浅谈电脑凿岩台车及其应用.doc

浅谈电脑凿岩台车及其应用康宝生 , 陈馈(中铁隧道集团公司 专用设备中心 , 河南 洛阳 471121) 摘 要 系统介绍了目前隧道工程中钻爆法施工的最先进设备 电脑凿岩台车 , 着重介绍了电脑凿岩台车中广泛使用的全自动数据导向系统 (比弗系统) 和阿特拉斯高级钻臂控制 (ABC) 系统的特点及在电脑 凿岩台车中的应用 , 并介绍了阿特拉斯科普柯公司 XL 3C 型电脑液控式凿岩台车的主要组成和功能 。 关键词 隧道工程 ; 钻爆法 ; 电脑台车 ; 钻孔 ; 软件 中图分类号 U45513 + 2 文献标识码 C 文章编号 100121366 (2004) 0320022203Tal k a bout rock drill trolley with computer controll ing and its a ppl icationKAN G Bao2she ng,CHEN Kui钻爆法是目前隧道施工的主要方法 , 是在待开挖的隧道断面上钻凿爆破孔 , 装入炸药引爆 , 形成 隧道的雏形 , 然后喷锚支护 、稳定地层 , 最后用砼衬砌的施工方法 。钻凿爆破孔一般采用凿岩台车 ,根据其自动化程度分为全电脑台车 、电脑导向台车 和普通凿岩台车三个基本类型 。全电脑台车和电脑 导向台车统称为电脑台车 。普通凿岩台车由人工操作 , 操作人员技术熟练 程度的差异会导致严重的超挖或欠挖 , 对工程的成 本和工期都产生不利影响 。挪威的工程合同公司1972 年率先进行了全自动电脑台车的研究 , 并于1978 年推出样机 。挪威的比弗 (Bever) 公司开发 的全自动数据导向系统控制软件已被多个国家的电脑台车生产厂家 所 采 用 , 并 称 之 为 “比 弗 系 统”。芬兰的汤姆洛克 ( Tamrock) 公司和瑞典的阿特拉 斯科普柯 (Atlas - Copco) 公司也先后在 1985 年和1987 年研制成功电脑台车 。图 1 电脑台车的组成软件系统2结构简介电脑凿岩台车的组成可分成 软 件 、硬 件 两 大 类 , 其组成见图 1 。电脑台车主要由底盘 、钻臂 、推进器 、液压凿岩机 、液 压 系 统 、动 力 系 统 、控 制 系 统 、辅 助 设 备 、计算机辅助设计系统九大部分组成 。台车底盘 包含车架 、操作室 、控制箱 、行走系统 、定位系统1211比弗系统电脑台车上使用最广的系统软件是挪威比弗公司的 全自动数据导向系统 比弗系统 。欧洲生产的许多电脑凿岩台车都装备了这种系统 , 操作手可以按照台车电脑屏幕上指示的孔位进行作业 , 每个孔的 位置 、方向 、角度事先在办公室用 TU - CAD 设计孔过程由电脑自动控制完成 , 并实时记录钻孔和结果 。比弗系统不具有自动控制钻臂和推进器的功 能 , 这些动作依靠驾驶室内的显示屏幕指导操作手 完成 。采用比弗系统的电脑导向台车具有以下特 点 。1) 减少钻孔数量利用钻孔布置图软件 TU- CAD 进行计算机辅助设计能获得合理 、最优化 的钻孔布置图 , 最大限度地减少钻孔数 , 一般能使 钻孔数量降低 10 %左右 。2) 减少钻孔时间比弗系统电脑导向台车不但能给出优化的钻孔布置图 , 而且较普通液压台车 减少了点孔过程 , 只要观察驾驶室里显示屏 , 手动 操纵杆 , 即可自动作业 , 大大减少了钻孔时间 。3) 控制超欠挖 台车钻孔的点孔误差 、钻孔 误差 、边孔误差 、边孔外偏角是导致隧道超欠挖的重要因素 , 比弗系统电脑导向台车可以对隧道超欠 挖进行有效的控制 , 缩短施工工期 , 降低施工成 本 。4) 消除点孔误差 电脑导向台车的钻孔断面 图由计算机辅助设计 , 台车的位置采用隧道激光准确定位 , 隧道周边和布孔图可以在驾驶室中的电脑 屏幕上显示出来 , 根据显示的布孔图进行定位可以 基本消除误差 。5) 消除钻孔误差 普通凿岩台车的钻孔误差 几乎完全取决于司机的技术 , 采用比弗系统进行导向钻孔时 , 按照事先设计的位置和方向进行 , 钻孔 误差基本被消除 。6) 准确定位 普通台车无定位设备 , 使得隧 道边孔外偏角控制非常困难 。使用比弗系统电脑导 向台车钻孔时 , 孔的方向 、外偏角大小及孔的准确位置在钻孔动作完成后立即确定 , 使周边孔的外偏 角得到良好的控制 , 从而较好地控制了超欠挖 。212 阿特拉斯 ABC 系统“ABC”是 英 文 “Advanced Boo m Co nt rol”的 缩写 , 即高级钻臂控制系统 , 按技术复杂程度分为三种等级 : 基本 ABC 系统 、常规 ABC 系统 、完全 ABC 系统 。基本 ABC 系统和常规 ABC 系统用于电 脑导向台车 , 完全 ABC 系统用于全电脑台车 。21211 基本 ABC 系统基本 ABC 系统的功能是显示推进器的垂直与 水平角度 。在驾驶室内操作手前的显示屏上 , 推进器被表示成一条直线 , 其长度和倾斜度代表着推进器的倾角 , 钻臂和推进器靠操作手控制 。21212 常规 ABC 系统常规 ABC 系统的钻臂和推进器也靠操作手控 制 。常规 ABC 系统的功能是记录和显示每个孔的 以下参数 : 开孔点坐标 、孔的方向 、孔深 、实际钻进速度 。不显示在屏幕上的其它记录参数有 : 孔数 、孔 的类型 ( 如 周 边 孔 、底 孔 、掏 槽 孔 、锚 杆 孔 等) 、 每个孔的钻孔时间 、实际的钻进速度 (按规定的时 间间隔进行记录) 、液压参数 ( 如推进 、冲击和回转压力) 。所有上述参数都连续地记录在 PCMC IA 卡上 , 并可转存到办公室的微机上作记录保存与分 析之用 。21213 完全 ABC 系统完全 ABC 系统是钻臂和推进器都由计算机控 制 , 所有在常规 ABC 系统模式中提到的参数都能被记录 。在设计钻孔布置图时 , 需设计钻孔顺序 ,在孔与孔之间 , 钻臂与推进器的移动由计算机按照 布孔图上确定的钻孔顺序来控制 , 并且允许操作手 在任何时间介入控制 。台车对钻臂有防碰撞的控制 。当钻臂的移动采 用计算机控制模式时 , 计算机总是在检查其它臂的 位置 。如发现下一个钻孔与其它钻臂的位置靠得太 近有碰撞危险时 , 这条臂就会跳过这个孔 , 按次序 移到下一个没有碰撞危险的孔位 。在完成了这部分顺序的钻孔以后 , 钻臂再返回到这个未钻的孔把它 钻完 。在钻孔布置图上有些孔可能被分派给不止一 条钻臂时 , 由最先 完 成 钻 孔 的 钻 臂 来 钻 这 类 “公 共”孔 。213 阿特拉斯电脑台车实例Atlas - Copco 公司相继开发了多种电脑台车 , 其中 XL 3C 型电脑台车为电脑液控式 , 最大钻孔断 面 179 m2 , 主要组成如下 。1) 凿岩机采用 3 台 CO P1838M E 型凿岩机 ,配置 钻 杆 尺 寸 为 R32 、R38 或 T38 , 冲 击 功 率20 k W , 冲 击 频 率 60 Hz , 系 统 最 高 工 作 压 力23M Pa , 单独旋转系统 , 旋转速度 0240rp m , 最 大旋转扭矩 700N m 。2) 推进梁采用 3 套 BM H6800 系列推进梁 ,当选 用 6816 型 时 , 推 进 梁 长 6 502 mm , 钻 杆 长4 920 mm , 可钻进孔深 4 668 mm , 推进力 20 kN 。3) 钻臂采用 3 套 B U T35 型钻臂 , 推进梁伸建筑机械化2004/ 3缩长度 1 800 mm , 钻臂伸缩长度 1 600 mm , 全自动水平保持功能 , 可做 360整体旋转 , 上仰最大 角度 70, 下俯最大角度 45, 左右摆幅 45。4) 液压系统由 3 套独立的液压泵站组成 ,用于 3 套钻臂 。每套泵站由 2 台用于冲击和钻臂定位的变 量 泵 、2 台 用 于 旋 转 和 空 压 机 的 流 量 泵 组 成 。系统最高压力设置为 25M Pa 。5) 气 路 系 统采 用 A TL A S 的 液 压 驱 动 式GA5 型 蜗 杆 空 压 机 , 储 气 罐 容 量 80L , 气 压 为017M Pa 。6) 水路系统液压驱动的 CR16 - 80 型水增 压泵 , 流量 300L / min , 出水压力 115M Pa 。图 2 电脑台车钻孔施工流程钻孔完成以后 , 凿岩机回撤 , 屏幕上该孔的标识即由 “未钻”变为 “已钻”。或者屏幕上相应的 孔位就变为黑点 , 以区别于未钻炮孔 。掌子面的炮孔钻完后 , 按下 “save”钮 , 电脑即可将钻孔过程和实际参数记录在磁盘上 , 作为下 一循环调整和修改的依据 , 以改善爆破效果和有效 地控制超欠挖 。7) 底盘配 置 为 D EU TZ B F6M 1013C 型 水冷发动机 , 功率 170 k W 。8) 电子系统控制系统是以 CAN 为基础的网络程序控制 , 具有兼容性和可升级性 ; 设有可调整的带彩色显示屏的电控操作台 , 操作者可在座位 上通过操纵杆按标准进行操作 ; 具有自动归纳分析 及故障诊断系统 ; 配有 PC 卡传输数据和方便技术 人员储存较理想的凿岩设置 。可选装 3 种 ABC 控制系统 。结束语使用电脑台车 , 1 人即可完成全部钻孔作业 , 与普通凿岩台车采用人工布孔钻进相比 , 工效大为 提高 , 缩短了作业循环时间 。使用电脑台车定位速 度快 、精确 、操作简单 , 光面爆破效果明显 , 减少 了处理超欠挖的工作量 , 降低了施工成本 。最突出 的优点是可随时利用台车修改和调整钻孔参数 , 较 好地解决了凭经验选择孔位和角度所难以控制的深 孔和爆破质量问题 。49) 动力系统整车功率配置为 237 k W ,作马达为 3 75 k W 。主工3电脑台车施工流程将凿岩台车驾驶到掌子面前并撑起支腿 , 在隧道激光导向装置的协助下对台车进行定位 。电脑台车布孔的作业流程如图 2 所示 。先在办公室的计算 机上使用钻孔布置图设计软件设计钻孔布置图 , 将 设计资料输入磁盘 , 装入台车的车载电脑 , 由台车电脑执行 。在执行过程中 , 台车电脑收集反馈的爆 破效果信息经办公室电脑对布孔方案进行调整和修 改 , 使之更合理 。对于电脑导向台车 , 操作手选择一个钻臂 , 移 动操纵手柄使台车屏幕上显示的钻臂移动的投影光点与布孔设计图中的孔位吻合 , 此时电脑给定钻臂 推进器钻孔角度 、孔深等具体参数 , 再操纵钻孔手 柄 , 通过电脑控制即可开钻 。全电脑台车钻臂和推 进器的移动则由计算机按照布孔图上确定的钻孔顺 序来控制 。 参考文献 G. Nord Atlas Copco1 采矿与建筑业对现代钻机的要求11 国际隧道与隧道工程 , 1999 , (1) : 13 - 141J徐冬青 , 吴 卫 东 121 S GBC CR 型 电 脑 台 车 的 使 用 效2果及改进 J1 铁道建筑技术 , 2000 , (6) : 56 - 571程红彬 1 电脑台车在隧道大断面深孔爆破施工中的应31 铁道建筑技术 , 1998 , (4) : 17 - 191( 编辑 羌荣