CN112832790B - 盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法及系统，所述泵控方法包括如下步骤：获取所述盾构机在正常推进时的设定流量；在所述盾构机处于推拼同步状态时，获取当前参与推进的推进油缸的数量，并利用获取的当前参与推进的推进油缸的数量与所述设定流量计算得到当前目标流量；利用所述当前目标流量控制调节所述液压泵的输出流量，以使得所述液压泵的输出流量与所述当前目标流量相一致，从而使得所述盾构机实现匀速推进。本发明实现了盾构机在推拼同步状态下的匀速推进控制，在参与推进的推进油缸的数量减少时，相应地减少液压泵的输出流量，让盾构机保持匀速掘进，避免刀盘扭矩变大及刀盘磨损严重的现象发生。

Description

盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法及系统

技术领域

本发明涉及盾构施工工程领域，特指一种盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法及系统。

背景技术

随着近年来各国城市道路建设和地下空间建设的迅猛发展，目前国内外盾构法隧道工程已经往大深度、大断面、长距离的方向发展，这就造成了盾构隧道施工工期的延长。常规盾构施工操作是在盾构机掘进完一环管片宽度、完全停下来后才开始拼装管片。在盾构隧道形成的过程中，工期主要取决于盾构推进和管片拼装两部分时间，且两者耗时接近。为缩短工期、提高施工效率，全球各大盾构机设计研发企业都在装备升级和施工效率提升方面投入大量的经费和精力，为跨越式地提高盾构施工效率，可将管片拼装时间融入到盾构推进过程中，使管片拼装与盾构推进同步进行，理论上可将施工工期最大程度地缩短一半。

在同步推拼盾构机进行管片拼装工作时，在待拼管片的位置，需要缩回几组油缸，为管片提供插入余量，其余油缸则保持推进状态，由于泵的输出流量是一定的，推进状态的油缸数量减少，从液压泵分配到每一组推进油缸的流量相应会增大，导致油缸推进速度增大，使刀盘贯入度变大，进而造成刀盘扭矩变大，刀盘磨损严重。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法及系统，解决现有的盾构机因泵的输出流量恒定而在推拼同步时油缸推进速度增大导致刀盘扭矩变大及磨损严重的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法，所述盾构机上设有多个推进油缸和为多个推进油缸提供动力的液压泵，所述泵控方法包括如下步骤：

获取所述盾构机在正常推进时的设定流量；

在所述盾构机处于推拼同步状态时，获取当前参与推进的推进油缸的数量，并利用获取的当前参与推进的推进油缸的数量与所述设定流量计算得到当前目标流量；以及

利用所述当前目标流量控制调节所述液压泵的输出流量，以使得所述液压泵的输出流量与所述当前目标流量相一致，从而使得所述盾构机实现匀速推进。

本发明的泵控方法实现了盾构机在推拼同步状态下的匀速推进控制，在参与推进的推进油缸的数量减少时，相应地减少液压泵的输出流量，让盾构机保持匀速掘进，避免刀盘扭矩变大及刀盘磨损严重的现象发生。液压泵根据当前目标流量进行适应性的调节，能够实现节能的效果。

本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法的进一步改进在于，计算当前目标流量时，还包括：

利用如下公式计算得到当前目标流量：

上式中，为当前目标流量，/>为设定流量，N_推为当前参与推进的推进油缸的数量，N_总为推进油缸的总数量。

本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法的进一步改进在于，还包括利用前一时刻的设定流量对当前时刻的设定流量进行补偿：

获取所述液压泵前一时刻的工作压力与当前时刻的工作压力；

利用如下公式对当前时刻的设定流量进行补偿：

上式中，为当前时刻的设定流量，/>为前一时刻的设定流量，P₁为前一时刻的工作压力，P₂为当前时刻的工作压力，C为流量补偿系数。

本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法的进一步改进在于，还包括：

提供比例控制阀，将所述比例控制阀与所述液压泵连接，通过所述比例控制阀控制调节所述液压泵的输出流量。

本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法的进一步改进在于，所述液压泵为变量柱塞泵。

本发明还提供了一种盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控系统，所述盾构机上设有多个推进油缸和为多个推进油缸提供动力的液压泵，所述泵控系统包括：

获取模块，用于获取所述盾构机在正常推进时的设定流量，还用于获取所述盾构机处于推拼同步状态时当前参与推进的推进油缸的数量；

计算模块，与所述获取模块连接，用于利用当前参与推进的推进油缸的数量与所述设定流量计算得到当前目标流量；以及

控制模块，与所述计算模块和所述液压泵连接，所述控制模块用于利用所述当前目标流量控制调节所述液压泵的输出流量，以使得所述液压泵的输出流量与所述当前目标流量相一致，从而使得所述盾构机实现匀速推进。

本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控系统的进一步改进在于，所述计算模块利用如下公式计算得到当前目标流量：

上式中，为当前目标流量，/>为设定流量，N_推为当前参与推进的推进油缸的数量，N_总为推进油缸的总数量。

本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控系统的进一步改进在于，还包括与所述获取模块和所述计算模块连接的流量补偿模块，用于利用前一时刻的设定流量对当前时刻的设定流量进行补偿：

所述获取模块还用于获取所述液压泵前一时刻的工作压力与当前时刻的工作压力；

所述流量补偿模块利用如下公式对当前时刻的设定流量进行补偿：

上式中，为当前时刻的设定流量，/>为前一时刻的设定流量，P₁为前一时刻的工作压力，P₂为当前时刻的工作压力，C为流量补偿系数。

本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控系统的进一步改进在于，还包括与所述液压泵连接的比例控制阀，通过所述比例控制阀控制调节所述液压泵的输出流量。

本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控系统的进一步改进在于，所述液压泵为变量柱塞泵。

附图说明

图1为本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控系统的系统图。

图2为本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法的流程图。

图3为本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法及系统所应用的盾构机及推进油缸的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法及系统，用于控制盾构机匀速推进，避免因推进油缸的推进速度增大而使得刀盘贯入度变大进而造成刀盘扭矩变大，刀盘磨损严重的现象发生。本发明的匀速推进泵控方法及系统通过获取的参与推进的推进油缸的数量计算得出对应的当前目标流量，并根据当前目标流量控制调节液压泵的输出流量，从而使得盾构机能够保持匀速推进，避免了刀盘磨损严重的现象发生，又为推拼同步提供了方便。进一步地，在计算当前目标流量时，对当前的设计流量进行了补偿，以补偿液压泵由于输出压力波动而导致的流量波动，使得盾构机能够保持匀速稳定的向前推进。下面结合附图对本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法及系统进行说明。

参阅图1，显示了本发明盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控系统的系统图。下面结合图1，对本发明盾构机推拼同步状态下匀速推进泵控系统进行说明。

如图1所示，本发明的盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控系统用于控制盾构机匀速推进，结合图3所示，盾构机10上设有多个推进油缸11和为多个推进油缸11提供动力的液压泵26，本发明的匀速推进泵控系统包括获取模块21、计算模块23以及控制模块24，其中的获取模块21与计算模块23连接，控制模块24与计算模块23和液压泵26连接；获取模块21用于获取盾构机10在正常推进时的设定流量，获取模块21还用于获取盾构机10处于推拼同步状态时当前参与推进的推进油缸11的数量；计算模块23接收获取模块21获取的设定流量及当前参与推进的推进油缸11的数量，计算模块23利用当前参与推进的推进油缸11的数量与设定流量计算得到当前目标流量。控制模块24接收计算模块23计算得到的当前目标流量，利用当前目标流量控制调节液压泵的输出流量，以使得液压泵的输出流量与当前目标流量相一致，从而使得盾构机实现匀速推进。

较佳地，获取模块21与盾构机10的PLC通信连接，获取模块21自盾构机10的PLC处获取盾构机正常推进时的设定流量，该设定流量与盾构机的设定速度相匹配，进而本发明的泵控系统在推进油缸的实际参与数量发生变化时，根据设定流量计算得出对应的目标流量，并利用目标流量控制调节液压泵的输出流量，使得盾构机能够以设定速度匀速推进。

在另一较佳实施方式中，获取模块21获取的设定流量为输入值，该获取模块21与泵控系统的输入设备连接，人工手动通过输入设备输入一设定流量，获取模块21接收该设定流量并进行存储。

在本发明的一种具体实施方式中，计算模块23利用如下公式计算得到当前目标流量：

上式中，为当前目标流量，/>为设定流量，N_推为当前参与推进的推进油缸的数量，N_总为推进油缸的总数量。

盾构机10上推进油缸11的总数量为定值，推进油缸11的总数量可事先输入存储在泵控系统中，计算模块23在使用时直接读取即可。

盾构机10正常推进也即全推进模式，全部推进油缸均顶推盾构机以使得盾构机向前推进。盾构机10在推拼同步状态时，有部分推进油缸需缩回为拼装管片提供空间，如此使得参与推进的推进油缸的数量变少，此时液压油的需求量就随之减少。本发明的计算模块依据参与推进油缸数量占总数量的比例来计算当前目标流量，在不考虑系统的其他损耗的情况下，盾构机可保持匀速推进。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明的匀速推进泵控系统还包括与获取模块21和计算模块23连接的流量补偿模块22，该流量补偿模块22用于利用前一时刻的设定流量对当前时刻的设定流量进行补偿：

获取模块21还用于获取液压泵26前一时刻的工作压力与当前时刻的工作压力；

流量补偿模块22利用如下公式对当前时刻的设定流量进行补偿：

上式中，为当前时刻的设定流量，/>为前一时刻的设定流量，P₁为前一时刻的工作压力，P₂为当前时刻的工作压力，工作压力的单位为bar，C为流量补偿系数，该流量补偿系数较佳为0.0405。

液压泵的输出压力波动会导致流量波动，控制调节液压泵的输出流量时需要对因输出压力波动导致的流量波动进行补偿，才能让盾构机保持高精度的匀速推进。液压泵的输出流量会随着液压泵的输出压力的增加而减少，利用前后时刻的压力差乘以补偿系数得到流量的补偿量，将该补偿量加上前一时刻的设定流量就得到了当前时刻的设定流量，补偿了流量因压力的波动而带来的损失。

盾构机在从全推进模式转换到推拼同步模式时，计算模块根据全推进模式的设定流量计算当前目标流量。进入推拼同步模式之后，根据采样周期，不断的用前一时刻的设定流量及前后时刻的工作压力差来补偿当前时刻的设定流量，计算模块计算当前目标流量时，利用补偿后的当前时刻的设定流量来计算，以提高盾构机匀速控制的精确性。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明的匀速推进泵控系统还包括与液压泵26连接的比例控制阀25，通过比例控制阀25控制调节液压泵26的输出流量。

较佳地，控制模块24与比例控制阀25控制连接，控制模块24通过电流信号控制比例控制阀25，通过不同的电流信号实现比例控制阀25输出不同的压力油，该压力油进入到液压泵26内，实现对液压泵26的输出流量的控制。

进一步地，液压泵26为变量柱塞泵。变量柱塞泵内设置有变量机构，该变量机构与比例控制阀25连接，比例控制阀25提供的压力油输入给变量机构，压力油进入到变量机构的无杆腔内，是控制腔内的压力升高，变量机构的活塞反向移动，斜盘开度发生变化，从而液压泵的输出流量相应发生改变。

较佳地，本发明的匀速推进的泵控系统内存储有电流信号的强弱与目标流量大小的关系对照表，控制模块24接收到当前的目标流量后，从上述的关系对照表中找出对应的电流信号的强度，从而发送相应的电流信号给比例控制阀25，比例控制阀25根据电流信号提供对应的压力油给液压泵从而实现了控制调节液压泵26的输出流量。

本发明的匀速推进的泵控系统在盾构机进入到同步推拼状态时，根据参与推进的油缸的数量自动调节液压泵的输出流量，使得液压泵的输出流量匹配实际推进工作，让盾构机能够保持匀速推进。

本发明提供了一种盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法，下面对该匀速推进泵控方法进行说明。

如图2所示，本发明的匀速推进泵控方法用于控制盾构机实现匀速推进，盾构机上设有多个推进油缸和为多个推进油缸提供动力的液压泵，本发明的泵控方法包括如下步骤；

执行步骤S101，获取盾构机在正常推进时的设定流量；接着执行步骤S102；

执行步骤S102，在盾构机处于推拼同步状态时，获取当前参与推进的推进油缸的数量，并利用获取的当前参与推进的推进油缸的数量与设定流量计算得到当前目标流量；接着执行步骤S103；

执行步骤S103，利用当前目标流量控制调节液压泵的输出流量，以使得液压泵的输出流量与当前目标流量相一致，从而使得盾构机实现匀速推进。

其中盾构机正常推进是指盾构机处于全推进模式，也即所有推进油缸均参与推进的状态。本发明的泵控方法实现了盾构机在推拼同步状态下的匀速推进控制，在参与推进的推进油缸的数量减少时，相应地减少液压泵的输出流量，让盾构机保持匀速掘进，避免刀盘扭矩变大及刀盘磨损严重的现象发生。液压泵根据当前目标流量进行适应性的调节，能够实现节能的效果。

在本发明的一种具体实施方式中，计算当前目标流量时，还包括：

利用如下公式计算得到当前目标流量：

上式中，为当前目标流量，/>为设定流量，N_推为当前参与推进的推进油缸的数量，N_总为推进油缸的总数量。

在本发明的一种具体实施方式中，包括利用前一时刻的设定流量对当前时刻的设定流量进行补偿：

获取液压泵前一时刻的工作压力与当前时刻的工作压力；

利用如下公式对当前时刻的设定流量进行补偿：

上式中，为当前时刻的设定流量，/>为前一时刻的设定流量，P₁为前一时刻的工作压力，P₂为当前时刻的工作压力，C为流量补偿系数。

在盾构机进入到推拼同步状态之后，根据采样周期，不断的利用前一时刻的设定流量及工作压力对当前时刻的设定流量进行补偿，以实现补偿由于压力波动导致的流量波动，确保盾构机处于稳定的匀速推进状态。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明的匀速推进泵控方法还包括：提供比例控制阀，将比例控制阀与液压泵连接，通过比例控制阀控制调节液压泵的输出流量。

在本发明的一种具体实施方式中，液压泵为变量柱塞泵。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法，所述盾构机上设有多个推进油缸和为多个推进油缸提供动力的液压泵，其特征在于，所述泵控方法包括如下步骤：

获取所述盾构机在正常推进时的设定流量；

在所述盾构机处于推拼同步状态时，获取当前参与推进的推进油缸的数量，并利用获取的当前参与推进的推进油缸的数量与所述设定流量计算得到当前目标流量；以及

利用所述当前目标流量控制调节所述液压泵的输出流量，以使得所述液压泵的输出流量与所述当前目标流量相一致，从而使得所述盾构机实现匀速推进；

计算当前目标流量时，还包括：

利用如下公式计算得到当前目标流量：

上式中，为当前目标流量，/>为设定流量，N_推为当前参与推进的推进油缸的数量，N_总为推进油缸的总数量；

还包括利用前一时刻的设定流量对当前时刻的设定流量进行补偿：

获取所述液压泵前一时刻的工作压力与当前时刻的工作压力；

利用如下公式对当前时刻的设定流量进行补偿：

上式中，为当前时刻的设定流量，/>为前一时刻的设定流量，P₁为前一时刻的工作压力，P₂为当前时刻的工作压力，C为流量补偿系数。

2.如权利要求1所述的盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法，其特征在于，还包括：

提供比例控制阀，将所述比例控制阀与所述液压泵连接，通过所述比例控制阀控制调节所述液压泵的输出流量。

3.如权利要求1所述的盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控方法，其特征在于，所述液压泵为变量柱塞泵。

4.一种盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控系统，所述盾构机上设有多个推进油缸和为多个推进油缸提供动力的液压泵，其特征在于，所述泵控系统包括：

获取模块，用于获取所述盾构机在正常推进时的设定流量，还用于获取所述盾构机处于推拼同步状态时当前参与推进的推进油缸的数量；

计算模块，与所述获取模块连接，用于利用当前参与推进的推进油缸的数量与所述设定流量计算得到当前目标流量；以及

控制模块，与所述计算模块和所述液压泵连接，所述控制模块用于利用所述当前目标流量控制调节所述液压泵的输出流量，以使得所述液压泵的输出流量与所述当前目标流量相一致，从而使得所述盾构机实现匀速推进；

所述计算模块利用如下公式计算得到当前目标流量：

上式中，为当前目标流量，/>为设定流量，N_推为当前参与推进的推进油缸的数量，N_总为推进油缸的总数量；

还包括与所述获取模块和所述计算模块连接的流量补偿模块，用于利用前一时刻的设定流量对当前时刻的设定流量进行补偿：

所述获取模块还用于获取所述液压泵前一时刻的工作压力与当前时刻的工作压力；

所述流量补偿模块利用如下公式对当前时刻的设定流量进行补偿：

上式中，为当前时刻的设定流量，/>为前一时刻的设定流量，P₁为前一时刻的工作压力，P₂为当前时刻的工作压力，C为流量补偿系数。

5.如权利要求4所述的盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控系统，其特征在于，还包括与所述液压泵连接的比例控制阀，通过所述比例控制阀控制调节所述液压泵的输出流量。

6.如权利要求4所述的盾构机推拼同步状态下的匀速推进泵控系统，其特征在于，所述液压泵为变量柱塞泵。