一种盾构掘进出土量自动控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于盾构施工技术领域，特别是设及一种盾构掘进出±量自动控制系 统。
【背景技术】
[0002] ±压平衡式盾构掘进机主要由盾体、刀盘、螺旋输送机、推进装置等构成。盾构掘 进机前部的密封挡板与刀盘、切口环W及螺旋输送机形成密封舱。在工作过程中，推进液压 缸驱动盾构掘进机向前推进，刀盘切削下的渣±填充密封舱和螺旋输送机壳体内的空间， 形成的±压来平衡开挖面±层的水±压力，W保持开挖面±层的稳定、防止地表变形，渣± 通过螺旋输送机排出盾体。在施工掘进过程中，需要使密封舱内的±压和开挖面的水±压 力保持动态平衡，如果密封舱内的±压大于开挖面的水±压力，地表将发生隆起，反之，如 果密封舱内的±压小于开挖面的水±压力，地表将发生沉陷。为实现±压平衡，可通过实时 调节螺旋输送机的转速或调节液压缸的推力，使盾构排±量和开挖量保持或接近平衡。
[0003]但由于螺旋输送机不一定时刻处于"满载"状态，只通过其转速不能精确得到渣± 的输出流量，运对密封舱压力的精确控制产生一定影响。
【发明内容】
[0004]本实用新型目的在于克服螺旋输送机理论计算渣±流量与实际输出流量存在的 偏差对密封舱压力精确控制产生的影响，提供一种精确控制密封舱压力的盾构掘进出±量 自动控制系统。 阳〇化]本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：
[0006] 一种盾构掘进出±量自动控制系统，包括控制器、推进液压缸位移传感器、密封舱 压力传感器、螺旋输送机速度传感器，其特征在于：其还包括渣±流量检测装置；
[0007]所述推进液压缸位移传感器用于检测推进液压缸推进速度信号，并把信号传输给 控制器；
[0008]所述密封舱压力传感器用于检测密封舱内的渣±压力信号，并把信号传输给控制 器；
[0009]所述螺旋输送机速度传感器用于检测螺旋输送机转速信号，并把信号传输给控制 器；
[0010] 所述渣±流量检测装置用于实时检测渣±输出流量信号，并把信号传输给控制 器；
[0011] 所述控制器根据接收到的推进液压缸推进速度信号、密封舱内的渣±压力信号、 螺旋输送机转速信号和渣±输出流量信号，输出推进液压缸推进速度控制信号控制推进液 压缸推进，输出螺旋输送机速度控制信号控制螺旋输送机转速，实现进入密封舱的渣±流 量和通过螺旋输送机输送出的渣±流量相平衡。
[0012] 其进一步特征在于：所述渣±流量检测装置设置在位于螺旋输送机后部用于输送 渣±的皮带机上。
[0013] 进一步的：所述渣±流量检测装置包括重量传感器和速度传感器；所述重量传感 器用于测量皮带机固定承载面上的渣±重量，所述速度传感器用于测量皮带机的实时速 度。
[0014] 所述重量传感器为杠杆式皮带砰。
[0015] 本实用新型通过对现有盾构±压平衡控制系统进行了改进，为克服螺旋输送机理 论计算渣±流量与实际输出流量存在的偏差对密封舱压力精确控制产生的影响，在输送渣 ±的皮带机上安装皮带砰，得W准确实时测得螺旋输送机的瞬时渣±输出量。从而实现基 于渣±实测输出流量反馈的双闭环盾构掘进出±量自动精确控制。
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型控制原理示意图。
【具体实施方式】
[0017] 如图1所示，±压平衡式盾构掘进机主要由盾体、刀盘1、螺旋输送机2、推进装置 (推进液压缸3)等构成。盾构掘进机前部的密封挡板7与刀盘1、切口环W及螺旋输送机 2形成密封舱4。在工作过程中，推进液压缸3驱动盾构掘进机向前推进，刀盘1切削下的 渣±填充密封舱4和螺旋输送机2壳体内的空间，形成的±压来平衡开挖面±层的水±压 力，W保持开挖面±层的稳定、防止地表变形，渣±通过螺旋输送机2排出盾体。在施工掘 进过程中，需要使密封舱4内的±压和开挖面的水±压力保持动态平衡，如果密封舱4内的 ±压大于开挖面的水±压力，地表将发生隆起，反之，如果密封舱4内的±压小于开挖面的 水±压力，地表将发生沉陷。为实现±压平衡，可通过实时调节螺旋输送机2的转速或调节 液压缸3的推力，使盾构排±量和开挖量保持或接近平衡。
[0018] 将密封舱4看作一个封闭容器，进入该容器的渣±流量取决于盾构的推进速度， 而排出容器的渣±流量取决于螺旋输送机2的结构参数和转速，密封舱4的渣±流量连续 性方程为：
[0020] 式中，Qi为密封舱渣±的输入流量，q。为密封舱渣±的输出流量，Cepm为密封舱的 泄漏系数，Pe为密封舱上压力，P。为外界压力（包括盾体前方的上压力和水压力），V6为密 封舱容积，0。为渣±的体积弹性模量，D为盾构外径，V为盾构推进速度，ng为螺旋输送机 排±效率，di为螺旋输送机叶片直径，CU为螺旋轴半径，Tg为螺旋输送机叶片螺距，Hm为螺 旋输送机驱动液压马达转速，ig为螺旋输送机减速机减速比。
[0021] 忽略密封舱泄漏渣±的体积，可得到盾构密封舱±压力变化差值为：
[0023] 在盾构掘进过程中，密封舱压力传感器41实时测量密封舱4内的±压，并与给定 的±压值进行比较，W调整盾构的推力或螺旋输送机2的转速，完成密封舱4压力的闭环控 审IJ，实现±压平衡。盾构的推进液压缸3上装有位移传感器31，对所测得位移信号进行差分 后反馈到控制器5,实现对盾构推进速度的闭环控制。螺旋输送机2上装有转速传感器21， 可实时测得螺旋输送机的转速。
[0024] 由于螺旋输送机2不一定时刻处于"满载"状态，只通过其转速不能精确得到渣± 的输出流量，为了实时测量螺旋输送机2输出渣±的流量，如图1所示，在输送渣±的皮带 机6上安装了皮带砰61。皮带砰61是采用杠杆原理设计的，在皮带机的皮带下面安装杠杆 装置，皮带上面的渣±物料通过杠杆装置的承载面时，会对承载面产生一定的压力，通过杠 杆装置将该压力传送到重量传感器，并结合皮带机6上的速度传感器62测量的实时速度即 可得到皮带机6上渣±的瞬时流量，从而得到螺旋输送机2输出渣±的瞬时流量。通过对 螺旋输送机2输出渣±流量的实时测量，完成对螺旋输送机2转速的闭环控制。
【主权项】
1. 一种盾构掘进出土量自动控制系统，包括控制器、推进液压缸位移传感器、密封舱压 力传感器、螺旋输送机速度传感器，其特征在于：其还包括渣土流量检测装置； 所述推进液压缸位移传感器用于检测推进液压缸推进速度信号，并把信号传输给控制 器； 所述密封舱压力传感器用于检测密封舱内的渣土压力信号，并把信号传输给控制器； 所述螺旋输送机速度传感器用于检测螺旋输送机转速信号，并把信号传输给控制器； 所述渣土流量检测装置用于实时检测渣土输出流量信号，并把信号传输给控制器； 所述控制器根据接收到的推进液压缸推进速度信号、密封舱内的渣土压力信号、螺旋 输送机转速信号和渣土输出流量信号，输出推进液压缸推进速度控制信号控制推进液压缸 推进，输出螺旋输送机速度控制信号控制螺旋输送机转速，实现进入密封舱的渣土流量和 通过螺旋输送机输送出的渣土流量相平衡。2. 根据权利要求1所述的盾构掘进出土量自动控制系统，其特征在于：所述渣土流量 检测装置设置在位于螺旋输送机后部用于输送渣土的皮带机上。3. 根据权利要求2所述的盾构掘进出土量自动控制系统，其特征在于：所述渣土流量 检测装置包括重量传感器和速度传感器；所述重量传感器用于测量皮带机固定承载面上的 渣土重量，所述速度传感器用于测量皮带机的实时速度。4. 根据权利要求3所述的盾构掘进出土量自动控制系统，其特征在于：所述重量传感 器为皮带秤。5. 根据权利要求4所述的盾构掘进出土量自动控制系统，其特征在于：所述皮带秤为 杜杆式皮带秤。
【专利摘要】本实用新型公布了一种盾构掘进出土量自动控制系统，包括控制器、推进液压缸位移传感器、密封舱压力传感器、螺旋输送机速度传感器，渣土流量检测装置。所述渣土流量检测装置包括皮带秤和速度传感器；根据皮带机承重区域重量和皮带机实时速度即可得到皮带机上渣土的瞬时流量，从而得到螺旋输送机2输出渣土的瞬时流量。本实用新型通过对现有盾构土压平衡控制系统进行了改进，为克服螺旋输送机理论计算渣土流量与实际输出流量存在的偏差对密封舱压力精确控制产生的影响，在输送渣土的皮带机上安装皮带秤，得以准确实时测得螺旋输送机的瞬时渣土输出量。从而实现基于渣土实测输出流量反馈的双闭环盾构掘进出土量自动精确控制。
【IPC分类】E21D9/093
【公开号】CN204920969
【申请号】CN201520606114
【发明人】成钰龙, 邵成猛, 梁凌, 胡浩睿, 张宗超
【申请人】中铁十六局集团有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年8月12日