CN105134224A - 矩形盾构拼装机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种矩形盾构拼装机的控制方法，具有双机工作模式和单机工作模式，并且上述两种工作模式均具有自动拼装功能和手动拼装功能，从而可以使矩形盾构拼装机根据实际特点进行有效控制，具有实施效率提高、精度提高以及控制方便等优点。

Description

矩形盾构拼装机的控制方法

技术领域

本发明属于矩形盾构设备技术领域，主要涉及一种矩形盾构拼装机的控制方法。

背景技术

现有的盾构拼装设备通常包括两种，一种是圆形盾构拼装机，另一种是矩形盾构拼装机。

具体的，请参考图1和图2，图1为圆形盾构拼装机的侧视图；图2为圆形盾构拼装机的主视图。圆形盾构拼装机由回转盘体1、径向伸臂2、伸臂套筒3和拼装头4组成。圆形盾构拼装机在拼装管片时，由拼装头4上的夹紧油缸将待拼装管片夹紧，然后驱动回转盘体1至适当位置，最后通过径向伸臂2的伸出动作将待安装管片安装到位。

由上述安装过程可以看出，圆形盾构拼装机在进行管片拼装时，使用单台圆形盾构拼装机即可实现管片的拼装工作。通过控制各个液压阀的通断就可实现圆形盾构拼装机的全部动作。因此圆形盾构拼装机一般使用手持式控制器，通过控制器上的各个按键动作便可以对圆形盾构拼装机的各个动作进行控制。

请参考图3，图3为矩形盾构拼装机的结构示意图。矩形盾构拼装机由立柱5、立柱滑套6、横臂7、拼装头4和横臂滑套9组成。立柱滑套6安装在立柱5上，可以实现拼装机的上下移动功能，横臂7可以在横臂滑套9内滑动，可以实现拼装机的径向伸缩功能；在立柱滑套6和横臂滑套9之间设置了回转支承，可以带动矩形盾构拼装机进行旋转动作。矩形盾构拼装机在矩形盾构内的安装如图4所示。在矩形盾构10内部安装了两套。矩形盾构拼装机，分别为左拼装机总成12和右拼装机总成13。在拼装管片时，底块管片和封顶块管片由左拼装机总成12和右拼装机总成13通过双机抬吊的方式完成拼装，而左侧的管片由左拼装机总成负责拼装，右侧的管片由右拼装机总成13负责拼装。

从矩形盾构拼装机的管片拼装过程可以看出，矩形盾构拼装机的工作过程和圆形盾构拼装机的工作过程有很大的区别。首先，矩形盾构需要使用两台拼装机进行工作，在双机抬吊工作时对左拼装机总成12和右拼装机总成13之间的同步协调性要求较高。第二，矩形盾构拼装机不仅有双机工作模式，还有单机工作模式。在单机工作模式下，需要左拼装机总成12和右拼装机总成13完全独立，互不干涉影响。第三，矩形隧道内普遍空间比较狭小，施工人员无法全部检查管片在拼装时与其他部件的干涉情况，需要使用自动拼装功能以保证拼装安全和提高拼装效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矩形盾构拼装机的控制方法，能够提高矩形盾构拼装机的拼装效率并且具有精度高及控制方便等优点。

为了实现上述目的，本发明提出了一种矩形盾构拼装机的控制方法，包括双机工作模式和单机工作模式，所述双机工作模式适用于拼装管片时双机抬吊作业，所述单机工作模式适用于采用单台拼装机进行的作业；所述双机工作模式能切换至所述单机工作模式；所述双机工作模式和单机工作模式均设有自动拼装功能和手动拼装功能；所述自动拼装功能可切换至手动拼装功能。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，所述双机工作模式切换至所述单机工作模式的步骤包括：

在双机工作模式下通过中断进入单机工作模式，在单机工作模式下完成相关作业后，通过中断返回再次进入双机工作模式。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，无法在单机工作模式下直接切换至双机工作模式。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，所述自动拼装功能为矩形盾构拼装机按照控制程序预先确定的工序，自动完成管片的拼装。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，所述自动拼装机功能仅在管片准备开始拼装时使用。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，所述手动拼装功能为矩形盾构拼装机在管片拼装时，通过接收操作人员指令完成相应的拼装动作。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，所述自动拼装功能和手动拼装功能在应用中为互斥的功能。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，在自动拼装功能下，可随时停止自动拼装功能并切换至手动拼装功能。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，在所述自动拼装功能完成后，需要使用手动拼装功能对管片姿态进行微调。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，在使用所述手动拼装功能时，可通过操作人员观察控制拼装机的运动，还可通过手动输入具体数值控制拼装机的运动。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，在所述双机工作模式下和单机工作模式下均有自动复位至零位的功能，所述零位是指拼装机已抓紧管片准备拼装时的初始状态，所述自动复位零位功能仅在拼装机完成管片抓取后才可以使用。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，在所述双机工作模式下，两台拼装机同步上升或者下降，同步位移误差不大于±1mm，同步速度误差不大于±0.5mm/s。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，在单机工作模式下，两台拼装机为互斥的工作状态。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，当出现紧急停止信号时，拼装机所有动作停止，并锁定当前状态。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，所述拼装机的紧急停止状态用专用解除信号进行解除。

进一步的，在所述的矩形盾构拼装机的控制方法中，当所述紧急停止状态解除后，拼装机自动进入单机工作模式的手动拼装功能，在无输入时，拼装机继续保持当前状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：具有双机工作模式和单机工作模式，并且两者均具有自动拼装功能和手动拼装功能，从而可以使矩形盾构拼装机根据实际特点进行有效控制，具有实施效率提高、精度提高以及控制方便等优点。

附图说明

图1为圆形盾构拼装机的侧视图；

图2为圆形盾构拼装机的主视图；

图3为矩形盾构拼装机的结构示意图；

图4为矩形盾构拼装机在矩形盾构内的安装示意图；

图5为本发明一实施例中矩形盾构拼装机的控制方法的结构框图；

图6为本发明一实施例中矩形盾构拼装机在双机工作模式下切换至单机工作模式的流程图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的矩形盾构拼装机的控制方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在本实施例中，提出了一种矩形盾构拼装机的控制方法，包括双机工作模式和单机工作模式，所述双机工作模式适用于拼装管片时双机抬吊作业，所述单机工作模式适用于采用单台拼装机进行的作业；所述双机工作模式能切换至所述单机工作模式；所述双机工作模式和单机工作模式均设有自动拼装功能和手动拼装功能；所述自动拼装功能可切换至手动拼装功能。

由于矩形盾构拼装机与圆形盾构拼装机最大的差异在于矩形盾构使用两台拼装机，分别安装在矩形盾构内部的左右两侧，在安装底块管片和封顶块管片时，使用双机抬吊的方式将上述管片安装到位。在安装矩形隧道的侧块管片时，使用单台拼装机进行安装作业。因此，矩形盾构拼装机的控制方法主要分为单机工作模式和双机工作模式。

具体的，请参考图6，当拼装机控制系统启动后，系统等待用户选择使用双机工作模式还是单机工作模式。如果用户选择双机工作模式，则进入双机工作模式，进行双机工作模式的相关处理程序；如果用户选择单机工作模式，进入单机工作模式的相关处理程序。双机处理程序或者单机处理程序结束后，控制程序返回至工作模式选择处，等待用户新的输入。

在双机工作模式下为了能够操作单台拼装机抓取管片，可以使用中断切换至单机工作模式，如图6所示，在双机工作模式中，需要进行单独拼装机操作时，通过触发中断信号，拼装机控制系统进入单机工作模式，可以实现单台拼装机的操作，当完成操作后，触发中断返回信号，拼装机的控制系统返回至双机工作模式。直接在单机工作模式下拼装机不可切换至双机工作模式。

在单机工作模式下，可以对两台拼装机进行单独操作，为了保证施工安全，两台拼装机的操作呈互斥状态，即左拼装机工作时，右拼装机被锁定；而当右拼装机工作时，左拼装机被锁定。在双机工作模式下，两台拼装机同步上升和下降，相对位移误差低于±1mm，相对速度误差低于0.5mm/s。

在矩形隧道内进行管片拼装时，特别是在高宽比较小的矩形隧道内，在拼装侧块管片时，由于矩形隧道内空间狭小，仅靠人工难以对管片拼装过程进行全面观察，管片在拼装时的调整空间较小，调整管片的姿态和位置困难，很容易与待拼装的管片与已拼装的管片或者盾构机的内部部件发生碰撞，造成人员受伤或者设备损坏。在拼装机进行抓取管片或者局部姿态微调时，需要人工控制拼装机的各种动作以保证待拼装管片准确入位。因此，在拼装机的控制方法中，无论是单机工作模式还是双机工作模式都设置了自动拼装功能和手动拼装功能。

自动拼装功能是指拼装机控制系统按照程序预先设定的动作流程和运动参数，自动地将待拼装的管片基本上放置到位。整个过程无须人工参与，拼装精度高，不会发生碰撞和干涉，大大地提高了拼装效率和安全性。手动拼装功能是指拼装机按照操作人员的输入指令进行相应的动作，主要用于抓取管片和管片姿态微调。

自动拼装功能仅可以在完成待拼装管片抓取后，开始准备拼装待拼装管片时才可以使用，在其它状态时不可使用，而手动拼装功能在非自动拼装时均可使用。在管片自动拼装的过程中，可以停止自动拼装功能，而使用手动拼装功能。自动拼装功能和手动拼装功能在应用中为互斥的功能。

矩形盾构管片拼装机在准备进行管片拼装时，为了防止待拼装管片在进行旋转、平移等动作时与其它构件发生碰撞，一般对管片的初始姿态有要求。而各个待拼装管片的初始姿态是不同的，例如，封顶块管片需要两台拼装机的拼装头位于上部时才可以正常抓取管片，而底块管片则需要两台拼装机的拼装头全部在下部时才可以正常抓取管片。上述过程对于现场操作人员的要求较高，因此在拼装机的控制方法中设置了自动复位至初始状态的功能。

在双机工作模式下和单机工作模式下均有自动复位至零位的功能，所述零位是指拼装机已抓紧管片准备拼装时的初始状态，所述自动复位零位功能仅在拼装机完成管片抓取后才可以使用。自动复位至初始状态是指拼装机控制系统根据程序设定的初始状态，自动控制拼装机运动至相应的初始位置，即准备拼装的初始位置。自动复位功能仅在拼装机完成抓取管片后才可以使用，其它情况不可使用。上述过程将大大降低对现场操作人员的要求，并且可以实现高效精确。

拼装机在手动模式下进行管片微调或者姿态调整时，经常需要根据实际情况要求拼装机进行小范围的频繁动作。点动功能虽然可以满足上述要求，但由于拼装机此时处于满载状态，待拼装管片的惯性大，过于频繁的点动动作容易造成拼装机系统的刹车功能损害，同时由于拼装机的液压系统存在一定的响应滞后，点动功能不能很好地解决上述问题。在一些需要具体运动数值的场合，点动功能更不能有效地解决上述问题，基于以上考虑，拼装机的控制方法中装备了手动输入数值功能。

拼装机的手动输入数值功能是指拼装机可以按照用户输入的数值进行相应的动作，例如用户选择了旋转功能，输入具体的旋转数值后，拼装机可以按照用户输入的数值自动旋转至预定的位置，上述功能将极大地方便现场拼装管片作业。

在拼装机的任何工作状态，当出现紧急停止信号时，拼装机的所有动作停止，所有操作均无效，拼装机的状态锁定。拼装机的紧急停止状态只有使用专用解除信号才能实现紧急停止信号解除。紧急停止状态解除后，拼装机自动进入单机工作模式的手动拼装功能，在无输入时，拼装机的状态仍然保持。

为了方便理解，以下将对各种模式进行详细的介绍。

一、双机工作模式

双机工作模式主要针对于底块管片和封顶块管片的拼装过程，两种拼装方法类似，以底块管片的拼装过程为例。

1)选择双机工作模式；

2)安装拼装机与管片吊点之间的连接销；

3)先按下“自动复位”按钮，再选择“底块管片”后，自动复位信号触发，两台拼装机自动恢复至初始状态，到达信号S0；

4)两台拼装机状态保持，夹紧油缸开始夹紧管片，到位信号S1；

5)选择手动拼装功能，触发手动信号S2；

6)信号S0、S1和S2共同触发报警信号，定时器T1启动；

7)定时器T1信号触发，拼装机控制器操作有效；

8)手动控制拼装机上升；

9)手动控制拼装机下降，达到信号S2-1；

10)信号S2-1触发，此时底块管片已经初步安装到位，双机工作模式结束；

11)选择单机工作模式，拼装机切换至单机模式；

12)利用两台拼装机上的调整油缸分别对底块管片的姿态和位置进行微调，并判断管片拼装是否到位，若未到位，则继续微调，直至管片拼装到位，并发出到位信号S3；

13)信号S3触发，单机工作模式结束。

二、单机工作模式

单机工作模式对应于操作单台拼装机进行动作的过程。在拼装侧块管片时，将控制系统切换至单机工作模式，两台拼装机呈互斥状态。当按下“左拼装机”时，可以对左拼装机进行独立操作，右拼装机无法操作；当按下“右拼装机”时，可以对右拼装机进行操作，左拼装机无法工作。以侧下块管片的拼装为例。

1)选择“单机工作模式”；

2)安装拼装机与管片吊点之间的连接销，选择“左拼装机”，产生信号PXL；左拼装机操作有效，右拼装机操作无效；

3)先按下“自动复位”按钮，再选择“侧下管片”后，管片拼装机首先复位至拼装零位，拼装机的竖直位移、横臂倾斜角度和倾斜方向均按照程序中预定的数值，此工位定位为S0；

4)拼装机状态保持，夹紧油缸开始夹紧管片，到位信号S1；

5)选择手动拼装模式，触发手动拼装信号S2；

6)在信号PXL、S0、S1和S2的共同作用下，报警信号触发，定时器T1启动；

7)定时器信号T1触发，拼装机控制器操作有效；

8)手动控制拼装机旋转至预定位置；

9)手动控制拼装机下降至预定位置；

10)手动控制拼装机径向伸出至预定位置；

11)手动微调管片姿态至到位状态，产生结束信号S3；

12)信号S3触发，单机工作模式结束。

三、侧下块管片的自动拼装过程为例。

1)选择“单机工作模式”，选择“左拼装机”，产生信号PXL，左拼装机操作有效，右拼装机操作无效；

2)安装管片吊点的连接销；

3)先按下“自动复位”按钮，再选择“侧下管片”后，管片拼装机首先复位至拼装零位，拼装机的竖直位移、横臂倾斜角度和倾斜方向均按照程序中预定的数值，此工位定位为S0；

4)拼装机状态保持，拼装头夹紧油缸夹紧管片，完成信号S1；

5)选择自动拼装，触发自动拼装信号A1；

6)信号PXL、S0、S1和A1共同触发报警信号，延时定时器T1启动，准备开始自动拼装；

7)T1信号触发，拼装机按照程序给定的旋转角度和方向进行管片旋转动作，当旋转到位后，到位信号ROT；

8)ROT信号触发，拼装机按照程序给定的位移值和方向进行管片下降动作，到位后产生到位信号DIS；

9)DIS信号触发，拼装机按照程序给定的数值进行横臂径向伸出动作，到位信号ETD；

10)ETD信号触发，自动拼装结束，转入手动功能；

11)手动微调管片姿态至到位状态，产生到位信号S2。

四、自动复位功能

双机工作模式下的自动复位流程如下。

1)选择双机工作模式；

2)在控制器上按下“中断进入”键，触发中断信号INT，拼装机进入单机工作模式；

3)分别调整左右两台拼装机，安装管片两端吊点的连接销；

4)完成后在控制器上按下“中断返回”，触发控制器上的中断返回信号RTN；

5)在中断返回信号RTN的作用下，拼装机控制系统返回至双机工作模式；

6)在控制器上按下“自动复位”键，触发自动复位信号，拼装机自动调整至按照程序设定的姿态，完成后产生信号S0。

单机工作模式下的自动复位流程如下。

1)选择“单机工作模式”，选择“左拼装机”，产生信号PXL，左拼装机操作有效，右拼装机操作无效；

2)安装管片吊点的连接销；

3)先按下“自动复位”按钮，再选择“侧下管片”后，管片拼装机首先复位至拼装零位，拼装机的竖直位移、横臂倾斜角度和倾斜方向均按照程序中预定的数值，此工位定位为S0；

五、手动输入功能

在手动拼装过程中，如果需要实现拼装机进行定量运动，例如顺时针旋转12.5度，在控制器的输入界面内选择旋转功能，然后输入+12.5，然后点击确认，则拼装机实现顺时针旋转12.5度。如果需要逆时针旋转2度，在控制的输入界面内输入-2，然后点击确认，则拼装机可以实现逆时针旋转2度。其它升降和伸出与此类似，伸出动作以全缩为零点，因此，不存在负值。

综上，在本发明实施例提供的矩形盾构拼装机的控制方法中，具有双机工作模式和单机工作模式，并且两者均具有自动拼装功能和手动拼装功能，从而可以使矩形盾构拼装机根据实际特点进行有效控制，具有实施效率提高、精度提高以及控制方便等优点。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，包括双机工作模式和单机工作模式，所述双机工作模式适用于拼装管片时双机抬吊作业，所述单机工作模式适用于采用单台拼装机进行的作业；所述双机工作模式能切换至所述单机工作模式；所述双机工作模式和单机工作模式均设有自动拼装功能和手动拼装功能；所述自动拼装功能可切换至手动拼装功能。

2.如权利要求1所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，所述双机工作模式切换至所述单机工作模式的步骤包括：

在双机工作模式下通过中断进入单机工作模式，在单机工作模式下完成相关作业后，通过中断返回再次进入双机工作模式。

3.如权利要求2所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，无法在单机工作模式下直接切换至双机工作模式。

4.如权利要求1所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，所述自动拼装功能为矩形盾构拼装机按照控制程序预先确定的工序，自动完成管片的拼装。

5.如权利要求4所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，所述自动拼装机功能仅在管片准备开始拼装时使用。

6.如权利要求1所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，所述手动拼装功能为矩形盾构拼装机在管片拼装时，通过接收操作人员指令完成相应的拼装动作。

7.如权利要求1所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，所述自动拼装功能和手动拼装功能在应用中为互斥的功能。

8.如权利要求1所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，在自动拼装功能下，可随时停止自动拼装功能并切换至手动拼装功能。

9.如权利要求1所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，在所述自动拼装功能完成后，需要使用手动拼装功能对管片姿态进行微调。

10.如权利要求1所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，在使用所述手动拼装功能时，可通过操作人员观察控制拼装机的运动，还可通过手动输入具体数值控制拼装机的运动。

11.如权利要求1所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，在所述双机工作模式下和单机工作模式下均有自动复位至零位的功能，所述零位是指拼装机已抓紧管片准备拼装时的初始状态，所述自动复位零位功能仅在拼装机完成管片抓取后才可以使用。

12.如权利要求1所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，在所述双机工作模式下，两台拼装机同步上升或者下降，同步位移误差不大于±1mm，同步速度误差不大于±0.5mm/s。

13.如权利要求1所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，在单机工作模式下，两台拼装机为互斥的工作状态。

14.如权利要求1所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，当出现紧急停止信号时，拼装机所有动作停止，并锁定当前状态。

15.如权利要求14所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，所述拼装机的紧急停止状态用专用解除信号进行解除。

16.如权利要求15所述的矩形盾构拼装机的控制方法，其特征在于，当所述紧急停止状态解除后，拼装机自动进入单机工作模式的手动拼装功能，在无输入时，拼装机继续保持当前状态。