盾构机自动任意分组推进控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种盾构机自动任意分组推进控制系统，包括一组推进油缸换向控制装置和多组推进油缸推力控制装置，多组推进油缸推力控制装置和一组推进油缸换向控制装置的信号控制端与盾构机上位机连接，上位机发出信号给多组油缸推力控制装置和一组推进油缸换向控制装置通过调节油缸的最大推力实现盾构机推进姿态的实时调节。本发明能够实现盾构机精确的沿着设计轨迹进行推进，能够提高施工质量，提高施工效率。
【专利说明】
盾构机自动任意分组推进控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及盾构机领域，尤其涉及一种盾构机自动任意分组推进控制系统。
【背景技术】
[0002]目前，盾构机在推进过程中会出现推进轨迹偏离施工设计轨迹的问题，更严重的甚至会出现工程重新设计地铁站口位置的问题。由于盾构机设备庞大，目前盾构行业设计的推进系统在完成盾构姿态偏离后纠偏的过程需要一段较长的时间，以致回归设计轨迹需要几十米甚至上百米的距离。这就严重影响了施工的质量，加长了施工周期，降低了施工效率。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种盾构机自动任意分组推进控制系统，能够有效地控制盾构机的推进姿态，提高施工质量、提高施工效率。
[0004]本发明采用下述技术方案:一种盾构机自动任意分组推进控制系统，包括一组推进油缸换向控制装置和多组推进油缸推力控制装置，多组推进油缸推力控制装置和一组推进油缸换向控制装置的信号控制端与盾构机上位机连接，上位机发出信号给多组油缸推力控制装置和一组推进油缸换向控制装置通过调节油缸的最大推力实现盾构机推进姿态的实时调节。
[0005]所述推进油缸换向控制装置为换向控制阀组，包括有换向控制阀块、电液换向阀、安全阀、第一单向阀和第二单向阀，所述电液换向阀、安全阀、第一单向阀和第二单向阀设置在油缸的液压管路上，所述电液换向阀的信号控制端与上位机连接。
[0006]所述的油缸推力控制装置为推力控制阀组，包括有油缸推力控制阀块、第一两通插装阀、第二两通插装阀、比例减压阀、电磁球阀、第三单向阀、卸荷阀、压力传感器，所述的第一两通插装阀、第二两通插装阀、比例减压阀、电磁球阀、单向阀、卸荷阀设置在油缸的液压管路上，所述的电磁球阀、第一两通插装阀、第二两通插装阀、比例减压阀的信号控制端与上位机连接，压力传感器设置在各控制油缸动作的阀块出口侧，压力传感器的信号输出端与上位机连接。
[0007]所述的上位机通过比例减压阀单独对每一根油缸推力进行控制或联合控制所有油缸推力。
[0008]所述的上位机通过比例减压阀单独对每一根油缸推力进行控制时计算每根油缸的推力设定值如下所述:
[0009]上位机与导向系统结合，测得偏差角Θ以及偏差距离L，偏差角Θ是盾构机实际轨迹点与隧道设计轨迹点连线与中垂线的夹角；偏差距离L是设计轨迹中心与实际推进轨迹中心之间的连线的长度，设定每根油缸的角度θη;
[0010]即=T1到T16分别对应θ i到Θ16 ;Tl到T16是每根油缸的压力实时监测值；
[0011]Q1 = 0° θ2 = 22.5。Θ 3 = 45。Θ 4 = 67.5°......Θ 16 = 337.5° ；
[0012]计算0|的值，时C=360-K^e|;C是每根油缸的角度与偏差角Q的差值；
β " -Qff
[0013]计算每根油缸的推力设定值Pn:尸=一^I—+ FK
Λ90' ''
[0014]其中Ρ:此地质条件下，推进压力的平均值，与推进速度有关，此值是个经验值，隧道施工人员根据施工经验得到；
[0015]P*:调整的最大差值,为经验值；
[0016]Ρ\:抵消盾体自重，固定值。
[0017]本发明采用了推进油缸控制装置和推进油缸换向控制装置，当盾构姿态偏离设计姿态时，通过两装置联合盾构机上位机调节部分或全部推进油缸的推力来有效、快速调节盾构机的姿态，实现盾构机精确的沿着设计轨迹进行推进。自动任意分组推进控制系统可以有效的控制盾构机的推进姿态，对盾构机姿态调整有很大帮助，能够提高施工质量，提高施工效率。
[0018]其中每根油缸的动作与推力可实现联合控制和单独实行独立控制两种模式，更加有助于盾构施工中对盾构机姿态的调节。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的结构示意图；
[0020]图2为本发明中盾构姿态调节示意图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，本发明公开了一种盾构机自动任意分组推进控制系统(油缸控制可以任意分组)，包括多组推进油缸推力控制装置和一组推进油缸换向控制装置，多组推进油缸推力控制装置和一组推进油缸换向控制装置的信号控制端与盾构机上位机连接，上位机发出信号给多组油缸推力控制装置和一组推进油缸换向控制装置，通过调节油缸的最大推力实现盾构机推进姿态的实时调节。
[0022]图1所示的是一组推进油缸换向控制装置、16组推进油缸推力控制装置所述推进油缸换向控制装置为换向控制阀组，换向控制阀组包括有换向控制阀块、电液换向阀O1、安全阀02、单向阀03、单向阀04，所述电液换向阀O1、安全阀02、单向阀03设置在油缸的液压管路上，单向阀04设置在油缸回收油路的支路上，分流一部分回油油液，降低油缸回收被压的。所述电液换向阀01的信号控制端与上位机连接，接收上位机发出的控制信号。单向阀03是在电液换向阀01右位工作，油缸回收时将有杆腔压力油与安全阀02导通起到保护油缸的作用，当油液流经单向阀04时，单向阀04会被油液推开。电液换向阀01的作用是实现油缸的伸出和收回动作的切换，安全阀02的作用是限制系统最高压力，以保护系统中各元器件。
[0023]所述的推进油缸推力控制装置为推力控制阀组，推力控制阀组包括有油缸推力控制阀块、两通插装阀05、两通插装阀06、比例减压阀07、电磁球阀08、单向阀1、卸荷阀09、压力传感器11，所述的两通插装阀05、两通插装阀06、比例减压阀07、电磁球阀08、单向阀10、卸荷阀09均设置在油缸的液压管路上，电磁球阀08、两通插装阀05、06、卸荷阀09、比例减压阀07的信号控制端均与上位机连接。油缸回收时两通插装阀05、06的先导电磁阀得电，两通插装阀05、06开启，油缸伸出时两通插装阀05的先导电磁阀失电，两通插装阀05关闭,两通插装阀06的先导电磁阀得电，两通插装阀06打开(电磁球阀08不得电，电磁球阀08处于关闭状态)油缸伸出，或者两通插装阀06的先导电磁阀不得电，两通插装阀06关闭，电磁球阀08得电，油液经比例减压阀07、电磁球阀08后作用油缸无杆腔。压力传感器11设置在各控制油缸动作的阀块出口侧，压力传感器11的信号输出端与上位机连接，压力传感器11检测系统压力给上位机，上位机可以通过计算得到作用在油缸上的压力，上位机通过反算计算出需要施加在比例减压阀07上的控制电压，控制电压与比例减压阀出口压力一一对应，作用在每个推进油缸的压力在上位机进行显示。
[0024]盾构机在推进过程中有两种推进控制模式:(I)选择参与推进的油缸的数量的自适应控制模式；(2)压力控制模式。
[0025]推进控制模式(I)下的工作原理是:电液换向阀01的左位工作，油液经电液换向阀01左位后分配给16组推力控制阀组，通过选择推力控制阀组的两通插装阀06的先导控制电磁阀的得电与否选择参与推进的油缸。此控制模式下单向阀03、单向阀04、两通插装阀05、比例减压阀07、电磁球阀08、卸荷阀09均不参与推进的控制。盾构姿态会通过导向系统显示在上位机上。盾构操作司机可通过调节上位机上显示的与盾构机盾体偏离方向相反方向上的推进油缸的数量来控制盾构机的姿态。
[0026]推进控制模式(2)下的工作原理是:此控制模式下，单向阀03、单向阀04、两通插装阀05、两通插装阀06、卸荷阀09不参与推进控制。油液经电液换向阀01的左位工作，油液经电液换向阀01后分配给16个推力控制阀组，油液经比例减压阀07、电磁球阀08作用于油缸的无杆腔。此控制模式下16个推力控制阀组上的比例减压阀07和电磁球阀08都参与油缸控制。通过调节每个推力控制阀组上的比例减压阀07的控制电压来控制对应油缸的输出力，从而实现盾构机推进姿态的调节。
[0027]油缸在回收时，电液换向阀01的右位工作，油液经电液换向阀01右位作用于油缸的有杆腔，无杆腔油液经两通插装阀06和电液换向阀01的右位回到油箱(在电液换向阀右位工作前2秒，电磁球阀09得电2秒将推进缸无杆腔的压力降到安全压力后，两通插装阀06得电开启)。
[0028]在推进控制模式(2)下，每根油缸都可以通过比例减压阀07单独调节压力。如图2所示，上位机与导向系统结合，测得偏差角Θ以及偏差距离L，偏差角Θ是盾构机实际轨迹点与隧道设计轨迹点连线与中垂线的夹角；偏差距离L是设计轨迹中心与实际推进轨迹中心之间的连线的长度，通过上位机测量两个中心之间的距离并显示在上位机的显示界面上，在程序中设定每根油缸的角度θη。
[0029]即=T1到T16分别对应Θ i到θ 16(Tl到T16是每根油缸的压力，这个压力是实时监测值，也是压力调整的参考值)
[0030]Q1 = 0° θ2 = 22.5。Θ 3 = 45。Θ 4 = 67.5°......Θ 16 = 337.5°
[0031]计算:€乘-_的值，当化* >lg(T时<=360-|化-則；Θ:是每根油缸的角度与偏差角Θ的差值；
双 X.β -Q0.
[0032]计算每根油缸的推力设定值Pn:尸=η - P^-Jl——-——七P
"90' *
[0033]其中P:此地质条件下，推进压力的平均值，与推进速度有关，此值是个经验值，隧道施工人员根据施工经验可知)；
[0034]P*:调整的最大差值(调整的最大差值是根据施工方的经验以及先前推进参数来定的)
[0035]Ρ*η:抵消盾体自重，固定值。
[0036]开始下一循环时，比较偏差距离L值，适当调整P*的值。当偏差距离L超过某值时，系统报警，转入手动推进模式。
[0037]推进控制模式(2)使用时，在盾构机上位机中设定最大允许偏差距离，盾构机上配置有导向系统，这个导向系统时时检测盾构机的姿态，当盾构机的推进轨迹与设计轨迹偏离差值达到最大允许偏差距离值时，盾构机上位机启动自动任意分组推进控制系统，上位机通过计算，判断最远点附近油缸编号，上位机根据油缸距最远点梯度分别给每根油缸设定纠偏压力从而通过比例减压阀07单独对每一根油缸进行控制或联合控制所有油缸的最大推力。油缸推力的控制是通过调节每一组上的比例减压阀07实现的，单独控制是指可以对每一根油缸对应的比例减压阀07的压力进行设定，可以设定每一根油缸的压力各不相同；联合控制是指可以通过上位机先选择某几根相邻的油缸为一组，然后再对这一组油缸的比例减压阀07的压力进行统一设定，以达到使盾构机快速回归隧道设计轨迹的目的。
[0038]通过具体的液压试验证实此方法是可行的，符合隧道施工中的盾构机空间紧凑型的设计；每根油缸的动作与推力可实现联合控制和单独实行独立控制两种模式，有助于盾构施工中对盾构机姿态的调节。
【权利要求】
1.一种盾构机自动任意分组推进控制系统，其特征在于:包括一组推进油缸换向控制装置和多组推进油缸推力控制装置，多组推进油缸推力控制装置和一组推进油缸换向控制装置的信号控制端与盾构机上位机连接，上位机发出信号给多组油缸推力控制装置和一组推进油缸换向控制装置通过调节油缸的最大推力实现盾构机推进姿态的实时调节。
2.根据权利要求1所述的盾构机自动任意分组推进控制系统，其特征在于:所述推进油缸换向控制装置为换向控制阀组，包括有换向控制阀块、电液换向阀、安全阀、第一单向阀和第二单向阀，所述电液换向阀、安全阀、第一单向阀和第二单向阀设置在油缸的液压管路上，所述电液换向阀的信号控制端与上位机连接。 所述的油缸推力控制装置为推力控制阀组，包括有油缸推力控制阀块、第一两通插装阀、第二两通插装阀、比例减压阀、电磁球阀、第三单向阀、卸荷阀、压力传感器，所述的第一两通插装阀、第二两通插装阀、比例减压阀、电磁球阀、单向阀、卸荷阀设置在油缸的液压管路上，所述的电磁球阀、第一两通插装阀、第二两通插装阀、比例减压阀的信号控制端与上位机连接，压力传感器设置在各控制油缸动作的阀块出口侧，压力传感器的信号输出端与上位机连接。
3.根据权利要求2所述的盾构机自动任意分组推进控制系统，其特征在于:所述的上位机通过比例减压阀单独对每一根油缸推力进行控制或联合控制所有油缸推力。
4.根据权利要求3所述的盾构机自动任意分组推进控制系统，其特征在于:所述的上位机通过比例减压阀单独对每一根油缸推力进行控制时计算每根油缸的推力设定值如下所述: 上位机与导向系统结合，测得偏差角Θ以及偏差距离L，偏差角β是盾构机实际轨迹点与隧道设计轨迹点连线与中垂线的夹角；偏差距离L是设计轨迹中心与实际推进轨迹中心之间的连线的长度，设定每根油缸的角度θη; 即=T1到T16分别对应Θ i到Θ 16 J1到T16是每根油缸的压力实时监测值； θ 1=0° θ2=22.5° θ3=45° θ4=67.5°......θ 16=337.5° ； 计算:K = \θη - θ\的值，当式>180"^ ￠,: =36O-K—列时；<是每根油缸的角度与偏差角沒的差值；
as? 计算每根油缸的推力设定值Pn:尺二 P-~90 +Ρ:；
^ F 90' 其中/7:此地质条件下，推进压力的平均值，与推进速度有关，此值是个经验值，隧道施工人员根据施工经验得到；:调整的最大差值，为经验值； Zn:抵消盾体自重，固定值。
【文档编号】E21D9/093GK104196540SQ201410184999
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】呼瑞红, 贾连辉, 张宁川, 赵华, 孙志洪 申请人:中铁工程装备集团有限公司