CN107420110B - 一种盾构机刀盘冲刷喷口防堵装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种盾构机刀盘冲刷喷口防堵装置及控制方法，本装置包括主路，主路分为第一支路、第二支路和第三支路，主路上设有泵，第一支路上设有第一球阀，并且第一支路连通至第一喷口，第二支路上设有第二球阀，并且第二支路连通至第二喷口，第三支路上设有第三球阀，并且第三支路连通至第三喷口。本发明的有益效果：在泵的运行过程中，一直巡查各个喷口的堵塞情况，并自动加大对堵塞喷口的冲洗力度，使得对堵塞喷口的冲洗实现了自动化。

Description

一种盾构机刀盘冲刷喷口防堵装置及控制方法

技术领域

本发明涉及盾构机领域，特别是指一种盾构机刀盘冲刷喷口防堵装置及控制方法。

背景技术

盾构机在掘进过程中，刀盘冲刷喷口间歇性的开启，导致喷口易堵塞，使得缓解刀盘结泥饼功能丧失。常规盾构为解决这一问题，在各喷口支路安装流量监测装置，用以判断喷口是否堵塞，由于人为原因，不能在喷口堵塞时及时采取措施增大该支路的冲刷力度将喷口冲开，尤其是当喷口内渣土板结在喷口壁上时，导致整个掘进区间内喷口都不能打开，即便地层条件改善，喷口周围泥饼也不能冲掉。

发明内容

本发明提出一种盾构机刀盘冲刷喷口防堵装置及控制方法，解决了现有技术中刀盘喷口堵死的问题，缓解了刀盘结泥饼问题，提高了掘进效率。

本发明的技术方案是这样实现的：一种盾构机刀盘冲刷喷口防堵装置，包括主路，主路分为第一支路、第二支路和第三支路，主路上设有泵，第一支路上设有第一球阀，并且第一支路连通至第一喷口，第二支路上设有第二球阀，并且第二支路连通至第二喷口，第三支路上设有第三球阀，并且第三支路连通至第三喷口。

所述的主路上设有溢流阀，溢流阀与拖车平台下部的污水箱连通。

所述的泵与计时器的输入端连接，计时器的输出端分别与第一运算器的输入端、第二运算器的输入端和第三运算器的输入端连接；

第一运算器的输出端与第四运算器的第二输入端连接，第一支路上设有第一流量计，第一流量计与第七运算器的输入端连接，第七运算器的输出端与第四运算器的第一输入端连接，第四运算器的输出端分别与第二球阀、第三球阀连接；

第二运算器的输出端与第五运算器的第二输入端连接，第二支路上设有第二流量计，第二流量计与第八运算器的输入端连接，第八运算器的输出端与第五运算器的第一输入端连接，第五运算器的输出端分别与第一球阀、第三球阀连接；

第三运算器的输出端与第六运算器的第二输入端连接，第三支路上设有第三流量计，第三流量计与第九运算器的输入端连接，第九运算器的输出端与第六运算器的第一输入端连接，第六运算器的输出端分别与第一球阀、第二球阀连接。

一种盾构机刀盘冲刷喷口防堵控制方法，当主路上的泵开启时，计时器开始计时泵的运行时间，计时器将泵的运行时间分别输入至第一运算器、第二运算器和第三运算器，设置冲刷时间c；

第一运算器比较泵的运行时间与设定值k₁，若k₁+c>泵的运行时间>k₁，第一运算器向第四运算器输入A₁=1，否则第一运算器向第四运算器输入A₁=0，第一流量计检测第一支路的第一流量值并输入第七运算器，第七运算器比较第一流量值与设定值k₄，若第一流量值<k₄，第七运算器向第四运算器输入B₁=1，否则第七运算器向第四运算器输入B₁=0，第四运算器将A₁和B₁进行乘法运算得到C₁，第四运算器将C₁输入第二支路上的第二球阀和第三支路上的第三球阀，若C₁=0，第二球阀和第三球阀打开，若C₁=1，第二球阀和第三球阀关闭；

第二运算器比较泵的运行时间与设定值k₂，k₂=k₁+c，若k₂+c>泵的运行时间>k₂，第二运算器向第五运算器输入A₂=1，否则第二运算器向第五运算器输入A₂=0，第二流量计检测第二支路的第二流量值并输入第八运算器，第八运算器比较第二流量值与设定值k₅，若第二流量值<k₅，第八运算器向第五运算器输入B₂=1，否则第八运算器向第五运算器输入B₂=0，第五运算器将A₂和B₂进行乘法运算得到C₂，第五运算器将C₂输入第一支路上的第一球阀和第三支路上的第三球阀，若C₁=0，第一球阀和第三球阀打开，若C₁=1，第一球阀和第三球阀关闭；

第三运算器比较泵的运行时间与设定值k₃，k₃=k₂+c，若k₃+c>泵的运行时间>k₃，第三运算器向第六运算器输入A₃=1，否则第三运算器向第六运算器输入A₃=0，第三流量计检测第三支路的第三流量值并输入第九运算器，第九运算器比较第三流量值与设定值k₆，若第三流量值<k₆，第九运算器向第六运算器输入B₃=1，否则第九运算器向第六运算器输入B₃=0，第六运算器将A₃和B₃进行乘法运算得到C₃，第六运算器将C₃输入第一支路上的第一球阀和第二支路上的第二球阀，若C₃=0，第一球阀和第二球阀打开，若C₃=1，第一球阀和第二球阀关闭。

所述的主路上设有溢流阀，当主路的压力达到溢流阀的设定压力，溢流阀开始溢流，将浆液溢流至拖车平台下部的污水箱内。

所述的k₄为第一支路正常流量的1/3，k₅为第二支路正常流量的1/3，k₆为第三支路正常流量的1/3。

本发明的有益效果：在泵的运行过程中，一直巡查各个喷口的堵塞情况，并自动加大对堵塞喷口的冲洗力度，使得对堵塞喷口的冲洗实现了自动化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明结构示意图。

图中：1.泵，2.溢流阀，3.计时器，4.第一运算器，5.第二运算器，6.第三运算器，7.第一球阀，8.第二球阀，9.第三球阀，10.第四运算器，11.第五运算器，12.第六运算器，13.第七运算器，14.第一流量计，15.第八运算器，16.第二流量计，17.第九运算器，18.第三流量计，I-进浆系统，II-第一喷口，III-第二喷口，IV-第三喷口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种盾构机刀盘冲刷喷口防堵装置，包括主路，主路分为第一支路、第二支路和第三支路，主路上设有泵1，第一支路上设有第一球阀7，并且第一支路连通至第一喷口II，第二支路上设有第二球阀8，并且第二支路连通至第二喷口III，第三支路上设有第三球阀9，并且第三支路连通至第三喷口IV。

所述的主路上设有溢流阀2，溢流阀2与拖车平台下部的污水箱连通。

所述的泵1与计时器3的输入端连接，计时器3的输出端分别与第一运算器4的输入端、第二运算器5的输入端和第三运算器6的输入端连接；

第一运算器4的输出端与第四运算器10的第二输入端连接，第一支路上设有第一流量计14，第一流量计14与第七运算器13的输入端连接，第七运算器13的输出端与第四运算器10的第一输入端连接，第四运算器10的输出端分别与第二球阀8、第三球阀9连接；

第二运算器5的输出端与第五运算器11的第二输入端连接，第二支路上设有第二流量计16，第二流量计16与第八运算器15的输入端连接，第八运算器15的输出端与第五运算器11的第一输入端连接，第五运算器11的输出端分别与第一球阀7、第三球阀9连接；

第三运算器6的输出端与第六运算器12的第二输入端连接，第三支路上设有第三流量计18，第三流量计18与第九运算器17的输入端连接，第九运算器17的输出端与第六运算器12的第一输入端连接，第六运算器12的输出端分别与第一球阀7、第二球阀8连接。

一种盾构机刀盘冲刷喷口防堵控制方法，当主路上的泵1开启时，计时器3开始计时泵的运行时间，计时器3将泵的运行时间分别输入至第一运算器4、第二运算器5和第三运算器6，设置冲刷时间c；

第一运算器4比较泵的运行时间与设定值k₁，若k₁+c>泵的运行时间>k₁，第一运算器4向第四运算器10输入A₁=1，否则第一运算器4向第四运算器10输入A₁=0，第一流量计14检测第一支路的第一流量值并输入第七运算器13，第七运算器13比较第一流量值与设定值k₄，若第一流量值<k₄，第七运算器13向第四运算器10输入B₁=1，否则第七运算器13向第四运算器10输入B₁=0，第四运算器10将A₁和B₁进行乘法运算得到C₁，第四运算器10将C₁输入第二支路上的第二球阀8和第三支路上的第三球阀9，若C₁=0，第二球阀8和第三球阀9打开，若C₁=1，第二球阀8和第三球阀9关闭；

第二运算器5比较泵的运行时间与设定值k₂，k₂=k₁+c，若k₂+c>泵的运行时间>k₂，第二运算器5向第五运算器11输入A₂=1，否则第二运算器5向第五运算器11输入A₂=0，第二流量计15检测第二支路的第二流量值并输入第八运算器15，第八运算器15比较第二流量值与设定值k₅，若第二流量值<k₅，第八运算器15向第五运算器11输入B₂=1，否则第八运算器15向第五运算器11输入B₂=0，第五运算器11将A₂和B₂进行乘法运算得到C₂，第五运算器11将C₂输入第一支路上的第一球阀7和第三支路上的第三球阀9，若C₁=0，第一球阀7和第三球阀9打开，若C₁=1，第一球阀7和第三球阀9关闭；

第三运算器6比较泵的运行时间与设定值k₃，k₃=k₂+c，若k₃+c>泵的运行时间>k₃，第三运算器6向第六运算器12输入A₃=1，否则第三运算器6向第六运算器12输入A₃=0，第三流量计18检测第三支路的第三流量值并输入第九运算器17，第九运算器17比较第三流量值与设定值k₆，若第三流量值<k₆，第九运算器17向第六运算器12输入B₃=1，否则第九运算器17向第六运算器12输入B₃=0，第六运算器12将A₃和B₃进行乘法运算得到C₃，第六运算器12将C₃输入第一支路上的第一球阀7和第二支路上的第二球阀8，若C₃=0，第一球阀7和第二球阀8打开，若C₃=1，第一球阀7和第二球阀8关闭。

所述的主路上设有溢流阀2，当主路的压力达到溢流阀2的设定压力，溢流阀开始溢流，将浆液溢流至拖车平台下部的污水箱内。

所述的k₄为第一支路正常流量的1/3，k₅为第二支路正常流量的1/3，k₆为第三支路正常流量的1/3。

一种盾构机刀盘冲刷喷口防堵装置及控制方法，该装置主要由刀盘冲刷管路及其控制系统组成，刀盘冲刷管路主要由一条主路和三条支路组成，在主路中装有泵1和溢流阀2，主路接进浆系统I为三条支路供浆，三条支路中均装有液控泥浆球阀、流量计和喷口；该装置的控制系统用以控制球阀的开关，如第一喷口1支路控制系统主要由第七运算器13、第四运算器10、第一运算器4和计时器3组成，其余两支路类似，其中第四运算器10的输出用以控制第二球阀8和第三球阀9的开关，实现对第一喷口II的集中冲洗，第五运算器11的输出用以控制第一球阀7和第三球阀9的开关，实现对第一喷口III的集中冲洗，运算器12的输出用以控制第一球阀7和第二球阀8的开关，实现对第三喷口IV的集中冲洗，图1中的x，y表示进入运算器或者球阀的输入值，也就是各设定值或者计算值，f（x，y）表示函数式，也就是f（x，y）=x*y。

具体的工作过程描述如下：当泵开启时，计时器开始计时，以第一支路为例，计时器输出值与设定值k₁比较（设定值k₁与管路到达稳态所需的时间有关，初始状态各个管路内流量不稳定，因此此时流量值不能作为各个喷口是否堵塞的参考），初始状态计时器记录的泵的运行时间较小，即泵的运行时间<k₁，第一运算器输出A₁=0，此时第四运算器输出值C₁也一直为0，三个支路的球阀均开启，当泵运行一段时间后，泵的运行时间>k₁，也就意味着各个管路的运行状态已经稳定，此时流量值可供参考，如果第一喷口不堵塞，B₁=0，C₁=0，三个支路的球阀均正常开启，如果此时第一喷口堵塞，那么第一支路内流量减小，当第一流量值<k₄时，第七运算器输出B₁=1，第四运算器将A₁和B₁做乘法运算，输出值为C₁=1，那么此时将切断第二球阀和第三球阀，泵仅为堵塞的第一支路提供浆液，使得系统压力迅速升高，若系统压力达到溢流阀设定压力，溢流阀开始溢流，确保系统安全，设置的喷口冲洗时间为c，若第一喷口冲开，第一支路流量升高，B₁=0，C₁=0，其余支路球阀打开，若第一喷口不能冲开，到达冲刷一定时间c后，泵的运行时间>k₁+c，第一运算器输出A₁=0，即C₁=0，其余支路球阀打开，由于k₂=k₁+c，k₃=k₂+c，也就是当第一支路进行检测时，第二运算器和第三运算器的输出值一直为0，此时第一支路的第四运算器对各个球阀的控制，待第一喷口冲洗完毕，系统开始对第二喷口检测，然后检测第三喷口，原理与第一喷口相同，从而实现各个喷口的巡查。当对喷口的冲洗结束后，完成一个冲洗周期，计时器自动清零。

本发明在泵的运行过程中，一直巡查各个喷口的堵塞情况，并自动加大对堵塞喷口的冲洗力度。同时本发明的支路不限制于只有三路，可以有两路，也可以大于三路，结构与原理与本发明相似即可实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种盾构机刀盘冲刷喷口防堵装置，包括主路，主路分为第一支路、第二支路和第三支路，其特征在于：主路上设有泵（1），第一支路上设有第一球阀（7），并且第一支路连通至第一喷口（II），第二支路上设有第二球阀（8），并且第二支路连通至第二喷口（III），第三支路上设有第三球阀（9），并且第三支路连通至第三喷口（IV）；

所述的泵（1）与计时器（3）的输入端连接，计时器（3）的输出端分别与第一运算器（4）的输入端、第二运算器（5）的输入端和第三运算器（6）的输入端连接；

第一运算器（4）的输出端与第四运算器（10）的第二输入端连接，第一支路上设有第一流量计（14），第一流量计（14）与第七运算器（13）的输入端连接，第七运算器（13）的输出端与第四运算器（10）的第一输入端连接，第四运算器（10）的输出端分别与第二球阀（8）、第三球阀（9）连接；

第二运算器（5）的输出端与第五运算器（11）的第二输入端连接，第二支路上设有第二流量计（16），第二流量计（16）与第八运算器（15）的输入端连接，第八运算器（15）的输出端与第五运算器（11）的第一输入端连接，第五运算器（11）的输出端分别与第一球阀（7）、第三球阀（9）连接；

第三运算器（6）的输出端与第六运算器（12）的第二输入端连接，第三支路上设有第三流量计（18），第三流量计（18）与第九运算器（17）的输入端连接，第九运算器（17）的输出端与第六运算器（12）的第一输入端连接，第六运算器（12）的输出端分别与第一球阀（7）、第二球阀（8）连接；

当主路上的泵（1）开启时，计时器（3）开始计时泵的运行时间，计时器（3）将泵的运行时间分别输入至第一运算器（4）、第二运算器（5）和第三运算器（6），设置冲刷时间c；

第一运算器（4）比较泵的运行时间与设定值k₁，若k₁+c>泵的运行时间>k₁，第一运算器（4）向第四运算器（10）输入A₁=1，否则第一运算器（4）向第四运算器（10）输入A₁=0，第一流量计（14）检测第一支路的第一流量值并输入第七运算器（13），第七运算器（13）比较第一流量值与设定值k₄，若第一流量值<k₄，第七运算器（13）向第四运算器（10）输入B₁=1，否则第七运算器（13）向第四运算器（10）输入B₁=0，第四运算器（10）将A₁和B₁进行乘法运算得到C₁，第四运算器（10）将C₁输入第二支路上的第二球阀（8）和第三支路上的第三球阀（9），若C₁=0，第二球阀（8）和第三球阀（9）维持初始打开状态，若C₁=1，第二球阀（8）和第三球阀（9）关闭；

第二运算器（5）比较泵的运行时间与设定值k₂，k₂=k₁+c，若k₂+c>泵的运行时间>k₂，第二运算器（5）向第五运算器（11）输入A₂=1，否则第二运算器（5）向第五运算器（11）输入A₂=0，第二流量计（16）检测第二支路的第二流量值并输入第八运算器（15），第八运算器（15）比较第二流量值与设定值k₅，若第二流量值<k₅，第八运算器（15）向第五运算器（11）输入B₂=1，否则第八运算器（15）向第五运算器（11）输入B₂=0，第五运算器（11）将A₂和B₂进行乘法运算得到C₂，第五运算器（11）将C₂输入第一支路上的第一球阀（7）和第三支路上的第三球阀（9），若C₁=0，第一球阀（7）和第三球阀（9）维持初始打开状态，若C₁=1，第一球阀（7）和第三球阀（9）关闭；

第三运算器（6）比较泵的运行时间与设定值k₃，k₃=k₂+c，若k₃+c>泵的运行时间>k₃，第三运算器（6）向第六运算器（12）输入A₃=1，否则第三运算器（6）向第六运算器（12）输入A₃=0，第三流量计（18）检测第三支路的第三流量值并输入第九运算器（17），第九运算器（17）比较第三流量值与设定值k₆，若第三流量值<k₆，第九运算器（17）向第六运算器（12）输入B₃=1，否则第九运算器（17）向第六运算器（12）输入B₃=0，第六运算器（12）将A₃和B₃进行乘法运算得到C₃，第六运算器（12）将C₃输入第一支路上的第一球阀（7）和第二支路上的第二球阀（8），若C₃=0，第一球阀（7）和第二球阀（8）维持初始打开状态，若C₃=1，第一球阀（7）和第二球阀（8）关闭。

2.根据权利要求1所述的盾构机刀盘冲刷喷口防堵装置，其特征在于：所述的主路上设有溢流阀（2），溢流阀（2）与拖车平台下部的污水箱连通。

3.一种盾构机刀盘冲刷喷口防堵控制方法，其特征在于：包括盾构机刀盘冲刷喷口防堵装置，所述盾构机刀盘冲刷喷口防堵装置包括主路，主路分为第一支路、第二支路和第三支路，其特征在于：主路上设有泵（1），第一支路上设有第一球阀（7），并且第一支路连通至第一喷口（II），第二支路上设有第二球阀（8），并且第二支路连通至第二喷口（III），第三支路上设有第三球阀（9），并且第三支路连通至第三喷口（IV）；

所述的泵（1）与计时器（3）的输入端连接，计时器（3）的输出端分别与第一运算器（4）的输入端、第二运算器（5）的输入端和第三运算器（6）的输入端连接；

第一运算器（4）的输出端与第四运算器（10）的第二输入端连接，第一支路上设有第一流量计（14），第一流量计（14）与第七运算器（13）的输入端连接，第七运算器（13）的输出端与第四运算器（10）的第一输入端连接，第四运算器（10）的输出端分别与第二球阀（8）、第三球阀（9）连接；

第二运算器（5）的输出端与第五运算器（11）的第二输入端连接，第二支路上设有第二流量计（16），第二流量计（16）与第八运算器（15）的输入端连接，第八运算器（15）的输出端与第五运算器（11）的第一输入端连接，第五运算器（11）的输出端分别与第一球阀（7）、第三球阀（9）连接；

第三运算器（6）的输出端与第六运算器（12）的第二输入端连接，第三支路上设有第三流量计（18），第三流量计（18）与第九运算器（17）的输入端连接，第九运算器（17）的输出端与第六运算器（12）的第一输入端连接，第六运算器（12）的输出端分别与第一球阀（7）、第二球阀（8）连接；

当主路上的泵（1）开启时，计时器（3）开始计时泵的运行时间，计时器（3）将泵的运行时间分别输入至第一运算器（4）、第二运算器（5）和第三运算器（6），设置冲刷时间c；

第一运算器（4）比较泵的运行时间与设定值k₁，若k₁+c>泵的运行时间>k₁，第一运算器（4）向第四运算器（10）输入A₁=1，否则第一运算器（4）向第四运算器（10）输入A₁=0，第一流量计（14）检测第一支路的第一流量值并输入第七运算器（13），第七运算器（13）比较第一流量值与设定值k₄，若第一流量值<k₄，第七运算器（13）向第四运算器（10）输入B₁=1，否则第七运算器（13）向第四运算器（10）输入B₁=0，第四运算器（10）将A₁和B₁进行乘法运算得到C₁，第四运算器（10）将C₁输入第二支路上的第二球阀（8）和第三支路上的第三球阀（9），若C₁=0，第二球阀（8）和第三球阀（9）维持初始打开状态，若C₁=1，第二球阀（8）和第三球阀（9）关闭；

第二运算器（5）比较泵的运行时间与设定值k₂，k₂=k₁+c，若k₂+c>泵的运行时间>k₂，第二运算器（5）向第五运算器（11）输入A₂=1，否则第二运算器（5）向第五运算器（11）输入A₂=0，第二流量计（16）检测第二支路的第二流量值并输入第八运算器（15），第八运算器（15）比较第二流量值与设定值k₅，若第二流量值<k₅，第八运算器（15）向第五运算器（11）输入B₂=1，否则第八运算器（15）向第五运算器（11）输入B₂=0，第五运算器（11）将A₂和B₂进行乘法运算得到C₂，第五运算器（11）将C₂输入第一支路上的第一球阀（7）和第三支路上的第三球阀（9），若C₁=0，第一球阀（7）和第三球阀（9）维持初始打开状态，若C₁=1，第一球阀（7）和第三球阀（9）关闭；

第三运算器（6）比较泵的运行时间与设定值k₃，k₃=k₂+c，若k₃+c>泵的运行时间>k₃，第三运算器（6）向第六运算器（12）输入A₃=1，否则第三运算器（6）向第六运算器（12）输入A₃=0，第三流量计（18）检测第三支路的第三流量值并输入第九运算器（17），第九运算器（17）比较第三流量值与设定值k₆，若第三流量值<k₆，第九运算器（17）向第六运算器（12）输入B₃=1，否则第九运算器（17）向第六运算器（12）输入B₃=0，第六运算器（12）将A₃和B₃进行乘法运算得到C₃，第六运算器（12）将C₃输入第一支路上的第一球阀（7）和第二支路上的第二球阀（8），若C₃=0，第一球阀（7）和第二球阀（8）维持初始打开状态，若C₃=1，第一球阀（7）和第二球阀（8）关闭。

4.根据权利要求3所述的盾构机刀盘冲刷喷口防堵控制方法，其特征在于：所述的主路上设有溢流阀（2），当主路的压力达到溢流阀（2）的设定压力，溢流阀开始溢流，将浆液溢流至拖车平台下部的污水箱内。

5.根据权利要求4所述的盾构机刀盘冲刷喷口防堵控制方法，其特征在于：所述的k₄为第一支路正常流量的1/3，k₅为第二支路正常流量的1/3，k₆为第三支路正常流量的1/3。

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