As tuneladoras atravessam rios e mares, e os discos de corte no cabeçote, como "dentes", cortam continuamente rochas e solo, desgastando-se rapidamente e exigindo substituições frequentes. Durante muito tempo, a substituição de um único disco de corte exigia que três trabalhadores entrassem na câmara pressurizada por mais de 4 horas, enfrentando múltiplos riscos de vida, como colapso do solo, influxo de água e areia e doença descompressiva. Agora, essa realidade foi completamente transformada — em 25 de junho, o primeiro robô inteligente de troca de ferramentas para tuneladoras de carga pesada da China foi oficialmente colocado em operação na tuneladora "Xiamen-Kinmen" do Túnel da Ilha Huandao da Ponte Xiamen-Kinmen (Trecho Xiamen). Isso marca o início de uma nova era de troca não tripulada de ferramentas na construção de túneis com tuneladoras de grande diâmetro na China.
O desafio internacional de "troca difícil e perigosa de ferramentas"
A tuneladora é um equipamento de grande porte para atravessar rios e mares. Durante o avanço do túnel, os discos de corte no cabeçote, como "dentes", cortam continuamente rochas e solo, desgastando-se rapidamente e exigindo substituições frequentes. No entanto, a operação tradicional de troca de ferramentas enfrenta desafios severos há muito tempo.
A troca tradicional exigia que três operadores entrassem na câmara pressurizada para substituir as ferramentas, levando mais de 4 horas. O espaço dentro da câmara de troca é apertado, mal iluminado, abafado e úmido, com ar poluído, dificultando a movimentação dos trabalhadores e expondo-os a múltiplos riscos de segurança, como instabilidade da face de escavação, gases nocivos e doença descompressiva.
O Túnel da Ilha Huandao da Ponte Xiamen-Kinmen (Trecho Xiamen) tem 3.291 metros de comprimento e um diâmetro de escavação de 16,15 metros, sendo o maior túnel com tuneladora de diâmetro da província de Fujian. O túnel passa sob áreas urbanas densamente povoadas, atravessa longas distâncias em estratos compostos de camada superior mole e inferior dura, com cobertura mínima de apenas 8,1 metros, próximo à costa com alto nível do lençol freático, resultando em alta taxa de desgaste das ferramentas de corte. O desafio internacionalmente reconhecido de "troca difícil e perigosa de ferramentas" é amplificado aqui.
Quatro tecnologias principais realizam a transição de "tripulado" para "não tripulado"
Para enfrentar esses desafios técnicos, a equipe técnica da China Railway 14th Bureau Group, após dezenas de discussões e pesquisas, bem como projetos de pesquisa em múltiplos níveis, desenvolveu um robô inteligente de troca de ferramentas com base em tecnologias iterativas de troca de ferramentas à pressão atmosférica e troca de ferramentas em condições de saturação pressurizada, alcançando a quarta geração de atualização da tecnologia de troca de ferramentas para tuneladoras. O equipamento passou por fases de desenvolvimento iterativo de protótipo conceitual e protótipo de engenharia, culminando na aplicação prática.
Braço robótico híbrido com 11 graus de liberdade, cobrindo cabeçotes de tuneladoras de 10 a 18 metros
O robô inteligente de troca de ferramentas possui 11 articulações móveis controláveis de forma independente, com forte capacidade de evitar obstáculos e operação precisa. Com capacidade de carga de 500 kg e configuração flexível de extensão, pode cobrir todo o cabeçote de tuneladoras de diâmetro ultra grande de 10 a 18 metros, agarrando facilmente discos de corte pesados e realizando a substituição com precisão.
Posicionamento por visão 3D infravermelha, com precisão controlada em menos de 1 mm
Em condições complexas de escuridão e umidade na câmara, com visibilidade extremamente baixa, o robô utiliza tecnologia de posicionamento por visão 3D infravermelha, equipando-se com um "olho tridimensional" de alta precisão. Ele pode escanear e identificar rapidamente a posição exata e o estado de desgaste de cada ferramenta, com precisão de posicionamento controlada em menos de 1 mm.
Gerenciamento inteligente com gêmeo digital, planejando automaticamente o caminho ideal de troca de ferramentas
Com base nas informações de posicionamento das ferramentas, o sistema de gerenciamento inteligente com gêmeo digital recebe dados em tempo real e planeja automaticamente a sequência ideal de troca e o caminho de movimento do braço robótico. Todo o processo de troca de ferramentas é totalmente automatizado, com decisão e execução inteligentes.
100% nacionalização de hardware e software, com propriedade intelectual totalmente independente
O hardware e software do robô são 100% nacionalizados, com propriedade intelectual totalmente independente. Até o momento, foram solicitadas 38 patentes de invenção, 5 patentes de modelo de utilidade e registrados 7 direitos autorais de software.
Eficiência de troca aumentada em mais de 50%, eliminando completamente os riscos de segurança manual
A colocação em operação do robô inteligente de troca de ferramentas trouxe avanços revolucionários em duas dimensões:
Revolução de eficiência: O tempo de troca de um único disco de corte foi reduzido de mais de 4 horas tradicionais para 25 a 40 minutos, com aumento da eficiência operacional geral em mais de 50%.
Revolução de segurança: Todo o processo não requer entrada de pessoal na câmara pressurizada da tuneladora, eliminando desde a raiz os riscos de segurança da troca manual de ferramentas sob pressão, melhorando significativamente o nível de segurança intrínseca na construção de túneis.
O acadêmico da Academia Chinesa de Engenharia, Qian Qihu, afirmou que o desenvolvimento do robô inteligente de troca de ferramentas trouxe resultados em termos de segurança, eficiência e custos, explorando um novo caminho para a autonomia, não tripulação e inteligência dos equipamentos de engenharia de transporte da China, além de estabelecer as bases para a aplicação industrial. O acadêmico da Academia Chinesa de Engenharia, Xiao Mingqing, afirmou que a China Railway Construction Corporation, após 6 anos de pesquisa e desenvolvimento da tecnologia do robô inteligente de troca de ferramentas, sua colocação bem-sucedida em operação realizou a transição da troca de ferramentas de "operação tripulada" para "operação não tripulada".
Da Ponte Xiamen-Kinmen para projetos de túneis de diâmetro ultra grande em todo o país
Atualmente, o robô inteligente de troca de ferramentas para tuneladoras foi comissionado na tuneladora "Xiamen-Kinmen" de 16 metros, com todos os parâmetros de movimento aprovados. Em 27 de junho, a tuneladora "Xiamen-Kinmen" iniciou a escavação da linha esquerda do túnel, e o robô inteligente de troca de ferramentas foi simultaneamente colocado em operação prática.
Zheng Lianxiao, gerente do lote do projeto da Ponte Xiamen-Kinmen (Trecho Xiamen) da Xiamen Road and Bridge Engineering Company, afirmou que a aplicação prática do robô inteligente de troca de ferramentas fornece uma base sólida para a escavação segura e eficiente do túnel. A equipe do projeto apoiará totalmente a aplicação da nova tecnologia, criando em conjunto uma solução replicável e promovível de troca inteligente de ferramentas, servindo como modelo para projetos de túneis de diâmetro ultra grande em todo o país.
As perspectivas de aplicação deste avanço tecnológico são amplas:
Construção de travessias marítimas: Pode ser amplamente aplicado em projetos de túneis de diâmetro ultra grande em andamento em todo o país;
Túneis urbanos profundos: Fornece garantia segura e eficiente de troca de ferramentas para construção de túneis em condições geológicas complexas em áreas urbanas centrais;
Industrialização de equipamentos inteligentes: Fornece suporte de equipamentos principais para a atualização inteligente de toda a cadeia de construção de túneis, impulsionando o avanço acelerado dos equipamentos de engenharia de transporte da China em direção à autonomia, não tripulação e inteligência.
De "tripulado" a "não tripulado", de "4 horas" a "25 minutos", de "pressurizado manual" a "totalmente não tripulado" — este robô "médico" com braço robótico de 11 graus de liberdade, visão 3D infravermelha e cérebro de gêmeo digital está redefinindo os padrões de segurança e eficiência da engenharia de túneis na China.