CN109989440B - 铣槽机预防糊轮的控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铣槽机预防糊轮的控制方法与系统，其中，铣槽机预防糊轮的控制方法包括：铣槽机按照常规设置展开工作；获取铣槽机的泥浆抽排管路内的泥浆的泥浆粘度值；将泥浆粘度值与预设的泥浆粘度阈值进行比较：如泥浆粘度值小于泥浆粘度阈值，则铣槽机仍然按照常规设置工作；如泥浆粘度值大于等于泥浆粘度阈值，则进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作，直至泥浆粘度值小于泥浆粘度阈值。本发明在施工过程中主动预防糊轮形成，既能够有效防止糊轮的形成，又能够避免对护壁泥浆产生影响，确保护壁效果，避免产生安全隐患。

Description

铣槽机预防糊轮的控制方法与系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种铣槽机预防糊轮的控制方法与系统。

背景技术

双轮铣槽机作为地下连续墙施工最先进的设备之一，具有施工效率高、周边扰动小、成槽质量好等优点，在基础设施建设中应用越来越广泛。其施工原理是采用泥浆护壁，铣轮旋转铣削破碎岩土层，泥浆泵提供动力，通过泥浆抽排管路将岩渣与泥浆混合物带上地面，通过泥水分离系统过滤，剩余泥浆再循环返回槽段。

铣槽机在泥岩、硬塑性黏土等粘性较大地层的下钻过程中，铣轮与吸渣口常会粘附大量泥块，甚至被粘泥完全包裹，发生糊轮现象，使施工效率急剧下降或无法作业。

相关技术有两种解决糊轮的方案：一种是在铣轮与吸渣口之间设置刮泥装置，剔除铣齿层间粘附的泥土；另外一种是在铣轮上方增加高压水喷嘴，用水冲刷掉铣齿上的泥土。

上述两种技术均为糊轮发生后的被动解决方案，且存在如下问题：

1)采用设置刮泥装置的方法：铣轮下钻过程中，随着粘附泥量的增加，未被及时排出的岩屑的沉淀，以及铣轮发热使周边水分蒸发，使铣轮及部分铣刀架周边介质由固液两相流逐渐变为膏体，流动性变差，与槽段上层粘度较低的泥浆间出现分层，水分难以下渗。铣轮、刮泥装置和吸渣口完全被粘泥包裹的状态下，刮泥装置难以发挥效果。

2)采用高压水冲刷的方法：引起槽段内泥浆的波动，带来了对槽壁的扰动，影响槽壁的稳定性，甚至造成坍塌，另外槽底注水稀释，泥浆的具体配比难以把握，也会影响其护壁的效果，带来巨大的安全风险。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种铣槽机预防糊轮的控制方法与系统，用于缓解糊轮发生后被动解决存在的问题。

本发明的一些实施例提供了一种铣槽机预防糊轮的控制方法，其包括：

铣槽机按照常规设置展开工作；

获取铣槽机的泥浆抽排管路内的泥浆的泥浆粘度值；

将泥浆粘度值与预设的泥浆粘度阈值进行比较：

如泥浆粘度值小于泥浆粘度阈值，则铣槽机仍然按照常规设置工作；

如泥浆粘度值大于等于泥浆粘度阈值，则进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作，直至泥浆粘度值小于泥浆粘度阈值。

在一些实施例中，所述泥浆粘度阈值的预设步骤包括：

直接在施工现场抽取护壁泥浆，通过液塑限联合测定法，获得护壁泥浆在液塑限临界状态下的粘度值，作为泥浆粘度阈值。

在一些实施例中，所述泥浆粘度阈值的预设步骤包括：

采集施工现场的土壤样品，制作护壁泥浆，通过液塑限联合测定法，获得护壁泥浆在液塑限临界状态下的粘度值，作为泥浆粘度阈值。

在一些实施例中，进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作，包括：

进行将铣轮进给速度降至零、铣轮转速提至最大值和泥浆泵排量提至最大值的至少一种操作。

在一些实施例中，在进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作后，

当泥浆粘度值降低至泥浆粘度阈值以下时，将铣轮进给速度设置为铣轮常规进给速度设定值的一半。

在一些实施例中，在进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作后，

当泥浆粘度值在泥浆粘度阈值以下且趋于稳定时，将铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量设置为常规设定值。

在一些实施例中，进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作，包括：

根据铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量与泥浆粘度的关系，获取铣轮进给速度、铣轮转速、泥浆泵排量作业参数和泥浆粘度值的多组数据，根据多组数据拟合形成优化函数，根据该拟合形成的优化函数调节铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量的至少一个。

本发明的一些实施例提供了一种铣槽机预防糊轮的控制系统，用于实现上述的控制方法，其包括：

泥浆粘度计，设于铣槽机的泥浆抽排管路，用于采集泥浆抽排管路内的泥浆的泥浆粘度值；以及

控制器，电连接泥浆粘度计和铣槽机，用于将接收到的所述泥浆粘度计采集的泥浆粘度值与其内部预设的泥浆粘度阈值进行比较，以发出调节铣槽机的铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量中的至少一个的指令。

在一些实施例中，所述控制器包括：

数据采集单元，用于接收所述泥浆粘度计采集的泥浆粘度值；且用于输入预设的泥浆粘度阈值；

比较单元，连接所述数据采集单元；用于将泥浆粘度值与泥浆粘度阈值进行比较；以及

指令发送单元，连接所述比较单元，用于接收所述比较单元的比较结果，以在：

泥浆粘度值小于泥浆粘度阈值时，向铣槽机发出使其仍然按照常规设置工作的指令；

泥浆粘度值大于等于泥浆粘度阈值时，向铣槽机发出降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种指令。

在一些实施例中，铣槽机预防糊轮的控制系统包括执行机构，所述执行机构设于所述铣槽机的铣刀架进给机构、铣轮机构和泥浆泵，并电连接所述控制器，用于根据所述控制器发出的指令，调节铣轮的进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量。

在一些实施例中，所述控制器包括显示单元，用于显示泥浆粘度值、泥浆粘度阈值、铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量的至少之一。

基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

在一些实施例中，通过获取泥浆粘度阈值反馈铣轮附近介质的状态，通过将泥浆抽排管路抽排的泥浆的泥浆粘度值与泥浆粘度阈值进行比较，控制铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量的至少之一，从而在施工过程中主动预防糊轮形成，既能够有效防止糊轮的形成，又能够避免对护壁泥浆产生影响，确保护壁效果，避免产生安全隐患。

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为本发明一些实施例提供的铣槽机预防糊轮的控制方法的流程示意图；

图2为本发明一些实施例提供的铣槽机预防糊轮的控制系统的简化示意图。

附图中标号说明：

1-泥浆粘度计；

2-泥浆抽排管路；

3-控制器；31-数据采集单元；32-比较单元；33-指令发送单元；

4-泥浆泵；

5-执行机构；

6-泥浆处理机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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装置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。

在一些实施例中，铣槽机包括铣轮、铣轮进给机构、泥浆泵4和泥浆抽排管路2等。铣轮旋转以铣削破碎岩土层。铣轮进给机构用于控制铣轮的进给速度。泥浆抽排管路2用于将铣轮铣削的岩渣与泥浆混合物抽排至地面。泥浆泵4设于泥浆抽排管路2，用于提供泥浆抽排管路2抽排泥浆的动力。

在一些实施例中，铣槽机还包括泥浆处理机构6，用于对泥浆抽排管路2抽排至地面的岩渣与泥浆混合物进行过滤，过滤出的泥浆可以作为护壁泥浆再循环利用。

在一些实施例中，铣槽机包括双轮铣槽机。

发明人经过研究铣槽机糊轮现象形成的机理发现：铣槽机糊轮现象的产生与泥浆的粘度有关，泥浆粘度越大，糊轮发生的概率越高。且发明人发现，糊轮发生后，再通过刮泥装置去除铣轮上包裹的泥浆，或者通过高压水冲刷铣轮上的泥浆，都是被动解决糊轮的方案，存在泥浆去除效果不明显或者产生安全风险的问题。

基于此，本公开提供的实施例在糊轮现象发生前，主动预防糊轮的形成。

如图1所示，一些实施例提供的铣槽机预防糊轮的控制方法，其包括：

铣槽机按照常规设置展开工作；

获取铣槽机的泥浆抽排管路2内抽排的泥浆的泥浆粘度值；

将泥浆粘度值与预设的泥浆粘度阈值进行比较：

如泥浆粘度值小于泥浆粘度阈值，则铣槽机仍然按照常规设置工作；

如泥浆粘度值大于等于泥浆粘度阈值，则进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作，直至泥浆粘度值小于泥浆粘度阈值。

本公开中所描述的泥浆抽排管路2中抽排的泥浆包含铣轮旋转铣削破碎岩土层形成的岩渣和护壁泥浆的混合物等。

铣槽机按照常规设置展开工作包括铣槽机正常铣削、出渣作业。

在一些实施例中，通过泥浆粘度阈值反馈铣轮附近介质的状态，通过泥浆抽排管路2抽排的泥浆的泥浆粘度值与泥浆粘度阈值进行比较，控制铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量的至少之一，从而在施工过程中主动预防糊轮形成，既能够有效防止糊轮的形成，又能够避免对护壁泥浆产生影响，确保护壁效果，避免产生安全隐患。

再者，本公开提供的实施例主动预防糊轮的产生，避免了因糊轮已形成，造成的施工效率大幅下降的问题，节约了人工清理泥土的投入，同时，在施工过程中无需频繁提出铣轮，一铣到底，有利于槽壁的稳定性，大大降低了安全风险。

在一些实施例中，泥浆粘度阈值的预设步骤包括：

直接在施工现场抽取护壁泥浆，通过液塑限联合测定法，获得护壁泥浆在液塑限临界状态下的粘度值，作为泥浆粘度阈值。

也就是说，泥浆粘度阈值可以直接在施工现场获取。

在一些实施例中，泥浆粘度阈值的预设步骤包括：

采集施工现场的土壤样品，制作护壁泥浆，通过液塑限联合测定法，获得护壁泥浆在液塑限临界状态下的粘度值，作为泥浆粘度阈值。

也就是说，泥浆粘度阈值的获取可以在实验室进行。

在一些实施例中，进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作，包括：

进行将铣轮进给速度降至零、铣轮转速提至最大值和泥浆泵排量提至最大值的至少一种操作。

当然，不限于将铣轮进给速度降至零，也可以根据需要将铣轮进给速度降至常规设定值的一半或三分之一等。

同样，也不限于将铣轮转速和泥浆泵排量提至最大值，可以根据需要提高铣轮转速和泥浆泵排量。

在一些实施例中，在进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作后，当泥浆粘度值降低至泥浆粘度阈值以下时，将铣轮进给速度设置为铣轮常规进给速度设定值的一半。

在一些实施例中，在进行将铣轮进给速度降至零的操作后，当泥浆粘度值降低至泥浆粘度阈值以下时，将铣轮进给速度设置为铣轮常规进给速度设定值的一半。当泥浆粘度值降低至泥浆粘度阈值以下且趋于稳定时，将铣轮进给速度设置为常规设定值。

在一些实施例中，在进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作后，当泥浆粘度值在泥浆粘度阈值以下且趋于稳定时，将铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量设置为常规设定值。

在一些实施例中，进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作，包括：

根据铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量与泥浆粘度的关系，获取铣轮进给速度、铣轮转速、泥浆泵排量作业参数和泥浆粘度值的多组数据，根据多组数据拟合形成优化函数，根据该拟合形成的优化函数调节铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量的至少一个。

可选地，根据多组数据拟合形成优化函数包括采用线性回归方法获得的一次或多次的多项式函数。

本公开实施例提供的泥浆粘度值和泥浆粘度阈值的比较，可采用人工比较判断的方式或控制系统比较判断的方式。

人工比较判断的方式，操作手根据显示屏上数据进行决策。

控制系统比较判断的方式，控制器3自动判断，当泥浆粘度值大于预设的泥浆粘度阈值时，系统报警，同时自动采取下一步措施。

当检测到的泥浆粘度值大于等预设的泥浆粘度阈值时，需采取降低泥浆粘度的措施，可采用两种方式，一种为人工采取降低泥浆粘度的措施，另一种为控制系统自动采取降低泥浆粘度的措施。

在地层复杂、岩土特性变换频繁的工况，优选采用人工控制降低泥浆粘度的方式；在地层较为单一的稳定工况，优选采用控制系统自动控制降低泥浆粘度的方式。

如图2所示，一些实施例提供的用于实现上述的控制方法的铣槽机预防糊轮的控制系统，其包括泥浆粘度计1和控制器3。

泥浆粘度计1设于铣槽机的泥浆抽排管路2，用于采集泥浆抽排管路2中抽排的泥浆的泥浆粘度值。

控制器3电连接泥浆粘度计1和铣槽机，用于将接收到的泥浆粘度计1采集的泥浆粘度值与其内部预设的泥浆粘度阈值进行比较，以发出调节铣槽机的铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量中的至少一个的指令。

可选地，泥浆粘度计1包括在线粘度计，利用电磁振荡波形衰减法测试粘度。

在一些实施例中，控制器3包括数据采集单元31、比较单元32和指令发送单元33。

数据采集单元31用于接收泥浆粘度计1采集的泥浆粘度值；且用于输入预设的泥浆粘度阈值。

比较单元32连接数据采集单元31，用于将泥浆粘度值与泥浆粘度阈值进行比较。

指令发送单元33连接比较单元32，用于接收比较单元32的比较结果，以在：

泥浆粘度值小于泥浆粘度阈值时，向铣槽机发出使其仍然按照常规设置工作的指令；

泥浆粘度值大于等于泥浆粘度阈值时，向铣槽机发出降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种指令。

在一些实施例中，铣槽机预防糊轮的控制系统还包括执行机构5，执行机构5设于铣槽机的铣刀架进给机构、铣轮机构和泥浆泵4，并电连接控制器3，用于根据控制器3发出的指令，调节铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量。

在一些实施例中，控制器3包括显示单元，用于显示泥浆粘度值、泥浆粘度阈值、铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量的至少之一。

在一些实施例中，控制器3安装在铣槽机的驾驶室内。

在一些实施例中，采用铣槽机预防糊轮的控制系统实现控制方法的步骤包括：

1)获取土壤样品，实验室内做液塑限试验，测试土壤液塑限临界状态下的粘度值，作为控制系统中泥浆粘度设置的阈值。

2)铣槽机进入正常施工作业阶段，铣槽机作业参数设定为常规值，例如：铣轮进给速度、铣轮转速、泥浆泵排量设定为常规设置值，开展铣槽作业。

3)泥浆泵4排渣过程中，通过安装在泥浆抽排管路2上的泥浆粘度计1检测泥浆的粘度信号，通过信号线传输至控制器3，转化计算，生成泥浆粘度值。

4)当检测到的泥浆粘度值大于等于预设的泥浆粘度阈值时，需采取降低泥浆粘度的措施，例如：降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量。

本公开提供的一些实施例在铣槽机施工作业过程中通过检测泥浆参数，间接反馈铣轮附近介质的状态，进而判断并控制铣槽机的作业参数，通过调整铣槽机的作业参数，调整铣轮周边介质状态，预防铣轮周边介质形成糊轮状态，从而达到主动预防糊轮形成的目的。

本公开提供的一些实施例采用检测泥浆参数，具体来说是泥浆粘度值，能够较好的反映铣轮周边介质的状态，可信度高，设备投入成本低；控制方式上采用人工和控制系统两种方式，可根据地层状况灵活选择。在地层复杂、岩土特性变换频繁的工况采用人工控制的方式；在地层较为单一的稳定工况，采用控制系统自动控制的方式，使控制方法具有可靠性和实用性。

在没有明确否定的情况下，其中一个实施例的技术特征可以有益地与其他一个或多个实施例相互结合。

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 (10)

1.一种铣槽机预防糊轮的控制方法，其特征在于，包括：

铣槽机按照常规设置展开工作；

获取铣槽机的泥浆抽排管路内的泥浆的泥浆粘度值；

将泥浆粘度值与预设的泥浆粘度阈值进行比较：

如泥浆粘度值小于泥浆粘度阈值，则铣槽机仍然按照常规设置工作；

如泥浆粘度值大于等于泥浆粘度阈值，则进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作，直至泥浆粘度值小于泥浆粘度阈值；

其中，进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作，包括：

根据铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量与泥浆粘度的关系，获取铣轮进给速度、铣轮转速、泥浆泵排量作业参数和泥浆粘度值的多组数据，根据多组数据拟合形成优化函数，根据该拟合形成的优化函数调节铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量的至少一个。

2.如权利要求1所述的铣槽机预防糊轮的控制方法，其特征在于，所述泥浆粘度阈值的预设步骤包括：

直接在施工现场抽取护壁泥浆，通过液塑限联合测定法，获得护壁泥浆在液塑限临界状态下的粘度值，作为泥浆粘度阈值。

3.如权利要求1所述的铣槽机预防糊轮的控制方法，其特征在于，所述泥浆粘度阈值的预设步骤包括：

采集施工现场的土壤样品，制作护壁泥浆，通过液塑限联合测定法，获得护壁泥浆在液塑限临界状态下的粘度值，作为泥浆粘度阈值。

4.如权利要求1所述的铣槽机预防糊轮的控制方法，其特征在于，进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作，包括：

进行将铣轮进给速度降至零、铣轮转速提至最大值和泥浆泵排量提至最大值的至少一种操作。

5.如权利要求1所述的铣槽机预防糊轮的控制方法，其特征在于，在进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作后，

当泥浆粘度值降低至泥浆粘度阈值以下时，将铣轮进给速度设置为铣轮常规进给速度设定值的一半。

6.如权利要求1所述的铣槽机预防糊轮的控制方法，其特征在于，在进行降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种操作后，

当泥浆粘度值在泥浆粘度阈值以下且趋于稳定时，将铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量设置为常规设定值。

7.一种用于实现如权利要求1所述的控制方法的铣槽机预防糊轮的控制系统，其特征在于，包括：

泥浆粘度计(1)，设于铣槽机的泥浆抽排管路(2)，用于采集泥浆抽排管路(2)内的泥浆的泥浆粘度值；以及

控制器(3)，电连接泥浆粘度计(1)和铣槽机，用于将接收到的所述泥浆粘度计(1)采集的泥浆粘度值与其内部预设的泥浆粘度阈值进行比较，以发出调节铣槽机的铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量中的至少一个的指令。

8.如权利要求7所述的铣槽机预防糊轮的控制系统，其特征在于，所述控制器(3)包括：

数据采集单元(31)，用于接收所述泥浆粘度计(1)采集的泥浆粘度值；且用于输入预设的泥浆粘度阈值；

比较单元(32)，连接所述数据采集单元(31)；用于将泥浆粘度值与泥浆粘度阈值进行比较；以及

指令发送单元(33)，连接所述比较单元(32)，用于接收所述比较单元(32)的比较结果，以在：

泥浆粘度值小于泥浆粘度阈值时，向铣槽机发出使其仍然按照常规设置工作的指令；

泥浆粘度值大于等于泥浆粘度阈值时，向铣槽机发出降低铣轮进给速度、提高铣轮转速和加大泥浆泵排量的至少一种指令。

9.如权利要求7所述的铣槽机预防糊轮的控制系统，其特征在于，包括执行机构(5)，所述执行机构(5)设于所述铣槽机的铣刀架进给机构、铣轮机构和泥浆泵(4)，并电连接所述控制器(3)，用于根据所述控制器(3)发出的指令，调节铣轮的进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量。

10.如权利要求7所述的铣槽机预防糊轮的控制系统，其特征在于，所述控制器(3)包括显示单元，用于显示泥浆粘度值、泥浆粘度阈值、铣轮进给速度、铣轮转速和泥浆泵排量的至少之一。

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