一种沿工字钢拱架自动铺设传感器线缆装置及方法

1.本发明涉及地下工程监测技术领域，特别是涉及一种沿工字钢拱架自动铺设传感器线缆装置及方法。


背景技术：

2.在我国由于隧道或煤矿巷道围岩失稳而导致的安全事故时常发生，为保障地下工程在开挖或运营过程中的安全性，开展围岩稳定性监测必不可少。目前，对于围岩稳定性监测常用的设备为埋入式有线传感器，为了便于传输传感器采集到的数据，通常需要沿支护拱架背侧或凹槽内铺设较长的外接线缆。但在实际铺设线缆过程中，由于作业高度较高、环境较差，导致线缆的铺设效率很低。因此，需要一种可以有效提高传感器线缆铺设效率的装置与方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种沿工字钢拱架自动铺设传感器线缆装置及方法，以解决现有技术存在的问题，该装置操作简便、工作效率高，能够根据地下工程监测需求，快速铺设传感器外接线缆。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种沿工字钢拱架自动铺设传感器线缆装置，包括：
5.固定板，所述固定板顶部两侧分别固接有限位机构，其中一所述限位机构的端面固接有线缆固定机构，所述固定板中部两侧分别通过两固定位转动连接有导轮，两所述限位机构的下方分别对应设置有传动机构，所述固定板的侧面底部固接有驱动板，两所述传动机构分别固接在所述驱动板的顶面，两所述传动机构通过传动蜗杆传动连接，所述传动蜗杆的两端通过支撑座转动连接，所述驱动板的顶面固接有驱动机构，所述驱动机构与其中一所述传动机构传动连接，所述驱动板的侧面固接有凸板的一端，所述凸板的另一端开设有空腔，所述空腔内设置有调节机构，所述驱动机构通过信号连接有无线控制器。
6.优选的，所述限位机构包括限位板，所述限位板与所述固定板固接，所述限位板的顶面贯穿设置有伸缩杆，所述伸缩杆的一端固接有限位块，所述限位块与所述限位板顶面抵接，所述伸缩杆的另一端贯穿限位组件后固接有上支架，所述上支架转动连接有滚轮。
7.优选的，所述限位组件包括方形壳，所述方形壳的顶部与所述限位板底面固接，所述方形壳内设置有弹簧，所述伸缩杆贯穿所述方形壳，且所述弹簧套设在所述伸缩杆上，所述伸缩杆外壁上固接有方形卡，所述方形卡外壁与所述方形壳内腔相适配。
8.优选的，所述传动机构包括下支架，所述下支架固接在所述驱动板的顶面，所述下支架的顶部转动连接有传动轮，一所述传动机构的所述传动轮两侧分别固接有蜗轮，另一所述传动机构的所述传动轮一侧固接有所述蜗轮，位于两所述传动轮同一侧的两所述蜗轮与所述传动蜗杆的两端相互啮合，另一所述蜗轮与所述驱动机构传动连接。
9.优选的，所述驱动机构包括伺服电机，所述伺服电机通过定位组件固接在所述驱
动板上，所述伺服电机通过电线串联设置有信号接收器、可充电电源和电源开关，所述信号接收器、可充电电源和电源开关均固接在所述驱动板上，所述的伺服电机的输出端设置为蜗杆结构，所述伺服电机的输出端与第二支撑座转动连接且与所述蜗轮相互啮合。
10.优选的，所述定位组件包括马蹄形卡扣，所述马蹄形卡扣套设在所述伺服电机上，且所述马蹄形卡扣通过螺栓与所述驱动板固接。
11.优选的，所述线缆固定机构包括竖板，所述竖板固接在其中一所述限位板的端面，所述竖板的侧面竖向等间距开设有若干线缆卡槽，所述线缆卡槽内设置有线缆卡扣，所述线缆卡扣设置为l型结构，所述线缆卡扣短边端面开设有弧形开口，所述线缆卡扣的弯折部通过转轴与所述线缆卡槽内壁转动连接。
12.优选的，所述调节机构包括连杆，所述连杆的一端位于所述空腔中，所述连杆的侧面开设有条形齿，所述条形齿位于所述空腔内，所述连杆上开设有所述条形齿的一侧与所述空腔之间留有间隙，所述空腔底面一侧固接有突起块，所述突起块位于所述间隙内，所述凸板的顶面和底面分别开设有位置对应的通孔，两所述通孔内滑动接触有调节旋钮，所述调节旋钮中部固接有齿轮，所述齿轮与所述条形齿相互啮合，所述调节旋钮的顶部设置为圆柱结构，所述连杆的另一端固接有调节组件，所述突起块与所述齿轮位置对应。
13.优选的，所述调节组件包括支杆，所述支杆的底部与所述连杆固接，所述支杆的顶部转动连接有凹滑轮。
14.一种沿工字钢拱架自动铺设传感器线缆的方法，包括如下步骤：
15.s1、安装传感器：当工字钢拱架本体在隧道或煤矿巷道支护部位焊接架设完毕后，在所需部位安装监控测量传感器，并将传感器自带引脚线引至最近的工字钢拱架本体附近；
16.s2、安装自动铺设传感器线缆装置：将传感器线缆牢固卡在线缆卡槽内，同时使自动铺设传感器线缆装置的两导轮与凹滑轮夹紧工字钢拱架本体的翼缘板，并进行连杆的锁固；
17.s3、铺设外接线缆：打开电源开关，使用无线控制器控制自动铺设传感器线缆装置沿工字钢拱架本体移动，将外接线缆沿工字钢拱架本体腹板铺设至已安装好的传感器引脚线处；
18.s4、连接外接线缆与传感器引脚线：将所需的传感器外接线缆从线缆卡槽内取出，并与传感器引脚线相连；
19.s5、多个传感器外接线缆的铺设：使用无线控制器继续控制自动铺设传感器线缆装置沿工字钢拱架本体移动，将外接线缆沿工字钢拱架腹板铺设至下一处传感器引脚线处，重复步骤s4，连接外接线缆与传感器引脚线；
20.s6、拆卸自动铺设传感器线缆装置：当所有传感器外接线缆均铺设到位后，控制自动铺设传感器线缆装置返回工字钢拱架本体底部，关闭自动铺设传感器线缆装置的电源开关，并将自动铺设传感器线缆装置从工字钢拱架本体上取下。
21.本发明公开了以下技术效果：本发明操作简单、自动化程度高，可以有效提高传感器外接线缆的铺设效率，保障作业人员在沿工字钢拱架本体铺设传感器外接线缆时的安全性；本发明的外接线缆铺设方法可以降低喷射混凝土时，强大冲击力对外接线缆造成的损伤，进而可以提高传感器埋设的成功率。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明一种沿工字钢拱架自动铺设传感器线缆装置的结构示意图；
24.图2为本发明中固定板的结构示意图；
25.图3为本发明中导轮的结构示意图；
26.图4为本发明中传动机构的结构示意图；
27.图5为本发明中传动蜗杆的结构示意图；
28.图6为本发明中限位机构的结构示意图；
29.图7为本发明中驱动机构的结构示意图；
30.图8为本发明中线缆卡扣的结构示意图；
31.图9为本发明中调节机构的结构示意图；
32.图10为本发明中调节旋钮的结构示意图；
33.图11为本发明中无线控制器的结构示意图；
34.图12为图2中a1的局部放大图；
35.图13为本发明的自动铺设传感器线缆装置安放示意图；
36.其中，1、固定板；2、固定位；3、导轮；4、驱动板；5、传动蜗杆；6、凸板；7、无线控制器；8、限位板；9、伸缩杆；10、限位块；11、上支架；12、滚轮；13、方形壳；14、弹簧；15、方形卡；16、下支架；17、传动轮；18、蜗轮；19、伺服电机；20、信号接收器；21、可充电电源；22、电源开关；23、马蹄形卡扣；24、竖板；25、线缆卡槽；26、线缆卡扣；27、弧形开口；28、转轴；29、连杆；30、条形齿；31、突起块；32、调节旋钮；33、齿轮；34、支杆；35、凹滑轮；36、工字钢拱架本体；37、第一支撑座；38、第二支撑座；39、启停按钮；40、前进按钮；41、后退按钮；42、信号发射器；43、可拆卸电池。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
39.参照图1-13，本发明提供一种沿工字钢拱架自动铺设传感器线缆装置，包括：
40.固定板1，固定板1顶部两侧分别固接有限位机构，其中一限位机构的端面固接有线缆固定机构，固定板1中部两侧分别通过两固定位2转动连接有导轮3，两限位机构的下方分别对应设置有传动机构，固定板1的侧面底部固接有驱动板4，两传动机构分别固接在驱动板4的顶面，两传动机构通过传动蜗杆5传动连接，传动蜗杆5的两端通过支撑座转动连接，驱动板4的顶面固接有驱动机构，驱动机构与其中一传动机构传动连接，驱动板4的侧面
固接有凸板6的一端，凸板6的另一端开设有空腔，空腔内设置有调节机构，驱动机构通过信号连接有无线控制器7。
41.本发明操作简单、自动化程度高，可以有效降低作业人员工作强度、提高传感器外接线缆的铺设效率，保障作业人员在沿工字钢拱架本体36铺设传感器外接线缆时的安全性；本发明的外接线缆铺设方法可以降低喷射混凝土时，强大冲击力对外接线缆造成的损伤，进而可以提高传感器埋设的成功率。
42.进一步优化方案，限位机构包括限位板8，限位板8与固定板1固接，限位板8的顶面贯穿设置有伸缩杆9，伸缩杆9的一端固接有限位块10，限位块10与限位板8顶面抵接，伸缩杆9的另一端贯穿限位组件后固接有上支架11，上支架11转动连接有滚轮12。
43.固定板1为轻质金属材料，固定板1顶部设有用于固定滚轮12的限位板8，该限位板8开有上下贯穿的孔与伸缩杆9滑动接触。滚轮12的表面设置有防滑橡胶层。设置的滚轮12与可通过伸缩杆9进行收缩，实现对工字钢拱架本体36的抵接，与传动轮17配合实现对工字钢拱架外侧的翼缘板的夹持。设置的限位块10可以实现对伸缩杆9的顶部限位，避免设置的伸缩杆9脱落。
44.进一步优化方案，限位组件包括方形壳13，方形壳13的顶部与限位板8底面固接，方形壳13内设置有弹簧14，伸缩杆9贯穿方形壳13，且弹簧14套设在伸缩杆9上，伸缩杆9外壁上固接有方形卡15，方形卡15外壁与方形壳13内腔相适配。
45.设置的方形壳13内腔与方形卡15相适配，起到了避免伸缩杆9在水平方向发生转动，提高了滚轮12的稳定性，设置的弹簧14对方形卡15进行抵接，进而实现对伸缩杆9伸缩动作。
46.进一步优化方案，传动机构包括下支架16，下支架16固接在驱动板4的顶面，下支架16的顶部转动连接有传动轮17，一传动机构的传动轮17两侧分别固接有蜗轮18，另一传动机构的传动轮17一侧固接有蜗轮18，位于两传动轮17同一侧的两蜗轮18与传动蜗杆5的两端相互啮合，另一蜗轮18与驱动机构传动连接。
47.传动轮17的表面设置有防滑橡胶层，设置的驱动机构驱动其中一传动轮17进行转动，该传动轮17的另一蜗轮18与传动蜗杆5进行传动，实现另一个传动轮17的转动，进而实现整个装置在工字钢拱架上进行位移。
48.进一步优化方案，驱动机构包括伺服电机19，伺服电机19通过定位组件固接在驱动板4上，伺服电机19通过电线串联设置有信号接收器20、可充电电源21和电源开关22，信号接收器20、可充电电源21和电源开关22均固接在驱动板4上，的伺服电机19的输出端设置为蜗杆结构，伺服电机19的输出端与第二支撑座38转动连接且与蜗轮18相互啮合。
49.设置的无线控制器7对信号接收器20发出指令，设置的信号接收器20对伺服电机19进行驱动实现对整个装置的控制，设置的伺服电机19、信号接收器20、可充电电源21和电源开关22均为现有技术，因此不过多进行赘述。
50.进一步优化方案，定位组件包括马蹄形卡扣23，马蹄形卡扣23套设在伺服电机19上，且马蹄形卡扣23通过螺栓与驱动板4固接。
51.通过设置的马蹄形卡扣23对伺服电机19进行固定。
52.进一步优化方案，线缆固定机构包括竖板24，竖板24固接在其中一限位板8的端面，竖板24的侧面竖向等间距开设有若干线缆卡槽25，线缆卡槽25内设置有线缆卡扣26，线
缆卡扣26设置为l型结构，线缆卡扣26短边端面开设有弧形开口27，线缆卡扣26的弯折部通过转轴28与线缆卡槽25内壁转动连接。
53.设置的线缆卡槽25与线缆卡扣26对线缆进行限位，位于弧形开口27与线缆卡槽25之间进行位置固定。
54.进一步优化方案，调节机构包括连杆29，连杆29的一端位于空腔中，连杆29的侧面开设有条形齿30，条形齿30位于空腔内，连杆29上开设有条形齿30的一侧与空腔之间留有间隙，空腔底面一侧固接有突起块31，突起块31位于间隙内，凸板6的顶面和底面分别开设有位置对应的通孔，两通孔内滑动接触有调节旋钮32，调节旋钮32中部固接有齿轮33，齿轮33与的条形齿30相互啮合，调节旋钮32的顶部设置为圆柱结构，连杆29的另一端固接有调节组件，突起块31与齿轮33位置对应。
55.通过转动调节旋钮32实现对齿轮33的转动，设置的齿轮33与条形齿30相互啮合进而实现了整个连杆29的位移，在实现凹滑轮35和导轮3对工字钢拱架本体36的固定后，用力向下按压调节旋钮32，使调节旋钮32的齿轮33被突起块31卡住，即可使调节旋钮32被锁固。
56.进一步优化方案，调节组件包括支杆34，支杆34的底部与连杆29固接，支杆34的顶部转动连接有凹滑轮35。
57.设置的凹滑轮35上的凹陷可以起到对翼缘板边缘的限位。
58.无线控制器7用于控制自动铺设传感器线缆装置的移动，无线控制器7设置有启停按钮39、前进按钮40、后退按钮41、信号发射器42以及可拆卸电池43。
59.一种沿工字钢拱架自动铺设传感器线缆的方法，包括如下步骤：
60.s1、安装传感器：当工字钢拱架本体36在隧道或煤矿巷道支护部位焊接架设完毕后，在所需部位安装监控测量传感器，并将传感器自带引脚线引至最近的工字钢拱架本体36附近；
61.s2、安装自动铺设传感器线缆装置：在工字钢拱架本体36底部附近进行自动铺设传感器线缆装置的安装，首先提起线缆卡扣26，将传感器外接线缆的端部依次放入线缆卡槽25内，按压线缆卡扣26，使传感器线缆牢固卡在线缆卡槽25内；然后，向上提起两滚轮12，使两滚轮12与两传动轮17之间产生缝隙，将自动铺设传感器线缆装置通过缝隙夹住工字钢拱架本体36外侧的翼缘板；最后将连杆29插入固定板1底部一侧的凸板6内，转动调节旋钮32使两导轮3与凹滑轮35夹紧工字钢拱架本体36的翼缘板，向下按动调节旋钮32，使齿轮33与突起块31卡接，进而实现连杆29的锁固；
62.s3、铺设外接线缆：打开电源开关22，使用无线控制器7控制自动铺设传感器线缆装置沿工字钢拱架本体36移动，将外接线缆沿工字钢拱架本体36腹板铺设至已安装好的传感器引脚线处；
63.s4、连接外接线缆与传感器引脚线：提起线缆卡扣26，将所需的传感器外接线缆从线缆卡槽25内取出，并与传感器引脚线相连；
64.s5、多个传感器外接线缆的铺设：使用无线控制器7继续控制自动铺设传感器线缆装置沿工字钢拱架本体36移动，将外接线缆沿工字钢拱架腹板铺设至下一处传感器引脚线处，重复步骤s4，连接外接线缆与传感器引脚线；若自动铺设传感器线缆装置所携带的外接线缆数量不够，控制自动铺设传感器线缆装置返回工字钢拱架本体36底部进行重新装载外界线缆即可；
65.s6、拆卸自动铺设传感器线缆装置：当所有传感器外接线缆均铺设到位后，控制自动铺设传感器线缆装置返回工字钢拱架本体36底部，关闭自动铺设传感器线缆装置的电源开关22；提起调节旋钮32，解除连杆29的锁固状态，旋转调节旋钮32，使带齿连杆29脱落；向上提起两滚轮12，将自动铺设传感器线缆装置从工字钢拱架本体36上取下。
66.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
67.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。