CN114021351A - 一种基于竖向tbm的旋转限位系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于竖向TBM的旋转限位系统及其控制方法，旋转限位系统包括控制器、混喷机械臂、第一限位开关和第二限位开关，混喷机械臂上设有挡片；第一限位开关和第二限位开关分别与挡片配合设置；第二限位开关的位置对应于混喷机械臂沿着第一方向旋转时的第一限制角度；当混喷机械臂沿着第一方向旋转时，挡片先触发第一限位开关，使得第一限位开关向控制器发送第一触发信号，控制器激活第二限位开关；若混喷机械臂继续沿着第一方向旋转，则控制器触发第二限位开关，使得混喷机械臂的旋转角度被限制在第一限制角度内。本发明提供的技术方案通过挡片与两个限位开关的配合，能够对混喷机械臂的旋转角度进行限制，避免因旋转角度过大损坏设备。

Description

一种基于竖向TBM的旋转限位系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及TBM领域，特别涉及一种基于竖向TBM的旋转限位系统及其控制方法。

背景技术

混喷机械臂在竖向TBM(Tunnel Boring Machine，全断面硬岩隧道掘进机)中起着重要的作用，一般用于开挖后对洞壁进行支护，防止二次坍塌，确保挖掘过程中人员和设备的安全。

现有的竖向TBM中混喷机械臂一般采用的是编码器传递角度数据，再通过程序处理换算成模拟限位控制左右旋转角度，但这种方式存在以下缺陷：

第一、由于编码器是高精度仪器，采用集成电路板来控制，容易在高频率高强度的震动下损坏；

第二、编码器使用过多后会出现一定程度上的角度偏移，导致混喷机械臂转不到位或者转过了拉断油管和线路，从而影响喷混进度和设备人员安全；

第三、当编码器因为通讯或者设备损坏不再传递数据时，程序中获取的编码器实际角度值会显示成双整数的最大负值，换算后的角度值会一直触发右旋限位，然后导致混喷机械臂只能左旋不能右旋，但是实际操作手在控制混喷机械臂左旋的时候不会知道发生了这个故障，所以，当左旋角度过大时就会导致油管及线路损坏，甚至是危及人员及设备的安全。

因此，为了解决上述问题，现在需要一种基于竖向TBM的旋转限位系统及其控制方法。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种基于竖向TBM的旋转限位系统及其控制方法，能够通过两个限位开关实现对混喷机械臂角度的监控及限制，可靠安全，本发明提供的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种基于竖向TBM的旋转限位系统，用于限制竖向TBM的混喷机械臂的旋转角度，所述旋转限位系统包括控制器以及，

混喷机械臂，其与所述控制器电连接，所述混喷机械臂上设有挡片，所述挡片能够跟随所述混喷机械臂旋转；

第一限位开关和第二限位开关，其分别与所述控制器电连接，所述第一限位开关和第二限位开关分别与所述挡片配合设置，使得当所述混喷机械臂沿着第一方向旋转时，所述挡片能够依次触发所述第一限位开关和第二限位开关；所述第二限位开关的位置对应于所述混喷机械臂沿着所述第一方向旋转时的第一限制角度；

当所述混喷机械臂沿着所述第一方向旋转时，所述挡片先触发所述第一限位开关，使得所述第一限位开关向所述控制器发送第一触发信号，响应于所述第一触发信号，则所述控制器激活所述第二限位开关；若所述混喷机械臂继续沿着所述第一方向旋转，则所述控制器触发所述第二限位开关，使得所述混喷机械臂的旋转角度被限制在所述第一限制角度内。

进一步地，若所述混喷机械臂继续沿着所述第一方向旋转，且旋转角度未超出所述第一限制角度，则当所述挡片再次触发所述第一限位开关时，所述第一限位开关向所述控制器发送第二触发信号，响应于所述第二触发信号，则所述控制器取消激活所述第二限位开关。

进一步地，当所述混喷机械臂沿着第二方向旋转时，所述挡片能够依次触发所述第二限位开关和第一限位开关，其中，所述第二方向为所述第一方向的反方向，所述第一限位开关的位置对应于所述混喷机械臂沿着所述第二方向旋转时的第二限制角度；

当所述混喷机械臂沿着所述第二方向旋转时，所述挡片先触发所述第二限位开关，使得所述第二限位开关向所述控制器发送第三触发信号，响应于所述第三触发信号，则所述控制器激活所述第一限位开关；若所述混喷机械臂继续沿着所述第二方向旋转，则所述控制器触发所述第一限位开关，使得所述混喷机械臂的旋转角度被限制在所述第二限制角度内。

进一步地，若所述混喷机械臂继续沿着所述第二方向旋转，且旋转角度未超出所述第二限制角度，则当所述挡片再次触发所述第二限位开关时，所述第二限位开关向所述控制器发送第四触发信号，响应于所述第四触发信号，则所述控制器取消激活所述第一限位开关。

进一步地，所述挡片的初始位置对应于初始角度，所述初始角度为0°；所述第一限制角度和第二限制角度的范围均为195°至205°。

进一步优选地，所述第一限制角度和第二限制角度均为200°。

优选地，所述第一限位开关和第二限位开关均为机械式旋转限位开关。采用机械式旋转限位开关来确保在竖向硬岩掘进机掘进过程中，将机体产生的高频震动对混喷机械臂的旋转限位的影响降到最低，同时不会产生角度漂移，方便混喷机械臂旋转限位更换及保护人员与机器的安全。

进一步地，所述旋转限位系统还包括电源，其与所述控制器电连接，所述电源用于为所述混喷机械臂、第一限位开关及第二限位开关供电。

进一步地，所述旋转限位系统还包括角度传感器和报警装置，所述角度传感器用于检测所述混喷机械臂的旋转角度；

所述控制器内设有比较器电路，其第一输入端与所述角度传感器电连接，所述比较器电路的第二输入端预设有角度阈值，所述比较器电路的输出端与所述报警装置电连接；当所述角度传感器检测到的混喷机械臂的旋转角度大于所述角度阈值时，所述控制器通过所述比较器电路控制所述报警装置进行报警，并控制所述电源停止供电。

另一方面，本发明提供了一种基于上文所述的基于竖向TBM的旋转限位系统的控制方法，用于控制竖向TBM的混喷机械臂旋转角度，所述控制方法包括：

S1、启动竖向TBM，使得混喷机械臂沿着第一方向开始旋转，并运行旋转限位系统；

S2、响应于旋转限位系统的第一限位开关被第一次触发，则发送第一触发信号至旋转限位系统的控制器，使得所述控制器激活旋转限位系统的第二限位开关；

S3、响应于所述混喷机械臂继续沿着第一方向旋转，则所述控制器触发旋转限位系统的第二限位开关，使得所述混喷机械臂的旋转角度被限制在第一限制角度内。

本发明具有的优点为：通过挡片与两个限位开关的配合，能够对混喷机械臂的旋转角度进行限制，避免因旋转角度过大损坏设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的旋转限位系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的旋转限位系统的局部结构示意图。

其中，附图标记包括：1-混喷机械臂，100-挡片，21-第一限位开关，22-第二限位开关。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种基于竖向TBM的旋转限位系统，如图1所示，旋转限位系统包括混喷机械臂1、第一限位开关21及第二限位开关22，混喷机械臂1上设有挡片100，挡片100能够跟随混喷机械臂1旋转，其中，旋转的方向包括第一方向和第二方向，第二方向为第一方向的反方向。本实施例中，第一方向为向左旋转(下文简称左旋)，第二方向为向右旋转(下文简称右旋)，并且，第一限位开关21和第二限位开关22均为机械式旋转限位开关，但不以此限定本发明的保护范围。

第一限位开关21和第二限位开关22分别与挡片100配合设置，且挡片100焊接在混喷机械臂1正位处。具体地，如图2所示，挡片100位于圆周C2上，C1和C2为两个同心圆周，将第一限位开关21和第二限位开关22焊接在一个圆周C1上，使得当混喷机械臂1左旋时，挡片100能够依次触发第一限位开关21和第二限位开关22，以及，当混喷机械臂1右旋时，挡片100能够依次触发第二限位开关22和第一限位开关21。

旋转限位系统用于限制竖向TBM的混喷机械臂1的旋转角度，混喷机械臂1左旋能够到达的最大角度为第一限制角度，其与第二限位开关22的位置相对应，同样地，混喷机械臂1右旋能够到达的最大角度为第二限制角度，其与第一限位开关21的位置相对应。在本实施例中，图2所示的挡片100所处位置为初始位置，其对应于初始角度，初始角度为0°，第一限制角度和第二限制角度均为200°，具体地，当混喷机械臂1左旋时，挡片100能够跟随混喷机械臂1从初始位置左旋至最大角度对应的位置即第二限位开关22所处位置，同样地，当混喷机械臂1右旋时，挡片100能够跟随混喷机械臂1从初始位置右旋至最大角度对应的位置即第一限位开关21所处位置。需要说明的是，第一限制角度和第二限制角度的取值范围均为195°至205°，上文的200°仅为举例说明，不以此限定本发明的保护范围。

旋转限位系统还包括控制器，其与混喷机械臂1、第一限位开关21及第二限位开关22分别电连接。控制器被配置为：响应于第一限位开关21发送的第一触发信号，则控制器激活第二限位开关22；以及，响应于第一限位开关21发送的第二触发信号，则控制器取消激活第二限位开关22；以及，响应于第二限位开关22发送的第三触发信号，则控制器激活第一限位开关21；以及，响应于第二限位开关22发送的第四触发信号，则控制器取消激活第一限位开关21。

具体地，在本实施例中，当混喷机械臂1左旋时即向左旋转的角度逐渐增大，挡片100第一次经过第一限位开关21，使得第一限位开关21被触发，从而第一限位开关21向控制器发送第一触发信号，在控制器的控制下，第二限位开关22被激活，进一步地：

若混喷机械臂1继续左旋，则在控制器的控制下，第二限位开关22被触发，此时第二限位开关22具有限位作用即能够将混喷机械臂1向左旋转的角度限制在200°内，当挡片100左旋至第二限位开关22即混喷机械臂1向左旋转的角度达到200°时，在第二限位开关22的限位作用和控制器的控制下，混喷机械臂1便不可继续左旋(接下来混喷机械臂1具体选择停止旋转，还是右旋，根据实际情况而定，不以此限定本发明的保护范围)，从而混喷机械臂1向左旋转的角度被限制在200°内；

若混喷机械臂1继续左旋，但其向左旋转的角度未超出200°，即挡片100没有接触到第二限位开关22，则当混喷机械臂1右旋时，混喷机械臂1向左旋转的角度逐渐减小，当挡片100第二次经过第一限位开关21时，第一限位开关21被再次触发，从而第一限位开关21向控制器发送第二触发信号，在控制器的控制下，第二限位开关22被取消激活，不具有限位作用。

同理，在本实施例中，当混喷机械臂1右旋时即向右旋转的角度逐渐增大，挡片100第一次经过第二限位开关22，使得第二限位开关22被触发，从而第二限位开关22向控制器发送第三触发信号，在控制器的控制下，第一限位开关21被激活，进一步地：

若混喷机械臂1继续右旋，则在控制器的控制下，第一限位开关21被触发，此时第一限位开关21也具有限位作用即能够将混喷机械臂1向右旋转的角度限制在200°内，当挡片100右旋至第一限位开关21即混喷机械臂1向右旋转的角度达到200°时，在第一限位开关21的限位作用和控制器的控制下，混喷机械臂1便不可继续右旋(接下来混喷机械臂1具体选择停止旋转，还是左旋，根据实际情况而定，不以此限定本发明的保护范围)，从而混喷机械臂1向右旋转的角度被限制在200°内；

若混喷机械臂1继续右旋，但其向右旋转的角度未超出200°，即挡片100没有接触到第一限位开关21，则当混喷机械臂1左旋时，混喷机械臂1向右旋转的角度逐渐减小，当挡片100第二次经过第二限位开关22时，第二限位开关22被再次触发，从而第二限位开关22向控制器发送第四触发信号，在控制器的控制下，第一限位开关21被取消激活，不具有限位作用。

进一步地，旋转限位系统还包括电源、角度传感器以及报警装置，其均与控制器电连接。电源用于为混喷机械臂1、第一限位开关21、第二限位开关22、角度传感器以及报警装置供电。角度传感器用于检测混喷机械臂1的旋转角度，并将旋转角度检测值发送至控制器中。控制器内设有比较器电路，其第一输入端与角度传感器电连接，比较器电路的第二输入端预设有角度阈值，比较器电路的输出端与报警装置电连接。具体地，当角度传感器检测到的旋转角度检测值大于预设的角度阈值时，控制器能够通过比较器电路控制报警装置进行报警，并控制电源停止供电，从而旋转限位系统还可以在第一限位开关21和第二限位开关22的限位作用失灵的极端条件下，通过角度传感器和报警装置对混喷机械臂1的旋转角度进行监控，并及时做出相应处理。

在本发明的一个实施例中，提供了一种竖向TBM，包括编码器和如上文所述的旋转限位系统。通过旋转限位系统，可以有效防止在施工和调试过程中由于编码器失灵导致的一侧旋转限位失效，从而避免油管被拉断和混喷机械臂被损坏，既可以避免混喷机械臂编码器产生的角度漂移，又可以实现误动作的消除，规避设备使用中的问题；并且，旋转限位系统不易损坏，便于更换且更换成本低，不会产生角度漂移，确保了混喷机械臂工作过程中人员及机器的安全。

在本发明的一个实施例中，提供了一种如上文所述的旋转限位系统的控制方法，用于控制竖向TBM的混喷机械臂旋转角度，控制方法包括以下步骤：

S1、启动竖向TBM，使得混喷机械臂1沿着第一方向开始旋转，并运行旋转限位系统；

S2、响应于旋转限位系统的第一限位开关21被第一次触发，则发送第一触发信号至旋转限位系统的控制器，使得控制器激活旋转限位系统的第二限位开关22；

S3、响应于混喷机械臂1继续沿着第一方向旋转，则控制器触发旋转限位系统的第二限位开关22，使得混喷机械臂1的旋转角度被限制在第一限制角度内。

另外，步骤S3还包括：响应于旋转限位系统的第一限位开关21被第二次触发，且在此之前混喷机械臂1未旋转至第二限位开关22处，则发送第二触发信号至控制器，使得控制器取消激活旋转限位系统的第二限位开关22。

本控制方法实施例的思想与上述实施例中旋转限位系统的工作过程属于同一思想，通过全文引用的方式将上述旋转限位系统实施例的全部内容并入本控制方法实施例，不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于竖向TBM的旋转限位系统，其特征在于，用于限制竖向TBM的混喷机械臂(1)的旋转角度，所述旋转限位系统包括控制器以及，

混喷机械臂(1)，其与所述控制器电连接，所述混喷机械臂(1)上设有挡片(100)，所述挡片(100)能够跟随所述混喷机械臂(1)旋转；

第一限位开关(21)和第二限位开关(22)，其分别与所述控制器电连接，所述第一限位开关(21)和第二限位开关(22)分别与所述挡片(100)配合设置，使得当所述混喷机械臂(1)沿着第一方向旋转时，所述挡片(100)能够依次触发所述第一限位开关(21)和第二限位开关(22)；所述第二限位开关(22)的位置对应于所述混喷机械臂(1)沿着所述第一方向旋转时的第一限制角度；

当所述混喷机械臂(1)沿着所述第一方向旋转时，所述挡片(100)先触发所述第一限位开关(21)，使得所述第一限位开关(21)向所述控制器发送第一触发信号，响应于所述第一触发信号，则所述控制器激活所述第二限位开关(22)；若所述混喷机械臂(1)继续沿着所述第一方向旋转，则所述控制器触发所述第二限位开关(22)，使得所述混喷机械臂(1)的旋转角度被限制在所述第一限制角度内。

2.如权利要求1所述的基于竖向TBM的旋转限位系统，其特征在于，若所述混喷机械臂(1)继续沿着所述第一方向旋转，且旋转角度未超出所述第一限制角度，则当所述挡片(100)再次触发所述第一限位开关(21)时，所述第一限位开关(21)向所述控制器发送第二触发信号，响应于所述第二触发信号，则所述控制器取消激活所述第二限位开关(22)。

3.如权利要求1所述的基于竖向TBM的旋转限位系统，其特征在于，当所述混喷机械臂(1)沿着第二方向旋转时，所述挡片(100)能够依次触发所述第二限位开关(22)和第一限位开关(21)，其中，所述第二方向为所述第一方向的反方向，所述第一限位开关(21)的位置对应于所述混喷机械臂(1)沿着所述第二方向旋转时的第二限制角度；

当所述混喷机械臂(1)沿着所述第二方向旋转时，所述挡片(100)先触发所述第二限位开关(22)，使得所述第二限位开关(22)向所述控制器发送第三触发信号，响应于所述第三触发信号，则所述控制器激活所述第一限位开关(21)；若所述混喷机械臂(1)继续沿着所述第二方向旋转，则所述控制器触发所述第一限位开关(21)，使得所述混喷机械臂(1)的旋转角度被限制在所述第二限制角度内。

4.如权利要求3所述的基于竖向TBM的旋转限位系统，其特征在于，若所述混喷机械臂(1)继续沿着所述第二方向旋转，且旋转角度未超出所述第二限制角度，则当所述挡片(100)再次触发所述第二限位开关(22)时，所述第二限位开关(22)向所述控制器发送第四触发信号，响应于所述第四触发信号，则所述控制器取消激活所述第一限位开关(21)。

5.如权利要求1所述的基于竖向TBM的旋转限位系统，其特征在于，所述挡片(100)的初始位置对应于初始角度，所述初始角度为0°；所述第一限制角度和第二限制角度的范围均为195°至205°。

6.如权利要求5所述的基于竖向TBM的旋转限位系统，其特征在于，所述第一限制角度和第二限制角度均为200°。

7.如权利要求1所述的基于竖向TBM的旋转限位系统，其特征在于，所述第一限位开关(21)和第二限位开关(22)均为机械式旋转限位开关。

8.如权利要求1所述的基于竖向TBM的旋转限位系统，其特征在于，所述旋转限位系统还包括电源，其与所述控制器电连接，所述电源用于为所述混喷机械臂(1)、第一限位开关(21)及第二限位开关(22)供电。

9.如权利要求8所述的基于竖向TBM的旋转限位系统，其特征在于，所述旋转限位系统还包括角度传感器和报警装置，所述角度传感器用于检测所述混喷机械臂(1)的旋转角度；

所述控制器内设有比较器电路，其第一输入端与所述角度传感器电连接，所述比较器电路的第二输入端预设有角度阈值，所述比较器电路的输出端与所述报警装置电连接；当所述角度传感器检测到的混喷机械臂(1)的旋转角度大于所述角度阈值时，所述控制器通过所述比较器电路控制所述报警装置进行报警，并控制所述电源停止供电。

10.一种基于权利要求1所述的旋转限位系统的控制方法，用于控制竖向TBM的混喷机械臂旋转角度，其特征在于，所述控制方法包括：

S1、启动竖向TBM，使得混喷机械臂(1)沿着第一方向开始旋转，并运行旋转限位系统；

S2、响应于旋转限位系统的第一限位开关(21)被第一次触发，则发送第一触发信号至旋转限位系统的控制器，使得所述控制器激活旋转限位系统的第二限位开关(22)；

S3、响应于所述混喷机械臂(1)继续沿着第一方向旋转，则所述控制器触发旋转限位系统的第二限位开关(22)，使得所述混喷机械臂(1)的旋转角度被限制在第一限制角度内。

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