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机器人化机器

(2019-05-31 11:39:11)
标签:

盾构

堆垛机

摊铺机

装载机

压路机

分类: 前沿科技

1喷浆机器人

所谓的机器人化机器是指在传统机械中引入机器人技术,使其具有机器人的功能这一概念最早是由蒋新松院士提出来的当然,也可把机器人化机器称之为智能机器或智能机械

在工程机械行业,我国的大多数产品都面临着更新换代机器人技术,即机电液讯一体化技术是提升工程机械技术水平和产品档次的重要手段由于我国工程机械行业的自主开发能力弱,国外产品进口逐年上升

为了改变这一状况,我国工程机械行业联合科研单位开展了机器人化机器的研究,相继研制出喷浆机凿岩机压路机推土机装载机摊铺机等多项成果

喷浆就是喷射混凝土喷浆支护是现代建设施工中广泛采用的支护方法喷浆机器人可用于一切需要喷浆的工程中铁路公路隧道,矿山巷道,水利和水电的隧洞和涵洞,地铁以及各种地下(军用民用)建筑等,现在都普遍采用喷浆支护铁路和公路每年就要开挖300公里隧道,特别是在我国铁路公路建设重点地区的西南部和南部地区,为适应车速越来越快的发展趋势,线路尽可能少拐弯,隧道开挖量会更大;我国有大中型煤矿500多个,每个矿都有掘进队5~6个,其巷道开挖总量比铁路还多

与传统的木材钢梁支护方法相比,喷浆支护不仅节省大量木材和钢材,而且具有施工速度快支护效果好等优点但喷浆支护也存在一些待解决的问题,如人工喷浆时,回弹造成的飞沙走石使工人不敢抬头睁眼,致使无法保持喷枪与受喷面垂直,也无法使喷枪口与受喷面保持最佳距离这样,不仅混凝土的回弹率高(30~50%),浪费材料,而且混凝土结构疏密不一,不能保证喷层的质量另外对大断面隧道,人工喷浆需要搭脚手架,影响施工进度,且费工费料国内外都认为采用机器人喷浆是一条出路

国外从60年代开始采用机械手喷浆,现在国内采用的喷浆机械手全是进口的,单价一般在260~500万元人民币之间,并且维修和配件供应都很困难山东科技大学机器人研究中心从1994年开始着手“喷浆机器人”的研制,先后完成了矿井用喷浆机器人和大型喷浆机器人

经过科技人员和管理人员的共同努力,2000年初第一台大型喷浆机器人已完成,5月23日运抵济南高速公路的隧道施工现场,开始使用,机器人运转正常目前,第二台大型喷浆机器人已用于西安一合肥的铁路隧道施工

2压路机器人

1999年1月,由国防科技大学和江麓一浩利机械有限公司联合研制的压路机器人问世,其技术性能达到了90年代后期国际同类产品的先进水平

在公路铁路机场码头等交通运输和水利工程的建设中,压路机是一种必不可少的工程机械目前使用的普通压路机在施工效率和压实方面都难以满足高等级工程的需要振动压路机采用大激振力辅助压实方式,作用深度大,生产效率高,但由于这种振动工作方式使驾驶员长期处于强振动高噪音工作环境中,不仅劳动强度大,而且损伤身心健康

为了提高压路机的性能,保护工人的利益,近年来主要从两方面开展工作,一是改善压路机驾驶室的环境,另一种是将机器人技术引入压路机,增加遥控和自主功能,力图从根本上改善驾驶员的工作环境

1999年初,工程化样机在湖南省重点防洪工程一九华湘江扩口工程工地上进行了长达2个月的工业性使用试运行,承担并圆满完成了工程中2290米新修大堤(堤高40米,堤面宽8米)的压实施工任务结果表明,该压路机器人的工程可靠性和工业可使用性均已达到了头用水平

W1102DZ型压路机器人结合了智能移动机器人技术和国际上振动式压路机的先进技术,采用远距离遥控自动编程控制两种操作方式,同时保留了原有的人工驾驶功能,具有施工效率高压实质量好操作人员劳动强度低的优点,是铁路公路机场码头等大规模高等级工程的理想压实设备,尤其适合险工险段和极限环境条件下如矿山隧道沟渠和城市大型垃圾场的压实工作可以预见,这种压路机器人将在我国21世纪的交通水利等基础设施建设和开发西部的基本建设中发挥重要作用

3隧道凿岩机器人

隧道开挖是现代交通水电矿山军事工程等大规模基础设施建设中的一项难度大耗资耗时多劳动条件差但又十分关键十分重要的施工作业隧道开挖一般采用掘进法和钻爆法前者采用庞大复杂的掘进机,用类似机械切削的方法一次将整个隧道断面成型这种施工方法特点是掘进速度快安全,但是该方法使用的全断面掘进机价格非常昂贵钻爆法的施工则比较灵活,断面适应性好,设备费用相对低廉得多

凿岩设备是钻爆法施工中用到的主要设备之一早期的液压凿岩设备全由人工操作,操作人员熟练程度的差异往往会导致严重的“超挖”或“欠挖”,对工程的成本和工期都会产生不利影响为了提高隧道开挖水平,几乎在液压凿岩台车实用化的同时,国外许多厂商都将计算机技术和自动控制技术引入新型液压凿岩设备随后,世界上几乎所有的发达国家都推出了具有机器人特征的半自动计算机辅助凿岩台车和全自动凿岩台车,也就是凿岩机器人由于这类凿岩机器人主要用于隧道的开挖,所以将它称为隧道凿岩机器人

中南工业大学多年来对隧道凿岩机器人进行了前期研究1998年,开始了隧道凿岩机器人工程样机的开发,现已完成样机研制这台“隧道凿岩机器人”是双臂型机器人,它两只巨大的铁臂上各有一个6米长的钻头,可以在任何坚硬的岩石上打出所需要的炮眼只见操作者在电脑上输入工作界面面积和炮眼数目,机器人便自动设计钻孔的疏密布局并予以执行据介绍,它的工作界面最大可以达到90平方米

4机器人化装载机

ZL50G型机器人化装载机是徐工集团和吉林工业大学以国际知名企业先进装载机产品为目标,吸收各家技术所长,结合我国产品特点和市场需求开发的一种先进可靠实用的5吨级新型装载机ZL50G型装载机引入了计算机技术控制技术微电子技术,主体和主要部件的结构设计及装配采用了集成制造技术ZL50G型装载机是先进的机讯一体化的升级换代型产品,总体功能:经过三维实体图形和工作装置最优化设计,

动力系统为三点双向减振悬架系统,全自动电控变速器,计算机控制传动操纵系统电子换档和电子快速换档系统,工作装置操纵系统故障自诊断系统,电子监控系统,三级报警系统

5自动摊铺机

RP800自动摊铺机是一种主要用于高速公路上基层和面层各种材料摊铺作业的施工设备该机博众家之长,采用了全液压传动行驶及输分料左右全部独立驱动,微电脑恒速控制,数字式控制超声波控制,双振捣及脉冲振动压实,电加热等当今世界最新先进技术,具有摊铺速度稳定自动转向输分料供料均匀预压密实度高摊铺平整度好操作简单方便等优点,尤其在电子控制技术上采用了CAN总线技术,实现了多CPU多任务实时控制;采用了无线、有线通讯技术,实现了远程在线检测;采用单片机技术,实现了机载人机交互和电子档案管理该机是摊铺基础稳定材料和路面沥青混凝土材料的理想设备为了提高摊铺质量,该机可以进入无人驾驶状态,在进行弯道摊铺作业时尤为必须这一功能充分显示了它的“机器人”特色自动摊铺机采用的技术属当今世界工程机械前沿技术,将对我国修筑高等级公路起到促进作用

6自动多向高架无轨堆垛机

由中科院合肥智能所和合肥叉车厂研制的WD-10型自动多向无轨堆垛机是一种适用于主体高架仓库的成套货物搬运设备,可在主体仓库中多条货架巷道工作,机动性能好,操作方便,这是我国第一台基于网络控制的高架堆垛叉车,包括转向牵引起升前移侧移倾仰等八个自由度,人机交互和系统监控全部实现了计算机控制

WD-10型自动多向无轨堆垛机主要特点有:车辆转弯半径小,适用于主体高架仓库;采用复合操作手柄,只需单手操作,灵活性好;控制系统全部采用电控,特别是转向系统也采用电控,控制性能良好;整个控制系统采用多主结构的多机系统(5个CPU),系统按功能分布,交互由网络结构完成,采用CAN总线组成网络

由于该车系统采用了网络结构控制,为将来全自动仓库的无人管理创造了良好的条件

7隧道掘进机器人

隧道掘进技术是由早期的盾构(适用于软土层掘进的又称盾构)技术发展而来,是地下暗挖隧道的一种工程建设技术,是随着现代交通运输地下工程矿山开采水利工程市政建设以及电气通讯设施的发展而发展起来的

全断面隧道掘进机问世已有180年的历史1818年,英国布鲁诺(M.I.Brunel)在蛀虫钻孔的启示下,最早提出了用于施工地下隧道的掘进机的雏形及施工方法1825年,他第一次在伦敦泰晤士河下用一个断面高6.8m,宽11.4m的矩形盾构修建了一条隧道由于初始未能掌握抵制泥水涌入隧道的方法,隧道施工两次被淹,后来在东伦敦地下铁道公司的合作下,经过对盾构施工的改进,用气压辅助施工,于1843年完成了全长458m的第一条盾构法隧道

早期的盾构,主要是利用盾构机械所特有的盾壳作为支护,防止地层的坍塌,以保证在其内部安全地进行开挖和衬砌等各种作业,开挖基本上是采用人工开挖方式随着隧道工程的不断增多,为适应不同条件下的施工要求和提高施工效率,隧道掘进机器人得以应用并不断地发展,除不断完善软土隧道掘进机(即盾构)及应用技术,又开发出能够适应岩石地层施工的岩石隧道掘进机及应用技术到目前为止,隧道掘进机已经发展到比较高的水平全世界共生产各种类型的隧道掘进机约8000余台,并且在工程应用中获得了满意效果

随着地下空间的开发,盾构技术已广泛地应用于软土层的地铁隧道市政管道等工程领域为适应不同工程的需要,盾构机的形式也越来越多,目前,已生产了断面为圆形矩形双圆三圆球型盾构子母盾构等,尺寸也从直径200mm到18m盾构机的类型较多,但其工作原理基本相同,主要由切削刀盘动力机构液压主轴顶进机构液压纠偏机构液压中继顶进机构液压主顶进机构衬砌及岩土排运机构以及检测导向机构等几个部分

随着高新技术的发展,盾构机的控制技术科技含量越来越高,遥控控制技术激光制导技术以及陀螺仪定位系统已普遍应用于盾构机中,使得盾构机的操作地表沉降的控制更趋简易,隧道的施工质量也越来越好

为适应工程建设发展的需要,盾构机的断面尺寸具有向超大微小两个方向发展的趋势直径18m的盾构机已在研制,小到直径200mm的微型盾构已在工程中得到应用盾构技术的应用越来越广,如水工隧道地铁隧道市政管道共同沟等

近几年来,我国隧道及地下工程的建设发展很快,目前我国铁路隧道总数达5300余座,总长度达到2500km;公路隧道达到450多座,总长度达到120km;水电站地下工程和水工隧洞达到100km;已建和正在建设的地铁长度达到170km在这些工程中,其中有不少是采用盾构技术进行施工在2000年~2009年的十年中,新建铁路隧道的长度将达到300~400km;地铁建设长度将达到700km;城市市政隧道工程将达100km;水电隧道将达400km由此可见隧道掘进技术在我国将有广阔的应用前景

我国在盾构施工技术方面已有多年经验,在北京上海广州等地下铁道排水隧道工程中应用了盾构施工并取得成功九十年代以来,我们已成功地研制了φ3.8m~6.34m的土压平衡隧道掘进机10余台,技术水平已接近国际先进,用于地铁隧道引排水隧道电缆隧道工程;在导向技术监控技术方面的研究也达到了国际先进最近,上海已研制了国内第一台3.8m×3.8m组合刀盘土压平衡矩形盾构,完成2条62m长的地下人行通道,使我国在异形隧道的开发研究方面进入世界行列

北京首台加泥式土压平衡盾构机——“京盾一号”也在最近研制并试运转成功,该机是专门针对北京地区含水砂卵石地层面研制的盾构机,直径3.63米,日掘进速度10米,是传统开槽施工的10倍

为什么把盾构机与机器人相提并论昵?第一,盾构机采用了类似机器人的技术,如控制遥控传感器导向测量探测通讯技术等,这些也是广义的自动化技术第二,信息时代既展现了多学科的相通又体现了多技术的集成,信息一词本身的内涵就有了巨大的变化,机器人也同样在传统的概念上及应用领域方面不断创新

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