矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)及其伸縮控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)及其伸縮控制方法，包括了若干刀盤(pán)主軸以及設(shè)在每個(gè)所述刀盤(pán)主軸一端的刀盤(pán)，其特征在于：還包括轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)和伸縮控制機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述刀盤(pán)主軸繞其軸向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所述伸縮機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述刀盤(pán)主軸沿其軸向進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)；所述伸縮控制機(jī)構(gòu)包括了油缸、交互操作設(shè)備、計(jì)算機(jī)PLC主站、電氣控制柜和液壓換向閥組，所述伸縮控制機(jī)構(gòu)還包括用以測(cè)量盾構(gòu)的工作軸線(xiàn)的全站儀設(shè)備，所述全站儀設(shè)備與所述計(jì)算機(jī)PLC主站連接。本發(fā)明一方面引入了伸縮機(jī)構(gòu)和伸縮控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了刀盤(pán)的軸向伸縮及軸向伸縮的控制，對(duì)盾構(gòu)本體起到支撐和導(dǎo)向作用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)及其伸縮控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及矩形盾構(gòu)機(jī)的創(chuàng)新，尤其涉及矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)及其伸縮控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)各種矩形隧道掘進(jìn)機(jī)、包括大截面矩形盾構(gòu)機(jī)的切削刀盤(pán)在軸向方向上是固定狀態(tài)。即在切削土體時(shí)，刀盤(pán)僅能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，而不能實(shí)現(xiàn)軸向伸出動(dòng)作?，F(xiàn)有的軸向固定式切削刀盤(pán)在應(yīng)用中有許多不便之處。
[0003]首先，對(duì)矩形盾構(gòu)本體無(wú)糾偏功能。矩形盾構(gòu)在施工過(guò)程中，容易發(fā)生盾構(gòu)本體偏離預(yù)定的設(shè)計(jì)軸線(xiàn)。由于矩形盾構(gòu)斷面的特殊性，矩形盾構(gòu)的糾偏要難于圓形盾構(gòu)。其次，軸向固定式刀盤(pán)無(wú)超前地質(zhì)探測(cè)功能。在矩形盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，需要及時(shí)了解前方土體的地質(zhì)特點(diǎn)，以便及時(shí)采取相應(yīng)的措施避免發(fā)生工程事故。裝備軸向固定式刀盤(pán)的盾構(gòu)機(jī)需要裝備專(zhuān)門(mén)的前方土體探測(cè)裝置，才能預(yù)先對(duì)固定式刀盤(pán)進(jìn)行更換或其他處理，對(duì)設(shè)備使用和造價(jià)都有不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何克服固定式切削刀盤(pán)在應(yīng)用中的不便之處。
[0005]為了解決這一技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)，包括了若干刀盤(pán)主軸以及設(shè)在每個(gè)所述刀盤(pán)主軸一端的刀盤(pán)，還包括轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)和伸縮控制機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述刀盤(pán)主軸繞其軸向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所述伸縮機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述刀盤(pán)主軸沿其軸向進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)；
[0006]所述伸縮控制機(jī)構(gòu)包括了油缸、交互操作設(shè)備、計(jì)算機(jī)PLC主站、電氣控制柜和液壓換向閥組，所述交互操作設(shè)備與所述計(jì)算機(jī)PLC主站連接，所述計(jì)算機(jī)PLC主站通過(guò)所述電氣控制柜控制所述液壓泵站，所述液壓泵站通過(guò)所述液壓換向閥組與所述油缸連接，所述刀盤(pán)主軸通過(guò)所述油缸的伸縮實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)，所述伸縮控制機(jī)構(gòu)還包括用以測(cè)量盾構(gòu)的工作軸線(xiàn)的全站儀設(shè)備，所述全站儀設(shè)備與所述計(jì)算機(jī)PLC主站連接。
[0007]所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)套與固定設(shè)于所述刀盤(pán)主軸外側(cè)的花鍵結(jié)構(gòu)匹配連接。
[0008]所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)至少包括了電機(jī)減速器、與所述電機(jī)減速器固定連接的小齒輪，以及與所述小齒輪嚙合的大齒輪，所述電機(jī)減速器的旋轉(zhuǎn)通過(guò)所述小齒輪傳遞給所述大齒輪，所述內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)套固定設(shè)于所述大齒輪內(nèi)側(cè)。
[0009]所述伸縮控制機(jī)構(gòu)還包括了計(jì)算機(jī)PLC從站、設(shè)于所述液壓換向閥組中用以檢測(cè)液壓壓力的液壓壓力傳感器、用以檢測(cè)土倉(cāng)壓力的土壓力傳感器和用以檢測(cè)所述油缸的伸縮行程和伸縮速度的行程傳感器，所述液壓壓力傳感器、土壓力傳感器和行程傳感器均通過(guò)所述計(jì)算機(jī)PLC從站與所述計(jì)算機(jī)PLC主站連接。
[0010]所述電氣控制柜包括變頻器，所述液壓泵站包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和液壓泵，所述變頻器與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)與所述液壓泵連接，所述液壓泵與所述液壓換向閥組連接。
[0011]所述伸縮控制機(jī)構(gòu)還包括用以測(cè)量盾構(gòu)掘進(jìn)軸線(xiàn)的全站儀設(shè)備，所述全站儀設(shè)備與所述計(jì)算機(jī)PLC主站連接。
[0012]本發(fā)明還提供了一種矩形盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)系統(tǒng)的伸縮控制方法，采用了本發(fā)明提供的矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)，該方法還提供了用以檢測(cè)所述油缸的伸縮行程和伸縮速度的行程傳感器；
[0013]所述計(jì)算機(jī)PLC主站根據(jù)操作人員在交互操作設(shè)備上的輸入的信息以及所述行程傳感器與全站儀設(shè)備實(shí)時(shí)反饋的數(shù)據(jù)輸出控制指令，進(jìn)而通過(guò)所述電氣控制柜驅(qū)動(dòng)所述液壓泵站工作，所述液壓泵站通過(guò)所述液壓換向閥組驅(qū)動(dòng)所述油缸伸縮，從而通過(guò)所述油缸的伸縮行程的控制實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)方向的糾偏。
[0014]可選的，操作人員通過(guò)所述交互操作設(shè)備實(shí)施操作，根據(jù)所述行程傳感器反饋的行程數(shù)據(jù)與全站儀設(shè)備反饋的盾構(gòu)的工作軸向數(shù)據(jù)控制所述油缸的伸縮動(dòng)作，從而通過(guò)所述油缸的伸縮動(dòng)作的控制實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)方向的糾偏；
[0015]操作人員通過(guò)所述交互操作設(shè)備實(shí)施的操作包括了輸入選擇進(jìn)行動(dòng)作的油缸、所述油缸伸或縮的動(dòng)作方向以及所述油缸伸或縮的目標(biāo)行程。
[0016]可選的，該方法還提供了設(shè)于所述液壓換向閥組中用以檢測(cè)液壓壓力的液壓壓力傳感器、用以檢測(cè)土倉(cāng)壓力的土壓力傳感器；
[0017]操作人員先通過(guò)所述交互操作設(shè)備輸入選擇進(jìn)行動(dòng)作的油缸以及液壓與土倉(cāng)的壓力控制范圍，然后通過(guò)所述計(jì)算機(jī)PLC主站自動(dòng)控制所述油缸實(shí)現(xiàn)伸或縮的動(dòng)作；
[0018]在自動(dòng)控制所述油缸伸或縮的過(guò)程中，所述行程傳感器實(shí)時(shí)地將行程數(shù)據(jù)反饋給所述計(jì)算機(jī)PLC主站，所述液壓壓力傳感器實(shí)時(shí)地將液壓壓力數(shù)據(jù)反饋給所述計(jì)算機(jī)PLC主站，所述土壓壓力傳感器實(shí)時(shí)地將土倉(cāng)的壓力數(shù)據(jù)反饋給所述計(jì)算機(jī)PLC主站，所述全站測(cè)量?jī)x設(shè)備實(shí)時(shí)地將盾構(gòu)的工作軸線(xiàn)數(shù)據(jù)反饋給所述計(jì)算機(jī)PLC主站，所述計(jì)算機(jī)PLC主站根據(jù)收到的數(shù)據(jù)生成控制指令，從而自動(dòng)控制所述油缸的伸或縮動(dòng)作；一方面使得液壓壓力和土倉(cāng)壓力處于預(yù)設(shè)的液壓和土壓的壓力控制范圍內(nèi)；另一方面，通過(guò)所述油缸的伸縮動(dòng)作的控制實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)方向的糾偏。
[0019]所述計(jì)算機(jī)PLC主站根據(jù)多個(gè)所述行程傳感器傳輸而來(lái)的行程數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)生成控制指令，從而使得該多個(gè)油缸的行程與速度保持同步。
[0020]在控制所述油缸伸縮時(shí)，當(dāng)所述全站測(cè)量?jī)x設(shè)備實(shí)時(shí)采集的盾構(gòu)的工作軸線(xiàn)數(shù)據(jù)顯不盾構(gòu)的工作軸向向一側(cè)發(fā)生偏差時(shí)，貝1J在若干刀盤(pán)中選擇位于該側(cè)的刀盤(pán)，使之進(jìn)行伸出動(dòng)作進(jìn)行切削，直至工作軸向不再發(fā)生偏差。
[0021 ] 本發(fā)明一方面弓I入了伸縮機(jī)構(gòu)和伸縮控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了刀盤(pán)的軸向伸縮和軸向伸縮的控制，對(duì)盾構(gòu)本體起到支撐和導(dǎo)向作用，不僅起到防止矩形盾構(gòu)發(fā)生偏離預(yù)定路線(xiàn)，而且在矩形盾構(gòu)發(fā)生偏離預(yù)定路線(xiàn)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)矩形盾構(gòu)的糾偏功能，同時(shí)，也無(wú)需前方土體探測(cè)就能根據(jù)前方土體的地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋應(yīng)對(duì)。另一方面，對(duì)于刀盤(pán)伸縮的控制，本發(fā)明引入了計(jì)算機(jī)PLC主站、電氣控制柜、液壓換向閥組與液壓泵站的組合使用，運(yùn)用液壓驅(qū)動(dòng)比例閥控制變量泵的技術(shù)，使得刀盤(pán)的伸縮控制更靈敏、更快速、更可靠?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中刀盤(pán)排布示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖；
[0026]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2中矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)的自動(dòng)模式下的控制方法和手動(dòng)模式下的控制方法的流程示意圖；
[0027]圖6是本發(fā)明實(shí)施例3中矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)的同步模式下的控制方法的流程示意圖；
[0028]圖7和圖8是本發(fā)明三個(gè)實(shí)施例均可選的觸摸屏的示意圖；
[0029]圖9是本發(fā)明三個(gè)實(shí)施例均可選的操作臺(tái)的示意圖；
[0030]圖中，1-刀盤(pán)；2_ 土倉(cāng)；3_刀盤(pán)主軸；4_ 土壓力傳感器；5_行程傳感器；6_計(jì)算機(jī)PLC從站；7_液壓換向閥組；8_交互操作設(shè)備；801_觸摸屏；802_操作臺(tái)；9_計(jì)算機(jī)PLC主站；10_電氣控制柜；11_臺(tái)車(chē)；12_液壓泵站；13_全站儀；14_大齒輪；15_內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)套；16-小齒輪；17_花鍵結(jié)構(gòu)；18_電機(jī)減速器；19_活塞；20_止推軸承；21_中心回轉(zhuǎn)節(jié)；22-測(cè)量靶。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下將結(jié)合圖1至圖9，通過(guò)三個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)及其伸縮控制方法進(jìn)行詳細(xì)的描述，其為本發(fā)明可選的實(shí)施例，可以認(rèn)為本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不改變本發(fā)明精神和內(nèi)容的范圍內(nèi)，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行修改和潤(rùn)色。
[0032]實(shí)施例1
[0033]請(qǐng)參考圖1至圖3，本實(shí)施例提供了一種矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)，包括了若干刀盤(pán)主軸3以及設(shè)在每個(gè)所述刀盤(pán)主軸3 —端的刀盤(pán)1，還包括轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)和伸縮控制機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述刀盤(pán)主軸3繞其軸向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所述伸縮機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述刀盤(pán)主軸3沿其軸向進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)；
[0034]所述伸縮控制機(jī)構(gòu)包括了油缸19、交互操作設(shè)備、計(jì)算機(jī)PLC主站9、電氣控制柜10和液壓換向閥組7，所述交互操作設(shè)備與所述計(jì)算機(jī)PLC主站9連接，所述計(jì)算機(jī)PLC主站9通過(guò)所述電氣控制柜10控制所述液壓泵站12，所述液壓泵站12通過(guò)所述液壓換向閥組7與所述油缸(圖未示)連接，所述刀盤(pán)主軸3通過(guò)所述油缸的伸縮實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)；
[0035]所述伸縮控制機(jī)構(gòu)還包括用以測(cè)量盾構(gòu)的工作軸線(xiàn)的全站儀設(shè)備，所述全站儀設(shè)備與所述計(jì)算機(jī)PLC主站9連接。
[0036]請(qǐng)參考圖3，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)套15與固定設(shè)于所述刀盤(pán)主軸3外側(cè)的花鍵結(jié)構(gòu)17匹配連接。所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)至少包括了電機(jī)減速器18、與所述電機(jī)減速器18固定連接的小齒輪16，以及與所述小齒輪16嚙合的大齒輪14，所述電機(jī)減速器18的旋轉(zhuǎn)通過(guò)所述小齒輪16傳遞給所述大齒輪14，所述內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)套15固定設(shè)于所述大齒輪14內(nèi)側(cè)。
[0037]本實(shí)施例中，內(nèi)花鍵套15的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于花鍵結(jié)構(gòu)17的長(zhǎng)度。從而保證了刀盤(pán)主軸3能隨著油缸的活塞19進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)。所述伸縮機(jī)構(gòu)至少包括了油缸和中心回轉(zhuǎn)節(jié)21。[0038]所述刀盤(pán)主軸3通過(guò)所述中心回轉(zhuǎn)節(jié)21與所述活塞19連接。在本實(shí)施例中，所述油缸采用穿心式油缸。所述中心回轉(zhuǎn)節(jié)21包括了固定部與回轉(zhuǎn)部，所述回轉(zhuǎn)部與固定部位置相對(duì)固定，且所述回轉(zhuǎn)部為能夠繞其自身的軸向旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，所述固定部與所述活塞19連接，所述回轉(zhuǎn)部與所述刀盤(pán)主軸3連接。實(shí)現(xiàn)了油缸的伸縮與刀盤(pán)主軸3放入旋轉(zhuǎn)之間的分離
[0039]所述刀盤(pán)主軸3外側(cè)設(shè)有止推軸承20，所述止推軸承20的內(nèi)圈與所述刀盤(pán)主軸3固定連接，所述止推軸承20的外圈與所述活塞19固定連接。從而有效防止了刀盤(pán)主軸2的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞至活塞19。
[0040]請(qǐng)參考圖4，并結(jié)合圖1，所述伸縮控制機(jī)構(gòu)還包括了計(jì)算機(jī)PLC從站6、設(shè)于所述液壓換向閥組7中用以檢測(cè)液壓壓力的液壓壓力傳感器(圖未示)、用以檢測(cè)土倉(cāng)2內(nèi)壓力的土壓力傳感器4和用以檢測(cè)所述油缸的伸縮行程和伸縮速度的行程傳感器5，所述液壓壓力傳感器、土壓力傳感器4和行程傳感器5均通過(guò)所述計(jì)算機(jī)PLC從站6與所述計(jì)算機(jī)PLC主站9連接。
[0041]所述電氣控制柜10包括變頻器，所述液壓泵站12包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和液壓泵，所述變頻器與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)與所述液壓泵連接，所述液壓泵與所述液壓換向閥組7連接。
[0042]本實(shí)施例中，全站儀設(shè)備包括了全站儀13與測(cè)量靶22，通過(guò)全站儀13對(duì)測(cè)量靶22的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)工作軸線(xiàn)的測(cè)量
[0043]所述行程傳感器5具有精度高、可靠性強(qiáng)，能準(zhǔn)確地檢測(cè)刀盤(pán)伸縮位的行程。并能將這些數(shù)據(jù)反饋給計(jì)算機(jī)PLC主站9，為刀盤(pán)I伸縮提供了控制數(shù)據(jù)。所述液壓壓力傳感器具有精度高、抗干擾性強(qiáng)，能準(zhǔn)確地檢測(cè)刀盤(pán)伸縮的液壓壓力。土壓力傳感器4，可精確地檢測(cè)土倉(cāng)2內(nèi)各個(gè)位置的土壓力，將這些數(shù)據(jù)反饋給計(jì)算機(jī)PLC主站9，為穩(wěn)定開(kāi)挖面提供了控制數(shù)據(jù)。本實(shí)施例在工作軸線(xiàn)的地面上安置了全站儀設(shè)備，可精確地鎖定設(shè)計(jì)軸線(xiàn)，測(cè)量掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)方向，為刀盤(pán)伸縮控制工作軸線(xiàn)的偏差，提供了控制數(shù)據(jù)。
[0044]對(duì)于細(xì)節(jié)的設(shè)置，在本實(shí)施例中，所述交互操作設(shè)備8包括觸摸屏801與操作臺(tái)802，所述觸摸屏801與操作臺(tái)802均與所述計(jì)算機(jī)PLC主站9連接。所述交互操作設(shè)備8、計(jì)算機(jī)PLC主站9、電氣控制柜10和液壓泵站12均設(shè)于盾構(gòu)機(jī)的臺(tái)車(chē)11上。液壓換向閥組7分別通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)油管連接所述液壓泵站12與油缸，計(jì)算機(jī)PLC主站9與計(jì)算機(jī)PLC從站6之間通過(guò)MITSUBISHI NET網(wǎng)絡(luò)通信電纜連接，計(jì)算機(jī)PLC從站9與液壓換向閥組7之間通過(guò)控制電纜連接，電氣控制柜10分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)電纜與所述計(jì)算機(jī)PLC主站6以及液壓泵站12連接，行程傳感器5和所述土壓力傳感器4均通過(guò)傳感器電纜與所述計(jì)算機(jī)PLC從站10連接，所述全站儀設(shè)備至少包括了全站儀和與之匹配使用的測(cè)量靶。本實(shí)施例在系統(tǒng)中采用計(jì)算機(jī)PLC主站6、MITSUBISHI NET網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)PLC從站9等控制技術(shù)。可遠(yuǎn)程自動(dòng)檢測(cè)、采集施工和液壓系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)，發(fā)出控制指令，控制刀盤(pán)伸縮。
[0045]本實(shí)施例還提供了一種矩形盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)系統(tǒng)的伸縮控制方法，采用了本實(shí)施例提供的矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)，
[0046]請(qǐng)參考圖5，并結(jié)合其他附圖，所述計(jì)算機(jī)PLC主站9根據(jù)操作人員在交互操作設(shè)備8上輸入的信息以及所述行程傳感器5與全站儀設(shè)備實(shí)時(shí)反饋的數(shù)據(jù)輸出控制指令，進(jìn)而通過(guò)所述電氣控制柜10驅(qū)動(dòng)所述液壓泵站12工作，所述液壓泵站12通過(guò)所述液壓換向閥組7驅(qū)動(dòng)所述油缸伸縮，從而通過(guò)所述油缸的伸縮行程的控制實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)方向的糾偏。
[0047]在此基本設(shè)想下，本實(shí)施例還做了具體的限定，其可以視為手動(dòng)模式下的控制方法，在本發(fā)明以下列舉的其他實(shí)施例中，還詳細(xì)介紹了自動(dòng)模式下的控制方法和同步模式下的控制方法，其均可采用如圖7和8所示的觸摸屏801以及操作臺(tái)802進(jìn)行操作，先對(duì)控制方法的模式進(jìn)行選擇，然后再進(jìn)行控制操作的具體實(shí)施。
[0048]在本實(shí)施例介紹的手動(dòng)模式中，請(qǐng)參考圖5，操作人員通過(guò)所述交互操作設(shè)備8實(shí)施操作，根據(jù)所述行程傳感器5反饋的行程數(shù)據(jù)與全站儀設(shè)備反饋的盾構(gòu)的工作軸向數(shù)據(jù)控制所述油缸的伸縮動(dòng)作，從而通過(guò)所述油缸的伸縮動(dòng)作的控制實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)方向的糾偏；其中，測(cè)量所得的工作軸向數(shù)據(jù)其實(shí)就是盾構(gòu)實(shí)際掘進(jìn)方向的檢測(cè)。
[0049]操作人員通過(guò)所述交互操作設(shè)備8實(shí)施的操作包括了輸入選擇進(jìn)行動(dòng)作的油缸、所述油缸伸或縮的動(dòng)作方向以及所述油缸伸或縮的目標(biāo)行程。
[0050]掘進(jìn)方向的糾偏實(shí)際是指當(dāng)實(shí)際掘進(jìn)方向與預(yù)設(shè)的掘進(jìn)線(xiàn)路不一致或者土體不適宜掘進(jìn)時(shí)，通過(guò)刀盤(pán)，即油缸的伸縮使其回歸到預(yù)設(shè)的或合適的掘進(jìn)線(xiàn)路上。即當(dāng)外部因數(shù)引起的工作軸線(xiàn)發(fā)生偏差時(shí)，需要進(jìn)行刀盤(pán)進(jìn)行伸縮控制糾偏。
[0051 ] 在盾構(gòu)機(jī)工作軸線(xiàn)向左發(fā)生偏差時(shí)，則需伸出左側(cè)的刀盤(pán)對(duì)開(kāi)挖面的左側(cè)進(jìn)行切肖|J，使盾構(gòu)機(jī)左側(cè)掘進(jìn)的壓力減輕，便于往右側(cè)進(jìn)行糾偏。反之，當(dāng)在盾構(gòu)機(jī)工作軸線(xiàn)向右發(fā)生偏差時(shí)，則需伸出右側(cè)的刀盤(pán)對(duì)開(kāi)挖面的右側(cè)進(jìn)行切削，使盾構(gòu)機(jī)右側(cè)掘進(jìn)的壓力減輕，便于往左側(cè)進(jìn)行糾偏。
[0052]當(dāng)開(kāi)挖面的上部遇到較復(fù)雜的土層，形成不穩(wěn)定時(shí)，則需伸出上排的刀盤(pán)對(duì)開(kāi)挖面的上部進(jìn)行切削，使盾構(gòu)機(jī)上部掘進(jìn)的壓力減輕，便于穩(wěn)定開(kāi)挖面。反之，在開(kāi)挖面的下部遇到較復(fù)雜的土層，形成不穩(wěn)定時(shí)，則需伸出下排的刀盤(pán)對(duì)開(kāi)挖面的下部進(jìn)行切削，使盾構(gòu)機(jī)下部掘進(jìn)的壓力減輕，便于穩(wěn)定開(kāi)挖面。
[0053]總結(jié)來(lái)說(shuō)，即在控制所述油缸伸縮時(shí)，當(dāng)所述全站測(cè)量?jī)x設(shè)備實(shí)時(shí)采集的盾構(gòu)的工作軸線(xiàn)數(shù)據(jù)顯示盾構(gòu)的工作軸向向一側(cè)發(fā)生偏差時(shí)，則在若干刀盤(pán)中選擇位于該側(cè)的刀盤(pán)，使之進(jìn)行伸出動(dòng)作進(jìn)行切削，直至工作軸向不再發(fā)生偏差。
[0054]手動(dòng)控制模式時(shí)，本實(shí)施例用以進(jìn)行糾偏初始階段和開(kāi)挖面不穩(wěn)應(yīng)急狀況的處理?？稍谟|摸屏801上方便地選擇所需工作的刀盤(pán)數(shù)量，設(shè)定伸縮長(zhǎng)度的目標(biāo)值，確定是作“伸”或“縮”的動(dòng)作和監(jiān)控，通過(guò)操作臺(tái)控制面板手動(dòng)調(diào)節(jié)、控制刀盤(pán)的伸縮速度?？刂撇僮鞅容^直觀。
[0055]實(shí)施例2
[0056]本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅僅在于伸縮控制方法的差別，而采用的依舊是實(shí)施例I中所列舉的矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)。本實(shí)施例所采用的方法，可以視為自動(dòng)模式下的伸縮控制方法。
[0057]操作人員先通過(guò)所述交互操作設(shè)備輸入選擇進(jìn)行動(dòng)作的油缸(也可認(rèn)為是進(jìn)行伸縮動(dòng)作的刀盤(pán))以及液壓與土倉(cāng)的壓力控制范圍，然后通過(guò)所述計(jì)算機(jī)PLC主站自動(dòng)控制所述油缸實(shí)現(xiàn)伸或縮的動(dòng)作；
[0058]在自動(dòng)控制所述油缸伸或縮的過(guò)程中，所述行程傳感器實(shí)時(shí)地將行程數(shù)據(jù)反饋給所述計(jì)算機(jī)PLC主站，所述液壓壓力傳感器實(shí)時(shí)地將液壓壓力數(shù)據(jù)反饋給所述計(jì)算機(jī)PLC主站，所述土壓壓力傳感器實(shí)時(shí)地將土倉(cāng)的壓力數(shù)據(jù)反饋給所述計(jì)算機(jī)PLC主站，所述全站測(cè)量?jī)x設(shè)備實(shí)時(shí)地將盾構(gòu)的工作軸線(xiàn)數(shù)據(jù)反饋給所述計(jì)算機(jī)PLC主站，所述計(jì)算機(jī)PLC主站根據(jù)收到的數(shù)據(jù)生成控制指令，從而自動(dòng)控制所述油缸的伸或縮動(dòng)作；一方面使得液壓壓力和土倉(cāng)壓力處于預(yù)設(shè)的液壓和土壓的壓力控制范圍內(nèi)；另一方面，通過(guò)所述油缸的伸縮動(dòng)作的控制實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)方向的糾偏。
[0059]實(shí)施例3
[0060]本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別僅僅在于伸縮控制方法的改進(jìn)，而采用的依舊是實(shí)施例I中所列舉的矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)。同時(shí)，其也可以認(rèn)為是在實(shí)施例2所列舉的自動(dòng)模式下的進(jìn)一步改進(jìn)，進(jìn)而形成了本實(shí)施例提供的同步模式，即本實(shí)施例可以采取實(shí)施例2中的大多技術(shù)特征進(jìn)行自動(dòng)控制。
[0061]請(qǐng)參考圖6，本實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)PLC主站9根據(jù)多個(gè)所述行程傳感器5傳輸而來(lái)的行程數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)生成控制指令，從而使得該多個(gè)油缸的行程與速度保持同步。
[0062]綜上所述，本發(fā)明一方面引入了伸縮機(jī)構(gòu)和伸縮控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了刀盤(pán)的軸向伸縮和軸向伸縮的控制，對(duì)盾構(gòu)本體起到支撐和導(dǎo)向作用，不僅起到防止矩形盾構(gòu)發(fā)生偏離預(yù)定路線(xiàn)，而且在矩形盾構(gòu)發(fā)生偏離預(yù)定路線(xiàn)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)矩形盾構(gòu)的糾偏功能，同時(shí)，也無(wú)需前方土體探測(cè)就能根據(jù)前方土體的地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋應(yīng)對(duì)。另一方面，對(duì)于刀盤(pán)伸縮的控制，本發(fā)明引入了計(jì)算機(jī)PLC主站、電氣控制柜、液壓換向閥組與液壓泵站的組合使用，運(yùn)用液壓驅(qū)動(dòng)比例閥控制變量泵的技術(shù)，使得刀盤(pán)的伸縮控制更靈敏、更快速、更可靠。
[0063]在手動(dòng)模式時(shí)，可操作臺(tái)上的旋鈕，調(diào)節(jié)電控柜中的變頻器的輸出值，驅(qū)動(dòng)液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)，控制刀盤(pán)伸縮的速度與行程。在自動(dòng)模式時(shí)，可直接在觸摸屏上進(jìn)行自動(dòng)伸縮作業(yè)。在伸縮過(guò)程中，系統(tǒng)將不斷檢測(cè)伸縮長(zhǎng)度、壓力和糾偏等情況，及時(shí)做出伸縮的調(diào)整控制。當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)值時(shí)，則自動(dòng)停止作業(yè)。在同步控制時(shí)，可選擇多個(gè)刀盤(pán)以相同的速度同步作業(yè)，當(dāng)其中I個(gè)或幾個(gè)刀盤(pán)之間出現(xiàn)伸縮長(zhǎng)度有偏差時(shí)，系統(tǒng)則自動(dòng)進(jìn)行同步調(diào)節(jié)，直至所選的刀盤(pán)伸縮長(zhǎng)度與速度都保持同步。同步控制可使系統(tǒng)操控制更加靈活和方便，能更好地滿(mǎn)足不同糾偏需求，應(yīng)對(duì)開(kāi)挖面各種不穩(wěn)定情況的出現(xiàn)，以保障盾構(gòu)機(jī)的順利掘進(jìn)。
【權(quán)利要求】
1.一種矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)，包括了若干刀盤(pán)主軸以及設(shè)在每個(gè)所述刀盤(pán)主軸一端的刀盤(pán)，其特征在于:還包括轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)和伸縮控制機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述刀盤(pán)主軸繞其軸向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所述伸縮機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述刀盤(pán)主軸沿其軸向進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)； 所述伸縮控制機(jī)構(gòu)包括了油缸、交互操作設(shè)備、計(jì)算機(jī)PLC主站、電氣控制柜和液壓換向閥組，所述交互操作設(shè)備與所述計(jì)算機(jī)PLC主站連接，所述計(jì)算機(jī)PLC主站通過(guò)所述電氣控制柜控制所述液壓泵站，所述液壓泵站通過(guò)所述液壓換向閥組與所述油缸連接，所述刀盤(pán)主軸通過(guò)所述油缸的伸縮實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)，所述伸縮控制機(jī)構(gòu)還包括用以測(cè)量盾構(gòu)的工作軸線(xiàn)的全站儀設(shè)備，所述全站儀設(shè)備與所述計(jì)算機(jī)PLC主站連接。
2.如權(quán)利要求1所述的矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)套與固定設(shè)于所述刀盤(pán)主軸外側(cè)的花鍵結(jié)構(gòu)匹配連接。
3.如權(quán)利要求1所述的大截面矩形盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)系統(tǒng)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)至少包括了電機(jī)減速器、與所述電機(jī)減速器固定連接的小齒輪，以及與所述小齒輪嚙合的大齒輪，所述電機(jī)減速器的旋轉(zhuǎn)通過(guò)所述小齒輪傳遞給所述大齒輪，所述內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)套固定設(shè)于所述大齒輪內(nèi)側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)，其特征在于:所述伸縮控制機(jī)構(gòu)還包括了計(jì)算機(jī)PLC從站、設(shè)于所述液壓換向閥組中用以檢測(cè)液壓壓力的液壓壓力傳感器、用以檢測(cè)土倉(cāng)壓力的土壓力傳感器和用以檢測(cè)所述油缸的伸縮行程和伸縮速度的行程傳感器，所述液壓壓力傳感器、土壓力傳感器和行程傳感器均通過(guò)所述計(jì)算機(jī)PLC從站與所述計(jì)算機(jī)PLC主站連接。
5.如權(quán)利要求1所述的矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)，其特征在于:所述電氣控制柜包括變頻器，所述液壓泵站包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和液壓泵，所述變頻器與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)與所述液壓泵連接，所述液壓泵與所述液壓換向閥組連接。
6.一種矩形盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)系統(tǒng)的伸縮控制方法，其特征在于:采用了如權(quán)利要求1所述的矩形盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)系統(tǒng)，還提供了用以檢測(cè)所述油缸的伸縮行程和伸縮速度的行程傳感器； 所述計(jì)算機(jī)PLC主站根據(jù)操作人員在交互操作設(shè)備上的輸入的信息以及所述行程傳感器與全站儀設(shè)備實(shí)時(shí)反饋的數(shù)據(jù)輸出控制指令，進(jìn)而通過(guò)所述電氣控制柜驅(qū)動(dòng)所述液壓泵站工作，所述液壓泵站通過(guò)所述液壓換向閥組驅(qū)動(dòng)所述油缸伸縮，從而通過(guò)所述油缸的伸縮行程的控制實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)方向的糾偏。
7.如權(quán)利要求6所述的矩形盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)系統(tǒng)的伸縮控制方法，其特征在于:操作人員通過(guò)所述交互操作設(shè)備實(shí)施操作，根據(jù)所述行程傳感器反饋的行程數(shù)據(jù)與全站儀設(shè)備反饋的盾構(gòu)的工作軸向數(shù)據(jù)控制所述油缸的伸縮動(dòng)作，從而通過(guò)所述油缸的伸縮動(dòng)作的控制實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)方向的糾偏； 操作人員通過(guò)所述交互操作設(shè)備實(shí)施的操作包括了輸入選擇進(jìn)行動(dòng)作的油缸、所述油缸伸或縮的動(dòng)作方向以及所述油缸伸或縮的目標(biāo)行程。
8.如權(quán)利要求6所述的矩形盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)系統(tǒng)的伸縮控制方法，其特征在于:還提供了設(shè)于所述液壓換向閥組中用以檢測(cè)液壓壓力的液壓壓力傳感器、用以檢測(cè)土倉(cāng)壓力的土壓力傳感器； 操作人員先通過(guò)所 述交互操作設(shè)備輸入選擇進(jìn)行動(dòng)作的油缸以及液壓與土倉(cāng)的壓力控制范圍，然后通過(guò)所述計(jì)算機(jī)PLC主站自動(dòng)控制所述油缸實(shí)現(xiàn)伸或縮的動(dòng)作； 在自動(dòng)控制所述油缸伸或縮的過(guò)程中，所述行程傳感器實(shí)時(shí)地將行程數(shù)據(jù)反饋給所述計(jì)算機(jī)PLC主站，所述液壓壓力傳感器實(shí)時(shí)地將液壓壓力數(shù)據(jù)反饋給所述計(jì)算機(jī)PLC主站，所述土壓壓力傳感器實(shí)時(shí)地將土倉(cāng)的壓力數(shù)據(jù)反饋給所述計(jì)算機(jī)PLC主站，所述全站測(cè)量?jī)x設(shè)備實(shí)時(shí)地將盾構(gòu)的工作軸線(xiàn)數(shù)據(jù)反饋給所述計(jì)算機(jī)PLC主站，所述計(jì)算機(jī)PLC主站根據(jù)收到的數(shù)據(jù)生成控制指令，從而自動(dòng)控制所述油缸的伸或縮動(dòng)作；一方面使得液壓壓力和土倉(cāng)壓力處于預(yù)設(shè)的液壓和土壓的壓力控制范圍內(nèi)；另一方面，通過(guò)所述油缸的伸縮動(dòng)作的控制實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)方向的糾偏。
9.如權(quán)利要求6至8任意之一所述的矩形盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)系統(tǒng)的伸縮控制方法，其特征在于:所述計(jì)算機(jī)PLC主站根據(jù)多個(gè)所述行程傳感器傳輸而來(lái)的行程數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)生成控制指令，從而使得該多個(gè)油缸的行程與速度保持同步。10、如權(quán)利要求6至8任意之一所述的矩形盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)系統(tǒng)的 伸縮控制方法，其特征在于:在控制所述油缸伸縮時(shí)，當(dāng)所述全站測(cè)量?jī)x設(shè)備實(shí)時(shí)采集的盾構(gòu)的工作軸線(xiàn)數(shù)據(jù)顯示盾構(gòu)的工作軸向向一側(cè)發(fā)生偏差時(shí)，則在若干刀盤(pán)中選擇位于 該側(cè)的刀盤(pán)，使之進(jìn)行伸出動(dòng)作進(jìn)行切削，直至工作軸向不再發(fā)生偏差。
【文檔編號(hào)】E21D9/08GK103821528SQ201410090577
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】沈培堅(jiān), 王佳瑋 申請(qǐng)人:上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司