一种TBM连接桥多功能行走装置及其控制方法与流程

本发明设计涉及tbm制造领域，特别为一种tbm连接桥多功能行走装置及其控制方法。

背景技术：

随着社会的飞速发展，尤其是城市化进程的不断加快，各种优势资源在有限的空间内大量云集，给有限的土地承载力带来了很大的挑战；因此，为了满足人们的衣食住行和社会发展需要，地下建设成为解决有限地表土地面积的很好途径；而作为地下开发的重要利器---盾构机，则发挥着越来越重要的作用。

盾构机，又称盾构隧道掘进机，简称盾构机。是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

而作为盾构机中一种的tbm（全断面岩石掘进机）是集机械、电气、液压、控制、测量技术于一体，可实现的隧道快速开挖、出碴和支护的先进工程机械。与传统的钻爆法隧道施工相比，tbm掘进法安全、可靠、高效、环保。随着我国山岭隧洞工程数量的不断增加，tbm已广泛应用于铁路、轨道交通、引水工程等隧道工程领域中。

目前，在隧道施工中隧道截面大多采用圆形截面，部分tbm设备的连接桥的行走装置采用了斜轮行走系统，使连接桥能够直接沿管片行走，这种方法使连接桥行走摆脱了对轨道的依赖，但有如下缺点：

1、tbm始发时后配套所处位置无法安装管片，使连接桥的斜轮行走系统处于悬空状态，造成tbm主机及相邻后配套受力过大；

2、经过隧道转弯时，人工控制斜轮转向，转向角度精确度低，可能造成连接桥行走不畅，增大tbm推进阻力，并会使管片产生附加载荷，导致管片姿态变化；

3、施工中包胶斜轮容易损坏，一但损坏，隧道环境下斜轮行走系统的维修更换困难。

因此，提供一种能够克服上述现有技术中不足都tbm连接桥行走装置，已经是一个值得研究的问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中连接桥斜轮行走系统不能在始发阶段顺利运行、无法实现转向精确控制及包胶斜轮损坏后维修困难的缺陷，从而实现tbm始发和正常掘进作业过程中连接桥的连续稳定工作，提高tbm设备的可维护性，保障隧道施工的质量和施工效率的一种tbm连接桥多功能行走装置及其控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种tbm连接桥多功能行走装置，包括与tbm主机连接的连接桥；连接桥的底部横梁的前后左右四个角分别设置有沿管片行走的管片行走装置，所述的底部横梁的正下方设置有沿轨道行走的轨道行走装置；所述的轨道行走装置1具有顶起功能；以及用于控制管片形状装置和轨道行走装置的行走控制系统；

所述的底部横梁的底部四个角的管片行走装置共设置有4个，且两两对称分布设置；

所述的底部横梁的底部正下方的轨道行走装置共设置有4个，且两两对称分布设置；

所述轨道行走装置布置在连接桥底部靠中间位置，沿钢轨行走；所述的轨道行走装置包括支架、轨道轮、导向套、横梁、挡板、油缸缸杆和油缸缸筒；所述油缸缸筒107装入所述导向套，并通过第二螺栓b连接，所述导向套从下侧插入所述横梁开孔内，所述油缸缸杆通过第四螺栓d连接所述挡板，并通过所述挡板连接到所述横梁上侧,并通过第一螺栓a固定，所述轨道轮通过轴铰接在所述支架上，所述支架通过第三螺栓c连接在所述导向套底部；

所述油缸缸杆中部油孔注入压力油，使所述油缸缸筒带动所述导向套相对所述横梁移动，进而使所述轨道轮移动至相应位置，使本发明的一种tbm连接桥多功能行走装置进入工作模式；

所述管片行走装置布置在连接桥底部两侧，沿管片行走；所述管片行走装置包括斜轮，连杆、驱动油缸和固定架；所述的斜轮有两个，分别铰接安装在固定架两端，并通过连杆连接，形成平行四边形机构；驱动油缸固定安装在固定架上，驱动油缸为带有位移传感器的双杆油缸；缸杆伸缩带动连杆平动，进而带动斜轮绕铰接轴偏转一个角度，使连接桥通过转弯；斜轮的角度偏转量由管片行走装置具体结构尺寸以及驱动油缸位移传感器反馈的实际位移计算得出；

所述的行走控制系统包括与工业计算机连接的plc控制中心；所述的plc控制中心包括数字量输入模块di、数字输出模块do、模拟量输入模块ai和模拟量输出模块ao，以及cpu中央处理模块；所述的数字量输入模块di、数字输出模块do、模拟量输入模块ai和模拟量输出模块ao通过信号输入输出接口连接位移传感器、电磁控制阀和开关阀；

所述的tbm连接桥多功能行走装置的控制方法为：在tbm始发阶段，行走控制系统将管片行走装置锁死，并使轨道行走装置伸出支撑在钢轨上，连接桥在tbm主机拖拽下沿钢轨行走；当管片行走装置的包胶斜轮损坏需要更换时，控制系统锁死管片行走装置，轨道行走装置伸出支撑在钢轨上将连接桥提升一定高度，使管片与斜轮脱离接触，进行斜轮的维修或者更换；正常掘进阶段，行走控制系统收回轨道行走装置，管片行走装置沿管片行走，当遇到隧道转弯时，行走控制系统根据当前掘进里程以及管片行走系统结构原理控制驱动油缸伸缩，进而实现改变斜轮转角角度，保障连接桥顺利通过转弯。

积极有益效果：本发明具有如下积极有益效果：1、本发明的多功能行走装置，使连接桥既能沿管片行走，又能沿轨道行走，克服了现有连接桥行走装置在tbm始发阶段由于未安装管片而无法顺利运行的缺点，提高了tbm连接桥的环境适应性；2、本发明轨道行走装置的连接桥提升功能，当管片行走装置需要进行维修或更换时，能将连接桥提升一定高度，使管片行走装置与管片脱离接触，为维修人员提供充足的操作空间，便于管片行走装置的维修和更换；3、本发明的控制系统，根据施工情况，实现连接桥行走装置管片行走模式、轨道行走模式、连接桥提升模式三种工作模式的切换，以及控制连接桥通过隧道转弯。

附图说明

图1为本发明的结构示意图一；

图2为图1中局部放大图；

图3为轨道行走装置结构示意图；

图4为本发明的工作模式结构示意图一；

图5为本发明的工作模式结构示意图二；

图6为本发明的工作模式结构示意图三；

图7为管片行走装置结构示意图；

图8为本发明的控制方法示意流程图；

图9为管片行走装置角度控制原理图；

图10为行走控制系统结构示意。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的说明：

如图1-2所示，一种tbm连接桥多功能行走装置，包括与tbm主机连接的连接桥3；连接桥3的底部横梁6的前后左右四个角分别设置有沿管片4行走的管片行走装置2，所述的底部横梁6的正下方设置有沿轨道5行走的轨道行走装置1；所述的轨道行走装置1具有顶起功能；以及用于控制管片形状装置2和轨道行走装置1的行走控制系统；

所述的底部横梁6的底部四个角的管片行走装置2共设置有4个，且两两对称分布设置；

所述的底部横梁6的底部正下方的轨道行走装置1共设置有4个，且两两对称分布设置；

如图3所示，所述轨道行走装置布置在连接桥底部靠中间位置，沿钢轨行走；所述的轨道行走装置1包括支架101、轨道轮102、导向套103、横梁104、挡板105、油缸缸杆106和油缸缸筒107；所述油缸缸筒107装入所述导向套103，并通过第二螺栓b连接，所述导向套103从下侧插入所述横梁104开孔内，所述油缸缸杆106通过第四螺栓d连接所述挡板105，并通过所述挡板105连接到所述横梁104上侧,并通过第一螺栓a固定，所述轨道轮102通过轴铰接在所述支架101上，所述支架101通过第三螺栓c连接在所述导向套103底部；

所述油缸缸杆106中部油孔注入压力油，使所述油缸缸筒107带动所述导向套103相对所述横梁104移动，进而使所述轨道轮102移动至相应位置，使本发明的一种tbm连接桥多功能行走装置进入图4-6所示的三个工作模式；

如图7所示，所述管片行走装置2布置在连接桥3底部两侧，沿管片4行走；所述管片行走装置2包括斜轮201，连杆202、驱动油缸203和固定架204；所述的斜轮201有两个，分别铰接安装在固定架204两端，并通过连杆202连接，形成平行四边形机构；驱动油缸203固定安装在固定架204上，驱动油缸203为带有位移传感器的双杆油缸；缸杆伸缩带动连杆202平动，进而带动斜轮201绕铰接轴偏转一个角度，使连接桥通过转弯；斜轮201的角度偏转量由管片行走装置具体结构尺寸以及驱动油缸203位移传感器反馈的实际位移计算得出。

如图10所示，所述的行走控制系统包括与工业计算机连接的plc控制中心；所述的plc控制中心包括数字量输入模块di、数字输出模块do、模拟量输入模块ai和模拟量输出模块ao，以及cpu中央处理模块；所述的数字量输入模块di、数字输出模块do、模拟量输入模块ai和模拟量输出模块ao通过信号输入输出接口连接位移传感器、电磁控制阀和开关阀；

所述的tbm连接桥多功能行走装置的控制方法为：在tbm始发阶段，行走控制系统将管片行走装置锁死，并使轨道行走装置伸出支撑在钢轨上，连接桥在tbm主机拖拽下沿钢轨行走；当管片行走装置的包胶斜轮损坏需要更换时，控制系统锁死管片行走装置，轨道行走装置伸出支撑在钢轨上将连接桥提升一定高度，使管片与斜轮脱离接触，进行斜轮的维修或者更换；正常掘进阶段，行走控制系统收回轨道行走装置，管片行走装置沿管片行走，当遇到隧道转弯时，行走控制系统根据当前掘进里程以及管片行走系统结构原理控制驱动油缸伸缩，进而实现改变斜轮转角角度，保障连接桥顺利通过转弯。

如图8-9所示，工作时，行走装置接收由工业计算机进过cpu处理中心处理的所述多功能行走装置的工作模式指令，所述工作模式指令包括管片行走模式指令、轨道行走模式指令和连接桥提升模式指令；在接收到所述管片行走模式指令时，开启所述管片行走装置，锁定所述轨道行走装置，接收所述管片行走装置斜轮角度偏转量并判断是否达到角度偏转量预设值，在所述角度偏转量达到预设值时锁定斜轮调整油缸，连接桥在tbm主机拖拽下沿管片行走，管片行走装置角度控制原理如图9所示；在接收到所述轨道行走模式指令时，开启所述轨道行走装置，锁定所述管片行走装置，接收所述轨道行走装置伸缩油缸位移量并判断是否达到位移量预设值，在所述位移量达到预设值时锁定伸缩油缸，连接桥在tbm主机拖拽下沿轨道行走；在接收到所述连接桥提升模式指令时，开启所述轨道行走装置，锁定所述管片行走装置，接收所述轨道行走装置伸缩油缸位移量并判断是否达到位移量预设值，在所述位移量达到预设值时锁定伸缩油缸，此时连接桥被提升至预定高度，可进行管片行走装置的检修或更换。

轨道行走装置和管片行走装置均通过液压锁对液压回路进行锁定，使其在受载情况下仍能保持设定位置静止不动。

所述工作模式指令由控制系统发出，控制系统的组成如图10所示：控制系统集成在盾构机的中央控制系统中，plc是控制系统的核心，plc系统接入位于主控室中的工业计算机，用以控制连接桥多功能行走装置各功能模块中电磁控制阀、开关阀动作，并实时采集各阀、传感器反馈的数据，从而实现各工种模式的功能。

本发明具有如下积极有益效果：1、本发明的多功能行走装置，使连接桥既能沿管片行走，又能沿轨道行走，克服了现有连接桥行走装置在tbm始发阶段由于未安装管片而无法顺利运行的缺点，提高了tbm连接桥的环境适应性；2、本发明轨道行走装置的连接桥提升功能，当管片行走装置需要进行维修或更换时，能将连接桥提升一定高度，使管片行走装置与管片脱离接触，为维修人员提供充足的操作空间，便于管片行走装置的维修和更换；3、本发明的控制系统，根据施工情况，实现连接桥行走装置管片行走模式、轨道行走模式、连接桥提升模式三种工作模式的切换，以及控制连接桥通过隧道转弯。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。