專利名稱：一種盾構機開挖艙壓力平衡的自動控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種盾構機在進行隧道掘進當中的過程控制系統(tǒng)和裝置， 尤其是指一種盾構機開挖艙壓力平衡的自動控制系統(tǒng)。
背景技術：
在采用盾構機進行隧道施工時，應保持開挖面的穩(wěn)定，避免開挖面發(fā)生坍 塌或涌水，從而避免開挖面上方的地表發(fā)生坍塌和開挖面的涌水事故。這個問 題是盾構機隧道施工中的關鍵性技術問題。保持開挖面穩(wěn)定的有效技術措施， 是保持盾構機開挖艙內的壓力平衡。
盾構機在進行隧道施工中，在地層穩(wěn)定性比較好，并且含有一定數(shù)量地下 水的情況下，常用半敞開模式，使開挖艙內具有一定的壓力，依靠泥漿系統(tǒng)向 開挖面注入泥漿，在開挖面形成一定強度的泥膜，防止水和空氣的滲漏。在半 敞開模式下，開挖艙的下半部空間充填開挖碴土，開挖艙的上半部空間是壓縮 空氣。依靠螺旋輸送機排出開挖艙內的碴土。
目前，盾構掘進過程中，依靠手動控制螺旋輸送機的轉速，控制排出碴土 的數(shù)量，結合向開挖艙內加入壓縮空氣，來保持盾構機開挖艙內的壓力平衡。 在壓縮空氣控制系統(tǒng)中，只有自動進氣系統(tǒng)，而沒有自動排氣系統(tǒng)，僅依靠一 個安全閥排出超壓的氣體。
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種盾構機開挖艙壓力平衡的自動控制系統(tǒng)，其 能自動精確地保持盾構機開挖艙內的壓力與開挖面的水土壓力相平衡。
為解決上述技術問題，本實用新型包括壓縮空氣壓力控制系統(tǒng)和螺旋輸 送機轉速自動控制系統(tǒng)，所述的壓縮空氣壓力控制系統(tǒng)包括氣源，氣源輸出 口分成二路， 一路與氣源處理組件的進氣口連接， 一路與進氣調節(jié)閥總成的進 氣口連接，氣源處理組件的輸出口分成三路， 一路與壓力調節(jié)閥的進氣口連接， 一路與進氣調節(jié)閥總成的氣源輸入口連接， 一路與排氣調節(jié)閥總成的氣源輸入 口連接，壓力調節(jié)閥的輸出口分成二路， 一路與氣力控制器的氣源輸入口連接， 一路與氣體壓力變送器的氣源輸入口連接，氣力控制器的輸出口分成二路，一 路與排氣調節(jié)閥總成的信號輸入口連接， 一路與進氣調節(jié)閥總成的信號輸入口 連接，所述的螺旋輸送機轉速自動控制系統(tǒng)包括螺旋輸送機液壓控制系統(tǒng)， 螺旋輸送機液壓控制系統(tǒng)連接PLC可編程控制器，PLC可編程控制器連接開挖艙 土壓傳感器、液壓控制系統(tǒng)壓力傳感器和馬達轉速傳感器。排氣調節(jié)閥總成連接排氣消聲器。
一種盾構機開挖艙壓力平衡的自動控制系統(tǒng)還包括加泥漿系統(tǒng)。 本實用新型采用自動控制的壓縮空氣壓力控制系統(tǒng)和螺旋輸送機轉速自動
控制系統(tǒng)，使本實用新型根據盾構開挖艙的壓力，實時控制壓縮空氣充入或排
出開挖艙，以及控制螺旋輸送機從開挖艙內排出渣土，從而提高了盾構機的工
作效率。
圖1為本實用新型的結構示意圖。
圖2為本實用新型的壓縮空氣自動壓力控制系統(tǒng)結構示意圖。
圖3為本實用新型的螺旋輸送機轉速自動控制系統(tǒng)的電路原理圖。
圖4為本實用新型的傳感器位置圖。
圖5為本實用新型的螺旋輸送機轉速自動控制系統(tǒng)的PLC可編程控制器的 連線圖。
具體實施方式
如圖1、圖2以及圖4所示本實用新型的壓縮空氣壓力控制系統(tǒng)5，包括 安全閥502，氣體壓力變送器501，氣力控制器503，壓力調節(jié)閥504，氣源處 理組件505，氣源506，排氣消聲器507,排氣調節(jié)閥總成508，進氣調節(jié)閥總 成509。
安全閥502安裝在壓力隔墻4上，氣體壓力變送器501安裝在壓力隔墻4 上。排氣調節(jié)閥總成508安裝在壓力隔墻4上，進氣調節(jié)閥總成509安裝在壓 力隔墻4上。氣源506輸出口分成二路， 一路與氣源處理組件505的進氣口連 接， 一路與進氣調節(jié)閥總成509的進氣口連接。氣源處理組件505的輸出口分 成三路， 一路與壓力調節(jié)閥504的進氣口連接， 一路與進氣調節(jié)閥總成509的 氣源輸入口 Z2連接， 一路與排氣調節(jié)閥總成508的氣源輸入口 Z3連接。壓力 調節(jié)閥504的輸出口分成二路， 一路與氣力控制器503的氣源輸入口 Z連接， 一路與氣體壓力變送器501的氣源輸入口 Zl連接。氣力控制器503的輸出口 Y分 成二路， 一路與排氣調節(jié)閥總成508的信號輸入口E3連接， 一路與進氣調節(jié)閥 總成509的信號輸入口 E2連接。排氣消聲器507連接到排氣調節(jié)閥總成508的 出口 。氣力控制器503采用SAMSON的420系列PI氣力控制器。
安全閥502限制最高工作壓力，排出高壓氣體。氣體壓力變送器501是個 檢測變送元件，把檢測到的氣壓信號變?yōu)? lbar的氣壓控制信號。氣力控制 器503是PI控制器。由氣力控制器503把氣壓偏差控制信號傳到排氣調節(jié)閥總成508和進氣調節(jié)閥總成509，改變排氣調節(jié)閥總成508和進氣調節(jié)閥總成509 開啟度。壓力調節(jié)閥504用于調節(jié)供氣壓力。氣源處理組件505是由空氣過濾 器和減壓閩組成，保證壓力平穩(wěn)，過濾氣路中的水分。
如圖1、圖3、圖4以及圖5所示本實用新型的螺旋輸送機轉速自動控制系 統(tǒng)7,包括以工業(yè)電腦作為中央控制器的PLC可編程控制器701，開挖艙土壓傳 感器702，馬達轉速傳感器703，液壓控制系統(tǒng)壓力傳感器704，螺旋輸送機液 壓控制系統(tǒng)705。
開挖艙土壓傳感器702是個壓力傳感器，把檢測的土壓力變?yōu)殡娦盘杺鬟f 到PLC可編程控制器701。馬達轉速傳感器703把馬達的轉速變?yōu)殡娦盘杺鬟f到 PLC可編程控制器701。液壓控制系統(tǒng)壓力傳感器704把液壓控制系統(tǒng)的工作壓 力變?yōu)殡娦盘杺鬟f到PLC可編程控制器701。螺旋輸送機液壓控制系統(tǒng)—705用于 提供螺旋輸送機8旋轉的液壓動力。PLC可編程控制器701把接收到的信號進行 處理分析，實時地按設定的規(guī)律控制控制螺旋輸送機液壓控制系統(tǒng)705的工作 狀況，改變螺旋輸送機的轉速。
組裝后，開挖艙土壓傳感器702、馬達轉速傳感器703、液壓控制系統(tǒng)壓力 傳感器704與模擬輸入模板SM331相連，CP4431引出工業(yè)以太網與工業(yè)電腦相 連。PLC可編程控制器701實現(xiàn)對液壓控制系統(tǒng)705的控制。液壓控制系統(tǒng)705 是適合螺旋輸送機功能特點的動力系統(tǒng)，包括液壓泵站、控制閥、液壓馬達。 PLC可編程控制器701采用西門子S7-400型可編程控制器。
壓縮空氣壓力控制系統(tǒng)5和螺旋輸送機轉速自動控制系統(tǒng)7是兩個平行的 控制系統(tǒng)。壓縮空氣自動壓力控制系統(tǒng)5的反映速度快，螺旋輸送機轉速自動 控制系統(tǒng)7所引起的平衡偏差由壓縮空氣自動壓力控制系統(tǒng)5進行快速的調節(jié) 彌補。兩者相互結合，可以精確控制開挖艙壓力的平衡狀態(tài)。
加泥漿系統(tǒng)6采用現(xiàn)有技術，利用加泥漿系統(tǒng)通過刀盤2內的管路向開挖 面上加注泥漿，泥漿滲透到開挖面1形成一定抗?jié)B的泥膜，防止水和氣的逸失。
權利要求1.一種盾構機開挖艙壓力平衡的自動控制系統(tǒng)，其特征在于其包括壓縮空氣壓力控制系統(tǒng)(5)和螺旋輸送機轉速自動控制系統(tǒng)(7)，所述的壓縮空氣壓力控制系統(tǒng)(5)包括氣源，氣源(506)輸出口分成二路，一路與氣源處理組件(505)的進氣口連接，一路與進氣調節(jié)閥總成(509)的進氣口連接，氣源處理組件(505)的輸出口分成三路，一路與壓力調節(jié)閥(504)的進氣口連接，一路與進氣調節(jié)閥總成(509)的氣源輸入口連接，一路與排氣調節(jié)閥總成(508)的氣源輸入口連接，壓力調節(jié)閥(504)的輸出口分成二路，一路與氣力控制器(503)的氣源輸入口連接，一路與氣體壓力變送器(501)的氣源輸入口連接，氣力控制器(503)的輸出口(Y)分成二路，一路與排氣調節(jié)閥總成(508)的信號輸入口連接，一路與進氣調節(jié)閥總成(509)的信號輸入口連接，所述的螺旋輸送機轉速自動控制系統(tǒng)(7)包括螺旋輸送機液壓控制系統(tǒng)(705)，螺旋輸送機液壓控制系統(tǒng)連接PLC可編程控制器(701)，PLC可編程控制器連接開挖艙土壓傳感器(702)、液壓控制系統(tǒng)壓力傳感器(704)和馬達轉速傳感器(703)。
2. 根據權利要求l所述的一種盾構機開挖艙壓力平衡的自動控制系統(tǒng)，其 特征在于所述的排氣調節(jié)閥總成(508)連接排氣消聲器(507)P
3. 根據權利要求l所述的一種盾構機開挖艙壓力平衡的自動控制系統(tǒng)，其 特征在于所述的一種盾構機開挖艙壓力平衡的自動控制系統(tǒng)還包括加泥漿 系統(tǒng)(6)。
專利摘要本實用新型涉及一種盾構機開挖艙壓力平衡的自動控制系統(tǒng)，它包括壓縮空氣壓力控制系統(tǒng)和螺旋輸送機轉速自動控制系統(tǒng)，壓縮空氣壓力控制系統(tǒng)包括氣體壓力變送器，氣力控制器，壓力調節(jié)閥，氣源處理組件，氣源，排氣調節(jié)閥總成，進氣調節(jié)閥總成，螺旋輸送機液壓控制系統(tǒng)連接PLC可編程控制器，PLC可編程控制器連接開挖艙土壓傳感器、液壓控制系統(tǒng)壓力傳感器和馬達轉速傳感器。本實用新型能自動精確地保持盾構機開挖艙內的壓力與開挖面的水土壓力相平衡。
文檔編號E21D9/093GK201354640SQ20082023067
公開日2009年12月2日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權日2008年12月9日
發(fā)明者鍵 唐, 王柏松, 蒲小波 申請人:中鐵隧道集團隧道設備制造有限公司