凿岩台车自动化控制系统的发展、现状及展望

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凿岩台车自动化控制系统的发展、状及展望现

凿岩台车自动化控制系统的发展、现状及展望 王恒升，何清华，邓春萍 (中南大学机电工程学院，湖南长沙 4 07 10 5)

摘要：综述了凿岩台车自动控制系统的发展历程， Als以 t最新推出的全电脑控制凿岩台车为例，绍了台车自动控制系统 a介的现状。提出模块化的软硬件设计，分布式控制，网络服务和三维图形显示技术是凿岩台车计算机控制系统的进一步发展 方向。介绍了我国第一台隧道凿岩机器人控制系统，出了进一步研究的几个关键问题。提 关键词：凿岩台车；隧道凿岩机器人；自动控制；综述与展望中图分类号：P 7 T 23文献标识码： A文章编号：0 0—82 ( 07 0 00一 4 10 89 2 0 ) 3- 0 1 o

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在交通道路、地下建筑、地下资源开采等工程项目中，隧道开凿是一项重要内容。钻爆法是隧道开凿的传统施工方法， J 迄今为止，在国内外隧道施工中仍占据主要的地位 0凿岩台车是钻爆法隧道施工的必备工程装备，与其他工程装备一样，在不断的工程实践中和用户需求中成熟和完善，其蕴含的技术水平也与科学技术的进步相适应，随时代在不断发展。2 0世纪 4 0年代出现的风动钻架 (也称为瑞典方法 )始了隧道开凿的快开速发展 .o~ 0年代以风动多臂凿岩钻车为代表，了 7 6 7到 0~8 0年代 .a rc、 t等公司相继研制出了全液压凿岩台车， T m ok Al s a液压凿岩技术带动了隧道施工的环保、节能和快速凿钻，0年代 9是计算机控制的机器人化的凿岩钻车的广泛应用时期“。

设备费用；政府对于安全和劳动条件 (司机室的隔音及空②如

气质量等 )面的法规；微电子技术的发展及微处理器在其方③他工业控制领域的成功应用。可以说正是由于这些因素再加上 F rhl e uuom n公司开发新型、现代化凿岩台车的积极性，才使这一 计划进一步延续到开发自动凿岩台车的工程样机 J。

第 1台工程样机综合考虑了传感器与控制系统的安装，使电子控制系统具有很好的抗损坏和防潮设计。但台车仍由人工操作，自动装置只实现了测量与显示，以检验电子控制系统的可 靠性和适用性。

这台工程样机初次用于奥斯陆的一个大型下水道工程，需要钻爆 1 2条隧道。任务和时间都很集中，约一年时间里，大这 台钻车连续工作 (两班制 )共钻孔 300

0 m,按， 8 0 爆破量接近

l隧道凿岩机器人控制系统的发展 由于隧道中的视觉条件而影响凿岩台车的钻臂操作，怕恐 是在机械化台车中使用电子与计算机控制的最初动因之一， 远在 17 9 0年挪威 Igrb h r uu o e/ 2 o n e￣ T o rh l nA S( o 4年更名为 ir F m SasaN ra S公司就预见到了这一点，于 17 knk ow yA )并 9 2年开始

2 000 m岩石。工程实践表明该台车钻孔能力高， 7 0 。电子装置

和传感器的维护工作非常少。工程结束后，车的全面检查对钻 结果显示 .自动测量与显示系统有助于减小工作过程中臂的磨损。

第 2台工程样机于 17 9 9年完工，增加了计算机自动控制钻臂定位和钻孔循环。两个月的调试结束后，台钻车被用于挪这威南部的两个公路隧道工程，开始的时候使用手动控制，逐渐过度到自动方式，经过对自动支撑和折弯补偿处理的程序调整后， 钻车主要工作在自动控制模式，设备的运行令人满意，在坚硬的玄武岩上累计钻孔 100 0m, 2 0 自动进行弯道边缘孔的钻凿也达 到了非常理想的效果，维护工作非常少。

了自动凿岩台车的研究计划，由于设备造价高而且当时凿岩但行业还不太接纳这一技术，因此研究计划暂时搁置。17 9 7年这 一

计划重新开始并于次年完成了三臂自动凿岩台车样机的制造

及试验。其实这时自动凿岩的市场前景仍不明朗，有几个有但利的因素，台车熟练操作工变得紧俏，①人工费用的增长超过了

收稿日期：0 6— 7— 3 20 0 0基金项目：南省自然科学基金资助项目( 5Jo0 湖 o J3 26)

最早应用计算机进行凿岩台车控制的还有挪威的 A V M ( n esnMe ai eV rs dA. ) A dr kns ekt S公司， e k e该公司也于 17 9 8年推出了自已的第一台计算机控制凿岩台车，并首次成功地按预先

作者简介：王恒升 (9 3 )男， 16一，教授，主要从事机器人及测控技术的理 论与应用研究。

设计的钻孔方案自动完成钻凿循环。2 o世纪 8代以后， o年世