一種盾構掘進出土量自動控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于盾構施工技術領域，特別是涉及一種盾構掘進出土量自動控制系統。
【背景技術】
[0002] 土壓平衡式盾構掘進機主要由盾體、刀盤、螺旋輸送機、推進裝置等構成。盾構掘 進機前部的密封擋板與刀盤、切口環以及螺旋輸送機形成密封艙。在工作過程中，推進液壓 缸驅動盾構掘進機向前推進，刀盤切削下的渣土填充密封艙和螺旋輸送機殼體內的空間， 形成的土壓來平衡開挖面土層的水土壓力，以保持開挖面土層的穩定、防止地表變形，渣土 通過螺旋輸送機排出盾體。在施工掘進過程中，需要使密封艙內的土壓和開挖面的水土壓 力保持動態平衡，如果密封艙內的土壓大于開挖面的水土壓力，地表將發生隆起，反之，如 果密封艙內的土壓小于開挖面的水土壓力，地表將發生沉陷。為實現土壓平衡，可通過實時 調節螺旋輸送機的轉速或調節液壓缸的推力，使盾構排土量和開挖量保持或接近平衡。
[0003] 但由于螺旋輸送機不一定時刻處于"滿載"狀態，只通過其轉速不能精確得到渣土 的輸出流量，這對密封艙壓力的精確控制產生一定影響。
【發明內容】
[0004] 本發明目的在于克服螺旋輸送機理論計算渣土流量與實際輸出流量存在的偏差 對密封艙壓力精確控制產生的影響，提供一種精確控制密封艙壓力的盾構掘進出土量自動 控制系統。
[0005] 本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：
[0006] -種盾構掘進出土量自動控制系統，包括控制器、推進液壓缸位移傳感器、密封艙 壓力傳感器、螺旋輸送機速度傳感器，其特征在于：其還包括渣土流量檢測裝置；
[0007] 所述推進液壓缸位移傳感器用于檢測推進液壓缸推進速度信號，并把信號傳輸給 控制器；
[0008] 所述密封艙壓力傳感器用于檢測密封艙內的渣土壓力信號，并把信號傳輸給控制 器；
[0009] 所述螺旋輸送機速度傳感器用于檢測螺旋輸送機轉速信號，并把信號傳輸給控制 器；
[0010] 所述渣土流量檢測裝置用于實時檢測渣土輸出流量信號，并把信號傳輸給控制 器；
[0011] 所述控制器根據接收到的推進液壓缸推進速度信號、密封艙內的渣土壓力信號、 螺旋輸送機轉速信號和渣土輸出流量信號，輸出推進液壓缸推進速度控制信號控制推進液 壓缸推進，輸出螺旋輸送機速度控制信號控制螺旋輸送機轉速，實現進入密封艙的渣土流 量和通過螺旋輸送機輸送出的渣土流量相平衡。
[0012] 其進一步特征在于：所述渣土流量檢測裝置設置在位于螺旋輸送機后部用于輸送 渣土的皮帶機上。
[0013] 進一步的：所述渣土流量檢測裝置包括重量傳感器和速度傳感器；所述重量傳感 器用于測量皮帶機固定承載面上的渣土重量，所述速度傳感器用于測量皮帶機的實時速 度。
[0014] 所述重量傳感器為杠桿式皮帶秤。
[0015] 本發明通過對現有盾構土壓平衡控制系統進行了改進，為克服螺旋輸送機理論計 算渣土流量與實際輸出流量存在的偏差對密封艙壓力精確控制產生的影響，在輸送渣土的 皮帶機上安裝皮帶秤，得以準確實時測得螺旋輸送機的瞬時渣土輸出量。從而實現基于渣 土實測輸出流量反饋的雙閉環盾構掘進出土量自動精確控制。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明控制原理示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 如圖1所示，土壓平衡式盾構掘進機主要由盾體、刀盤1、螺旋輸送機2、推進裝置 (推進液壓缸3)等構成。盾構掘進機前部的密封擋板7與刀盤1、切口環以及螺旋輸送機 2形成密封艙4。在工作過程中，推進液壓缸3驅動盾構掘進機向前推進，刀盤1切削下的 渣土填充密封艙4和螺旋輸送機2殼體內的空間，形成的土壓來平衡開挖面土層的水土壓 力，以保持開挖面土層的穩定、防止地表變形，渣土通過螺旋輸送機2排出盾體。在施工掘 進過程中，需要使密封艙4內的土壓和開挖面的水土壓力保持動態平衡，如果密封艙4內的 土壓大于開挖面的水土壓力，地表將發生隆起，反之，如果密封艙4內的土壓小于開挖面的 水土壓力，地表將發生沉陷。為實現土壓平衡，可通過實時調節螺旋輸送機2的轉速或調節 液壓缸3的推力，使盾構排土量和開挖量保持或接近平衡。
[0018] 將密封艙4看作一個封閉容器，進入該容器的渣土流量取決于盾構的推進速度， 而排出容器的渣土流量取決于螺旋輸送機2的結構參數和轉速，密封艙4的渣土流量連續 性方程為：
[0019]
[0020] 式中，qi為密封艙渣土的輸入流量，q。為密封艙渣土的輸出流量，C _為密封艙的 泄漏系數，pe為密封艙土壓力，P。為外界壓力（包括盾體前方的土壓力和水壓力），V e為密 封艙容積，ej%渣土的體積彈性模量，D為盾構外徑，v為盾構推進速度，q s為螺旋輸送機 排土效率，山為螺旋輸送機葉片直徑，d2為螺旋軸半徑，Ts為螺旋輸送機葉片螺距，為螺 旋輸送機驅動液壓馬達轉速，、為螺旋輸送機減速機減速比。
[0021] 忽略密封艙泄漏渣土的體積，可得到盾構密封艙土壓力變化差值為：
[0022]
[0023] 在盾構掘進過程中，密封艙壓力傳感器41實時測量密封艙4內的土壓，并與給定 的土壓值進行比較，以調整盾構的推力或螺旋輸送機2的轉速，完成密封艙4壓力的閉環控 制，實現土壓平衡。盾構的推進液壓缸3上裝有位移傳感器31，對所測得位移信號進行差分 后反饋到控制器5,實現對盾構推進速度的閉環控制。螺旋輸送機2上裝有轉速傳感器21， 可實時測得螺旋輸送機的轉速。
[0024] 由于螺旋輸送機2不一定時刻處于"滿載"狀態，只通過其轉速不能精確得到渣土 的輸出流量，為了實時測量螺旋輸送機2輸出渣土的流量，如圖1所示，在輸送渣土的皮帶 機6上安裝了皮帶秤61。皮帶秤61是采用杠桿原理設計的，在皮帶機的皮帶下面安裝杠桿 裝置，皮帶上面的渣土物料通過杠桿裝置的承載面時，會對承載面產生一定的壓力，通過杠 桿裝置將該壓力傳送到重量傳感器，并結合皮帶機6上的速度傳感器62測量的實時速度即 可得到皮帶機6上渣土的瞬時流量，從而得到螺旋輸送機2輸出渣土的瞬時流量。通過對 螺旋輸送機2輸出渣土流量的實時測量，完成對螺旋輸送機2轉速的閉環控制。
【主權項】
1. 一種盾構掘進出土量自動控制系統，包括控制器、推進液壓缸位移傳感器、密封艙壓 力傳感器、螺旋輸送機速度傳感器，其特征在于：其還包括渣土流量檢測裝置； 所述推進液壓缸位移傳感器用于檢測推進液壓缸推進速度信號，并把信號傳輸給控制 器； 所述密封艙壓力傳感器用于檢測密封艙內的渣土壓力信號，并把信號傳輸給控制器； 所述螺旋輸送機速度傳感器用于檢測螺旋輸送機轉速信號，并把信號傳輸給控制器； 所述渣土流量檢測裝置用于實時檢測渣土輸出流量信號，并把信號傳輸給控制器； 所述控制器根據接收到的推進液壓缸推進速度信號、密封艙內的渣土壓力信號、螺旋 輸送機轉速信號和渣土輸出流量信號，輸出推進液壓缸推進速度控制信號控制推進液壓缸 推進，輸出螺旋輸送機速度控制信號控制螺旋輸送機轉速，實現進入密封艙的渣土流量和 通過螺旋輸送機輸送出的渣土流量相平衡。2. 根據權利要求1所述的盾構掘進出土量自動控制系統，其特征在于：所述渣土流量 檢測裝置設置在位于螺旋輸送機后部用于輸送渣土的皮帶機上。3. 根據權利要求2所述的盾構掘進出土量自動控制系統，其特征在于：所述渣土流量 檢測裝置包括重量傳感器和速度傳感器；所述重量傳感器用于測量皮帶機固定承載面上的 渣土重量，所述速度傳感器用于測量皮帶機的實時速度。4. 根據權利要求3所述的盾構掘進出土量自動控制系統，其特征在于：所述重量傳感 器為皮帶秤。5. 根據權利要求4所述的盾構掘進出土量自動控制系統，其特征在于：所述皮帶秤為 杜桿式皮帶秤。
【專利摘要】本發明公布了一種盾構掘進出土量自動控制系統，包括控制器、推進液壓缸位移傳感器、密封艙壓力傳感器、螺旋輸送機速度傳感器，渣土流量檢測裝置。所述渣土流量檢測裝置包括皮帶秤和速度傳感器；根據皮帶機承重區域重量和皮帶機實時速度即可得到皮帶機上渣土的瞬時流量，從而得到螺旋輸送機2輸出渣土的瞬時流量。本發明通過對現有盾構土壓平衡控制系統進行了改進，為克服螺旋輸送機理論計算渣土流量與實際輸出流量存在的偏差對密封艙壓力精確控制產生的影響，在輸送渣土的皮帶機上安裝皮帶秤，得以準確實時測得螺旋輸送機的瞬時渣土輸出量。從而實現基于渣土實測輸出流量反饋的雙閉環盾構掘進出土量自動精確控制。
【IPC分類】E21D9/093
【公開號】CN105065012
【申請號】CN201510494323
【發明人】成鈺龍, 邵成猛, 梁凌, 胡浩睿, 張宗超
【申請人】中鐵十六局集團有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月12日