专利名称：盾构机及推进油缸速度和行程的检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及位移和速度检测技术领域，尤其涉及盾构机及推进油缸速度和行 程的检测装置。
背景技术：
推进油缸是活塞有效面积及其两边的压差与输出力成正比的直线运动式执行元 件，基本上由缸筒、缸盖、活塞、活塞杆以及密封装置组成，有时还包括缓冲装置和排气装 置。它的职能是将液压能转换为往复直线运动的机械能，其输入量是流体的流量和压力，输 出的是直线运动速度和力，通过活塞在缸筒内完成直线往复运动。正是因为推进油缸具有 将液压能转换为机械能的功能，被广泛地应用在工程机械中。具体的，盾构机中设置有推进油缸。所述盾构机全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧 道掘进的专用工程机械，广泛用于地铁、铁路、公路以及水电等隧道工程，可靠性要求极高。 其工作原理为液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随 着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时，开动螺旋输 送机，可将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中， 再通过竖井运至地面。为了实现有效地控制推进油缸的运转，实现实时监控其推进行程及速度之间的关 系，现有技术中，一般采用两个行程传感器分别检测得到推进油缸的行程和速度，由于需要 采用两个行程传感器进行检测，成本较高，而且，两个行程传感器若出现工作不同步等现象 时，还会造成得到的推进油缸行程和速度不相对应的问题。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供一种盾构机及推进油缸速度和行程的检测装置，以解 决现有技术中采用两个行程传感器进行检测得到推进油缸的速度和行程，造成的成本较 高、且容易出现得到的推进油缸行程和速度不同步的问题。为解决上述问题，提出的技术方案如下—种盾构机，其推进油缸行程和速度检测装置包括设置于所述盾构机推进油缸 上的行程传感器、与所述行程传感器相连的处理器以及与所述处理器相连的可编程逻辑控 制器PLC，其中所述行程传感器，检测所述盾构机推进油缸活塞位置，生成格雷码信号并传输；所述处理器，接收与其相连的行程传感器传输的格雷码信号，将其处理为二进制 码和电流信号两路信号并传输；所述可编程逻辑控制器PLC，接收并处理与其相连的处理器传输的电流信号，得到 用于表示所述盾构机推进油缸推进速度的数据；接收并处理与其相连的处理器传输的二进 制码，得到用于表示所述盾构机推进油缸推进行程的数据。优选地，所述行程传感器设置于距离所述盾构机推进油缸底座IOO-SOOmm处。[0012]优选地，所述行程传感器为拉绳式传感器。优选地，所述二进制码为十三位二进制码。优选地，所述电流信号的电流值范围为4-20MA。一种推进油缸速度和行程的检测装置，包括行程传感器以及与所述行程传感器 相连控制装置，其中所述行程传感器，检测所述推进油缸活塞位置，生成格雷码信号并传输；所述控制装置，接收与其相连的行程传感器传输的格雷码信号，将其处理为二进 制码和电流信号两路信号；处理所述电流信号，得到用于表示所述推进油缸速度的数据； 处理所述二进制码，得到用于表示所述推进油缸推进行程的数据。优选地，所述控制装置包括与所述行程传感器相连的处理器，以及与该处理器相 连的可编程逻辑控制器PLC，其中所述处理器，接收与其相连的行程传感器传输的格雷码信号，将其处理为二进制 码和电流信号两路信号并传输；所述可编程逻辑控制器PLC，接收并处理与其相连的处理器传输的电流信号，得到 用于表示所述推进油缸速度的数据；接收并处理与其相连的处理器传输的二进制码，得到 用于表示所述推进油缸推进行程的数据。优选地，所述行程传感器为拉绳式传感器。优选地，所述二进制码为十三位二进制码。优选地，所述电流信号的电流值范围为4-20MA。从上述的技术方案可以看出，本实用新型公开的盾构机，通过将行程传感器检测 到的格雷码信号处理为二进制码和电流信号，传入PLC，PLC分别处理这两路信号，根据二 进制码得到表示盾构机推进油缸速度的数据，根据电流信号得到表示盾构机推进油缸行程 的数据，在上述过程中，采用一个行程传感器检测得到所述推进油缸的速度和行程，解决了 现有采用两个行程传感器分别检测得到所述推进油缸的行程和速度，造成的成本较高、且 容易出现得到的推进油缸行程和速度不同步的问题。
为了更清楚地说明本实用新型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 是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例公开的一种推进油缸速度和行程的检测装置的结构示 意图；图2为本实用新型实施例公开的一种推进油缸速度和行程的检测装置的电气接 线图；图3为本实用新型实施例公开的一种盾构机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本实用新型实施例公开了一种检测推进油缸速度和行程的装置及具备该装置的 盾构机，以解决现有技术中采用两个行程传感器进行检测分别得到推进油缸的速度和行 程，造成的成本较高、且容易出现得到的推进油缸行程和速度不同步的问题。本实用新型提供的所述推进油缸速度和行程的检测装置包括行程传感器与所述 行程传感器相连控制装置，其中所述行程传感器，检测所述推进油缸活塞位置，生成格雷码信号并传输；所述控制装置，接收与其相连的行程传感器传输的格雷码信号，将其处理为二进 制码和电流信号两路信号；处理所述电流信号，得到用于表示所述推进油缸速度的数据； 处理所述二进制码，得到用于表示所述推进油缸推进行程的数据。所述控制装置可以包括与行程传感器102相连的处理器103，以及与处理器103相 连PLC104，参见图1和图2，处理器103 —侧的端子与行程传感器102的端子相连，处理器 103另一侧的端子与PLC104的端子相连。其中行程传感器102，检测推进油缸101活塞位置，根据所述推进油缸101活塞的位置 生成格雷码信号并传输；处理器103，接收所述格雷码信号，将其处理为两路信号，其中，一路为二进制码， 一路为电流信号，均提供给PLC104 ；PLC104做以下操作处理所述电流信号，得到用于表示推进油缸101推进速度的 数据；以及，处理所述二进制码，得到用于表示推进油缸101推进行程的数据。本实施例公开的推进油缸速度和行程的检测装置，实现了仅采用一个行程传感器 检测推进油缸，就可以得到该推进油缸的行程和速度，且该推进油缸的速度由行程决定，解 决了现有技术中采用两个行程传感器进行检测得到推进油缸的速度和行程，造成的成本较 高、且容易出现得到的推进油缸行程和速度不同步的问题。具体的，行程传感器102可以为拉绳式位移传感器，操作时，其被固定在推进油缸 上，具体位置根据需要而设定，例如可以设置在距离推进油缸缸筒底座IOO-SOOmm处。为了方便描述，下面仅以行程传感器102设置在距离推进油缸缸筒底座400mm处 为例进行说明。该传感器的拉绳缚在推进油缸的活塞上，且拉绳直线运动和活塞运动轴线对准。 当活塞在推进油缸缸筒内运动时，拉绳式位移传感器的拉绳伸展和收缩，且其内部弹簧可 以保证拉绳的张紧度不变。拉绳可以带动传感器传动机构和传感元件同步转动；当位移反 向移动时，传感器内部的回旋装置将自动收回绳索，并在绳索伸收过程中保持其张力不变。 在拉绳的移动过程中，该拉绳式位移传感器生成格雷码信号，该信号与拉绳移动量成正比 例。拉绳式位移传感器将生成的格雷码信号传输至处理器103，处理器103可以将其 处理为两路信号，分别为二进制码和电流信号。其中将格雷码解码为二进制码的方法为用‘0’和格雷码的最高位异或，生成为
5二进制码的最高位，再将生成的值和格雷码的次高位异或，生成二进制的次高位，再将生成 的值和下一位异或，生成二进制的下一位，依次异或，直到格雷码的最低位，这样，格雷码就 转换为二进制码。异或是对两个数进行比较，相同为“0”，相异为“1”。举例为10011000异 或 01100001，结果为 11111001。将格雷码解码为电流信号的方法为处理器103中预存有推进油缸行程和电流信 号的电流值的对应关系，具体的，该电流信号的电流值范围可以为4-20MA。处理器103读取 格雷码，将其转换为二进制码，该二进制码表示推进油缸的行程，由于此时，推进油缸的行 程以二进制码的形式体现，所以处理器103的电子数模转换单元读取所述二进制码，通过 推进油缸行程和电流信号的电流值的对应关系将该二进制码转换为以其相对应得模拟电 流信号。经处理器103处理后的两路信号分别传入PLC104中，经过PLC104的处理得到推 进油缸的行程和速度。具体的，二进制码可以为十三位二进制码，将该二进制码的前十二位转化为十进 制数，转化的数为测量值，该二进制的第十三位为符号位，当第十三位为0，表示二进制前 十二位转化的数为正数，即将转化的测量值与+1相乘，指代推进油缸的活塞伸长超过了 400mm，此时，所述推进油缸的推进行程值为测量值与400的相减得到的数值；当第十三位 为1，表示为二进制前十二位转化的数为负数，即将转化的测量值与-1相乘，指代推进油缸 的活塞伸长未超过400mm，此时，所述推进油缸的推进行程值为400与测量值的相加得到的 数值。当所述二进制码没有十三位、为十二位二进制码时，同样可以计算所述推进油缸 的推进行程，具体为将该二进制码的十二位转化为十进制数，转化的数为测量值，将该测 量值与400做减，假若得到的数为负数，指代推进油缸的活塞伸长未超过400mm，假若得到 的数位正数，指代推进油缸的活塞伸长超过了 400mm。由于在上述内容中，行程传感器102位于距离推进油缸缸筒底座400mm处，所以可 编程逻辑控制器PLC104进行推进油缸推进行程计算的比对值为400mm，若行程传感器102 的位置变化，比对值进行相应的更改。PLC104接收到的电流信号的电流值范围为4-20MA，其模数转换单元可以将该电 流信号转换为表示推进油缸推进速度的数据，具体过程如下电流值范围为4-20MA的电流 信号经过所述模数转换单元的转换后形成0-2000的数据，其中4MA指代0，20MA指代2000， 并且，PLC104内预存有0-2000的数据与推进油缸速度值的对应关系，通过计算电流值即可 得到所述推进油缸的推进速度。假设电流信号的电流值为A，此时，得到的指代速度值M的 数据=(A-4) X2000/(20-4)，根据预存在PLC104内的所述对应关系，即可得到推进油缸的 速度。上述实施例公开的装置，可以应用于各种使用推进油缸的设备中，以实时检测其 推进油缸的工作状态。具体的，本实用新型实施例还公开了一种盾构机，盾构机作为应用推 进油缸的一种设备，其使用过程中，需要推进油缸速度和行程的检测装置配合其工作。所述盾构机，如图3所示，其推进油缸行程和速度检测装置包括设置于盾构机推 进油缸201上的行程传感器202、与行程传感器202相连的处理器203，以及与处理器203 相连的PLC204，其中
6[0053]行程传感器202，检测盾构机推进油缸活塞201位置，生成格雷码信号并传输；处理器203，接收以其相连接的行程传感器202传输的格雷码信号，将其处理为两 路信号，一路为二进制码，一路为电流信号，并进行传输；PLC204，接收并处理以其相连的处理器203传输的电流信号，得到用于表示盾构 机推进油缸201推进速度的数据；处理所述二进制码，得到用于表示盾构机推进油缸201推 进行程的数据。具体的，行程传感器202同样为拉绳式位移传感器，其具体工作原理与上述实施 例公开的内容相同，请参见上述内容，此处不再赘述。同样，在盾构机工作过程中，拉绳式位移传感器实时检测盾构机推进油缸的活塞 的位置，生成格雷码信号并传输，该信号由处理器203接收，并进行相应的处理，生成电流 值范围为4-20MA的电流信号以及十三位二进制码，由PLC204将其解码，最终得到表示盾构 机推进油缸201的推进行程和推进速度的数据。其具体过程与上述实施例公开的内容相同，请参见上述实施例公开的内容，此处 不再赘述。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实用新 型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因 此，本实用新型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。
权利要求一种盾构机，其特征在于，其推进油缸行程和速度检测装置包括设置于所述盾构机推进油缸上的行程传感器、与所述行程传感器相连的处理器以及与所述处理器相连的可编程逻辑控制器PLC，其中所述行程传感器，检测所述盾构机推进油缸活塞位置，生成格雷码信号并传输；所述处理器，接收与其相连的行程传感器传输的格雷码信号，将其处理为二进制码和电流信号两路信号并传输；所述可编程逻辑控制器PLC，接收并处理与其相连的处理器传输的电流信号，得到用于表示所述盾构机推进油缸推进速度的数据；接收并处理与其相连的处理器传输的二进制码，得到用于表示所述盾构机推进油缸推进行程的数据。
2.根据权利要求1所述的盾构机，其特征在于，所述行程传感器设置于距离所述盾构 机推进油缸底座100-800mm处。
3.根据权利要求1所述的盾构机，其特征在于，所述行程传感器为拉绳式传感器。
4.根据权利要求1所述的盾构机，其特征在于，所述二进制码为十三位二进制码。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的盾构机，其特征在于，所述电流信号的电流值 范围为4-20MA。
6.一种推进油缸速度和行程的检测装置，其特征在于，包括行程传感器以及与所述 行程传感器相连控制装置，其中所述行程传感器，检测所述推进油缸活塞位置，生成格雷码信号并传输；所述控制装置，接收与其相连的行程传感器传输的格雷码信号，将其处理为二进制码 和电流信号两路信号；处理所述电流信号，得到用于表示所述推进油缸速度的数据；处理 所述二进制码，得到用于表示所述推进油缸推进行程的数据。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制装置包括与所述行程传感器相 连的处理器，以及与该处理器相连的可编程逻辑控制器PLC，其中所述处理器，接收与其相连的行程传感器传输的格雷码信号，将其处理为二进制码和 电流信号两路信号并传输；所述可编程逻辑控制器PLC，接收并处理与其相连的处理器传输的电流信号，得到用于 表示所述推进油缸速度的数据；接收并处理与其相连的处理器传输的二进制码，得到用于 表示所述推进油缸推进行程的数据。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述行程传感器为拉绳式传感器。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述二进制码为十三位二进制码。
10.根据权利要求6至9中任意一项所述的装置，其特征在于，所述电流信号的电流值 范围为4-20MA。
专利摘要本实用新型公开了一种盾构机，其推进油缸行程和速度检测装置包括设置于所述盾构机推进油缸上的行程传感器、与所述行程传感器相连的处理器以及与所述处理器相连的可编程逻辑控制器PLC，其中所述行程传感器，检测所述盾构机推进油缸活塞位置，生成格雷码信号并传输；所述处理器，接收与其相连的行程传感器传输的格雷码信号，将其处理为二进制码和电流信号两路信号并传输；所述可编程逻辑控制器PLC，接收并处理与其相连的处理器传输的电流信号，得到用于表示所述盾构机推进油缸推进速度的数据；接收并处理与其相连的处理器传输的二进制码，得到用于表示所述盾构机推进油缸推进行程的数据。
文档编号G01B7/02GK201705358SQ201020229688
公开日2011年1月12日 申请日期2010年6月18日 优先权日2010年6月18日
发明者曾雪平 申请人:北京市三一重机有限公司