可360°旋转的盾构管片拼装装置的制作方法

本发明涉及一种隧道盾构掘进机的盾构管片拼装装置，尤其是一种可旋转的盾构管片拼装装置。

背景技术：

随着盾构技术的发展，从早期的地铁隧道、公路隧道、铁路隧道发展到核电隧道及高新技术应用领域硬x射线专用隧道等。

在所有隧道施工过程中，都离不开盾构隧道掘进机的身影。按系统分，目前国内主流的盾构机分为日系盾构和欧系盾构两大类，不管是哪种系列，盾构管片拼装机都是拼装机旋转体10，都需要满足360度内任意位置的管片安装，由于受制于拼装机电缆20的安装方式，目前的盾构拼装机最大旋转角度均在顺逆220度之间，不能任意方向360度团团旋转，如图1的(a)，(b)所示，因此，在盾构管片拼装时，拼装机操作人员必须顺逆时针交替控制拼装机旋转来进行作业，期间会进行一些无用的旋转操作，降低了拼装效率，并一旦拼装机旋转限位损坏失效时或者旋转电缆盘卡主时，均会导致拉断拼装机旋转电缆，导致整个施工停止。

技术实现要素：

为了解决盾构拼装机的设计缺陷，提高拼装机的拼装效率，本发明提供一种可360°旋转的盾构管片拼装装置。

本发明的技术方案是：一种可360°旋转的管片拼装装置，包括新能源电池组、蓝牙无线收发器、plc控制器、变频器、液压泵站电动机、液压泵站、液压电磁阀组、所述新能源电池组、变频器、液压泵站电动机、液压泵站、液压电磁阀组安装在拼装机旋转体上；所述plc控制器安装在盾构机本体上；所述新能源电池组通过变频器连接液压泵站电动机，所述plc控制器通过蓝牙无线收发器分别连接变频器和继电器，所述继电器连接液压电磁阀组。

进一步，所述新能源电池组采用高功率磷酸铁锂电芯和全封闭防水结构。

进一步，所述蓝牙无线收发器采用ieee802.15.1蓝牙无线技术及跳频技术，能增强抗干扰能力以及提高响应时间，满足盾构施工环境。

进一步，所述变频器为直流共母线性变频器，所述直流共母线性变频器的直流电源输入端输入直流电压，再通过变频器内部电路进行直与交转换后输出交流电压，用于控制液压泵站电动机运转。

进一步，所述盾构机本体上还安装新能源电池组充电器，在盾构机掘进时为拼装机旋转体上的新能源电池组充电。

进一步，所述蓝牙无线收发器具有一对，并分别安装在拼装机旋转体和盾构机本体上。

进一步，所述拼装机旋转体上的蓝牙无线收发器接收盾构机本体上的蓝牙无线收发器发出的信号，控制继电器，利用继电器隔离控制电磁阀线圈，从而控制拼装机动作。

本发明的有益效果是：

本发明的装置采用新能源蓄电池组+变频器控制拼装机液压站电机的运转，采用高抗扰能力的蓝牙无线传输模块+plc控制拼装机的各项动作，拆除了原拼装机上的电缆盘，使得拼装机可以360度无制约的旋转。利用本发明后的盾构拼装机电气系统无电缆盘制约，每拼装一环管片节约5～10分钟，每个作业工班能掘进七～八环，累计每作业工班可节约60分钟左右，每个盾构掘进工班需配置10人左右，因此节省了大量的人力资源及施工机械台班费。

由于施工过程中由于没有电缆盘，因此减少了盾构机的故障率，也间接提高了施工效率。

附图说明

图1是现有的可旋转的盾构管片拼装装置示意图；

其中：(a)为左220°旋回状态，(b)为右220°旋回状态；

图2是本发明的可360°旋转的盾构管片拼装装置结构示意图；

图3是本发明的拼装机旋转体上安装新能源电池组、变频器、液压泵站电动机、液压泵站、液压电磁阀组示意图；

图4是本发明的盾构机本体上安装新能源电池组充电器、plc控制器以及蓝牙无线收发器示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图2至图4所示，本发明的可360°旋转的管片拼装装置，包括新能源电池组3、蓝牙无线收发器6、plc控制器11、变频器7、液压泵站电动机4、液压泵站5、液压电磁阀组8、新能源电池组充电器12等。

新能源电池组3、变频器7、液压泵站电动机4、液压泵站5、液压电磁阀组8安装在拼装机旋转体10上。拼装机旋转体1上还装有一个蓝牙无线收发器6。plc控制器11、新能源电池组充电器12以及另一个蓝牙无线收发器6安装在盾构机本体1上。新能源电池组3通过变频器7连接液压泵站电动机4，plc控制器11通过蓝牙无线收发器6分别连接变频器7和继电器9，继电器9连接液压电磁阀组8。

新能源电池组(高功率磷酸铁锂电芯)在盾构领域的应用，盾构机长期在地下施工，电池组的安全性至关重要，所以采用全封闭防水设计；

控制器是无线模块的跨领域应用，盾构机的工矿条件比较差，无线传输必须和有线连接一样稳定可靠，通过多方面比较，蓝牙无线收发器采用蓝牙无线技术(ieee802.15.1)，采用跳频技术，抗干扰能力强，响应时间快，能满足盾构施工环境。

控制设备是通用型交流变频器在直流电源中的使用，一般变频器的应用领域为交流电源输入，再通过变频器内部电路进行交→直→交转换后输出控制交流电机，该装置利用变频器的共直流母线供电的特性，直接采用直流供电给变频器输入端，再通过变频器内部电路进行直→交转换后输出控制交流电机。

本发明的具体实施过程为：

1)拆除盾构拼装机上原有的拼装机电缆盘；

2)根据拼装机旋转体上液压泵站动力系统电机的功率，设计合理的新能源电池组容量，一般电池组充满电能满足三环管片的拼装，在盾构掘进时，拼装机停止工作，这时可以对电池组进行充电。

3)在拼装机旋转体上安装一套电气控制柜，里面包含变频器、蓝牙无线收发器和一些继电器。利用变频器的直流共母线性，在其“直流电源输入端”输入直流电压，输出端输出交流380vac电压控制液压泵站电动机运转(这样不需要更换原系统电动机)。柜内安装“蓝牙无线模块”用来接收盾构机本体的蓝牙无线套件发出的信号，接收信号后控制继电器，利用继电器隔离控制电磁阀线圈，从而控制拼装机动作；

4)在盾构机本体上安装新能源电池组充电器，在盾构机掘进时(此时拼装机不工作，为静止状态)为拼装机旋转体上电池组充电；

5)在盾构机本体上安装蓝牙无线收发器(和拼装机旋转体上的为一对)，蓝牙无线收发器与盾构机主控plc控制器连接。

提高效率后的拼装机拼装管片操作步骤：

1)合上拼装机电池组主电源开关，通过拼装机遥控器启动拼装机旋转体上液压泵站电机；

2)通过拼装机遥控器控制拼装机旋转、拼装机提升、管片夹持等动作；

3)根据安装管片的位置需要，通过遥控器进行拼装机旋转操作，此时拼装机能做360度无限制旋转，不用像原来的拼装机只能顺时针旋转220度，逆时针旋转220度；

4)一环管片安装结束后停止拼装机泵，根据电池组电量消耗情况(在醒目位置有电量显示)，决定是否在盾构推进过程中给电池组充电。

技术特征：

1.一种可360°旋转的管片拼装装置，包括新能源电池组、蓝牙无线收发器、plc控制器、变频器、液压泵站电动机、液压泵站、液压电磁阀组，其特征在于：所述新能源电池组、变频器、液压泵站电动机、液压泵站、液压电磁阀组安装在拼装机旋转体上；所述plc控制器安装在盾构机本体上；所述新能源电池组通过变频器连接液压泵站电动机，所述plc控制器通过蓝牙无线收发器分别连接变频器和继电器，所述继电器连接液压电磁阀组。

2.根据权利要求1所述的可360°旋转的管片拼装装置，其特征在于：所述新能源电池组采用高功率磷酸铁锂电芯和全封闭防水结构。

3.根据权利要求1所述的可360°旋转的管片拼装装置，其特征在于：所述蓝牙无线收发器采用ieee802.15.1蓝牙无线技术及跳频技术，能增强抗干扰能力以及提高响应时间，满足盾构施工环境。

4.根据权利要求1所述的可360°旋转的管片拼装装置，其特征在于：所述变频器为直流共母线性变频器，所述直流共母线性变频器的直流电源输入端输入直流电压，再通过变频器内部电路进行直与交转换后输出交流电压，用于控制液压泵站电动机运转。

5.根据权利要求1所述的可360°旋转的管片拼装装置，其特征在于：所述盾构机本体上还安装新能源电池组充电器，在盾构机掘进时为拼装机旋转体上的新能源电池组充电。

6.根据权利要求1所述的可360°旋转的管片拼装装置，其特征在于：所述蓝牙无线收发器具有一对，并分别安装在拼装机旋转体和盾构机本体上。

7.根据权利要求6所述的可360°旋转的管片拼装装置，其特征在于：所述拼装机旋转体上的蓝牙无线收发器接收盾构机本体上的蓝牙无线收发器发出的信号，控制继电器，利用继电器隔离控制电磁阀线圈，从而控制拼装机动作。

技术总结
本发明涉及一种可360°旋转的管片拼装装置，包括新能源电池组、蓝牙无线收发器、PLC控制器、变频器、液压泵站电动机、液压泵站、液压电磁阀组。所述新能源电池组、变频器、液压泵站电动机、液压泵站、液压电磁阀组安装在拼装机旋转体上；所述PLC控制器安装在盾构机本体上；所述新能源电池组通过变频器连接液压泵站电动机，所述PLC控制器通过蓝牙无线收发器分别连接变频器和继电器，所述继电器连接液压电磁阀组。本发明采用新能源蓄电池组+变频器控制拼装机液压站电机的运转，采用高抗扰能力的蓝牙无线传输模块+PLC控制拼装机的各项动作，拆除了原拼装机上的电缆盘，使得拼装机可以360度无制约的旋转。

技术研发人员：吴云峰;王传富;刘刚;陆凯忠;陆正;李昌涛;杨磊;王权
受保护的技术使用者：上海市基础工程集团有限公司
技术研发日：2020.05.12
技术公布日：2020.09.01