全电脑凿岩台车及其改造分析.docx

products and structures工程机械第 40 卷 2009 年 7 月产 品结全电脑凿岩台车及其改造分析构张宗宽，张栋（中国水利水电第七工程局有限公司第四分局）!摘 要：凿岩台车广泛应用于各种地下工程，目前国内使用的凿岩台车大部分是从国外进口，或多或少存在“水土不服”的情况。中国水利水电第七工程局有限公司拥有 1 台挪威 amv 公司生产的 amv21sgbc- cc 型全电脑凿岩台车，通过对该设备的使用，发现其电脑控制系统与隧道施工系统不配套，因此提出对该设备进 行改造的设想。通过对台车的性能研究及对同类型凿岩台车使用经验的分析，提出改造方案，并对该方案进行 可行性分析，为此类设备的改造提供经验。关键词：凿岩台车；电脑控制系统；设备改造1amv21sgbc- cc 型全电脑凿岩台车简介1.发动机及电控系统 2.底盘 3.钻臂及工作平台臂4.吊篮 5.推进梁 6.凿岩机及自动防卡钻装置图 1amv21sgbc- cc 型全电脑凿岩台车凿岩台车作为隧道施工的主要设备，广泛应用 在矿山、水电、煤炭、铁路等工程领域。挪威 amv 公 司生产的 amv21sgbc- cc 型全电脑凿岩台车 （见 图 1）是三臂凿岩台车，适用于交通、水电、矿山等大 型建设项目中的隧道开挖工作，具有以下技术特点。11配备车载 amv-bever cc 电脑控制系统 此系统是由 amv 公司和 bever 公司联合开发的，需要操作者先在电脑中绘制好布孔图，然后再 将绘制好的布孔信息通过设备的数据传输接口输入 车载电脑控制系统中，系统将自动编写隧道钻孔程 序，并通过其自带的隧道激光扫描系统进行扫描后， 根据钻孔程序自动进行钻孔，其钻孔的位置、角度及 深度的精确度极高。在作业过程中，无需人工在工作 面上测孔、标识及人工操作凿岩台车找孔开钻，具有 自动侦测、记录钻孔数据的功能，可实时对钻孔数据 进行校正。在洞室开挖中，可节省大量人工测量检查 工作，缩短辅助作业时间，施工质量和施工效率较 高。12配备高质量的 bever-3d 激光扫描仪 能精确定位将要钻进的炮孔，并有如下优点： 1） 在钻孔的同时可以执行隧道轮廓的质量检查，不延误正常操作；2）可将扫描数据和理论参考数据实时显示在 屏幕上，操作人员可以直观判断出任何一块岩石相 对于轮廓线的位置；3） 屏幕上可直接显示计算超挖量；4）轮廓数据可以被保存在记忆卡中以便在办作者简介：张宗宽（1973），男，山东荷泽人，助理工程师，研究方向：设备物资管理。第 40 卷 2009 年 7 月工程机械products and structures公室计算机上检查、打印并保存；5） 可以及时纠正欠挖；6） 具有手动或自动操作功能，系统可由操作人 员或测量员单独使用。13自动化程度高amv 21sgbc- cc 型电脑凿岩车配置大量传感 系统，通常只需 1 名操作手就可实现隧道钻孔的精 确作业，一般可使 60 m2 的隧道超挖量控制在 8以 内。通过电脑监测与控制，设备可以最佳的工作参数 运转与造孔作业，避免人工误操控，从而提高了设备 工效，降低了设备故障率。车载微电脑能自动记录每 台班作业情况，方便备查。14数据记录准确齐全由于凿岩台车能够按设计布孔图精确造孔，且 台车的电脑控制系统还可以将隧道内钻孔的数量、 总钻孔时间、单孔的钻孔时间、每个孔的深度、角度、 位置等进行记录和存储，方便专业人员测试评价爆 破设计，为今后制定隧道端面设计、施工方案和技术 鉴定等提供可靠的依据和参考，从而适时改进工艺 参数，优化工程质量，节约工程成本。15冲击系统故障率低 液压系统冲击部分采用大流量、低压力的方式，能够确保冲击液压系统的工作条件好、寿命长、故障 率低，完全避免了普通钻孔台车因压力过高而造成 油管爆裂的现象发生。台车装配的可编程控制器可 根据隧道的岩石状况自动调节钻孔进给、回转和冲 击压力，以最佳的压力配合得到最理想的钻孔速度。 16自动保护装置防止误操作配备有各种自动保护装置，防止误操作造成设 备损坏和人身伤害。2台车改造方案的提出虽然 amv 21sgbc- cc 型电脑凿岩台车具有优 异的性能，但该设备自从 2002 年购置后利用率一直 不高，后经过调查发现主要原因在于该设备的 amv- bever cc 电脑控制系统通用性比较差，和 现场施工过程中所使用的设计、施工软件不兼容，且 amv 公司由于知识产权保护的原因，并不向用户提 供软件支持，因此凿岩台车电脑控制系统的使用受 到极大限制，设备自购置以来其电脑控制系统几乎 从未使用过，而手动操作稍有不慎，触摸显示屏就会 报警，且很多报警故障信息一时无法判断，造成经常停机的现象。鉴于此，决定对其进行国产化改造。 经过向国内众多厂家、科研机构及大专院校咨产品询，提出了 2 个改造方案。方案 1：针对 amv 全电脑台车最大技术特点，结力求在尽可能保持设备硬件系统配置与技术性能的构前提下，实现软件控制的通用化、透明化，便于寻求 相关的技术支持服务。方案 2：力求避开全电脑控制系统难以短期掌 握这一困扰设备运行及维护工作最大的技术难题， 将设备回归到使用、管理、运行、维护人员相对熟知 的传统控制技术上来，改造后的凿岩台车类似于 atlas 353e 型凿岩台车。改造前后的控制原理框 图分别如图 2 和图 3 所示。此方案具体特点如下：（1） 液压系统将原来的比例阀闭环控制改为直 控比例阀开环控制的方式，以提高液压系统的可靠 性和稳定性。操作台及工作平台分开独立操作，每个 操作台单独控制一个工作臂，操作台为固定式，可控 17 products and structures工程机械第 40 卷 2009 年 7 月产制钻臂动作、推进压力调整、回转压力调整及钻孔模 品式选择等，满足设备原有功能。钻孔各部分工作压力 采用直感压力表显示，仅保留旋转压力传感器，以实结现防卡钎功能控制。构（2） 改动原机的电脑控制部分，取消复杂的can- bus 总线控制，这样就取消了凿岩台车的行车 电脑及钻孔电脑控制。将行走动作改用更为直接的 开关和仪表控制，将钻孔电脑控制改为工业应用非 常成熟的 plc 控制，每套系统控制 1 个大臂，设置 3 个操作台，3 套独立的操作系统。（3） 底盘部分取消过多的触摸屏控制，采用直 接控制，操作习惯与原机相符。当 3 个大臂系统任一 个启动时，吊篮系统皆可工作，吊篮系统也可单独工 作，设置有单独的操作手柄。（4） 驾驶室内设 3 个小型操作台，故障指示器 1 台，各操作台可单独启动电机，单独工作，互不干 扰。控制系统功能与原机基本一致，故障指示器可以 清楚显示故障点，所有标牌及标识均采用全中文，便 于操作人员操作和排除故障。以上设计可使台车同 时进行多项作业，并且还可以减少故障发生率。3 台车改造方案的可行性分析方案 1：改造前需对 amv- bever cc 电脑控 制系统进行深入分析和研究，判断破解或替换基础 平台的可行性，并开发优化控制软件。软件破解因 amv 公司技术封锁和知识产权保护，不支持对设备 作相关改造，只能更多依靠国内相关研究机构、大专 院校参与控制系统的改造。由于专业知识和实践经 验的限制，对设备认识一时难以深入，因而要保证设 备改造一次成功难度较大，反复试验研究历时较长。 另外，替换基础平台并设计优化控制软件可能需要 对全车重新设计，元器件的重新选择与机车布置均 需重新考虑，难度相当大。同时机车大量的传感器也 多为集成设计，改造后的安全风险也较大。方案 2：此方案摒弃原本先进的控制系统，也就 丧失了机车原有的先进性能。因需废弃原有电脑控 制系统及传感侦测反馈系统，同时需要加装电液控 制、液动控制系统元件，对原机硬件系统进行全面改 造，故改造成本较高，经过初步预算，改造费用在 200 万元左右。通过以上分析可以看出, 方案 2 虽然改造成本较高，但改造后的凿岩台车应用了比较成熟的 plc 控制系统，相比电脑控制，适应性好，故障发生率大 大降低，极大地提高了改造后设备的运行可靠性。这 样既能使设备得到充分的利用，也可保证在当前人 员素质条件下得到可靠使用与维护。经过向相关研 究机构和大专院校咨询，此改造方案工作的难度和 改造后的风险较低，因此我们采用了此改造方案。4 结束语（1） 国内目前鲜见有对进口凿岩台车国产化改 造的案例，在此型凿岩台车改造的过程中积累了一 定经验，虽然只对 amv 21sgbc- cc 型电脑凿岩车 进行改造，但对类似设备的改造都有借鉴作用。（2） 经过分析认为, 全电脑控制的凿岩车作为 未来凿岩台车的发展方向，在我国需继续进行研究。（3） 在工程施工领域，类似 amv 21sgbc- cc 型电脑凿岩车这类先进设备的使用，如果人力资源 和相应技术还不能适应，就应该慎用，而应该选择更 适合我国实际施工情况的设备。（4） 不能盲目认为先进的东西一定就好用，应 该结合实际施工情况和相关领域的技术背景购置先 进的合适设备，否则，将会造成不必要的浪费。参考文献1 王恒升，何清华，邓春萍.凿岩台车自动化控制系统的 发展现状及展望j.测控技术，2007(3)：1- 4.2 蔚艳庆.电脑凿岩台车的应用前景j.四川建筑，2006 (12)：80- 81.3 何磊.钻进过程中的计算机控制及其软件j.地质装 备，2005(6)：16- 18，23.4 刘萍，谢永东.液压凿岩设备