CN103806486A - 一种双轮铣铣刀架自动进给控制方法、系统和控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双轮铣铣刀架自动进给控制方法、系统和控制器。其中，测力传感器配置于测力；控制器根据钢丝绳的拉力以及设定值来控制钢丝绳的进给状态。本发明能够有效防止钢丝绳的过卷现象，有利于双轮铣铣刀架的姿态控制，不容易发生倾斜，同时也提高施工效率。

Description

一种双轮铣铣刀架自动进给控制方法、系统和控制器

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种双轮铣铣刀架自动进给控制方法、系统和控制器。

背景技术

随着国内各地城市地铁等大型建筑施工的实施，保持地下土压平衡的连续墙施工机械——双轮铣，越来越多地被引进及采用。双轮铣在施工过程中，由于其施工工艺的特殊性，要求铣刀架在进给时边工作边下放，这就对卷扬钢丝绳的下放长度有一定的要求，卷扬下放过长有可能造成钢丝绳的过卷现象，不利于铣刀架姿态控制；下放过短会影响施工效率。

目前，双轮铣铣刀架进给控制方法一般为手动方式，即铣刀架开始进给工作时，操作人员下放一定距离的卷扬钢丝绳，当下放钢丝绳距离过长时，有可能造成过卷现象，并且无法控制铣刀架垂直的姿态，此时操作人员需上升卷扬钢丝绳；当下放钢丝绳距离过短时，钢丝绳拉力将影响铣刀架的进给从而影响其施工进度，因此双轮铣的进给工作基本是操作人员凭借经验与目测来进行判断，因而存在钢丝绳下放过长或过短的现象。

发明内容

本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。

本发明的第一方面提供一种双轮铣铣刀架自动进给控制方法，包括：

获取钢丝绳的拉力；

根据钢丝绳的拉力以及设定值来控制钢丝绳的进给状态。

进一步，包括：

设定值包括拉力上限和/或拉力下限；

其中，

拉力大于拉力上限，钢丝绳下降；

拉力小于拉力下限，钢丝绳上升；和/或

拉力大于等于拉力下限且小于等于拉力上限，钢丝绳保持原状态。

进一步，包括：

设定值包括支撑力上限和/或支撑力下限；

其中，根据钢丝绳的拉力计算得到地面支撑力，

地面支撑力大于支撑力上限，钢丝绳上升；

地面支撑力小于支撑力下限，钢丝绳下降；和/或

地面支撑力大于等于支撑力下限且小于等于支撑力上限，钢丝绳保持原状态。

进一步，包括：

钢丝绳下降或钢丝绳上升设定长度的距离。

进一步，包括：

获取经直接测量得到的钢丝绳的拉力；或者

获取经测量得到的与钢丝绳的拉力F方向成α角度的剪切力σ，根据F=σcosα计算得到钢丝绳的拉力。

本发明的第二方面提供一种双轮铣铣刀架自动进给控制器，包括：

获取单元，配置于获取钢丝绳的拉力；

控制单元，耦合于获取单元，钢丝绳的拉力以及设定值来控制钢丝绳的进给状态。

进一步，包括：

设定值包括拉力上限和/或拉力下限；

其中，

拉力大于拉力上限，钢丝绳下降；

拉力小于拉力下限，钢丝绳上升；和/或

拉力大于等于拉力下限且小于等于拉力上限，钢丝绳保持原状态。

进一步，包括：

设定值包括支撑力上限和/或支撑力下限；

其中，根据钢丝绳的拉力计算得到地面支撑力，

地面支撑力大于支撑力上限，钢丝绳上升；

地面支撑力小于支撑力下限，钢丝绳下降；和/或

地面支撑力大于等于支撑力下限且小于等于支撑力上限，钢丝绳保持原状态。

进一步，包括：

钢丝绳下降或钢丝绳上升设定长度的距离。

进一步，包括：

获取经直接测量得到的钢丝绳的拉力；或者

获取经测量得到的与钢丝绳的拉力F方向成α角度的剪切力σ，根据F=σcosα计算得到钢丝绳的拉力。

本发明的第三方面提供一种双轮铣铣刀架自动进给控制系统，包括：控制器以及测力传感器，其中，测力传感器配置于测力，并传送给控制器。

进一步，包括：

测力传感器为应变式测力传感器，安装在缠绕有钢丝绳的卷扬上，直接测量出钢丝绳的拉力，并传送给控制单元；或者

测力传感器为销轴传感器，与滑轮同轴安装，测得与钢丝绳的拉力F方向成α角度的剪切力σ，将剪切力传送给控制单元。

本发明中双轮铣铣刀架的上升和下降实现了自动控制，能够有效防止手动操作时由于卷扬下放的过长而造成钢丝绳的过卷现象，并且也提高施工效率。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1是根据本公开的一方面的双轮铣铣刀架自动进给控制系统的结构示意图。

图2是根据本公开的一方面的双轮铣铣刀架进给过程受力图。

图3是根据本公开的一方面的双轮铣铣刀架进给过程受力曲线图。

图4是根据本公开的一方面的双轮铣铣刀架自动进给控制器的结构示意图。

图5是根据本公开的一方面的拉力F与剪切力σ的示意图。

图6是根据本公开的另一方面的双轮铣铣刀架自动进给控制系统的结构示意图。

图7是根据本公开的一方面的双轮铣铣刀架自动进给控制方法的流程图。

图8是根据本公开的另一方面的双轮铣铣刀架自动进给控制方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1是根据本公开的一方面的双轮铣铣刀架自动进给控制系统的结构示意图。该系统包括测力传感器102和控制器106。其中，控制器106的具体结构将参照图4进行详细说明。为便于说明，图1中还示出了卷扬101、钢丝绳103、滑轮104、以及双轮铣铣刀架105。

钢丝绳103一端缠绕在卷扬101上，钢丝绳103另一端通过双轮铣鹅头上的滑轮104与双轮铣铣刀架105连接，通过卷扬101带动钢丝绳103从而控制双轮铣铣刀架105的上升与下降。

图2是根据本公开的一方面的双轮铣铣刀架进给过程受力图。

双轮铣是利用铣刀架在地面开一方槽，双轮铣铣刀架在进给过程中所受的力包括自身重力G、地面支撑力N、以及钢丝绳的拉力F，其关系式为G=F+N。

图3是根据本公开的一方面的双轮铣铣刀架进给过程受力曲线图。该图中示出了地面支撑力N随着时间线性减小、钢丝绳的拉力F随着时间线性增加的情况。本领域的技术人员应该理解，上述示例只是用于说明，只要满足G=F+N即可。例如，地面支撑力N可以随着时间非线性减小，例如斜率逐渐变小的减小，相应地，钢丝绳的拉力F随着时间非线性增加，例如呈现斜率逐渐变小的增加。

重力G不变，且G=F+N，地面支撑力N的大小将影响双轮铣铣刀架的进给速度。

如果地面支撑力N越大、钢丝绳拉力F越小，则双轮铣铣刀架的进给速度越快，钢丝绳下放距离过长，有可能造成过卷现象，并且无法控制铣刀架垂直的姿态，此时需上升卷扬钢丝绳，即，减小地面支撑力N、增大钢丝绳拉力F；

如果地面支撑力N越小、钢丝绳拉力F越大，则双轮铣铣刀架的进给速度越慢，钢丝绳下放距离过短，影响铣刀架的进给从而影响其施工进度，此时需下降卷扬钢丝绳，即，增大地面支撑力N、减小钢丝绳拉力F。

因此，可以根据钢丝绳的拉力F、地面支撑力N来控制钢丝绳的进给状态，例如，上升或下降钢丝绳。

如图1所示，测力传感器102用于测力（如图1中虚线所示，以表明测力传感器是获取与钢丝绳有关的力），并传送给控制器106。由控制器106获取钢丝绳的拉力，并根据钢丝绳的拉力以及设定值来控制钢丝绳的进给状态。控制器106可以放在控制柜中或者其他期望的地方，只要能够与测力传感器102进行通信连接即可。其中，测力传感器102与控制器之间可以是有线连接，例如电线和/或数据线连接；测力传感器102与控制器之间也可以是无线连接，例如通过无线通信技术连接。

本公开能够实现双轮铣进给工作的自动控制，使靠手动控制进给的操作人员得到解放，消除由于人为因素带来的误操作，提高了工作效率，且结构简单，易于实现。

图4是根据本公开的一方面的双轮铣铣刀架自动进给控制器的结构示意图。

获取单元401，配置于获取钢丝绳的拉力。

控制单元403，耦合于获取单元401，钢丝绳的拉力以及设定值来控制钢丝绳的进给状态。

根据本公开的一方面，通过将钢丝绳的拉力与设定值进行比较来控制钢丝绳的进给状态，可以有效防止手动操作过程中由于钢丝绳下放的过长而造成的过卷现象，也可以防止由于钢丝绳下放的过短而影响施工效率。

在本公开的一方面，设定值为拉力设定值，包括拉力上限F_上和/或拉力下限F_下。其中：

拉力F大于拉力上限F_上，钢丝绳下降；

拉力F小于拉力下限F_下，钢丝绳上升；和/或

拉力F大于等于拉力下限F_下且小于等于拉力上限F_上，钢丝绳保持原状态。

如果F>F_上，钢丝绳拉力F较大、地面支撑力N较小，进而双轮铣铣刀架的施工速度较低，因此效率较低，而通过将钢丝绳下降，即双轮铣铣刀架下降，能够使得拉力F逐渐减小、地面支撑力N逐渐增大，从而增加双轮铣铣刀架的进给速度，提高施工效率。

如果F<F_下，钢丝绳拉力F较小、地面支撑力N较大，钢丝绳容易产生过卷现象，也不利于双轮铣铣刀架的姿态控制，容易发生倾斜，而通过将钢丝绳上升，即双轮铣铣刀架上升，能够使得拉力F逐渐增大、地面支撑力N逐渐减小，进而能够防止钢丝绳过卷现象的发生，有利于双轮铣铣刀架的姿态控制，不容易发生倾斜现象。

如果F_下≤F≤F_上，钢丝绳可以保持原状态，既不上升也不下降。双轮铣铣刀架处于最优工作状态，既保证了较高的工作效率，又防止了钢丝绳的过卷现象，有利于双轮铣铣刀架的姿态控制，不容易发生倾斜现象。

因此，可以根据钢丝绳的拉力以及拉力设定值控制钢丝绳的进给状态。其中，拉力设定值F_上、F_下可以预先设置，也可以根据实际情况进行获取，例如，从本地或者远端服务器处获取。此外，该拉力设定值也可以根据需要进行修改。

在本公开的一方面，设定值为支撑力设定值，包括支撑力上限N_上和/或支撑力下限N_下。其中，根据钢丝绳的拉力计算得到地面支撑力。即，根据G=F+N，则N=G-F，由于自身重力G可知，且可获取钢丝绳的拉力F，所以可计算得到地面支撑力N。

地面支撑力N大于支撑力上限N_上，钢丝绳上升；

地面支撑力N小于支撑力下限N_下，钢丝绳下降；和/或

地面支撑力N大于等于支撑力下限N_下且小于等于支撑力上限N_上，钢丝绳保持原状态。

如果N>N_上，地面支撑力N较大、钢丝绳拉力F较小，钢丝绳容易产生过卷现象，也不利于双轮铣铣刀架的姿态控制，容易发生倾斜，而通过将钢丝绳上升，即双轮铣铣刀架上升，能够使得地面支撑力N逐渐减小、拉力F逐渐增大，进而能够防止钢丝绳过卷现象的发生，有利于双轮铣铣刀架的姿态控制，不容易发生倾斜现象。

如果N<N_下，地面支撑力N较小、钢丝绳拉力F较大，进而双轮铣铣刀架的施工速度较低，因此效率较低，而通过将钢丝绳下降，即双轮铣铣刀架下降，能够使得地面支撑力N逐渐增大、拉力F逐渐减小，从而增加双轮铣铣刀架的进给速度，提高施工效率。

如果N_下≤N≤N_上，钢丝绳可以保持原状态，既不上升也不下降。双轮铣铣刀架处于最优工作状态，既保证了较高的工作效率，又防止了钢丝绳的过卷现象，有利于双轮铣铣刀架的姿态控制，不容易发生倾斜现象。

因此，可以根据钢丝绳的拉力计算得到地面支撑力，并根据地面支撑力以及支撑力设定值控制钢丝绳的进给状态。其中，支撑力设定值N_上、N_下可以预先设置，也可以根据实际情况进行获取，例如，从本地或者远端服务器处获取。此外，该支撑力设定值也可以根据需要进行修改。

在本公开的一方面，钢丝绳下降或钢丝绳上升设定长度的距离。

控制单元可以向控制卷扬的电机发送控制信号，通过卷扬带动钢丝绳下降或上升。控制单元与卷扬101之间可以是有线连接，例如电线和/或数据线连接；控制单元与卷扬101之间可以是无线连接，例如通过无线通信技术连接。其中，卷扬可以使用步进电机，其属于点动式释放，即，控制单元向控制卷扬的电机发送控制信号，该电机控制卷扬转动固定角度，从而带动钢丝绳下降或钢丝绳上升设定长度的距离。这里所说的设定长度可以进行更改。例如，对现有的电机进行重新设置，或者更换其他类型的电机。每次下降固定长度的距离，这样可以最大程度上避免一次性释放钢丝绳过长而造成的双轮铣铣刀架的姿态倾斜。每次上升固定长度的距离，这样可以防止钢丝绳一次性上升过长而导致钢丝绳过短而影响施工进度。

在本公开的一方面，测力传感器102可以是应变式测力传感器。应变式测力传感器安装在卷扬101上，测量出钢丝绳的拉力，并传送给控制单元，即控制单元可以从应变式测力传感器获取经直接测量得到的钢丝绳的拉力。相对于其他昂贵的传感器，应变式测力传感器价格低廉，易于安装维护。

在本公开的一方面，测力传感器102可以是销轴传感器。销轴传感器通过与滑轮同轴安装来测得剪切力，并将剪切力传送给控制单元，由控制单元通过角度换算得到钢丝绳所受的拉力。

图5是根据本公开的一方面的拉力F与剪切力σ的示意图。如图所示，拉力F与剪切力σ之间的夹角为α，则钢丝绳的拉力F=σcosα。即，销轴传感器201测得与钢丝绳的拉力F方向成α角度的剪切力σ，将剪切力传送给控制单元，控制单元获取经测量得到的与钢丝绳的拉力F方向成α角度的剪切力σ，根据F=σcosα计算得到钢丝绳的拉力。

图6是根据本公开的另一方面的双轮铣铣刀架自动进给控制系统的结构示意图。该系统包括卷扬101、测力传感器102、钢丝绳103、滑轮104、双轮铣铣刀架105、以及控制器106。

测力传感器102是应变式测力传感器，如图6所示，安装在卷扬101上，用于测量出钢丝绳的拉力，并传送给控制器106。

控制器106判断拉力F是否大于等于拉力下限F_下且小于等于拉力上限F_上，即F_下≤F≤F_上，如果是，控制器106不需要进行控制，钢丝绳保持原状态。否则，控制器106判断拉力F是否大于拉力上限F_上，如果是，即F>F_上，控制器106向控制卷扬的电机发送控制信号，通过卷扬带动钢丝绳下降设定长度的距离。否则，即F<F_下，控制器106向控制卷扬的电机发送控制信号，通过卷扬带动钢丝绳上升设定长度的距离。

上述将拉力与其限值进行比较的步骤不分先后，即，可以先判断是否F_下≤F≤F_上，也可以先判断是否F<F_下或F>F_上。类似的，将地面支撑力与其限值进行比较的步骤也不分先后。这里只是用于举例说明，不应理解为对本发明的限制。

图7是根据本公开的一方面的双轮铣铣刀架自动进给控制方法的流程图。

在步骤701，获取钢丝绳的拉力。

在步骤702，根据钢丝绳的拉力以及设定值来控制钢丝绳的进给状态。

本公开通过将钢丝绳的拉力与设定值进行比较来控制钢丝绳的进给状态，可以有效防止手动操作过程中由于钢丝绳下放的过长而造成的过卷现象，也可以防止由于钢丝绳下放的过短而影响施工效率。

图8是根据本公开的另一方面的双轮铣铣刀架自动进给控制方法的流程图。

在步骤801，测力传感器102是应变式测力传感器，安装在卷扬101上，用于测量出钢丝绳的拉力F，并传送给控制器106。

在步骤802，控制器106判断拉力F是否大于等于拉力下限F_下且小于等于拉力上限F_上，即F_下≤F≤F_上，如果是，继续步骤803，否则，继续步骤804。

在步骤803，控制器106不需要进行控制，钢丝绳保持原状态。

在步骤804，控制器106判断拉力F是否大于拉力上限F_上，如果是，即F>F_上，继续步骤805，否则，即F<F_下，继续步骤806。

在步骤805，控制器106向控制卷扬的电机发送控制信号，通过卷扬带动钢丝绳下降设定长度的距离。

在步骤806，控制器106向控制卷扬的电机发送控制信号，通过卷扬带动钢丝绳上升设定长度的距离。

上述将拉力与其限值进行比较的步骤不分先后，即，可以先判断是否F_下≤F≤F_上，也可以先判断是否F<F_下或F>F_上。类似的，将地面支撑力与其限值进行比较的步骤也不分先后。这里只是用于举例说明，不应理解为对本发明的限制。

至此，已经详细描述了根据本发明的双轮铣铣刀架自动进给控制装置和方法。通过本发明，可以实现双轮铣铣刀架的自动进给控制，代替了现有技术中的手动控制，自动化程度更高。根据本发明，能够有效防止手动操作时由于卷扬下放的过快或过长而造成钢丝绳的过卷现象，有利于双轮铣铣刀架的姿态控制，不容易发生倾斜，同时也提高施工效率。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种双轮铣铣刀架自动进给控制方法，其特征在于，包括：

获取钢丝绳的拉力；

根据钢丝绳的拉力以及设定值来控制钢丝绳的进给状态。

2.根据权利要求1所述双轮铣铣刀架自动进给控制方法，其特征在于，包括：

设定值包括拉力上限和/或拉力下限；

其中，

拉力大于拉力上限，钢丝绳下降；

拉力小于拉力下限，钢丝绳上升；和/或

拉力大于等于拉力下限且小于等于拉力上限，钢丝绳保持原状态。

3.根据权利要求1所述双轮铣铣刀架自动进给控制方法，其特征在于，包括：

设定值包括支撑力上限和/或支撑力下限；

其中，根据钢丝绳的拉力计算得到地面支撑力，

地面支撑力大于支撑力上限，钢丝绳上升；

地面支撑力小于支撑力下限，钢丝绳下降；和/或

地面支撑力大于等于支撑力下限且小于等于支撑力上限，钢丝绳保持原状态。

4.根据权利要求2或3所述双轮铣铣刀架自动进给控制方法，其特征在于，包括：

钢丝绳下降或钢丝绳上升设定长度的距离。

5.根据权利要求1所述双轮铣铣刀架自动进给控制方法，其特征在于，包括：

获取经直接测量得到的钢丝绳的拉力；或者

获取经测量得到的与钢丝绳的拉力F方向成α角度的剪切力σ，根据F=σcosα计算得到钢丝绳的拉力。

6.一种双轮铣铣刀架自动进给控制器，其特征在于，包括：

获取单元，配置于获取钢丝绳的拉力；

控制单元，耦合于获取单元，钢丝绳的拉力以及设定值来控制钢丝绳的进给状态。

7.根据权利要求6所述双轮铣铣刀架自动进给控制器，其特征在于，包括：

设定值包括拉力上限和/或拉力下限；

其中，

拉力大于拉力上限，钢丝绳下降；

拉力小于拉力下限，钢丝绳上升；和/或

拉力大于等于拉力下限且小于等于拉力上限，钢丝绳保持原状态。

8.根据权利要求6所述双轮铣铣刀架自动进给控制器，其特征在于，包括：

设定值包括支撑力上限和/或支撑力下限；

其中，根据钢丝绳的拉力计算得到地面支撑力，

地面支撑力大于支撑力上限，钢丝绳上升；

地面支撑力小于支撑力下限，钢丝绳下降；和/或

地面支撑力大于等于支撑力下限且小于等于支撑力上限，钢丝绳保持原状态。

9.根据权利要求7或8所述双轮铣铣刀架自动进给控制器，其特征在于，包括：

钢丝绳下降或钢丝绳上升设定长度的距离。

10.根据权利要求6所述双轮铣铣刀架自动进给控制器，其特征在于，包括：

获取经直接测量得到的钢丝绳的拉力；或者

获取经测量得到的与钢丝绳的拉力F方向成α角度的剪切力σ，根据F=σcosα计算得到钢丝绳的拉力。

11.一种双轮铣铣刀架自动进给控制系统，其特征在于，包括：根据权利要求6至8任一所述双轮铣铣刀架自动进给控制器以及测力传感器，其中，测力传感器配置于测力，并传送给控制器。

12.根据权利要求11所述双轮铣铣刀架自动进给控制系统，其特征在于，包括：

测力传感器为应变式测力传感器，安装在缠绕有钢丝绳的卷扬上，直接测量出钢丝绳的拉力，并传送给控制单元；或者

测力传感器为销轴传感器，与滑轮同轴安装，测得与钢丝绳的拉力F方向成α角度的剪切力σ，将剪切力传送给控制单元。

Images