一种用于盾构机的刀盘变频控制柜电驱扭矩脱困系统及方法与流程

本发明涉及一种用于盾构机的刀盘变频控制柜电驱扭矩脱困系统及方法。

背景技术：

随着我国城市建设的发展，地下轨道交通、越江隧道等地下工程日益增多，隧道的盾构推进距离也越来越长。盾构法是现代隧道施工的一种全机械化施工方法，其主要使用的机械设备为盾构机，盾构机在隧道掘进过程中通过刀具进行泥土切削和碎石破碎。

专利号为cn201110207097.x的中国发明专利提供了一种盾构机在风化槽中脱困及刀盘修复的方法，其特征是包括以下步骤：步骤一、塌方体注浆固结。(1)刀盘前方塌方体加固：①在刀盘前方塌方体内插入细小刚性可弯曲的注浆铁管；②从下往上开始注入化学浆液；③采用低压或无压灌浆技术，压力控制在0～10kg/cm2；(2)刀盘上方塌方体加固：①从盾构机超前钻孔中钻孔，要求钻到塌方体顶部；②从左侧逐步向右注入化学浆液，加固刀盘上方坍塌方体；③注浆压力控制在0.1mpa以下，当注浆开始有压力时结束注浆；(3)盾尾上方塌方体加固：①用电钻在盾壳尾部起拱线以上间隔钻孔，并焊接注浆管接头；②采用左右两侧同时对称逐步灌入化学浆液，加固盾尾上方塌方体；③注浆压力慢慢增大，同时对盾尾进行沉降监测，当盾尾出现下移时停止注浆；(4)锚索塌方加固体：①利用刀盘辐条之间空隙，向开挖面梅花型打入长纤维注浆锚杆；②从纤维锚杆里注入化学浆液，使塌方加固体与前方基岩锚固成一体；③注浆压力控制在0.1mpa以内，当塌方体开始挤出化学浆液反应物时停止注浆；(5)注浆效果检查；步骤二、盾构机脱困。(1)建立切口水压：注浆结束后关闭土仓门，然后向开挖仓内注入泥浆，在开挖面建立切口水压，该水压等于开挖面土层侧压；(2)消除掘进反力：当切口水压大于开挖面水土压力时，用工字钢把盾尾后面管片连接成一体，同时从底部顺时针慢慢缩回掘进油缸，消除盾构掘进反力；(3)盾体后退：通过逐步增大切口水压，当作用在切口环反力大于盾体与土体摩擦力时，盾体慢慢倒退后伸出油缸，并增加掘进油缸压力顶住隧道管片；(4)刀盘脱困：采用空转刀盘掘进模式，运用逐步增大扭矩直到刀盘能空转几圈后，当刀盘扭矩减小到正常为止，然后降低开挖仓水位，完成盾体及刀盘脱困；步骤三、刀盘修复的准备工作。(1)钻爆修复洞室在刀盘拱部利用刀盘辐条间隙向前方钻孔爆破后，转动刀盘再钻孔爆破，直到开挖出半球形洞为止；(2)清理开挖仓；步骤四、刀盘修复。(1)刀盘内部结构修复：采取在开挖仓内进行修复；(2)刀盘本体结构修复；(3)刀盘附属结构的修复：采取在刀盘修复洞室内进行更换修复。

上述技术方案提供了一种盾构机在风化槽中脱困及刀盘修复的方法，只是针对风化槽塌方体中刀盘脱困和修复，适用面较窄，由于在挖掘的过程中地表环境复杂，不能解决其它脱困情况，当盾构机刀盘在推进过程中发生意外导致卡死后，刀盘无法转动，启动瞬间刀盘变频器输出扭矩值远超正常报警范围(0-150％)，导致系统检测过扭矩报警，直接停止输出。

技术实现要素：

本发明提供一种用于盾构机的刀盘变频控制柜电驱扭矩脱困系统及方法，来解决现有技术中存在当盾构机刀盘在推进过程中发生意外导致卡死后，刀盘无法转动，导致系统检测过扭矩报警，直接停止输出的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于盾构机的刀盘脱困方法，包括以下步骤：

s1、设定刀盘扭矩的限幅值、限幅时间和停机时间；

s2、判断刀盘速度是否达到指令速度，若不达到，则跳至下一步骤；若达到，则使刀盘正常运转；

s3、控制刀盘电机使刀盘加速；

s4、判断刀盘扭矩是否达到所述限幅值，若达到，则跳至下一步骤；若不达到，则跳至步骤s2；

s5、限制刀盘扭矩，使刀盘扭矩稳定在所述限幅值上，运行时长为设定的所述限幅时间；

s6、判断刀盘扭矩是否下降至低于所述限幅值，若不低于，则跳至下一步骤；若低于，则调至步骤s3；

s7、刀盘电机停机，停机时长为设定的所述停机时间，然后启动所述刀盘电机，使所述刀盘电机反转，然后跳至步骤s5。

为了进一步实现本发明，步骤s1中，主plc将刀盘扭矩的限幅值、限幅时间和停机时间通过dp网络传送到pum11的dp从站，经pum11处理后通过pum11的dp主站实时修改变频器的限幅值、限幅时间和停机时间，从而设定刀盘扭矩的限幅值、限幅时间和停机时间。

一种用于盾构机的刀盘变频控制柜电驱扭矩脱困系统，包括主plc、pum11和刀盘系统，所述刀盘系统包括刀盘电机、刀盘变频器和刀盘，pum11和刀盘变频器均与主plc连接。

为了进一步实现本发明，所述主plc采用三菱q03ude。

为了进一步实现本发明，所述pum11通过dp网络与主plc连接。

为了进一步实现本发明，所述刀盘变频器采用vf-as1inv1～6。

有益效果

(1)本发明使用变频器扭矩限制以及脱困时间设定，使变频系统在刀盘卡死过程中可以保持一定扭矩值一定时间，使脱困成功率大大提高。

(2)本发明在刀盘卡死的情况下刀盘电机与刀盘是通过减速机刚性连接的，电机也基本上不能转动，使用该脱困方法进行脱困，则刀盘电机扭矩一直增大至扭矩限幅值后(通常设定为电机额定扭矩的120％)，开始计时，到达设定的限幅时间后自动停机(限幅时间按电机参数设定)，保护电机不会因过热损坏。

附图说明

图1为本发明用于盾构机的刀盘脱困方法的流程图；

图2为本发明用于盾构机的刀盘变频控制柜电驱扭矩脱困系统的电路连接框图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，本具体实施的方向以图1方向为标准。

如图1所示，本发明的一种用于盾构机的刀盘脱困方法，包括以下步骤：

s1、设定刀盘扭矩的限幅值(通常设定为电机额定扭矩的120％)、限幅时间和停机时间，主plc将刀盘扭矩的限幅值、限幅时间和停机时间通过dp网络传送到pum11的dp从站(pf612)，经pum11处理后通过pum11的dp主站(pf612)实时修改变频器的限幅值、限幅时间和停机时间，从而设定刀盘扭矩的限幅值、限幅时间和停机时间；

s2、判断刀盘速度是否达到指令速度，若不达到，则跳至下一步骤；若达到，则使刀盘正常运转；

s3、控制刀盘电机使刀盘加速；

s4、判断刀盘扭矩是否达到所述限幅值，若达到，则跳至下一步骤；若不达到，则跳至步骤s2；

s5、限制刀盘扭矩，使刀盘扭矩稳定在所述限幅值上，运行时长为设定的所述限幅时间；

s6、判断刀盘扭矩是否下降至低于所述限幅值，若不低于，则跳至下一步骤；若低于，则调至步骤s3；

s7、刀盘电机停机，停机时长为设定的所述停机时间，然后启动所述刀盘电机，使所述刀盘电机反转，然后跳至步骤s5。刀盘卡死的情况下刀盘电机与刀盘是通过减速机刚性连接的，电机也基本上不能转动，使用该脱困方法进行脱困，则刀盘电机扭矩一直增大至扭矩限幅值后，开始计时，到达设定的限幅时间后自动停机，保护电机不会因过热损坏。

一种用于盾构机的刀盘变频控制柜电驱扭矩脱困系统，包括主plc、pum11和刀盘系统，刀盘系统包括刀盘电机、刀盘变频器和刀盘，pum11和刀盘变频器均与主plc连接，主plc采用三菱q03ude，pum11通过dp网络与主plc连接，刀盘变频器采用vf-as1inv1～6。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。