CN109457748B - 一种双轮铣槽机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铣槽机，包括：刀架，用于对地铣槽施工；刀架驱动装置，通过绳索拉拽所述刀架；以及控制器，用于计算所述刀架在泥浆中受到的浮力，并能够根据所述浮力、所述刀架驱动装置的提升力和所述刀架的重力计算所述刀架对地压力，以便根据所述刀架对地压力的计算结果，调整所述刀架在对地铣槽施工过程中的进尺速度。本发明实施例通过计算所述刀架的浮力、绳索对所述刀架的牵引力，并结合所述刀架的重力，得到所述刀架对地压力，使所述控制器能够根据所述刀架对地压力精确控制所述刀架的进尺速度。

Description

一种双轮铣槽机
技术领域
本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种双轮铣槽机。
背景技术
铣槽机是一种带有液压和电器控制系统的钢架结构的工程机械，被用于地下施工，主要通过刀架破碎岩层或土层进行大深度的挖槽工作。铣槽机由马达带动装有铣齿的滚动转动，在铣槽时，两个滚筒以相反的方向低速转动，通过其上的铣齿将底层围岩铣削破碎。再由液压马达驱动泥浆泵，由铣轮中间的吸沙口将钻掘出的岩渣与泥浆排至地面泥浆站进行集中处理后返回槽段内，如此循环反复，直至终孔成槽。
在施工过程中，双轮铣槽机要根据地质情况随时调整铣削时刀架对地的压力，以达到最优进尺速度。刀架对地压力主要由刀架的重量、双轮铣槽机对刀架的提升力和泥浆对刀架的浮力决定。其中，刀架的重量已知、提升力通过拉力传感器测得，浮力受进尺的深度和泥浆的密度影响，动态变化，是影响对地压力的最关键因素。
相关的铣槽机计算泥浆对刀架浮力均采用定值，偏差较大；或者使用比重计测定泥浆采样的比重，没有考虑到刀架在完全进入泥浆之前的体积变化，以及不同深度下的泥浆自身的变化。上述浮力的测量方法容易在刀架对地压力调整过程中产生不真实参考和不恰当操作，影响施工质量，并对铣槽机产生不可逆的损伤。
发明内容
本发明的至少一个目的是提出一种铣槽机，能够准确计算出刀架对地压力的实时数值。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种铣槽机，包括：刀架，用于对地铣槽施工；刀架驱动装置，通过绳索拉拽所述刀架；以及控制器，用于计算所述刀架在泥浆中受到的浮力，并能够根据所述浮力、所述刀架驱动装置的提升力和所述刀架的重力计算所述刀架对地压力，以便根据所述刀架对地压力的计算结果，调整所述刀架在对地铣槽施工过程中的进尺速度。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述铣槽机包括：体积计算单元，与所述控制器通信连接，用于计算所述刀架在泥浆中排开液体的体积；所述控制器能够根据所述体积计算单元的计算结果和所述刀架周围泥浆的密度，计算所述刀架在泥浆中受到的浮力。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述铣槽机包括：第一传感器，与所述体积计算单元通信连接，用于实时采集能够表征所述刀架自由端进入泥浆的深度的第一状态参数，并将所述第一状态参数向所述体积计算单元传输；所述体积计算单元能够根据所述第一状态参数计算所述刀架在泥浆中排开液体的体积。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第一传感器包括双霍尔传感器，所述双霍尔传感器的两块磁钢对称设置在所述绳索的转动轴两侧，能够采集测量到的脉冲信号，并将所述脉冲信号作为所述第一状态参数。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述铣槽机包括：密度计算单元，与所述控制器通信连接，用于计算所述刀架周围泥浆的密度；所述控制器能够根据所述体积计算单元以及所述密度计算单元的计算结果，计算所述刀架在泥浆中受到的浮力。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述铣槽机包括：泥浆压力传感器，设置于所述刀架，与所述密度计算单元通信连接，用于测量所述刀架周围泥浆的压力；所述密度计算单元能够根据所述泥浆压力传感器的测量结果和所述第一状态参数，计算所述刀架周围泥浆的密度。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述铣槽机包括：至少两个泥浆压力传感器，设置于所述刀架，与所述密度计算单元通信连接，用于测量所述刀架周围泥浆的压力；所述密度计算单元能够根据所述至少两个泥浆压力传感器的测量结果，求得所述刀架周围泥浆的平均压力，并根据所述第一状态参数，计算所述刀架周围泥浆的密度。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述至少两个泥浆压力传感器沿所述刀架的长度方向间隔设置，并且每两个相邻的所述至少两个泥浆压力传感器之间的所述刀架具有相同的排开液体的体积。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述至少两个泥浆压力传感器的数量为i个，包括沿所述刀架长度方向，间隔设置于所述刀架的自由端至所述刀架靠近所述绳索一端的第一泥浆压力传感器、第二泥浆压力传感器…和第i泥浆压力传感器；其中
当(h01+h12+…+h(i-2)(i-1))<h<(h01+h12+…+h(i-2)(i-1)+h(i-1)i)时，所述控制器计算所述刀架在泥浆中受到的浮力的公式为：
其中，F浮为所述刀架在泥浆中受到的浮力，V为所述刀架的体积，h为所述刀架自由端进入泥浆的深度，g为重力加速度；
其中，h01、h12、h(i-2)(i-1)和h(i-1)i分别指沿所述刀架的长度方向第一泥浆压力传感器与所述刀架自由端之间的距离、第一泥浆压力传感器与第二泥浆压力传感器之间的距离、第(i-2)泥浆压力传感器与第(i-1)泥浆压力传感器之间的距离和第(i-1)泥浆压力传感器与所述刀架靠近所述绳索一端之间的距离；
其中，P1、P2和Pi分别为第一泥浆压力传感器、第二泥浆压力传感器和第i泥浆压力传感器周围泥浆的压力。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，当h<h01时，所述控制器计算所述刀架在泥浆中受到的浮力的公式为：
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，当h≥h01+h12+…+h(i-1)i时，所述控制器计算所述刀架在泥浆中受到的浮力的公式为：
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述至少两个泥浆压力传感器的数量为2～4个。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述至少两个泥浆压力传感器沿所述刀架的长度方向均匀地间隔设置；所述密度计算单元能够根据所述至少两个泥浆压力传感器的测量结果，求得所述刀架周围泥浆的平均压力，再根据所述第一状态参数、以及所述绳索伸出长度与所述刀架排开液体的体积之间的关系，计算所述刀架周围泥浆的密度。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述铣槽机包括：拉力传感器，设置于所述绳索，与所述控制器通信连接，用于实时采集能够表征所述刀架驱动装置提升力的第二状态参数；并且所述控制器被配置为对所述第二状态参数进行运算，以得到所述刀架驱动装置的提升力。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述拉力传感器包括应变片传感器，所述应变片传感器贴合于所述绳索的表面，用于采集所述绳索的变形量作为第二状态参数。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述拉力传感器包括至少两个应变片传感器，所述至少两个应变片传感器以不同的方向贴合于所述绳索的表面，用于采集所述绳索沿至少两个方向的变形量。
基于上述技术方案，本发明实施例通过计算所述刀架的浮力、绳索对所述刀架的牵引力，并结合所述刀架的重力，得到所述刀架对地压力，使所述控制器能够根据所述刀架对地压力精确控制所述刀架的进尺速度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所提供的铣槽机结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的铣槽机刀架结构示意图；
附图标记：1、铣槽机，2、拉力传感器，3、绳索，4、刀架，5、第一传感器，61、第一泥浆压力传感器，62、第二泥浆压力传感器，63、第三泥浆压力传感器。
具体实施方式
下面可以参照附图以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。
需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。
本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。
下面结合附图1～2对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
如图1所示，本发明提供了一种铣槽机，包括：刀架，用于对地铣槽施工；刀架驱动装置，通过绳索拉拽所述刀架；以及控制器，用于计算所述刀架在泥浆中受到的浮力，并能够根据所述浮力、所述刀架驱动装置的提升力和所述刀架的重力计算所述刀架对地压力，以便根据所述刀架对地压力的计算结果，调整所述刀架在对地铣槽施工过程中的进尺速度。
铣槽机1，或者一般而言的双轮铣槽机1主要通过刀架4破碎岩层或土层进行大深度挖槽工作，其在施工过程中要根据施工进尺速度和地质情况随时调整铣削时刀架4对地的压力，以达到最优进尺速度。其中，所述进尺速度具体指铣槽机1工作时的挖槽速度，在实际施工过程中，进尺速度还受钻杆类型、钻功性能、岩层深度以及岩层情况等参数的影响。并且，为保证铣槽机1对刀架4的稳定拉拽，所述绳索3一般为钢丝绳或多股钢丝绳并联的结构。
本发明实施例通过所述控制器计算所述刀架4的对地压力，并根据所述对地压力调整所述刀架4在对地铣槽施工过程中的进尺速度。保证铣槽机1铣削过程中始终保持恰当操作。
由于在施工过程中，铣槽机1的刀架4沿竖直方向的受力有三个分力，分别是刀架4自身的重力F重、绳索3对刀架4的提升力F拉、泥浆对刀架4的浮力F浮以及刀架4对地铣削时的压力F压。直接计算地面对刀架4的压力难度较大，因此可以采用间接计算的方法，以竖直向上为正向，由F拉+F压+F浮-F重＝0求得F压＝F重-F拉-F压。
其中，刀架4的重力可以根据刀架4的型号确定，或是由绳索3拉拽并使所述刀架4处于悬空状态求得。再通过分别求得绳索3对所述刀架4的提升力F拉、所述刀架4在泥浆中受到浮力F浮，即可通过上述公式计算得到刀架4对地铣削时的压力F压。
进一步的，由于刀架4在泥浆中受到的浮力可通过浮力公式，由刀架4排开液体的体积与液体的密度相乘得到，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述铣槽机包括：体积计算单元，与所述控制器通信连接，用于计算所述刀架在泥浆中排开液体的体积；所述控制器能够根据所述体积计算单元的计算结果和所述刀架周围泥浆的密度，计算所述刀架在泥浆中受到的浮力。
其中，所述泥浆的密度可以通过向所述控制器手动输入得到，一般而言，泥浆的密度在1.1～1.25g/cm3，可以通过取样测定所述泥浆的比重，并结合泥浆的含沙率，综合计算得到泥浆的密度。所述泥浆的密度可以被设定为定值，也可以根据所述刀架4的进尺深度，基于经验公式不断改变所述泥浆的密度值，以尽可能地使输入至所述控制器的泥浆密度接近于真实值。
所述体积计算单元可以通过计算所述刀架4泥浆之上部分的体积，再通过刀架4的整体体积间接计算刀架4处于泥浆之下的体积。可以通过在所述刀架4上，沿所述刀架4的长度方向，以刀架4的体积划分刻度，所述体积计算单元可以通过直接读取或由操作人员手动输入所述体积划分刻度，来计算所述刀架4排开液体的体积。
除此之外，由于刀架4的外形不变，所述刀架4沿长度方向的体积变化已知(即刀架4沿其长度方向，从一端到任意高度之间距离y，与一端到该任意高度之间刀架4的体积V的函数关系已知)，因此所述刀架4处于泥浆下的体积也可以通过计算所述绳索3的下伸距离来间接计算。
基于此，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述铣槽机包括：第一传感器，与所述体积计算单元通信连接，用于实时采集能够表征所述刀架自由端进入泥浆的深度的第一状态参数，并将所述第一状态参数向所述体积计算单元传输；所述体积计算单元能够根据所述第一状态参数计算所述刀架在泥浆中排开液体的体积。
作为一种实施方式，能够表征所述绳索3伸出长度的第一状态参数可以为所述绳索3的运动速度。具体而言，可以通过在所述绳索3上设置速度传感器及惯性传感器，由惯性传感器检测到所述绳索3出现运动状态的改变时，启动所述速度传感器，通过所述速度传感器采集的所述绳索3的运动速度，结合所述绳索3的运动时间，积分计算得到所述绳索3的伸出长度。
为保证测量和传感的准确性，所述速度传感器与所述惯性传感器优选地设置于所述刀架4在非施工的悬空状态下，位于所述绳索3的张紧部分，以避免大量圆周转动对于速度测量的误差影响。并且，为了防止所述绳索3受到作业环境的影响，所述速度传感器与所述惯性传感器还可以具有防护装置，用以保护传感器免收铣削作业时的岩渣、泥浆的影响。
相应的，所述绳索3伸出长度的第一状态参数也可以为所述绳索3转动轴的转动圈数，此时作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述第一传感器包括双霍尔传感器，所述双霍尔传感器的两块磁钢对称设置在所述绳索的转动轴两侧，能够采集测量到的脉冲信号，并将所述脉冲信号作为所述第一状态参数。
所述第一传感器可以通过所述双霍尔传感器所采集到的脉冲信号的数量，结合绳索3在所述转动轴上旋转的半径，即可计算所述绳索3伸出的长度。当然，考虑到随着所述绳索3逐渐伸长，绳索3在所述转动轴上旋转的半径也会逐渐减小，可以在计算所述绳索3伸出的长度时考虑到该过程的影响，以尽可能精确得到所述绳索3的伸出长度，并由此计算所述刀架4在泥浆中排开液体的体积。
除了通过外部输入的方式提供泥浆的密度，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述铣槽机包括：密度计算单元，与所述控制器通信连接，用于计算所述刀架周围泥浆的密度；所述控制器能够根据所述体积计算单元以及所述密度计算单元的计算结果，计算所述刀架在泥浆中受到的浮力。
由于泥浆的密度随着所述刀架4进尺深度的增加而变化，通过预估或预设的泥浆密度值难以满足刀架4所收到浮力的计算要求，因此本发明实施例通过所述密度计算单元，实时计算所述泥浆的密度，并将其返回至控制器，以使所述控制器能够更准确、更及时地计算所述刀架4受到所述泥浆的浮力。
由于液体对其中物体浮力的本质来自于物体各表面所受压力的压差。因此，通过测量泥浆下的压力，可以由公式P＝hgρ得到水平面下h处泥浆的密度ρ＝P/hg。
基于该原理，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述铣槽机包括：泥浆压力传感器，设置于所述刀架，与所述密度计算单元通信连接，用于测量所述刀架周围泥浆的压力；所述密度计算单元能够根据所述泥浆压力传感器的测量结果和所述第一状态参数，计算所述刀架周围泥浆的密度。
所述第一状态参数表征了绳索3的伸长距离，由于所述刀架4由绳索3吊装，并且绳索3始终受刀架4的重力作用而处于绷直状态，因此，所述第一状态参数同时也表征了刀架4在所述泥浆中的深度，即公式中的h。
进一步的，为了尽可能准确地计算泥浆的密度，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述铣槽机包括：至少两个泥浆压力传感器，设置于所述刀架，与所述密度计算单元通信连接，用于测量所述刀架周围泥浆的压力；所述密度计算单元能够根据所述至少两个泥浆压力传感器的测量结果，求得所述刀架周围泥浆的平均压力，并根据所述第一状态参数，计算所述刀架周围泥浆的密度。
所述至少两个泥浆压力传感器可以置于所述刀架4的同一水平高度不同的方向，以减少泥浆各向异性对于密度计算的影响；而为了尽可能地考虑到铣削深度对于泥浆密度的影响，所述至少两个泥浆压力传感器也可以置于所述刀架4的不同水平高度上的同一个方向，以排除泥浆各向异性对于泥浆密度的影响。也可以将至少两个泥浆压力传感器置于所述刀架4不同水平高度上的不同方向，以同时考虑泥浆各向异性以及深度对于密度的影响。
进一步的，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述至少两个泥浆压力传感器沿所述刀架4的长度方向间隔设置，并且每两个相邻的所述至少两个泥浆压力传感器之间的所述刀架4具有相同的排开液体的体积，以通过平均各个泥浆压力传感器的测量数值，计算所述刀架4受到的泥浆的浮力。
具体而言，计算方法如下：
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述至少两个泥浆压力传感器沿所述刀架的长度方向间隔设置，并且每两个相邻的所述至少两个泥浆压力传感器之间的所述刀架具有相同的排开液体的体积。
作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述至少两个泥浆压力传感器的数量为i个，包括沿所述刀架长度方向，间隔设置于所述刀架的自由端至所述刀架靠近所述绳索一端的第一泥浆压力传感器、第二泥浆压力传感器…和第i泥浆压力传感器；其中
当(h01+h12+…+h(i-2)(i-1))<h<(h01+h12+…+h(i-2)(i-1)+h(i-1)i)时，第1泥浆压力传感器～第i泥浆压力传感均没入到泥浆中，此时将得到i个压力测量值，因此，所述控制器计算所述刀架在泥浆中受到的浮力的公式为：
其中，F浮为所述刀架在泥浆中受到的浮力，V为所述刀架的体积，h为所述刀架自由端进入泥浆的深度，g为重力加速度；
其中，h01、h12、h(i-2)(i-1)和h(i-1)i分别指沿所述刀架的长度方向第一泥浆压力传感器与所述刀架自由端之间的距离、第一泥浆压力传感器与第二泥浆压力传感器之间的距离、第(i-2)泥浆压力传感器与第(i-1)泥浆压力传感器之间的距离和第(i-1)泥浆压力传感器与所述刀架靠近所述绳索一端之间的距离；
其中，P1、P2和Pi分别为第一泥浆压力传感器、第二泥浆压力传感器和第i泥浆压力传感器周围泥浆的压力。
以所述刀架4上的第一泥浆压力传感器没入泥浆中为例：
即当h01<h<(h01+h12)时，此时可以通过其读书P1计算所述刀架4受到的浮力，即所述控制器计算所述刀架4在泥浆中受到的浮力的公式为：
以所述刀架4上的第一泥浆压力传感器与第二泥浆压力传感器均没入泥浆中为例：
即当(h01+h12)<h<(h01+h12+h23)时，第一泥浆压力传感器与第二泥浆压力传感器开始测量泥浆中的压力，此时，所述控制器计算所述刀架4在泥浆中受到的浮力的公式为：
而当所述刀架4的进尺深度较浅，距离所述刀架4自由端最近的泥浆压力传感器还未侵入至泥浆中，再加上较浅的泥浆密度十分接近于水的密度。作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，当h<h01时，所述控制器计算所述刀架在泥浆中受到的浮力的公式为：
当所述刀架4已经全部没入泥浆中，全部泥浆压力传感器都提供了其周围的泥浆密度测量值。作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，当h≥h01+h12+…+h(i-1)i时，所述控制器计算所述刀架在泥浆中受到的浮力的公式为：
实际上，过多的泥浆压力传感器是不必要的，为了进一步精简结构，节省成本，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述至少两个泥浆压力传感器的数量为2～4个。
除了以体积作为划分刀架4上设置泥浆压力传感器的方式以外，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述至少两个泥浆压力传感器沿所述刀架的长度方向均匀地间隔设置；所述密度计算单元能够根据所述至少两个泥浆压力传感器的测量结果，求得所述刀架周围泥浆的平均压力，再根据所述第一状态参数、以及所述绳索伸出长度与所述刀架排开液体的体积之间的关系，计算所述刀架周围泥浆的密度。
此时，由于所述刀架4沿长度方向并非均匀结构，需要再考虑所述绳索3伸出长度与所述刀架4排开液体的体积之间的关系。沿所述刀架4长度方向均匀设置的泥浆压力传感器能够帮助操作人员比较直观地判断泥浆中压力随深度的变化趋势，并能够在其中一个或部分泥浆压力传感器失效或显示失常时，由操作人员根据泥浆中压力随深度的变化趋势剔除掉明显有误的数据，使得多个所述泥浆压力传感器其中之一失效不至于对密度测算产生严重的误差。
而为了测量所述绳索3对于所述刀架4的提升力，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述铣槽机包括：拉力传感器，设置于所述绳索，与所述控制器通信连接，用于实时采集能够表征所述刀架驱动装置提升力的第二状态参数；并且所述控制器被配置为对所述第二状态参数进行运算，以得到所述刀架驱动装置的提升力。
所述拉力传感器2可以选取电阻应变传感器，即一种称重传感器，并串联与所述绳索3中，以准确测量所述绳索3的拉力。
而由于所述刀架4的自重较大，所述拉力传感器2还可以使用外置式的传感器，与所述绳索3并列并测量所述绳索3的拉力，即作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述拉力传感器包括应变片传感器，所述应变片传感器贴合于所述绳索的表面，用于采集所述绳索的变形量作为第二状态参数。
进一步地，还可以通过贴合具有不同方向的应变片传感器，并通过矢量计算，以同时得到所述绳索3提升力的大小与方向，避免由于所述刀架4偏置或晃动时绳索3拉力不严格沿竖直方向分布所相应产生的误差。具体而言，作为本发明前文或后文提供的任一技术方案或任一优化后技术方案的优化，所述拉力传感器包括至少两个应变片传感器，所述至少两个应变片传感器以不同的方向贴合于所述绳索的表面，用于采集所述绳索沿至少两个方向的变形量。
如图1、图2所示，所述刀架4上以体积平均设置了3个泥浆压力传感器，将刀架4按体积四等分。施工过程中分两个阶段，刀架4未进入泥浆池和完全进入泥浆池。
刀架4下放深度h＜h1时，泥浆对刀架4的浮力，此时液体体积较小，密度ρ可视为水的密度；
刀架4下放深度h＜h1+h2时，泥浆对刀架4的浮力，此时，P7为第一泥浆压力传感器61的压力值；
刀架4下放深度h＜h1+h2+h3时，泥浆对刀架4的浮力,此时，P6为第二泥浆压力传感器62的压力；
刀架4下放深度h＜h1+h2+h3+h4时，泥浆对刀架4的浮力,此时，P5为第三泥浆压力传感器63的压力；
完全进入泥浆池后，刀架4排开水的体积为V，此时F3＝V·ρ，其中。这样可以通过计算泥浆对刀架4的浮力，集合以刀架4的重力及绳索3对刀架4的提升力，得到刀架4对地的实际压力。如图1、图2所示，所述刀架4上以体积平均设置了3个泥浆压力传感器，将刀架4按体积四等分。施工过程中分两个阶段，刀架4未进入泥浆池和完全进入泥浆池。
刀架4下放深度h＜h1时，泥浆对刀架4的浮力此时液体体积较小，密度ρ可视为水的密度；
刀架4下放深度h＜h1+h2时，泥浆对刀架4的浮力此时P7为第一泥浆压力传感器61的压力值；
刀架4下放深度h＜h1+h2+h3时，泥浆对刀架4的浮力此时/>P6为第二泥浆压力传感器62的压力；
刀架4下放深度h＜h1+h2+h3+h4时，泥浆对刀架4的浮力此时/>P5为第三泥浆压力传感器63的压力；
完全进入泥浆池后，刀架4排开水的体积为V，此时F3＝V·ρ，其中这样可以通过计算泥浆对刀架4的浮力，集合以刀架4的重力及绳索3对刀架4的提升力，得到刀架4对地的实际压力。
基于上述技术方案，本发明实施例通过计算所述刀架的浮力、绳索对所述刀架的牵引力，并结合所述刀架的重力，得到所述刀架对地压力，使所述控制器能够根据所述刀架对地压力精确控制所述刀架的进尺速度。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
在本发明的描述中如果使用了术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等，那么上述术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备、机构、部件或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (15)

1.一种铣槽机，其特征在于，包括：
刀架，用于对地铣槽施工；
刀架驱动装置，通过绳索拉拽所述刀架；以及
控制器，用于计算所述刀架在泥浆中受到的浮力，并能够根据所述浮力、所述刀架驱动装置的提升力和所述刀架的重力计算所述刀架对地压力，以便根据所述刀架对地压力的计算结果，调整所述刀架在对地铣槽施工过程中的进尺速度；
体积计算单元，与所述控制器通信连接，用于计算所述刀架在泥浆中排开液体的体积；
第一传感器，与所述体积计算单元通信连接，用于实时采集能够表征所述刀架自由端进入泥浆的深度的第一状态参数，并将所述第一状态参数向所述体积计算单元传输；
密度计算单元，与所述控制器通信连接，用于计算所述刀架周围泥浆的密度；
拉力传感器，设置于所述绳索，与所述控制器通信连接，用于实时采集能够表征所述刀架驱动装置提升力的第二状态参数；
至少两个泥浆压力传感器，设置于所述刀架，与所述密度计算单元通信连接，用于测量所述刀架周围泥浆的压力；所述至少两个泥浆压力传感器的数量为i个，包括沿所述刀架长度方向，间隔设置于所述刀架的自由端至所述刀架靠近所述绳索一端的第一泥浆压力传感器、第二泥浆压力传感器…和第i泥浆压力传感器；其中
当(h01+h12+…+h(i-2)(i-1))<h<(h01+h12+…+h(i-2)(i-1)+h(i-1)i)时，所述控制器计算所述刀架在泥浆中受到的浮力的公式为：
其中，F浮为所述刀架在泥浆中受到的浮力，V为所述刀架的体积，h为所述刀架自由端进入泥浆的深度，g为重力加速度；
其中，h01、h12、h(i-2)(i-1)和h(i-1)i分别指沿所述刀架的长度方向第一泥浆压力传感器与所述刀架自由端之间的距离、第一泥浆压力传感器与第二泥浆压力传感器之间的距离、第(i-2)泥浆压力传感器与第(i-1)泥浆压力传感器之间的距离和第(i-1)泥浆压力传感器与所述刀架靠近所述绳索一端之间的距离；
其中，P1、P2和Pi分别为第一泥浆压力传感器、第二泥浆压力传感器和第i泥浆压力传感器周围泥浆的压力。
2.根据权利要求1所述的铣槽机，其特征在于，所述控制器能够根据所述体积计算单元的计算结果和所述刀架周围泥浆的密度，计算所述刀架在泥浆中受到的浮力。
3.根据权利要求1所述的铣槽机，其特征在于，所述体积计算单元能够根据所述第一状态参数计算所述刀架在泥浆中排开液体的体积。
4.根据权利要求3所述的铣槽机，其特征在于，所述第一传感器包括双霍尔传感器，所述双霍尔传感器的两块磁钢对称设置在所述绳索的转动轴两侧，能够采集测量到的脉冲信号，并将所述脉冲信号作为所述第一状态参数。
5.根据权利要求1所述的铣槽机，其特征在于，所述控制器能够根据所述体积计算单元以及所述密度计算单元的计算结果，计算所述刀架在泥浆中受到的浮力。
6.根据权利要求5所述的铣槽机，其特征在于，泥浆压力传感器，设置于所述刀架，与所述密度计算单元通信连接，用于测量所述刀架周围泥浆的压力；
所述密度计算单元能够根据所述泥浆压力传感器的测量结果和所述第一状态参数，计算所述刀架周围泥浆的密度。
7.根据权利要求1所述的铣槽机，其特征在于，所述密度计算单元能够根据所述至少两个泥浆压力传感器的测量结果，求得所述刀架周围泥浆的平均压力，并根据所述第一状态参数，计算所述刀架周围泥浆的密度。
8.根据权利要求7所述的铣槽机，其特征在于，所述至少两个泥浆压力传感器沿所述刀架的长度方向间隔设置，并且每两个相邻的所述至少两个泥浆压力传感器之间的所述刀架具有相同的排开液体的体积。
9.根据权利要求1所述的铣槽机，其特征在于，当h<h01时，所述控制器计算所述刀架在泥浆中受到的浮力的公式为：
10.根据权利要求1所述的铣槽机，其特征在于，当h≥h01+h12+…+h(i-1)i时，所述控制器计算所述刀架在泥浆中受到的浮力的公式为：
11.根据权利要求1所述的铣槽机，其特征在于，所述至少两个泥浆压力传感器的数量为2～4个。
12.根据权利要求1所述的铣槽机，其特征在于，所述至少两个泥浆压力传感器沿所述刀架的长度方向均匀地间隔设置；
所述密度计算单元能够根据所述至少两个泥浆压力传感器的测量结果，求得所述刀架周围泥浆的平均压力，再根据所述第一状态参数、以及所述绳索伸出长度与所述刀架排开液体的体积之间的关系，计算所述刀架周围泥浆的密度。
13.根据权利要求1所述的铣槽机，其特征在于，所述铣槽机包括：
并且所述控制器被配置为对所述第二状态参数进行运算，以得到所述刀架驱动装置的提升力。
14.根据权利要求13所述的铣槽机，其特征在于，所述拉力传感器包括应变片传感器，所述应变片传感器贴合于所述绳索的表面，用于采集所述绳索的变形量作为第二状态参数。
15.根据权利要求13所述的铣槽机，其特征在于，所述拉力传感器包括至少两个应变片传感器，所述至少两个应变片传感器以不同的方向贴合于所述绳索的表面，用于采集所述绳索沿至少两个方向的变形量。
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