CN116537802A - 用于泥水平衡盾构机的自动保压系统、泥水平衡盾构机 - Google Patents

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CN116537802A CN202310577823.XA CN202310577823A CN116537802A CN 116537802 A CN116537802 A CN 116537802A CN 202310577823 A CN202310577823 A CN 202310577823A CN 116537802 A CN116537802 A CN 116537802A
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周斌斌
刘伟
刘乐
胡骞
叶珂呈
赵明
袁佳莹
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Abstract

本发明公开了一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统、泥水平衡盾构机，该自动保压系统通过开挖仓压力传感器实时检测开挖仓内的压力值并反馈至处理器，处理器即可基于开挖仓内的压力值和气垫仓的压力设定值，计算得到开挖仓和气垫仓当前的理论液位差值，若理论液位差值在允许范围内，则保持气垫仓的压力设定值不变，若理论液位差值不在允许范围内，则对气垫仓的压力设定值进行调整，以使开挖仓和气垫仓之间的理论液位差值在允许范围内，实现了气垫仓的压力设定值与开挖仓的实际压力值相关联，当开挖仓的压力出现较大波动时会及时更新气垫仓的压力设定值，减少了气垫仓的液位波动幅度，有利于保证气垫仓的压力保持稳定。

Description

用于泥水平衡盾构机的自动保压系统、泥水平衡盾构机
技术领域
本发明涉及泥水平衡盾构机技术领域，特别地，涉及一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，另外，还涉及一种采用上述自动保压系统的泥水平衡盾构机。
背景技术
泥水盾构施工过程中最大的风险是掌子面压力不稳定、易突变，即泥水平衡盾构机的开挖仓(即泥水仓)压力不稳定，而为了保证盾构掘进面稳定，掌子面压力需尽量保持稳定。目前，控制掌子面压力稳定的方式有两种，分别为直接控制式泥水盾构和间接控制式泥水盾构，其中，直接控制式泥水盾构是利用泥浆泵的转速和阀的开度来直接控制掌子面压力，而间接控制式泥水盾构是利用空气缓冲层的压力控制泥水压力，从而间接平衡掌子面土压力。如图1所示，现有间接控制式泥水盾构的空气保压系统的工作原理是：P1-P2＝ρgΔh，P1表示气垫仓的设定压力值，P2表示泥水仓的实际压力值，即掌子面压力值，Δh表示泥水仓和气垫仓的理论液位差值，气垫仓的设定压力值P1在设定后的较长时间内不再变化，通过控制器的模糊PID运算控制气垫仓的进、排气，使得气垫仓压力动态平衡在设定压力P1附近，从而实现气垫仓压力的恒定值控制，并通过控制泥水仓和气垫仓的实际液位差值保持在理论液位差值附近，从而对泥水仓的压力变化进行补偿，而实际液位差值则是通过司机根据掘进工况手动控制进排浆流量实现，因此，泥水仓的压力稳定性很大程度上依赖于司机的液位调整经验，控制精度和可靠性较差，且需要司机长时间集中注意力，加大了施工人员的作业难度。并且，理论液位差值Δh应当控制在盾体直径D的1/3～2/3之间，当掌子面压力出现较大波动时，一旦司机未及时进行液位调整操作，将会导致气垫仓的实际液位波动范围超出允许值，而若气垫仓液位过高时会反灌压缩空气管路，导致爆仓，而若气垫仓液位过低时则会影响泥浆环流效率，从而影响施工效率。
因此，现有间接控制式泥水盾构的空气保压系统只是将气垫仓实际压力控制在气垫仓的设定压力附近，而气垫仓的设定压力在设定后的较长时间内不再变化，与泥水仓的实际压力之间不存在实时关联，若司机未及时进行液位调整操作，当开挖面压力出现较大波动时会导致气垫仓内的液位波动超出允许范围，气垫仓的液位不稳定。并且，其通过司机根据掘进工况手动调整液位差的方式也存在调节精度差和可靠性差的问题。故而，现有间接控制式泥水盾构的空气保压系统难以控制泥水仓压力保持稳定。
发明内容
本发明提供了一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统、泥水平衡盾构机，以解决现有间接控制式泥水盾构的空气保压系统存在的气垫舱液位不稳定的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，包括：
开挖仓压力传感器，用于测量开挖仓的压力值；
第一模数转换器，与开挖仓压力传感器电性连接，用于将开挖仓压力传感器输出的模拟量信号转换为电信号；
气垫仓压力变送器，用于测量气垫仓的压力值；
气动保压PID控制器，与气垫仓压力变送器连接，用于调节气垫仓的压力设定值，并根据气垫仓的压力设定值和气垫仓压力变送器的测量结果对气垫仓的压力进行PID控制；
处理器，与第一模数转换器电性连接，用于根据开挖仓的压力测量值和气垫仓的压力设定值计算得到当前理论液位差值，并在当前理论液位差值超出允许范围时对气垫仓的压力设定值进行自动调整，以使理论液位差值在允许范围内。
进一步地，还包括电气转换器、气动马达和压力调节装置，所述电气转换器与处理器电性连接，用于将处理器输出的电控制信号转换为气控制信号，所述压力调节装置用于输出气信号至所述气动保压PID控制器，以调整气垫仓的压力设定值，所述气动马达分别与电气转换器、压力调节装置连接，用于根据所述电气转换器输出的气控制信号控制所述压力调节装置输出的气信号大小。
进一步地，所述压力调节装置包括气源、换向机构、手动压力调节装置和自动压力调节装置，所述手动压力调节装置用于在掘进前手动调节输出的气信号大小，所述自动压力调节装置与气动马达连接，用于在掘进过程中自动调节输出的气信号大小，所述手动压力调节装置和自动压力调节装置并联设置，且通过所述换向机构与气源连接，所述换向机构用于控制所述手动压力调节装置与气源连通或者所述自动压力调节装置与气源连通。
进一步地，所述手动压力调节装置和自动压力调节装置均包括：
基座，用于作为支撑，基座具有气源腔、用于输入气体的输入孔和用于输出气体的输出孔，所述输入孔分别与换向机构、气源腔连接，所述输出孔与气动保压PID控制器连接；
放大器，用于放大气体流量，安装于所述基座上，具有输入腔、输出腔和第一调节组件，所述输入腔与输入孔连接，所述输出腔与输出孔连接，第一调节组件用于使所述输出腔的气压随所述输入腔的压力变化而变化；
调节机构，安装于所述基座上，包括调节腔、第二调节组件、浮动板以及连通所述输入腔、调节腔的喷嘴，所述第二调节组件用于调节所述浮动板的第一端和所述喷嘴的喷孔的间距，进而调节所述调节腔内的气压；
反馈组件，设置于所述基座上，分别与所述调节腔以及所述输出腔连通，用于使所述输出腔输出的气压作用于所述浮动板的第二端以调节所述调节腔的气压。
进一步地，所述放大器还包括第一盖板，所述基座具有位于所述气源腔上的第一安装腔，所述第一盖板密封盖设于所述第一安装腔上；所述第一调节组件包括设置于所述第一安装腔内的膜片组件，所述膜片组件用于将所述第一安装腔分隔为所述输入腔和所述输出腔。
进一步地，所述基座包括安装于所述气源腔上的阀座，用于分隔所述气源腔和所述第一安装腔；所述第一调节组件还包括阀芯和第一弹性件，所述第一弹性件安装于所述气源腔的底部和阀芯之间，所述第一弹性件用于使所述阀芯保持抵接所述阀座的阀孔；所述膜片组件用于在所述输入腔压力增大时向所述输出腔方向移动，进而使所述阀芯移动，从而开启阀孔或增大阀芯和阀孔的间隙，所述膜片组件还用于在所述输入腔压力减小时向所述输入腔方向移动，进而使所述阀芯在所述第一弹性件作用下复位，进而减小所述阀芯和阀孔的间隙或关闭阀孔。
进一步地，所述调节机构包括第二弹性件，所述第二弹性件的第一端连接于所述浮动板的第一端端部，所述第二弹性件的第二端与所述基座固定连接，所述第二弹性件的伸缩方向与所述浮动板垂直或趋于垂直；所述浮动板的第一端上方固定设置有牵引梁；所述第二调节组件包括设置于所述浮动板上方的牵引块以及穿设于所述牵引块并沿所述浮动板的长度方向且平行于所述浮动板布设的调节螺杆，所述牵引块通过第三弹性件与所述牵引梁连接，所述调节螺杆用于驱动所述牵引块向所述浮动板的第二端方向移动，以经所述第三弹性件对所述牵引梁施加牵引力，进而带动所述浮动板的第一端远离喷嘴，所述调节螺杆还用于驱动所述牵引块向所述浮动板的第一端方向移动，以取消对所述牵引梁的牵引，进而使所述浮动板的第一端在拉伸状态下的所述第二弹性件的弹性力作用下复位而朝向喷嘴移动。
进一步地，还包括：
气动进气调节阀，设置在气垫仓的进气管路上，用于控制气垫仓进气；
气动排气调节阀，设置在气垫仓的排气管路上，用于控制气垫仓排气；
气动保压PID控制器分别与气动进气调节阀和气动排气调节阀连接，用于根据气垫仓的压力测量值和压力设定值控制气动进气调节阀和气动排气调节阀的工作状态，以控制气垫仓的实际压力值与设定值保持一致。
进一步地，气垫仓的排气管路末端设置有消音器。
另外，本发明还提供一种泥水平衡盾构机，采用如上所述的自动保压系统。
本发明具有以下效果：
本发明的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，通过开挖仓压力传感器实时检测开挖仓内的压力值并反馈至处理器，处理器即可基于开挖仓内的压力值和气垫仓的压力设定值，计算得到开挖仓和气垫仓当前的理论液位差值，若理论液位差值在允许范围内，则保持气垫仓的压力设定值不变，若理论液位差值不在允许范围内，则对气垫仓的压力设定值进行调整，以使开挖仓和气垫仓之间的理论液位差值在允许范围内，实现了气垫仓的压力设定值与开挖仓的实际压力值相关联，当开挖仓的压力出现较大波动时会及时更新气垫仓的压力设定值，减少了气垫仓的液位波动幅度，有利于保证气垫仓的压力保持稳定。
另外，本发明的泥水平衡盾构机同样具有上述优点。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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是现有间接控制式泥水盾构的空气保压系统的原理示意图。
图2是本发明优选实施例的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统的原理示意图。
图3是本发明优选实施例的压力调节装置的原理示意图。
图4是本发明优选实施例的手动压力调节装置/自动压力调节装置的结构示意图。
图5是本发明优选实施例的放大器的结构示意图。
图6是本发明优选实施例的调节机构的结构示意图。
图7是本发明优选实施例的反馈组件的结构示意图。
图8是本发明优选实施例的手动压力调节装置/自动压力调节装置的结构原理简图。
附图标记说明
1、开挖仓压力传感器；2、第一模数转换器；3、气动保压PID控制器；4、处理器；5、液位传感器；6、第二模数转换器；7、流量传感器；8、气垫仓压力变送器；9、气动进气调节阀；10、气动排气调节阀；100、开挖仓；200、气垫仓；300、空压机；11、电气转换器；12、气动马达；13、压力调节装置；14、消音器；131、气源；132、换向机构；133、手动压力调节装置；134、自动压力调节装置；21、放大器；211、节流孔；212、皮管；213、第一盖板；214、膜片组件；215、弹片；216、阀座；217、第一密封圈；218、阀芯；219、第一弹性件；22、调节机构；221、安装座；222、安装板；223、牵引块；224、喷嘴；225、浮动板；226、第三弹性件；227、牵引梁；228、调节螺杆；229、挡圈；2210、旋钮；2211、螺母；2212、限位杆；2213、第二弹性件；23、输入孔；24、反馈组件；241、第二盖板；242、第一膜片；243、第二密封圈；25、基座；26、输出孔；27、输入腔；28、输出腔；29、气源腔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
可以理解，如图2至图8所示，本发明的优选实施例提供一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，包括开挖仓压力传感器1、第一模数转换器2、气垫仓压力变送器8、气动保压PID控制器3和处理器4，所述开挖仓压力传感器1用于测量开挖仓100(即泥水仓)的压力值，所述第一模数转换器2分别与开挖仓压力传感器1、处理器4电性连接，用于将开挖仓压力传感器1输出的模拟量信号转换为电信号后传输至处理器4。所述气垫仓压力变送器8用于测量气垫仓200的压力值，所述气动保压PID控制器3与气垫仓压力变送器8连接，用于调节气垫仓200的压力设定值，气垫仓压力变送器8输出气信号至气动保压PID控制器3，气动保压PID控制器3根据气垫仓200的压力设定值和气垫仓压力变送器8的测量结果对气垫仓200的压力进行PID控制。所述处理器4用于根据开挖仓100的压力测量值和气垫仓200的压力设定值计算得到当前理论液位差值，并在当前理论液位差值超出允许范围时对气垫仓200的压力设定值进行自动调整，以使理论液位差值在允许范围内。其中，所述处理器4可以采用单片机或者FPGA。可以理解，所述处理器4通过开挖仓压力传感器1实时获取开挖仓100内的压力值P2，再获取气垫仓200的设定压力值P1，然后基于公式：P1-P2＝ρgΔh，即可计算得到开挖仓100和气垫仓200当前的理论液位差值Δh，若Δh在盾体直径D的1/3～2/3之间，则保持气垫仓200的压力设定值不变，若不在盾体直径D的1/3～2/3之间，则说明此时气垫仓200的压力设定值不合理，需要对其进行调整，以使开挖仓100和气垫仓200的理论液位差值在盾体直径D的1/3～2/3之间，例如，将理论液位差值Δh设定为盾体直径D的1/2，即可基于Δh、开挖仓100内的实际压力值P2和上述公式计算得到气垫仓200新的压力设定值。
可以理解，本实施例的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，通过开挖仓压力传感器1实时检测开挖仓100内的压力值并反馈至处理器4，处理器4即可基于开挖仓100内的压力值和气垫仓200的压力设定值，计算得到开挖仓100和气垫仓200当前的理论液位差值，若理论液位差值在允许范围内，则保持气垫仓200的压力设定值不变，若理论液位差值不在允许范围内，则对气垫仓200的压力设定值进行调整，以使开挖仓100和气垫仓200之间的理论液位差值在允许范围内，实现了气垫仓200的压力设定值与开挖仓100的实际压力值相关联，当开挖仓100的压力出现较大波动时会及时更新气垫仓200的压力设定值，减少了气垫仓200的液位波动幅度，有利于保证气垫仓200的压力保持稳定。
可选地，所述自动保压系统还包括液位传感器5和第二模数转换器6，所述第二模数转换器6分别与液位传感器5、处理器4电性连接，所述液位传感器5用于测量气垫仓200的液位值，所述第二模数转换器6用于将液位传感器5输出的模拟量信号转换为电信号后输出至处理器4，所述处理器4还用于根据气垫仓200的实时液位值控制进排浆流量，以使开挖仓100和气垫仓200之间的实际液位差值保持在理论液位差值附近，可以自动控制开挖仓100的压力保持稳定。可以理解，在推进过程中，开挖仓100始终处于满仓状态，在测量得到气垫仓200的实际液位值后，即可计算得到开挖仓100和气垫仓200之间的实际液位差值，若实际液位差值小于理论液位差值，则增大泥浆泵的转速和阀的开度，以增大进排浆流量，从而增大实际液位差值，若实际液位差值大于理论液位差值，则减小泥浆泵的转速和阀的开度，以减小进排浆流量，从而增大实际液位差值，最终使得实际液位差值与理论液位差值相等。
作为优选的，所述自动保压系统还包括与处理器4电性连接的流量传感器7，用于测量进排浆流量，所述处理器4还用于根据所述流量传感器7的检测结果对进排浆流量进行反馈调节。另外，在当前理论液位差值未超出范围时，所述处理器4还用于根据气垫仓200的当前液位值计算得到当前实际液位差值，并根据进排浆流量测量结果和当前实际液位差值计算得到当前实际液位差值变化至超出允许范围所需的变化时间，若所需的变化时间超出预设时间阈值，则对气垫仓200的压力设定值进行自动调整，若所需的变化时间未超出等于预设时间阈值，则维持气垫仓200的压力设定值不变。在此控制模式下，基于进排浆流量进行了液位差变化趋势分析，实现了液位差超标的提前预判，提高了控制策略的及时性。
可选地，所述自动保压系统还包括电气转换器11、气动马达12和压力调节装置13，所述电气转换器11与处理器4电性连接，用于将处理器4输出的电控制信号转换为气控制信号，所述压力调节装置13用于输出气信号至所述气动保压PID控制器3，以调整气垫仓200的压力设定值，所述气动马达12分别与电气转换器11、压力调节装置13连接，用于根据所述电气转换器11输出的气控制信号控制所述压力调节装置13输出的气信号大小。
其中，所述压力调节装置13包括气源131、换向机构132、手动压力调节装置133和自动压力调节装置134，所述手动压力调节装置133用于在掘进前手动调节输出的气信号大小，所述自动压力调节装置134与气动马达12连接，用于在掘进过程中自动调节输出的气信号大小，所述手动压力调节装置133和自动压力调节装置134并联设置，且通过所述换向机构132与气源131连接，所述换向机构132用于控制所述手动压力调节装置133与气源131连通或者所述自动压力调节装置134与气源131连通，从而实现手动设定和自动设定之间的切换。其中，所述换向机构132可以采取气动换向阀，通过气动保压PID控制器3控制气动换向阀进行换向。
其中，所述手动压力调节装置133和自动压力调节装置134均包括：
基座25，用于作为支撑，基座25具有气源腔29、用于输入气体的输入孔23和用于输出气体的输出孔26，所述输入孔23分别与换向机构132、气源腔29连接，所述输出孔26与气动保压PID控制器3连接；
放大器21，用于放大气体流量，安装于基座25上，具有输入腔27、输出腔28和第一调节组件，输入腔27与输入孔23连通，输出腔28分别与气源腔29、输出孔26连通，输出腔28用于将气体输出，第一调节组件用于使输出腔28的气压随输入腔27的压力变化而变化；
调节机构22，安装于基座25上，包括调节腔、连通输入腔27和调节腔的喷嘴224、浮动板225以及第二调节组件，喷嘴224的喷孔朝向浮动板225的表面的第一端设置，第二调节组件用于调节浮动板225的第一端和喷嘴224的喷孔的间距，进而调节调节腔内的气压；
反馈组件24，设置于基座25上，分别与调节腔以及输出腔28连通，用于将输出腔28输出的气压作用于浮动板225的第二端，以使调节所述调节腔的气压，进而调节输入腔27的气压。
本压力调节装置的工作原理：将本压力调节装置安装于自动保压系统，其输入孔23与换向机构132连接，输出孔26输出气信号至气动保压PID控制器3。输入孔23通入气流后分为两路，一路充入气源腔29内、另一路充入输入腔27内，此时输入腔27的气压增大，第一调节组件随输入腔27压力增大进而调节输出腔28和气源腔29的气路连通大小(即增大输出腔28和气源腔29的气路大小)，使输出腔28具有气压，进而可进行气信号输出；通过第二调节组件调节浮动板225的第一端和喷嘴224的间距，进而可调节调节腔内的气压大小，从而调节输入腔27的气压，第一调节组件随输入腔27气压变化调节输出腔28的气压，实现对输出压力无极调节的效果，控制精度高。调节过程中，可能出现输入腔27气压相对过小、输出腔28气压相对过大的情况，此时输出腔28的气压经反馈组件24作用于浮动板225的第二端使其移动，进而调节调节腔内的气压，从而使输入腔27的气压协同增大，保证调节过程中的气压始终保持稳定，反之，出现输入腔27气压相对过大、输出腔28气压相对过小的情况时，反馈组件24对浮动板225的第二端作用力减小，调节腔气压随反馈调整，保持调节过程中的气压始终保持稳定，输出压力稳定，使用可靠性强。另外，本装置为纯机械构造的精密压力调节装置，不受外界电信号干扰，结构紧凑，其调节精度较高，输出压力稳定，实现无极调节，适用范围广。
本实施例中，放大器21还包括第一盖板213，基座25具有位于气源腔29上的第一安装腔，第一盖板213密封盖设于第一安装腔上；第一调节组件包括设置于第一安装腔内的膜片组件214，膜片组件214用于将第一安装腔分隔为输入腔27和输出腔28；该膜片组件214为膜片-金属体-膜片构成的三层构造，将第一安装腔分隔为输入腔27和输出腔28，可以理解的是，输入孔23通入的气体分两路分别输入至气源腔29和输入腔27，输出腔28则与输出孔26以及反馈组件24连通；输入腔27压力增大时则膜片组件214向输出腔28移动，压力减小时则膜片组件214向输入腔27方向移动。进一步的，基座25包括安装于气源腔29上的阀座216，用于分隔气源腔29和第一安装腔，该阀座216为固定设置于基座25内，阀座216设置第一密封圈217，膜片组件214和阀座216之间设置弹片215，用于对膜片组件214向下移动的范围进行限制；第一调节组件还包括阀芯218和第一弹性件219，第一弹性件219安装于阀芯218和气源腔29的底部之间，第一弹性件219用于使阀芯218保持抵接阀座216的阀孔，起到使阀芯218复位的作用；膜片组件214用于在输入腔27压力增大时向输出腔28方向移动，进而使阀芯218移动，从而开启阀孔或增大阀芯218和阀孔的间隙。例如，输入孔23首次输入气体时，气源腔29、输入腔27均充入气体，输入腔27气压增大使膜片组件214向输出腔28移动，带动阀芯218移动压缩第一弹性件219并开启阀孔，气源腔29气体输出至输出腔28，输出腔28压力增大至输入腔27和输出腔28之间压力平衡，此时，调节机构22调节使浮动板225与喷嘴224间隙减小，则调节腔的气压减小、输入腔27气压增大，使膜片组件214向输出腔28移动，输入腔27气压增大，输出气压增大；同理，膜片组件214还用于在输入腔27压力减小时向输入腔27方向移动，进而使阀芯218在第一弹性件219作用下复位，进而减小阀芯218和阀孔的间隙或关闭阀孔，即输入腔27、输出腔28压力平衡时，调节机构22调节使浮动板225与喷嘴224间隙增大，调节腔气压增大、输入腔27气压减小，膜片组件214向输入腔27方向移动，阀芯218在第一弹性件219作用下复位，阀芯218和阀孔之间间隙减小，进而减小了气源腔29和输出腔28之间的气路大小，输出腔28气压减小，输出气压减小；若输入孔23无气流输入，则输入腔27无气压，阀芯218在第一弹性件219作用下复位并带动膜片组件214移动，阀孔关闭，输出腔28无气压输出。可选地，膜片组件214的侧壁开设有释放孔，用于在稳压后释放多余气压，即调节完成后输入腔27、输出腔28内气压趋于稳定，多余气压由输出腔28进入膜片组件214内后经释放孔释放至大气，保持装置使用的稳定性。
本实施例中，调节机构22包括第二弹性件2213，第二弹性件2213的第一端连接于浮动板225的第一端端部，第二弹性件2213的第二端与基座25固定连接，第二弹性件2213的伸缩方向与浮动板225垂直或趋于垂直；浮动板225的第一端上方固定设置有牵引梁227；第二调节组件包括设置于浮动板225上方的牵引块223以及穿设于牵引块223并沿浮动板225的长度方向且平行于浮动板225布设的调节螺杆228，牵引块223通过第三弹性件226与牵引梁227连接，调节螺杆228用于驱动牵引块223向浮动板225的第二端方向移动，以经第三弹性件226对牵引梁227施加牵引力，进而带动浮动板225的第一端上升，调节螺杆228还用于驱动牵引块223向浮动板225的第一端方向移动，以取消对牵引梁227的牵引，进而使浮动板225的第一端在拉伸状态下的第二弹性件2213的弹性力作用下复位而朝向喷嘴224移动；通过将调节螺杆228的轴向移动经第三弹性件226对牵引梁227施加牵引力，对牵引梁227的牵引力进一步转换为对浮动板225的牵引力，调节螺杆228大范围移动下仅带动浮动板225进行小幅位移，实现压力精密调节。
本实施例中，调节机构22还包括安装于基座25上的安装座221，喷嘴224安装于安装座221的底部并连通至安装座221的上表面；安装座221的两侧设置有安装板222；第二调节组件还包括限位杆2212，限位杆2212垂直调节螺杆228的轴向设置，安装板222上沿浮动板225长度方向开设有用于穿设限位杆2212的限位槽和/或浮动块上沿浮动板225的长度方向开设有用于穿设限位杆2212的限位槽。其中，所述调节腔形成于所述安装座221与浮动板225之间。
其中，第二弹性件2213为一L型弹性片，分别连接浮动板225和安装座221；安装座221上固定设置有用于与调节螺杆228的第一端螺纹连接的螺母2211，调节螺杆228的第二端设置有挡圈229，用于密封。在手动压力调节装置133中，调节螺杆228的第二端端部设置旋钮2210，便于施力旋转，而在自动压力调节装置134中，调节螺杆228的第二端通过联轴器与气动马达12的输出端连接。
本实施例中的第三弹性件226为弹簧，第三弹性件226的两端分别挂接于牵引梁227和限位杆2212；
本实施例中，调节机构22包括开设于第一盖板213上的两个节流孔211，节流孔211与输入腔27连通，两个节流孔211用于分别通过皮管212连接输入孔23和喷嘴224，以将输至输入腔27及调节腔的气体流量放大。
本实施例中，基座25具有第二安装腔，第二安装腔与输出腔28连通；反馈组件24包括密封连接于第二安装腔上的第二盖板241以及设置于第二安装腔内的第一膜片242，第一膜片242的下表面设置第二密封圈243，第一膜片242用于随输出腔28和调节腔的气压大小变化移动进而控制浮动板225的第二端的移动以调节输出腔28和调节腔的气压大小，使输出压力随反馈控制更为稳定。其中，第一膜片242与膜片组件214的结构相同。
可以理解，所述手动压力调节装置133和自动压力调节装置134的结构基本相同，两者的区别仅在于：手动压力调节装置133的调节螺杆228设置有旋钮2210，需要通过人工转动调节螺杆228来调节输出气信号的大小，而自动压力调节装置134的调节螺杆228则通过气动马达12驱动，通过控制气动马达12的转动来调节输出气信号的大小。
可以理解，在盾构始发过程中，根据盾构机始发状况，将换向机构132切换至与手动压力调节装置133连通，从而将压力调节装置13切换至手动设定模式，操作人员手动旋转旋钮2210，调节浮动板225的第一端和喷嘴224之间的距离，以手动调节输出压力，气动保压PID控制器3则将手动压力调节装置133输出的压力值设置为气垫仓200的压力设定值，实现气垫仓200压力设定值的手动设定。而在盾构机始发状况稳定后，控制换向机构132切换至与自动压力调节装置134连通，从而将压力调节装置13切换至自动设定模式。当需要对气垫仓200的压力设定值进行调整时，处理器4计算出新的压力设定值后输出电控制信号至电气转换器11，将电控制信号转换为气控制信号后驱动气动马达12转动，从而驱动调节螺杆228转动一定角度，以自动调节浮动板225的第一端和喷嘴224之间的距离，从而调节自动压力调节装置134的输出压力，气动保压PID控制器3则将自动压力调节装置134输出的压力值设置为气垫仓200的压力设定值，从而实现气垫仓200压力设定值的自动设定。
另外，所述自动保压系统还包括气动进气调节阀9、气动排气调节阀10，两者均与气动保压PID控制器3连接，所述气动进气调节阀9设置在气垫仓200的进气管路上并与空压机300连接，用于控制气垫仓200进气，所述气动排气调节阀10设置在气垫仓200的排气管路上，用于控制气垫仓200排气，所述气动保压PID控制器3用于根据气垫仓200的压力测量值和压力设定值控制气动进气调节阀9和气动排气调节阀10的工作状态，以控制气垫仓200的实际压力值与设定值保持一致。另外，气垫仓200的排气管路末端设置有消音器14，以降低排气时造成的噪音污染。
另外，本发明的另一实施例还提供一种泥水平衡盾构机，优选采用如上所述的自动保压系统。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，包括：
开挖仓压力传感器(1)，用于测量开挖仓(100)的压力值；
第一模数转换器(2)，与开挖仓压力传感器(1)电性连接，用于将开挖仓压力传感器(1)输出的模拟量信号转换为电信号；
气垫仓压力变送器(8)，用于测量气垫仓(200)的压力值；
气动保压PID控制器(3)，与气垫仓压力变送器(8)连接，用于调节气垫仓(200)的压力设定值，并根据气垫仓(200)的压力设定值和气垫仓压力变送器(8)的测量结果对气垫仓(200)的压力进行PID控制；
处理器(4)，与第一模数转换器(2)电性连接，用于根据开挖仓(100)的压力测量值和气垫仓(200)的压力设定值计算得到当前理论液位差值，并在当前理论液位差值超出允许范围时对气垫仓(200)的压力设定值进行自动调整，以使理论液位差值在允许范围内。
2.如权利要求1所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，还包括电气转换器(11)、气动马达(12)和压力调节装置(13)，所述电气转换器(11)与处理器(4)电性连接，用于将处理器(4)输出的电控制信号转换为气控制信号，所述压力调节装置(13)用于输出气信号至所述气动保压PID控制器(3)，以调整气垫仓(200)的压力设定值，所述气动马达(12)分别与电气转换器(11)、压力调节装置(13)连接，用于根据所述电气转换器(11)输出的气控制信号控制所述压力调节装置(13)输出的气信号大小。
3.如权利要求2所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，所述压力调节装置(13)包括气源(131)、换向机构(132)、手动压力调节装置(133)和自动压力调节装置(134)，所述手动压力调节装置(133)用于在掘进前手动调节输出的气信号大小，所述自动压力调节装置(134)与气动马达(12)连接，用于在掘进过程中自动调节输出的气信号大小，所述手动压力调节装置(133)和自动压力调节装置(134)并联设置，且通过所述换向机构(132)与气源(131)连接，所述换向机构(132)用于控制所述手动压力调节装置(133)与气源(131)连通或者所述自动压力调节装置(134)与气源(131)连通。
4.如权利要求3所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，所述手动压力调节装置(133)和自动压力调节装置(134)均包括：
基座(25)，用于作为支撑，基座(25)具有气源腔(29)、用于输入气体的输入孔(23)和用于输出气体的输出孔(26)，所述输入孔(23)分别与换向机构(132)、气源腔(29)连接，所述输出孔(26)与气动保压PID控制器(3)连接；
放大器(21)，用于放大气体流量，安装于所述基座(25)上，具有输入腔(27)、输出腔(28)和第一调节组件，所述输入腔(27)与输入孔(23)连接，所述输出腔(28)与输出孔(26)连接，第一调节组件用于使所述输出腔(28)的气压随所述输入腔(27)的压力变化而变化；
调节机构(22)，安装于所述基座(25)上，包括调节腔、第二调节组件、浮动板(225)以及连通所述输入腔(27)、调节腔的喷嘴(224)，所述第二调节组件用于调节所述浮动板(225)的第一端和所述喷嘴(224)的喷孔的间距，进而调节所述调节腔内的气压；
反馈组件(24)，设置于所述基座(25)上，分别与所述调节腔以及所述输出腔(28)连通，用于使所述输出腔(28)输出的气压作用于所述浮动板(225)的第二端以调节所述调节腔的气压。
5.如权利要求4所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，所述放大器(21)还包括第一盖板(213)，所述基座(25)具有位于所述气源腔(29)上的第一安装腔，所述第一盖板(213)密封盖设于所述第一安装腔上；所述第一调节组件包括设置于所述第一安装腔内的膜片组件(214)，所述膜片组件(214)用于将所述第一安装腔分隔为所述输入腔(27)和所述输出腔(28)。
6.如权利要求5所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，所述基座(25)包括安装于所述气源腔(29)上的阀座(216)，用于分隔所述气源腔(29)和所述第一安装腔；所述第一调节组件还包括阀芯(218)和第一弹性件(219)，所述第一弹性件(219)安装于所述气源腔(29)的底部和阀芯(218)之间，所述第一弹性件(219)用于使所述阀芯(218)保持抵接所述阀座(216)的阀孔；所述膜片组件(214)用于在所述输入腔(27)压力增大时向所述输出腔(28)方向移动，进而使所述阀芯(218)移动，从而开启阀孔或增大阀芯(218)和阀孔的间隙，所述膜片组件(214)还用于在所述输入腔(27)压力减小时向所述输入腔(27)方向移动，进而使所述阀芯(218)在所述第一弹性件(219)作用下复位，进而减小所述阀芯(218)和阀孔的间隙或关闭阀孔。
7.如权利要求4所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，所述调节机构(22)包括第二弹性件(2213)，所述第二弹性件(2213)的第一端连接于所述浮动板(225)的第一端端部，所述第二弹性件(2213)的第二端与所述基座(25)固定连接，所述第二弹性件(2213)的伸缩方向与所述浮动板(225)垂直或趋于垂直；所述浮动板(225)的第一端上方固定设置有牵引梁(227)；所述第二调节组件包括设置于所述浮动板(225)上方的牵引块(223)以及穿设于所述牵引块(223)并沿所述浮动板(225)的长度方向且平行于所述浮动板(225)布设的调节螺杆(228)，所述牵引块(223)通过第三弹性件(226)与所述牵引梁(227)连接，所述调节螺杆(228)用于驱动所述牵引块(223)向所述浮动板(225)的第二端方向移动，以经所述第三弹性件(226)对所述牵引梁(227)施加牵引力，进而带动所述浮动板(225)的第一端远离喷嘴(224)，所述调节螺杆(228)还用于驱动所述牵引块(223)向所述浮动板(225)的第一端方向移动，以取消对所述牵引梁(227)的牵引，进而使所述浮动板(225)的第一端在拉伸状态下的所述第二弹性件(2213)的弹性力作用下复位而朝向喷嘴(224)移动。
8.如权利要求1所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，还包括：
气动进气调节阀(9)，设置在气垫仓(200)的进气管路上，用于控制气垫仓(200)进气；
气动排气调节阀(10)，设置在气垫仓(200)的排气管路上，用于控制气垫仓(200)排气；
气动保压PID控制器(3)分别与气动进气调节阀(9)和气动排气调节阀(10)连接，用于根据气垫仓(200)的压力测量值和压力设定值控制气动进气调节阀(9)和气动排气调节阀(10)的工作状态，以控制气垫仓(200)的实际压力值与设定值保持一致。
9.如权利要求8所述的用于泥水平衡盾构机的自动保压系统，其特征在于，气垫仓(200)的排气管路末端设置有消音器(14)。
10.一种泥水平衡盾构机，其特征在于，采用如权利要求1～9任一项所述的自动保压系统。
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