一种已运营隧道病害修复用凿毛装置的制作方法

1.本发明涉及隧道修复技术领域，更具体地说，涉及一种已运营隧道病害修复用凿毛装置。


背景技术：

2.随着我国铁路隧道总里程的不断增长，已运营铁路隧道病害也日益频繁，隧道衬砌结构开裂、掉块、网裂、渗漏水、冻胀等病害，这些病害已经严重威胁到列车的运行安全。
3.针对隧道结构病害问题，工务部门常采用简易的脚手架与机具进行维修，其中凿毛作业是作业条件较恶劣的工序之一。现有隧道病害整治施工中的凿毛方法一般分为以下几种：
4.人工凿毛：采用风镐或者手持气动凿毛机人工凿毛，人工凿毛质量的好坏取决于工人的技术以及经验，容易造成凿毛糙化不彻底、不均匀，最终导致结合面裂纹、脱落等质量问题，并且采用人工凿毛需搭设脚手架，增加了工序，提高了作业风险，凿毛作业速度慢、效率低，占用“天窗”时间多:在凿毛过程中会产生大量粉尘及较大噪音，对工人造成伤害。且无法对粉尘进行有效的搜集。容易对铁路接触网、光缆线管造成影响。
5.手推式或机载式凿毛机：通过手推车或机载式的设计，集成多个凿毛头，提升凿毛效率。但是,一方面需要人工近距离操作，同时只能进行边墙凿毛；另一方面，人工近距离操作，也使得工人依旧处于直面凿毛污染物的环境下，对人体产生危害，也无法对对粉尘进行有效的搜集。
6.机械化凿毛：将凿毛钻头装在小型挖掘机的机械臂端头，工人在驾驶室通过控制机械臂进行凿毛，进一步提升了凿毛效率与工作环境。但是，该方法不能避开隧道内部接触网和隧道壁光缆电线，无法完全实现全断面机械化施工，也无法很好的控制好凿毛造成的粉尘对接触网和光缆线管的影响，效率仍有待提高。
7.但现有的隧道拱架安装设备大多针对隧道施工阶段设计，未考虑已运营隧道病害修复中实际工况。而已运营隧道病害修复作业由于其已运营性质，施工限制较多。主要包括以下几方面限制：
8.1)可作业时间短，仅能在隧道运营天窗时间(4-6h)作业，扣除上、下线，施工准备等时间，实际可作业时间不到4小时，目前隧道病害修复中，因无合适机具，仍采用人工为主，简易工装为辅的操作模式，12m套衬的凿毛安装需耗时7个天窗，10余人作业。因此对作业效率提出更高要求
9.2)隧道现有建筑限制，根据国标、规划与电气化等要求，目前已运营隧道顶部一般布置有接触网，隧道两侧布置有照明线、专用电缆与公网电缆，且由于受力要求，接触网悬挂上的接触线按之字形布置，施工时需对其进行绕避，否则设备装置与人员在作业时存在触电及毁坏线路风险。
10.3)运输限制，根据现有法规、制度要求，维修设备、机具只能通过符合要求的铁路机车输送，且机车行驶状态中搭载的维修设备、机具需满足gb 146.1-2020《标准轨距铁路
限界第1部分：机车车辆限界》要求，不得超出运输限制。
11.因此，在上述限制条件下，如何提高已运营隧道病害修复时拱架安装效率和质量，降低劳动强度，同时，保证施工的安全，解决运输、接触线绕避、机械化凿毛问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

12.本发明提供了一种已运营隧道病害修复用凿毛装置，包括轨道平板车、设置于轨道平板车上的承载基体、设置于承载基体上的凿毛牵引机构、位于承载基体侧方的凿毛从动机构以及分别安装于凿毛牵引机构和凿毛从动机构上的凿毛作业单元；在承载基体的其中一个侧面上还焊接有沿轨道平板车的位移方向设置第一滑移件，所述凿毛从动机构与第一滑移件可滑动连接；在承载基体的顶端面中心部位还焊接有沿轨道平板车的位移方向设置的第二滑移件，所述凿毛牵引机构与第二滑移件可滑动连接。
13.可选的，所述凿毛牵引机构包括底座、折叠臂、滑移组件、折叠臂驱动件、凿毛牵引驱动件和第一凿毛抓手；底座上设有滑移组件，滑移组件与第一滑移件可滑动连接，且滑移组件上还安装有凿毛牵引驱动件和折叠臂驱动件，凿毛牵引驱动件的固定端固定安装于滑移组件上，折叠臂驱动件的固定端固定安装于滑移组件上；折叠臂驱动件的驱动端与折叠臂的一端固连；折叠臂远离折叠臂驱动件的一端上安装有第一凿毛抓手，第一凿毛抓手用于抓取凿毛作业单元，且凿毛作业单元与凿毛牵引驱动件的牵引端相互连接。
14.可选的，所述折叠臂驱动件、折叠臂和第一凿毛抓手设有一一对应设置的两组及以上，且相邻两组折叠臂之间连接有若干相互间隔设置的连接杆，每件连接杆上均安装有导轮；所述凿毛牵引驱动件设置为卷扬机，卷扬机的牵引端依次绕过若干导轮后与凿毛作业单元中设置于凿毛机顶端的牵引滑轮座相连。
15.可选的，在底座的底部还设置有若干相互间隔设置的滚动件，若干滚动件采用相互并列设置，形成第一滑移结构；所述第一滑移件包括底板以及设置于底板上的齿条；所述滑移组件包括驱动件以及与驱动件的驱动端相互连接的齿轮，齿轮与齿条相互啮合，驱动件的固定端与底座相互固连。
16.可选的，所述滚动件设置为螺纹轴式滚轮结构。
17.可选的，单件的所述折叠臂包括第一伸缩臂和第二伸缩臂，第一伸缩臂远离第二伸缩臂的一端与折叠臂驱动件相互铰接，第二伸缩臂远离第一伸缩臂的一端与第一凿毛抓手相互连接，且第一伸缩臂与第二伸缩臂之间还铰接有伸缩缸，通过伸缩缸的伸出或缩回控制第一伸缩臂与第二伸缩臂之间相互形成的夹角大小。
18.可选的，所述第一凿毛抓手包括抓手座、抓手和抓手驱动件；所述抓手座同时与限位套和抓手驱动件的一端相互铰接；抓手驱动件另一端与限位套和抓手的末端相互铰接；所述抓手同时与限位套和抓手座相互铰接。
19.可选的，所述凿毛从动机构包括滑移底座、支撑框架、第二凿毛抓手和从动行走轮；滑移底座的一端与第一滑移件可滑动连接，滑移底座的另一端与支撑框架固连；支撑框架包括依次相互连接的第一横梁、竖梁和第二横梁，第一横梁远离竖梁的一端与滑移底座相连，在第二横梁的下端面上连接有至少一组从动行走轮，以便在隧道内进行位移；第二横梁的延伸端上安装有第二凿毛抓手。
20.可选的，所述凿毛作业单元包括凿毛机和弧形框架；凿毛机包括固定座以及设置于固定座上的若干个凿毛体，在固定座上设有用于与弧形框架滑动连接的爬升轮；弧形框架设置为贴合隧道轮廓的圆管框架结构，且弧形框架与第二凿毛抓手相互连接，以在第二凿毛抓手的作用下沿隧道壁移动。
21.可选的，在固定座上还设有牵引滑轮座和水雾降尘喷头，牵引滑轮座和水雾降尘喷头分别沿凿毛机在弧形框架上进行位移的方向设置于固定座的两端面上。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.(1)本发明针对运营隧道工况设计，通过平板车将拱架安装装置运输到已运营隧道病害段，通过凿毛牵引机构、凿毛作业单元与凿毛从动支撑机构协同配合，沿隧道壁进行凿毛，除尘作业，作业范围可覆盖隧道轮廓断面，极大的拓宽了作业的工作范围，能够适用已运营隧道可作业时间短、隧道现有建筑、运输限制的工况，解决运输、接触线绕避、机械化凿毛问题，满足运营隧道断面病害修复高效、高质凿毛的需求。
24.(2)本发明中的凿毛作业单元整体根据隧道壁设计为弧面，能够适应隧道沟槽盖板以上断面，覆盖范围更广，凿毛更彻底。
25.(3)本发明中通过凿毛牵引机构与凿毛从动支撑机构对凿毛作业单元进行夹取固定，使得凿毛作业单元作业稳定，可布置更多凿毛机，该作业单元弧面内作业完成后，可控制凿毛牵引机构与凿毛从动支撑机构举升或横移至下一工作为至，从而进一步提高了凿毛作业效率与凿毛质量。
26.(4)本发明中的凿毛牵引机构、凿毛作业单元与凿毛从动支撑机构协同配合，沿隧道壁进行凿毛，完成隧道内接触线、电缆、建筑的绕避。
27.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
28.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
29.图1是本发明实施例中一种已运营隧道病害修复用凿毛装置的轴测示意图；
30.图2为图1中凿毛牵引机构的轴测示意图(其中导轨仅局部示意)；
31.图3为图2中第一凿毛抓手的轴测示意图；
32.图4为图1中凿毛从动支撑机构示意图(其中c型滑槽仅局部示意)；
33.图5为图1中凿毛作业单元示意图(其中弧形框架仅局部示意)；
34.图6是图5中凿毛机的轴测示意图。
35.图7为本发明实施例中一种已运营隧道病害修复用凿毛装置在隧道内工作时的示意图。
36.其中：
37.1、凿毛作业单元，1.1、凿毛机，1.1.1、固定座，1.1.2、凿毛体，1.2、弧形框架，1.3、牵引滑轮座，1.4、爬升轮，1.5、水雾降尘喷头；
38.2、凿毛从动机构，2.1、滑移底座，2.2、支撑框架，2.3、从动行走轮，2.4、第二凿毛抓手；
39.3、凿毛牵引机构，3.1、底座，3.1.1、滚轮，3.2、折叠臂，3.3、滑移组件，3.4、摆动缸，3.5、卷扬机，3.6、第一凿毛抓手，3.6.1、抓手座，3.6.2、抓手，3.6.3、夹紧油缸；
40.4、承载基体，4.1、c型滑槽，4.2、滑移轨；
41.5、轨道平板车。
具体实施方式
42.为使本发明的上述目的、特征和优点等能够更加明确易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精确比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施；本发明中所提及的若干，并非限于附图实例中具体数量；本发明中所提及的
‘
前
’‘
中
’‘
后
’‘
左
’‘
右
’‘
上
’‘
下
’‘
顶部
’‘
底部
’‘
中部’等指示的方位或位置关系，均基于本发明附图所示的方位或位置关系，而不指示或暗示所指的装置或零部件必须具有特定的方位，亦不能理解为对本发明的限制。
43.本实施例：
44.参见图1至图6所示，一种已运营隧道病害修复用凿毛装置，包括满足上路条件运输用的轨道平板车5、设置于轨道平板车5上的承载基体4、设置于承载基体4上的凿毛牵引机构3、位于承载基体4侧方的凿毛从动机构2以及凿毛牵引机构3和凿毛从动机构2限位支撑的凿毛作业单元1。此处优选：所述轨道平板车5为现有技术。
45.所述承载基体4为凿毛装置的承载单元，承载基体4搭载在轨道平板车5上，随轨道平板车5一起进出隧道。
46.可选的，在承载基体4的其中一个侧面上还焊接有沿轨道平板车5的位移方向设置c型滑槽4.1，所述凿毛从动机构2与c型滑槽4.1可滑动连接。此处优选：为实现对凿毛从动机构2在c型滑槽4.1上的位移范围进行限位，在c型滑槽4.1上还设有两件相互间隔设置的第一限位结构。
47.可选的，在承载基体4的顶端面中心部位还焊接有沿轨道平板车5的位移方向设置的滑移轨4.2，所述凿毛牵引机构3与滑移轨4.2可滑动连接。此处优选：为实现对凿毛牵引机构3在滑移轨4.2上的位移范围进行限位，在滑移轨4.2上还设有两件相互间隔设置的第二限位结构。
48.所述凿毛牵引机构3为凿毛装置的位置调整单元，凿毛牵引机构3包括底座3.1、折叠臂3.2、滑移组件3.3、摆动缸3.4、卷扬机3.5和第一凿毛抓手3.6；
49.底座3.1为凿毛牵引机构3的主基体，且底座3.1上设有滑移组件3.3，滑移组件3.3与滑移轨4.2可滑动连接，以实现凿毛牵引机构3在滑移轨4.2上的位移；且滑移组件3.3上还安装有卷扬机3.5和摆动缸3.4，卷扬机3.5的固定端固定安装于滑移组件3.3上、摆动缸3.4的固定端固定安装于滑移组件3.3上，以与滑移组件3.3同步在滑移轨4.2上进行位移；
50.摆动缸3.4的驱动端通过连接法兰与折叠臂3.2的一端固连，用于带动折叠臂3.2相对于滑移组件3.3进行摆动；
51.折叠臂3.2远离摆动缸3.4的一端上安装有第一凿毛抓手3.6，第一凿毛抓手3.6用于抓取凿毛作业单元1，且凿毛作业单元1与卷扬机3.5的牵引端(即卷扬机的钢丝绳端)相互连接，通过卷扬机3.5的收放牵引凿毛作业单元1进行凿毛作业；当凿毛机1.1完成该位置内凿毛时，通过调整折叠臂3.2与摆动缸3.4协同将凿毛作业单元、沿拱架托手3.6与隧道壁
形成的轨道空间，将拱架抓举运输至隧道顶部，完成接触线与建筑的绕避，再利用卷扬机3.5带动凿毛机1.1进行作业，该断面作业完成后，利用滑移组件3.3将其运输至下一工作位置。此处优选：为保证第一凿毛抓手3.6在抓取凿毛作业单元时的稳定性，所述摆动缸3.4、折叠臂3.2和第一凿毛抓手3.6设有一一对应设置的两组及以上，且相邻两组折叠臂3.2之间连接有若干相互间隔设置的连接杆，每件连接杆上均安装有导轮；卷扬机3.5的牵引端依次绕过若干导轮后与凿毛作业单元1中设置于凿毛机1.1顶端的牵引滑轮座1.3相连，以牵引凿毛机1.1在凿毛作业单元1内上下滑动进行凿毛作业。
52.可选的，为实现滑移组件3.3在滑移轨4.2上的位移，在底座3.1的底部还设置有若干相互间隔设置的滚轮3.1.1，若干滚轮3.1.1采用相互并列设置，形成第一滑移结构；所述滑移轨4.2优选设置为包括底板以及设置于底板上的齿条的结构；所述滑移组件3.3包括驱动件以及与驱动件的驱动端相互连接的齿轮，齿轮与齿条相互啮合，驱动件的固定端与底座3.1相互固连，以驱动齿轮在齿条上进行位移。此处优选：所述滚轮3.1.1优选设置为螺纹轴式滚轮结构。
53.可选的，所述折叠臂3.2为凿毛牵引机构3的主执行机构，主体为铰接式伸缩臂，其末端通过法兰盘与摆动缸3.4的一端铰接，传递摆动缸3.4的摆动动作；折叠臂3.2的另一端通过安装板与第一凿毛抓手3.6螺栓连接，并使第一凿毛抓手3.6紧贴隧道壁，以约束凿毛作业单元1的晃动，为凿毛作业构建稳定支撑；在折叠臂3.2的中间部位还设有导轮，卷扬机3.5的钢丝绳经导轮导向从第一凿毛抓手3.6进入凿毛作业单元1内并与凿毛作业单元1中的凿毛机1.1顶端设置的牵引滑轮座1.3连接，以牵引凿毛机1.1进行上下凿毛作业。此处优选：所述折叠臂3.2包括第一伸缩臂和第二伸缩臂，第一伸缩臂和第二伸缩臂相互铰接形成l形结构；第一伸缩臂远离第二伸缩臂的一端通过法兰盘与摆动缸3.4相互铰接，第二伸缩臂远离第一伸缩臂的一端与第一凿毛抓手3.6相互连接，且第一伸缩臂与第二伸缩臂之间还铰接有伸缩缸，通过伸缩缸的伸出或缩回控制第一伸缩臂与第二伸缩臂之间相互形成的夹角大小，以驱动第二伸缩臂相对于第一伸缩臂进行摆动。
54.可选的，所述第一凿毛抓手3.6为凿毛牵引机构3的限位固定机构，第一凿毛抓手3.6包括抓手座3.6.1、抓手3.6.2和夹紧油缸3.6.3；所述抓手座3.6.1的下端通过销轴分别与限位套和夹紧油缸3.6.3相互铰接，夹紧油缸3.6.3另一端通过销轴分别与限位套和抓手3.6.2的末端相互铰接；所述抓手3.6.2的中端通过销轴分别与限位套和抓手座3.6.1的上端相互铰接，以通过调整夹紧油缸3.6.3行程，使抓手3.6.2绕中端进行转动与抓手座3.6.1配合完成限位固定。此处优选：分别安装于两件折叠臂3.2上的两件第一凿毛抓手3.6采用以其抓手3.6.2相互靠近的方式对称设置，以通过两件抓手3.6.2同时对凿毛作业单元1的抓取，实现对凿毛作业单元1的稳定抓取。
55.所述凿毛从动机构2为凿毛装置的辅助支撑单元，凿毛从动机构2包括滑移底座2.1、支撑框架2.2、第二凿毛抓手2.4和从动行走轮2.3；
56.滑移底座2.1的一端与c型滑槽4.1可滑动连接，滑移底座2.1的另一端与支撑框架2.2固连；
57.支撑框架2.2包括依次相互连接的第一横梁、竖梁和第二横梁，第一横梁、竖梁和第二横梁依次相互连接形成z字形结构，其中第一横梁远离竖梁的一端与滑移底座2.1相连，在第二横梁的下端面上连接有至少一组从动行走轮2.3，以便在隧道内进行位移；第二
横梁的延伸端上安装有第二凿毛抓手2.4，以便于与凿毛作业单元1进行相互连接；
58.待凿毛牵引机构3完成对凿毛作业单元1的抓取固定后，将凿毛从动机构2滑移至凿毛作业单元1位置，调整第二凿毛抓手2.4固定凿毛作业单元1下端，调整底部从动行走轮2.3使其能在沟槽盖板上灵活滚动，完成对凿毛作业单元1的辅助支撑。此处优选：第二凿毛抓手2.4与第一凿毛抓手3.6的结构一致；支撑框架2.3、从动行走轮2.3和第二凿毛抓手2.4设有一一对应设置的至少两组，且相邻两件支撑框架2.3上连接有至少一件加强支撑件、相邻两件第二凿毛抓手2.4采用以其抓手相互靠近的方式对称设置，以通过两件抓手同时对凿毛作业单元1的抓取，实现对凿毛作业单元1的稳定抓取。
59.所述凿毛作业单元1为凿毛装置的主执行单元，凿毛作业单元1包括凿毛机1.1、弧形框架1.2、牵引滑轮座1.3、爬升轮1.4和水雾降尘喷头1.5；
60.凿毛机1.1由若干个凿毛体1.1.2与固定座1.1.1组成，凿毛体1.1.2为具有一定行程的冲击组件，在外部动力源作用下，使顶部凿毛头做往复活塞冲击作业，对隧道壁进行凿毛；具体的：固定座1.1.1与凿毛体1.1.2的非作业端采用螺栓紧固连接，且在固定座1.1.1上还设有牵引滑轮座1.3和水雾降尘喷头1.5，牵引滑轮座1.3和水雾降尘喷头1.5分别设置于固定座1.1.1沿凿毛机1.1在弧形框架1.2上进行位移的方向的两个端面上；
61.爬升轮1.4与固定座1.1.1相连，且爬升轮1.4的外侧轮边为与弧形框架1.2外侧圆管相切，爬升轮1.4可在外力作用下沿弧形框架1.2外侧圆管上下滑动；
62.弧形框架1.2为贴合隧道轮廓的圆管框架结构，且弧形框架1.2与第二凿毛抓手2.4相连，以使弧形框架1.2在第二凿毛抓手2.4的作用下沿隧道壁移动；
63.凿毛机1.1在卷扬机牵引钢丝绳作用下，两侧爬升轮1.4沿弧形框架1.2上下移动，完成弧形框架1.2内的凿毛作业与降尘处理；当凿毛作业单元1在凿毛抓手作用下移动到作业位置固定可靠后，在卷扬机牵引钢丝绳作用下，牵引凿毛机1带动两侧爬升轮1.4在弧形框架1.2上下滚动，从而实现凿毛机1在弧形框架1.2内的凿毛作业。
64.可选的，在固定座1.1.1的底部开设有便于凿毛体1.1.2的管线通过的空间。
65.可选的，在固定座1.1.1的顶部设置有盖板，便于凿毛冲击作业。
66.可选的，在固定座1.1.1的内部两侧还设置有压紧板，通过螺栓对若干凿毛体1.1.2进行压紧约束。
67.可选的，在固定座1.1.1上还设有轴承座，轴承座通过销轴与爬升轮1.4进行连接。
68.参见图7所示，应用本发明所提供的已运营隧道病害修复用凿毛装置实现凿毛安装的具体过程如下：
69.1)、通过轨道平板车5运输到病害地点后，控制凿毛牵引机构3调整折叠臂2.2行程将凿毛作业单元1放置于第二凿毛抓手2.4内抓取紧贴隧道壁完成凿毛作业单元1上部固定，再控制凿毛从动机构2滑移至凿毛作业单元1位置，调整第二凿毛抓手2.4固定凿毛作业单元1下端，调整底部从动行走轮2.3使其能在沟槽盖板上灵活滚动，完成对凿毛作业单元1的辅助支撑；
70.2)、再利用卷扬机3.5完成与凿毛机1.1的牵引连接，牵引凿毛机1.1在凿毛作业单元1内上下滑动凿毛作业，当凿毛机1.1完成该位置内凿毛时，通过调整折叠臂3.2与摆动缸3.4协同将凿毛作业单元沿第一凿毛抓手3.6与隧道壁形成的轨道空间抓举运输至隧道顶部，完成接触线与建筑的绕避，再利用卷扬机3.5带动凿毛机1.1进行作业，该断面作业完成
后，利用滑移组件3.3将其运输至下一工作位置，直至完成全轮廓的凿毛作业。
71.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。