可控震源达到准备工作状态。
液压油泵11由电机16提供动力，将液压油从液压油箱6传输至第一电控阀13、第二电控阀14和第三电控阀15，控制器7控制第一电控阀13、第二电控阀14和第三电控阀15将液压油分别传输至第一液压杆3、第二液压杆4和激振锤5，每根液压油管通过安装在装置上的固定组件进行固定，到达激振锤5的液压油先通过蓄能器总成24，分别由液压低压油管26和液压高压油管25进入伺服阀27然后进入激振锤5为激振锤5提供液压能。
旋转板8与机械臂2顶端通过枢接轴9连接，旋转板8通过固定架10与激振锤5连接，连接处用固接螺母固定，使旋转板8与激振锤5形成整体，在第二液压杆4伸缩过程中旋转板8与激振锤5保持同步旋转。
控制器7装配有电源开关分别控制第一电控阀13、第二电控阀14和第三电控阀15的开合，从而调节第一液压杆3和第二液压杆4的伸缩距离以及激振锤5的关停。
第一加速度传感器19、第二加速度传感器20和LVDT传感器28能够采集震源的加速信号与出力信号并传输到控制器7，控制器7内输入有激振参数，激振信号通过控制线束传至伺服阀27，伺服阀27根据控制器7输入的激振参数调整激振锤5的激振频率，从而产生频率可控以及能量持续稳定的地震波。
Claims (3)
1.一种隧道超前预报用液压伺服可控震源，包括有承台、机械臂、第一液压杆、第二液压杆、激振锤、液压油箱和控制器，其中机械臂的底部铰接在承台上，第一液压杆的底部也铰接在承台上，第一液压杆的顶端固连在机械臂的上端底部，第一液压杆的伸缩能够带动机械臂绕着底部的铰接轴进行转动，机械臂的顶端枢接有旋转板，第二液压杆装配在机械臂的上部，第二液压杆的顶端固连在旋转板的一端，第二液压杆的伸缩能够带动旋转板绕着与机械臂之间的枢接轴进行转动，旋转板的后部设置有固定架，激振锤装配在固定架内，旋转板转动的过程中能够带动激振锤进行同步转动，液压油箱也设在承台上，液压油箱上设置有液压油泵，第一液压杆、第二液压杆和激振锤通过管路均与液压油泵相连接，第一液压杆、第二液压杆和激振锤由液压油泵控制工作，液压油泵与控制器相连接，控制器控制液压油泵的工作，其特征在于：旋转板后部的固定架上设置有导向杆，激振锤穿设在导向杆上，激振锤与导向杆滑动连接，激振锤能够沿导向杆进行滑动，导向杆的底端固连有激振板，激振板上设置有第一加速度传感器，激振锤的顶端设置有第二加速度传感器，第一加速度传感器和第二加速度传感器均与控制器相连接，第一加速度传感器和第二加速度传感器能够把采集的数据实时传输给控制器，激振板的两端分别设置有限位杆，两个限位杆的顶端连接有压板，压板和激振板之间设置有空气弹簧，液压油泵与激振锤之间的连接管路上还设置有蓄能器总成，蓄能器总成设在固定架的连接板上，蓄能器总成通过液压高压油管和液压低压油管与激振锤相连接，液压高压油管和液压低压油管与激振锤的连接处设置有伺服阀，伺服阀与控制器连接并由控制器控制工作，伺服阀上装配有LVDT传感器，LVDT传感器与控制器相连接，LVDT传感器能够把采集的数据实时传输给控制器；
第一加速度传感器、第二加速度传感器和LVDT传感器采集震源的加速信号与出力信号并传输到控制器，控制器内输入有激振参数，激振信号通过控制线束传至伺服阀，伺服阀根据控制器输入的激振参数调整激振锤的激振频率。
2.根据权利要求1所述的一种隧道超前预报用液压伺服可控震源，其特征在于：所述的承台上还装配有支撑架，控制器设在支撑架的顶盖上。
3.根据权利要求1所述的一种隧道超前预报用液压伺服可控震源，其特征在于：所述的液压油泵与第一液压杆之间的连接管路上设置有第一电控阀，液压油泵与第二液压杆的连接管路上设置有第二电控阀，液压油泵与激振锤之间的连接管路上设置有第三电控阀，液压油泵还连接有电机，液压油泵由电机进行驱动，第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀和电机均与控制器相连接并由控制器控制工作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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