一种刀盘喷水控制系统及硬岩隧道掘进机的制作方法

本发明涉及掘进机技术领域，更具体地说，涉及一种刀盘喷水控制系统，还涉及一种硬岩隧道掘进机。

背景技术：

硬岩隧道掘进机(简称tbm)是一种能够适应复杂地层，并高度集成了机、电、液、光、控制以及材料等多学科技术于一体的高端隧道施工装备。tbm在施工掘进过程中，为有效抑制开挖过程中产生的粉尘，降低tbm刀盘、刀具的温度，在刀盘面板上设计有刀盘喷嘴，需一边掘进一边进行喷水。

目前，tbm刀盘喷水一般采用离心泵供水，通过电磁阀或气动阀来控制喷水管路的通断，再用手动阀通过调节阀的开度来控制流量。在实际施工掘进过程中，这种技术方案主要有以下几点不足之处：

一是不能实时监测刀盘喷水的水流量大小，也就无法判断水流量是偏大还是偏小，完全依靠人的经验来判断调节喷水流量；二是控制流量的手动阀一般安装在掘进区域，在掘进过程中调节极不方便，即刀盘喷水的流量调节不方便；三是基于以上两点情况所造成的tbm掘进时刀盘的喷水量与地质条件和掘进参数的匹配差，难以兼顾刀盘降温、降尘以及节省水源。

综上所述，如何有效地解决目前硬岩隧道掘进机中，刀盘喷水控制设计不合理，操作基本靠经验，造成施工使用效果差，浪费水资源等的技术问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种刀盘喷水控制系统，该刀盘喷水控制系统的结构设计可以有效地解决目前硬岩隧道掘进机中，刀盘喷水控制设计不合理，操作基本靠经验，造成施工使用效果差，浪费水资源等的技术问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述刀盘喷水控制系统的硬岩隧道掘进机。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种刀盘喷水控制系统，用于硬岩隧道掘进机，包括设置于掘进机刀盘位置的刀盘喷嘴以及与所述刀盘喷嘴连接的输出控制管路，所述输出控制管路包括与调节阀及流量计，所述流量计及调节阀均与主控模块连接，用于结合所述流量计测得的流量数据控制所述调节阀开度，以控制所述刀盘喷嘴的喷水量。

优选的，上述刀盘喷水控制系统中，所述输出控制管路还包括用于提供压力水源的离心泵，所述输出控制管路连接有用于向管路内供水的水箱。

优选的，上述刀盘喷水控制系统中，所述离心泵与所述调节阀之间的管路上设置有安全旁路，所述安全旁路连通所述水箱，所述安全旁路上设置有安全阀，用于调节管路内系统压力，并用于在管路内压力达到安全阈值时将水排入所述水箱。

优选的，上述刀盘喷水控制系统中，所述主控模块连接有显示模块，所述显示模块用于显示流量计测得的喷出流量，令实时数据直观显示。

优选的，上述刀盘喷水控制系统中，所述主控模块包括数据处理模块，用于根据所述流量计获得的流量数据，累计计算获得在预设的时间段内消耗的总水量。

优选的，上述刀盘喷水控制系统中，所述主控模块与所述安全阀控制连接，主控模块还包括存储模块，所述存储模块用于存储不同地质情况参数与喷水参数之间的对应关系，以根据当前地质情况调节控制管路内压力及流量。

优选的，上述刀盘喷水控制系统中，所述水箱连接有补水管路组件，所述补水管路组件包括设置于水箱与补水水源之间的补水阀，用于控制补水输出。

优选的，上述刀盘喷水控制系统中，所述水箱的水位高点及水位低点分别设置有液位开关，所述液位开关均与所述补水阀连接，所述补水阀为自动控制阀门，用于在水箱内液位低于水位低点时开启补水阀补水，并在水箱内液位高于水位高点时关闭补水阀停止补水。

优选的，上述刀盘喷水控制系统中，所述补水管路组件还包括与所述补水阀所在管路并接的人工补水旁路，所述人工补水旁路上设置有手动球阀，用于在补水阀工作失灵时，人工控制对水箱补水。

本发明提供的刀盘喷水控制系统，用于硬岩隧道掘进机，包括设置于掘进机刀盘位置的刀盘喷嘴以及与所述刀盘喷嘴连接的输出控制管路，所述输出控制管路包括与调节阀及流量计，所述流量计及调节阀均与主控模块连接，用于结合所述流量计测得的流量数据控制所述调节阀开度，以控制所述刀盘喷嘴的喷水量。这种刀盘喷水控制系统优化了刀盘喷水的控制，采用调节阀及流量计连接于输出控制管路内，并通过主控模块控制输出，主控模块获得流量计测得的流量信息，并依据该实时的流量大小适应性的对调节阀进行开度的调节，从而改变流量，控制以实时采集流量信息为依据，令水盘喷水输出能够适应实际需求；该设计能够实现远程及自动化的控制，相比现有方案调节阀的调节不再局限于必须在掘进设备的某位置手动调节，而可以在中控室等环境下实现水量调节，避免了空间情况对水量调节的限制。综上所述，本发明提供的刀盘喷水控制系统有效地解决了目前硬岩隧道掘进机中，刀盘喷水控制设计不合理，操作基本靠经验，造成施工使用效果差，浪费水资源的技术问题。

为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种硬岩隧道掘进机，该硬岩隧道掘进机包括上述任一种刀盘喷水控制系统。由于上述的刀盘喷水控制系统具有上述技术效果，具有该刀盘喷水控制系统的硬岩隧道掘进机也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的刀盘喷水控制系统的系统结构示意图。

附图中标记如下：

刀盘喷嘴1、单向阀2、流量计3、调节阀4、压力表5、离心泵6、安全阀7、水箱8、液位开关9、补水阀10、手动球阀11。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种刀盘喷水控制系统，以解决目前硬岩隧道掘进机中，刀盘喷水控制设计不合理，操作基本靠经验，造成施工使用效果差，浪费水资源的技术问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的刀盘喷水控制系统的系统结构示意图。

本发明的实施例提供的刀盘喷水控制系统，用于硬岩隧道掘进机，包括设置于掘进机刀盘位置的刀盘喷嘴1以及与刀盘喷嘴1连接的输出控制管路，输出控制管路包括与调节阀4及流量计3，流量计3及调节阀4均与主控模块连接，用于结合流量计3测得的流量数据控制调节阀4开度，以控制刀盘喷嘴1的喷水量。

这种刀盘喷水控制系统优化了刀盘喷水的控制，采用调节阀4及流量计3连接于输出控制管路内，并通过主控模块控制输出，主控模块获得流量计3测得的流量信息，并依据该实时的流量大小适应性的对调节阀4进行开度的调节，从而改变流量，控制以实时采集流量信息为依据，令水盘喷水输出能够适应实际需求。

且进一步的，该设计能够实现远程及自动化的控制，相比现有方案调节阀4的调节不再局限于必须在掘进设备的某位置手动调节，而可以在中控室等环境下实现水量调节，避免了空间情况对水量调节的限制。综上，本发明提供的刀盘喷水控制系统有效地解决了目前硬岩隧道掘进机中，刀盘喷水控制设计不合理，操作基本靠经验，造成施工使用效果差的技术问题。

输出控制管路还包括用于提供压力水源的离心泵6，输出控制管路连接有用于向管路内供水的水箱8；心泵与调节阀4之间的管路上设置有安全旁路，安全旁路连通水箱8，安全旁路上设置有安全阀7，用于调节管路内系统压力，并用于在管路内压力达到安全阈值时将水排入水箱8。

本实施例提供的技术方案中，进一步优化了上述实施例的设计，通过本实施例的技术方案，输出控制管路设置离心泵6，通过离心泵6提供水压及输出动力，通过水箱8对系统持续供水；为保证系统内压力的安全性，在输出的管路上还设置安全旁路，其上设置有安全阀7，以此调控系统内压力，避免压力过高造成系统内结构损坏。

主控模块连接有显示模块，显示模块用于显示流量计3测得的喷出流量，令实时数据直观显示；主控模块包括数据处理模块，用于根据流量计3获得的流量数据，累计计算获得在预设的时间段内消耗的总水量。

本实施例提供的技术方案中，主控模块连接显示模块，可令操作人员对流量数据直观进行观测，并以此为基础控制调节阀4的开闭动作，以此控制水量输出；在此基础上，进一步在主控模块内设置数据处理模块，通过该设计统计已经通过流量计3输出的喷水的总量，令用户对消耗的水量能够直观了解，以便进行补水或控制用水等的操作。

主控模块与安全阀7控制连接，主控模块还包括存储模块，存储模块用于存储不同地质情况参数与喷水参数之间的对应关系，以根据当前地质情况调节控制管路内压力及流量。该设计在上述实施例的基础上，进一步提升了系统的自动化控制能力，通过存储模块预先输入的不同地质情况参数与喷水参数之间的对应关系，结合当前施工环境的地质情况，以最适合的喷水方案控制调节阀4及安全阀7，令系统以最优的方式喷水，在保证降温、降尘的效果的同时还能减少水的浪费；该设计也可通过操作人员进行调控，存储模块所存储的数据可通过显示模块给操作人员以操作参考。

此外为进一步优化系统的自动化控制程度，可在管路上离心泵6出口附近设置压力表5，通过该结构测定管路内的水压输出压力，以便进行适应性的调控；为提升系统安全性，优选在刀盘喷嘴1与其他阀类部件之间设置单向阀22，防止喷水倒流损坏管路结构。

为进一步优化上述实施例中系统的供水设计：水箱8连接有补水管路组件，补水管路组件包括设置于水箱8与补水水源之间的补水阀10，用于控制补水输出。水箱8的水位高点及水位低点分别设置有液位开关9，液位开关9均与补水阀10连接，补水阀10为自动控制阀门，用于在水箱8内液位低于水位低点时开启补水阀10补水，并在水箱8内液位高于水位高点时关闭补水阀10停止补水。

本实施例提供的技术方案中，在水箱8的适当位置设置两组液位开关9，分别位于低液面位置及高液面位置，当水箱8内水位过低时容易引发离心泵6干吸，导致其结构损坏，因此当水箱8内液位低于水位低点时开启补水阀10补水，为避免水箱8内水量满溢，同理在高液位位置设置另一组液位开关9以便及时停止向水箱8内补水。

补水管路组件还包括与补水阀10所在管路并接的人工补水旁路，人工补水旁路上设置有手动球阀11，用于在补水阀10工作失灵时，人工控制对水箱8补水。本实施例提供的技术方案是对上述自动补水方案的补充优化，由于采用自动控制设计可能由于种种原因出现设备失灵的情况，此时可通过并接的手动球阀11进行水工控制补水操作。

基于上述实施例中提供的刀盘喷水控制系统，本发明还提供了一种硬岩隧道掘进机，该硬岩隧道掘进机包括上述实施例中任意一种刀盘喷水控制系统。由于该硬岩隧道掘进机采用了上述实施例中的刀盘喷水控制系统，所以该硬岩隧道掘进机的有益效果请参考上述实施例。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。