CN110454193B - 一种tbm施工前置式湿喷机智能控制装置 - Google Patents

一种tbm施工前置式湿喷机智能控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110454193B
CN110454193B CN201910704718.1A CN201910704718A CN110454193B CN 110454193 B CN110454193 B CN 110454193B CN 201910704718 A CN201910704718 A CN 201910704718A CN 110454193 B CN110454193 B CN 110454193B
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
signal
nozzle
wet spraying
spraying machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910704718.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110454193A (zh
Inventor
张合沛
张兵
褚长海
韩伟锋
任颖莹
高会中
周振建
许华国
李宏波
杨延栋
赵海雷
秦银萍
杨振兴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology
China Railway Tunnel Group Co Ltd CRTG
Original Assignee
State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology
China Railway Tunnel Group Co Ltd CRTG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology, China Railway Tunnel Group Co Ltd CRTG filed Critical State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology
Priority to CN201910704718.1A priority Critical patent/CN110454193B/zh
Publication of CN110454193A publication Critical patent/CN110454193A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110454193B publication Critical patent/CN110454193B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04Lining with building materials
    • E21D11/10Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
    • E21D11/105Transport or application of concrete specially adapted for the lining of tunnels or galleries ; Backfilling the space between main building element and the surrounding rock, e.g. with concrete

Abstract

本发明公开了一种TBM施工前置式湿喷机智能控制装置,它包括信号处理单元、信号采集单元以及外设单元;所述信号处理单元包括CPU模块、与CPU模块连接的电源模块、以及与CPU模块信号输入端连接的A/D转换模块;所述信号采集单元包括设置在湿喷机喷嘴下面并与喷嘴呈115~120度夹角的超声波传感器、以及固定在湿喷机喷嘴机械臂和支撑力臂夹角处的扭矩传感器;所述超声波传感器以及扭矩传感器的信号输出端分别与接口模块连接;所述接口模块的信号输出端与A/D转换模块的信号输入端连接;所述外设单元包括分别与CPU模块的输入输出端连接的数据存储模块以及TBM主控PLC以太网接口模块。

Description

一种TBM施工前置式湿喷机智能控制装置
技术领域
本发明涉及TBM装备掘进过程中信号检测及智能控制领域,具体为一种用于TBM掘进过程这种特定工况下前置式湿喷机械手作业过程中喷嘴湿喷作业面反向力矩检测和回弹量动态扫描,利用超声波传感器对回弹量动态扫描和扭矩传感器对喷嘴湿喷作业面反向力矩实时检测,通过算法模型处理,对湿喷机械手喷嘴出碴量进行自适应调节的控制系统。
背景技术
随着现代社会的不断发展与进步,特别是现代交通运输业的快速发展,给人们的出行带来了很大的便利。谈到隧道及地下工程领域的快速发展,就不得不提到在地下山岭隧道施工建设过程中起着关键作用的TBM,极大地提高了施工安全性和施工效率,尤其对于一些地质比较复杂的地区,TBM在施工过程中发挥着巨大的作用。
由于TBM装备主要在地质环境相对复杂的硬岩环境进行隧道开挖作业,且TBM掘进隧道大多在较为偏僻的山岭环境,掘进过程中大多需要同步对隧道进行湿喷、固化。当前,TBM在施工过程中,湿喷小车作业过程中喷嘴位置相对固定,主要依靠工人对施工现场条件及环境进行观察,提前人为调整湿喷机的角度、喷射的距离及风压等,进行湿喷回弹量控制,但,在实际掘进过程中存在人工观察或处理不及时,导致湿喷质量不高、回弹量控制效果差、施工成本高及能耗损失严重等问题,在全球节能减排的大背景下尤其不合时宜。
因此,提供一种能够在地下复杂工况环境下,对TBM掘进中湿喷机喷嘴作业过程喷射距离、角度及风压等影响因素进行关联处理,充分利用超声波探测和喷嘴喷射方向力矩信息进行关联分析;建立湿喷机不同类型喷射物的超声波多频次探测和喷嘴喷射方向力矩对应关联关系,实现湿喷机作业过程的智能控制,有效降低施工成本、提高掘进效率和节能降耗,已经是一个值得研究的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足,本发明提供了一种能够有效地对TBM掘进过程中湿喷机作业喷嘴方向力矩、当前作业面喷射物回弹量、喷射物类型及比例等信息进行实时采集处理;有效反映出湿喷机作业的状态参量,从而能够对上述信号参量进行关联分析、处理,提取多频次喷射物回弹超声波探测信息,实时检测喷嘴喷射过程反向力矩,建立湿喷机不同类型喷射物的超声波多频次探测和喷嘴喷射方向力矩对应关联关系;通过多组参数求加权平均值、自适应算法设计与阈值设置及模糊控制等技术手段,实时调整湿喷机工作状态,有效降低湿喷回弹量,提高湿喷质量和掘进效率的自动控制装置。
本发明的目的是这样实现的:一种TBM施工前置式湿喷机智能控制装置,它包括信号处理单元、信号采集单元以及外设单元;所述信号处理单元包括CPU模块、与CPU模块连接的电源模块、以及与CPU模块信号输入端连接的A/D转换模块;所述信号采集单元包括设置在湿喷机喷嘴下面并与喷嘴呈115~120度夹角的超声波传感器、以及固定在湿喷机喷嘴机械臂和支撑力臂夹角处的扭矩传感器;所述超声波传感器以及扭矩传感器的信号输出端分别与接口模块连接;所述接口模块的信号输出端与A/D转换模块的信号输入端连接;所述外设单元包括分别与CPU模块的输入输出端连接的数据存储模块以及TBM主控PLC以太网接口模块。
进一步的,所述超声波传感器固定在系统喷射回弹物弹射最大距离之外。
进一步的,所述的接口模块为可扩展接口类型。
本发明的原理是:信号采集单元输出的信号通过信号处理单元的A/D转换模块输入到CPU模块对TBM掘进过程中湿喷机作业喷嘴方向力矩、当前作业面喷射物回弹量、喷射物类型及比例等信息进行实时采集处理;有效反映出湿喷机作业的状态参量,从而能够对上述信号参量进行关联分析、处理,提取多频次喷射物回弹超声波探测信息,实时检测喷嘴喷射过程反向力矩,建立湿喷机不同类型喷射物的超声波多频次探测和喷嘴喷射方向力矩对应关联关系;通过多组参数求加权平均值、自适应算法设计与阈值设置及模糊控制等技术手段,实时调整湿喷机工作状态,有效降低湿喷回弹量,操作方法包括如下步骤:
步骤1:超声波传感器、扭矩传感器采集信号,通过采集线束和传输线束传输到主机,同时主机通过TBM主控PLC以太网接口提取TBM掘进参数,并进行本地存储;
步骤2:信号采集单元输出信号到信号处理单元的A/D转换模块进行信号处理;
步骤3:CPU模块对信号处理单元的A/D转换模块输出信号进行处理,将处理结果推送本地存储或与TBM主控PLC以太网接口模块相连的扩展模块进行二次数据处理。
本发明的有益效果是:本发明提供了一种能够有效地对TBM掘进过程中湿喷机作业喷嘴方向力矩、当前作业面喷射物回弹量、喷射物类型及比例等信息进行实时采集处理;有效反映出湿喷机作业的状态参量,从而能够对上述信号参量进行关联分析、处理,提取多频次喷射物回弹超声波探测信息,实时检测喷嘴喷射过程反向力矩,建立湿喷机不同类型喷射物的超声波多频次探测和喷嘴喷射方向力矩对应关联关系;通过多组参数求加权平均值、自适应算法设计与阈值设置及模糊控制等技术手段,实时调整湿喷机工作状态,有效降低湿喷回弹量的自动控制装置。本发明装置系统响应快、便于调试、成本低,能够有效降低湿喷回弹量,提高湿喷质量和掘进效率,从而降低能耗,达到节能减排和提高施工效率的双重目的,经济效益和社会效益巨大。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明的算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明做进一步的说明。
如图1所示,本发明的TBM施工前置式湿喷机智能控制装置,它包括信号处理单元(主机模块)、信号采集单元以及外设单元;所述信号处理单元包括CPU模块1、与CPU模块连接的电源模块2、以及与CPU模块信号输入端连接的A/D转换模块3;所述信号采集单元包括设置在湿喷机喷嘴下面并与喷嘴呈115~120度夹角的超声波传感器4、以及固定在湿喷机喷嘴机械臂和支撑力臂夹角处的扭矩传感器5;所述超声波传感器4以及扭矩传感器5的信号输出端分别与接口模块6连接;所述接口模块6的信号输出端与A/D转换模块3的信号输入端连接;所述外设单元包括分别与CPU模块1的输入输出端连接的数据存储模块7以及TBM主控PLC以太网接口模块8;所述的接口模块,包括采集线束和传输线束;所述的接口模块为可扩展接口类型。
所述的信号采集单元输出的信号通过信号处理单元的A/D转换模块输入到CPU模块对TBM掘进过程中湿喷机作业喷嘴方向力矩、当前作业面喷射物回弹量、喷射物类型及比例等信息进行实时采集处理;有效反映出湿喷机作业的状态参量,从而能够对上述信号参量进行关联分析、处理,提取多频次喷射物回弹超声波探测信息,实时检测喷嘴喷射过程反向力矩,建立湿喷机不同类型喷射物的超声波多频次探测和喷嘴喷射方向力矩对应关联关系;通过多组参数求加权平均值、自适应算法设计与阈值设置及模糊控制等技术手段,实时调整湿喷机工作状态,有效降低湿喷回弹量,操作方法包括如下步骤:
步骤1:超声波传感器、扭矩传感器采集信号,通过采集线束和传输线束传输到主机模块,同时主机模块通过TBM主控PLC以太网接口提取TBM掘进参数,并进行本地存储;
步骤2:信号采集单元输出信号到信号处理单元的A/D转换模块进行信号处理;
步骤3:CPU模块对信号处理单元的A/D转换模块输出信号进行处理,将处理结果推送本地存储或与TBM主控PLC以太网接口模块相连的扩展模块进行二次数据处理。
使用时:检查装置电源状态指示灯是否正常,选择超声波传感器和扭矩传感器输出信号对应的参数类型,将超声波传感器固定在湿喷机喷嘴下面,和喷嘴成115~120度夹角,固定位置要控制在系统喷射回弹物弹射最大距离之外,有效避免影响传感器探测精度;扭矩传感器固定在喷嘴机械臂和支撑力臂夹角处,原则是既不影响湿喷机设备正常工作,又要能够实时多频次采集喷射物回弹信息和喷嘴喷射反向力矩信息,通过采集线束和传输线束传输到主机模块,然后信号采集单元输出信号到信号处理单元的A/D转换模块,信号处理单元的A/D转换模块输出信号到CPU模块,建立湿喷机不同类型喷射物的超声波多频次探测和喷嘴喷射方向力矩对应关联关系;通过多组参数求加权平均值、自适应算法设计与阈值设置及模糊控制等技术手段,实时调整湿喷机工作状态,有效降低湿喷回弹量。
以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内,本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等,均应视为本申请的保护范围。

Claims (1)

1.一种TBM施工前置式湿喷机智能控制装置,其特征在于:包括信号处理单元、信号采集单元以及外设单元;所述信号处理单元包括CPU模块(1)、与CPU模块连接的电源模块(2)、以及与CPU模块信号输入端连接的A/D转换模块(3);所述信号采集单元包括设置在湿喷机喷嘴下面并与喷嘴呈115~120度夹角的超声波传感器(4)、以及固定在湿喷机喷嘴机械臂和支撑力臂夹角处的扭矩传感器(5);所述超声波传感器(4)以及扭矩传感器(5)的信号输出端分别与接口模块(6)连接;所述接口模块(6)的信号输出端与A/D转换模块(3)的信号输入端连接;所述外设单元包括分别与CPU模块(1)的输入输出端连接的数据存储模块(7)以及TBM主控PLC以太网接口模块(8);所述超声波传感器(4)固定在系统喷射回弹物弹射最大距离之外;所述的接口模块(6)为可扩展接口类型,其包括采集线束和传输线束;
所述湿喷机智能控制装置操作方法的步骤如下:
步骤1:超声波传感器、扭矩传感器采集信号,通过采集线束和传输线束传输到主机模块,同时主机模块通过TBM主控PLC以太网接口提取TBM掘进参数,并进行本地存储;
步骤2:信号采集单元输出信号到信号处理单元的A/D转换模块进行信号处理;
步骤3:CPU模块对信号处理单元的A/D转换模块输出信号进行处理,将处理结果推送本地存储或与TBM主控PLC以太网接口模块相连的扩展模块进行二次数据处理;
使用时:检查装置电源状态指示灯是否正常,选择超声波传感器和扭矩传感器输出信号对应的参数类型,将超声波传感器固定在湿喷机喷嘴下面,和喷嘴成115~120度夹角,固定位置控制在系统喷射回弹物弹射最大距离之外,有效避免影响传感器探测精度;扭矩传感器固定在喷嘴机械臂和支撑力臂夹角处,既不影响湿喷机设备正常工作,能够实时多频次采集喷射物回弹信息和喷嘴喷射反向力矩信息,通过采集线束和传输线束传输到主机模块,然后信号采集单元输出信号到信号处理单元的A/D转换模块,信号处理单元的A/D转换模块输出信号到CPU模块,建立湿喷机不同类型喷射物的超声波多频次探测和喷嘴喷射方向力矩对应关联关系;通过多组参数求加权平均值、自适应算法设计与阈值设置及模糊控制的技术手段,实时调整湿喷机工作状态,有效降低湿喷回弹量。
CN201910704718.1A 2019-07-31 2019-07-31 一种tbm施工前置式湿喷机智能控制装置 Active CN110454193B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910704718.1A CN110454193B (zh) 2019-07-31 2019-07-31 一种tbm施工前置式湿喷机智能控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910704718.1A CN110454193B (zh) 2019-07-31 2019-07-31 一种tbm施工前置式湿喷机智能控制装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110454193A CN110454193A (zh) 2019-11-15
CN110454193B true CN110454193B (zh) 2024-03-19

Family

ID=68484384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910704718.1A Active CN110454193B (zh) 2019-07-31 2019-07-31 一种tbm施工前置式湿喷机智能控制装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110454193B (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19612743C1 (de) * 1996-03-29 1997-03-27 Klaus Dipl Ing Esters Verfahren zum Abdichten der Ortsbrust beim Auffahren eines Hohlraums im Tunnel- und Rohrleitungsbau mittels eines Erddruckschildes
JPH09105295A (ja) * 1995-10-11 1997-04-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd トンネル掘削機
JP2002081289A (ja) * 2000-09-07 2002-03-22 Nakaguro Kensetsu Kk トンネル掘進方法及びトンネル掘進装置
JP2005042353A (ja) * 2003-07-25 2005-02-17 Okumura Corp 立坑掘削機における掘削ズリ排出装置
KR20140092731A (ko) * 2013-01-16 2014-07-24 한국남부발전 주식회사 태양광 모듈의 세정장치 및 그 제어방법
CN104847378A (zh) * 2014-10-14 2015-08-19 湖南五新重型装备有限公司 一种车载式混凝土湿喷车控制系统
CN205330675U (zh) * 2016-01-22 2016-06-22 四川锦绣山河交通工程有限公司 一种后置式盾构机刀具喷淋降温设备
CN106761831A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 中铁工程装备集团有限公司 一种tbm新型混喷器
CN107063661A (zh) * 2017-03-30 2017-08-18 中铁工程装备集团有限公司 可调式喷头冲刷试验装置
KR101853482B1 (ko) * 2017-11-08 2018-05-04 주식회사 케이이알 지반터널 굴착을 위한 워터젯 연마제 처리 장비
CN108343445A (zh) * 2018-04-19 2018-07-31 中国矿业大学 模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置及方法
CN207795291U (zh) * 2017-11-16 2018-08-31 中铁隧道局集团有限公司 Tbm施工一次通风质量检测及处理装置
CN109441475A (zh) * 2018-12-25 2019-03-08 中铁隧道局集团有限公司 一种撑靴防滑检测自动处理装置及其检测处理方法
CN210370695U (zh) * 2019-07-31 2020-04-21 盾构及掘进技术国家重点实验室 一种tbm施工前置式湿喷智能控制装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7832960B2 (en) * 2008-12-17 2010-11-16 The Robbins Company All-conditions tunnel boring machine
JP6654504B2 (ja) * 2016-05-17 2020-02-26 株式会社小松製作所 トンネル掘進機

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09105295A (ja) * 1995-10-11 1997-04-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd トンネル掘削機
DE19612743C1 (de) * 1996-03-29 1997-03-27 Klaus Dipl Ing Esters Verfahren zum Abdichten der Ortsbrust beim Auffahren eines Hohlraums im Tunnel- und Rohrleitungsbau mittels eines Erddruckschildes
JP2002081289A (ja) * 2000-09-07 2002-03-22 Nakaguro Kensetsu Kk トンネル掘進方法及びトンネル掘進装置
JP2005042353A (ja) * 2003-07-25 2005-02-17 Okumura Corp 立坑掘削機における掘削ズリ排出装置
KR20140092731A (ko) * 2013-01-16 2014-07-24 한국남부발전 주식회사 태양광 모듈의 세정장치 및 그 제어방법
CN104847378A (zh) * 2014-10-14 2015-08-19 湖南五新重型装备有限公司 一种车载式混凝土湿喷车控制系统
CN205330675U (zh) * 2016-01-22 2016-06-22 四川锦绣山河交通工程有限公司 一种后置式盾构机刀具喷淋降温设备
CN106761831A (zh) * 2016-12-30 2017-05-31 中铁工程装备集团有限公司 一种tbm新型混喷器
CN107063661A (zh) * 2017-03-30 2017-08-18 中铁工程装备集团有限公司 可调式喷头冲刷试验装置
KR101853482B1 (ko) * 2017-11-08 2018-05-04 주식회사 케이이알 지반터널 굴착을 위한 워터젯 연마제 처리 장비
CN207795291U (zh) * 2017-11-16 2018-08-31 中铁隧道局集团有限公司 Tbm施工一次通风质量检测及处理装置
CN108343445A (zh) * 2018-04-19 2018-07-31 中国矿业大学 模拟隧道分部开挖的多功能智能掘进装置及方法
CN109441475A (zh) * 2018-12-25 2019-03-08 中铁隧道局集团有限公司 一种撑靴防滑检测自动处理装置及其检测处理方法
CN210370695U (zh) * 2019-07-31 2020-04-21 盾构及掘进技术国家重点实验室 一种tbm施工前置式湿喷智能控制装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110454193A (zh) 2019-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108731788B (zh) 一种高空作业臂低频振动视觉检测装置及方法
CN110703266A (zh) 一种掘进机精准定位及导航系统
CN210370695U (zh) 一种tbm施工前置式湿喷智能控制装置
CN106437854B (zh) 分布式煤岩动力灾害声电同步监测系统及方法
CN104596459A (zh) 滑坡监测系统及其监测方法
CN109268026B (zh) 一种顶管机操作系统及操作方法
CN112213317B (zh) 基于三维激光扫描技术的输送带撕裂检测系统及其检测方法
CN110454193B (zh) 一种tbm施工前置式湿喷机智能控制装置
CN112720532A (zh) 一种围岩稳定性智能监测及精准支护机器人群
CN109441475B (zh) 一种撑靴防滑检测自动处理装置及其检测处理方法
CN103628872A (zh) 智能监测和自动调节截割头转速的折臂式掘进机
CN209261588U (zh) 一种撑靴防滑检测自动处理装置
CN111123352B (zh) 适用于隧道超前地质预报的检波器快速固定装置
CN109060005B (zh) 一种用于大型建筑物结构安全的智能采集系统
CN214616675U (zh) 一种煤矿综采工作面煤和矸石智能识别系统
CN206707751U (zh) 一种用于隧道洞口施工渣土车的喷淋降尘系统
CN113029995B (zh) 一种线性调频的煤岩辐射检测装置及方法
CN115163107A (zh) 截割臂控制方法、装置、掘进机及掘进机控制系统
CN201903661U (zh) 巡线机器人用传感装置
CN213069912U (zh) 一种城市排水深隧的巡检系统
CN104265263A (zh) 一种深海钻机水下控制仓
CN110979397B (zh) 一种运营期高铁穿越仰拱上浮区实时监测预警系统与方法
CN208654597U (zh) 隧道结构健康监测数据采集器
CN113534289A (zh) 基于物联网的随掘超前智能综合探测实时预警装置及方法
CN202954429U (zh) 变电站深水井调度自动化排水系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant