CN117166560A - 一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法以及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法以及系统，其方法包括：依据采集到的工况点数据构建数据库；通过对数据库中的工况点数据进行拟合得到多变量拟和函数；当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据当前工况点数据和多变量拟合函数找寻到满足设定范围的链刀马达切削力且横推油缸推进速度最大的工况点解集，并求解工况点解集中距离当前工况点最近的新的工况点；控制设备到达新的工况点，以使设备在满足设定范围的链刀马达切削力时保证横推油缸推进速度最大。本发明通过构建拟合函数对涉及到的变量进行定量化表示，即可对多个变量进行精确控制，实现在预设的切削力范围内控制设备以最大的横推速度运行，大大地提高了施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械基坑支护技术领域，尤其涉及一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法以及系统。
背景技术
随着地下空间开发规模向大、深、紧、复杂多变发展，给深基坑工程支护新技术的应用提供了广阔的舞台。超深等厚水泥土连续搅拌墙工法，简称TRD工法，就成为可供选择的基坑支护施工新技术。TRD工法是将满足设计深度的附有切割链条以及刀头的切割箱插入地下，在进行纵向切割横向推进成槽的同时，向地基内部注入水泥浆以达到与原状地基的充分混合搅拌在地下形成等厚度连续墙的一种施工工艺，其具有施工深度大、适应地层广、成墙质量好和施工效率高等显著优点，广泛适用于地铁站和地下通道的防护止水墙、堤坝加固工程和江河疏浚工程等。
而链刀式地下连续墙设备则是TRD工法施工的关键设备。在横向切削和注浆时，设备通过横推油缸推动切削机构(含链刀和刀箱)做横向运动，其中切削工况是设备施工时最关键的步骤。在设备切削工况中，横推油缸推进速度和链刀马达切削力是影响切削效率的主要因素，其中，切削力主要与地质情况、链刀马达转速n、横推油缸推进速度v和横推油缸推进压力p等因素有关，而横推油缸推进速度的大小直接影响成槽效率，理论上横推油缸推进速度越大，切削效率越高，但横推油缸推进速度过大则会导致链刀马达切削力升高，而切削力过大，地下复杂的地质变化会使切削机构被负载卡停，一旦卡停，可能会导致切削机构长时间无法脱困，反而影响切削效率，所以保证设备在合适的切削力范围内以较大的横推油缸推进速度工作是提高切削效率的关键。
目前，连续墙设备施工效率较低，主要原因还是无法保证控制切削力在合适范围内的情况下以较大速度推进，所以解决此问题是连续墙设备高效施工的关键所在。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法以及系统，其解决了现有技术对切削力的调节手段单一且对调节后的结果未进行进一步检测和控制，无法及时且精确的控制切削力在合适范围内的技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制方法，包括：
依据采集到的工况点数据构建数据库；其中，工况点数据包括岩层硬度、链刀马达切削力、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力；
通过对数据库中的工况点数据进行拟合，得到一个以链刀马达切削力为因变量，并以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量且各自变量的变量范围作为约束条件的多变量拟和函数；
当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据当前工况点数据和多变量拟合函数找寻到满足设定范围的链刀马达切削力且横推油缸推进速度最大的工况点解集，并求解工况点解集中距离当前工况点最近的新的工况点；
控制链刀马达转速、横推油缸推进速度和横推油缸推进压力分别到达新的工况点中的相应目标值，以使链刀式地下连续墙设备在满足设定范围的链刀马达切削力时保证横推油缸推进速度最大。
可选地，通过对数据库中的工况点数据进行拟合，得到一个以链刀马达切削力为因变量，并以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量且各自变量的变量范围作为约束条件的多变量拟和函数包括：
依据数据库中工况点数据拟合成不同的函数类型，在多个函数类型中找寻出误差最小的函数类型，以作为待拟合的函数类型；
基于待拟合的函数类型和数据库的数据，确定以链刀马达切削力为因变量，并确定以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量的拟合函数的各系数值；
通过链刀式地下连续墙设备的配置参数确定拟合函数的定义域与值域，最后输出如下多变量拟和函数：
F＝g(n，v，p，f)；
其中，F为链刀马达切削力，n为马达转速，P为横推油缸推进压力，v为横推油缸推进速度，f为岩层硬度。
可选地，当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据当前工况点数据和多变量拟合函数找寻到满足设定范围的链刀马达切削力且横推油缸推进速度最大的工况点解集，并求解工况点解集中距离当前工况点最近的新的工况点包括：
获取当前工况点数据并判断链刀马达切削力是否偏离设定范围；
当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据链刀马达切削力的设定范围和多变量拟合函数求得满足设定范围的链刀马达切削力且在各个自变量的定义域范围内的函数解集；
在此函数解集中求得横推油缸推进速度最大的子解集作为工况点解集，并在工况点解集中找寻出距离当前工况点最近的新的工况点。
第二方面，本发明实施例提供一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制系统，包括：原动机(1)、闭式双向变量柱塞泵(2)、负载敏感变量柱塞泵(3)、链刀马达(4)、电比例多路阀(8)、横推油缸(9)、电比例溢流阀(10)、传感器组件、电控组件、机械控制组件、控制元件(13)以及梭阀(14)；
原动机(1)的用于为闭式双向变量柱塞泵(2)和负载敏感变量柱塞泵(3)提供动力源；
闭式双向变量柱塞泵(2)用于为链刀马达(4)提供压力油；
负载敏感变量柱塞泵(3)用于为横推油缸(9)提供压力油；
链刀马达(4)用于为链刀式地下连续墙设备的切削机构提供动力；
电比例多路阀(8)用于改变液流方向从而控制横推油缸(9)的伸出和缩回；
横推油缸(9)用于推动链刀式地下连续墙设备的切削机构进行横向切削；
电比例溢流阀10并联在负载敏感变量柱塞泵(3)的反馈压力油路上，用于限制反馈压力值，从而限制推进横推油缸(9)的推进压力；
传感器组件用于对链刀马达(4)的A口压力和B口压力、链刀马达(4)的转速、横推油缸(9)的推进速度以及横推油缸(9)的推进压力之中的一种或多种进行检测；
机械控制组件用于对负载敏感变量柱塞泵(3)的出口压力进行调节；
电控组件用于根据获取的电信号对闭式双向变量柱塞泵(2)的排量、电比例多路阀(8)的流量以及电比例溢流阀(10)的溢流压力之中的一种或多种进行调节；
控制元件(13)用于接收传感器组件的检测信号并转化为对应参数值，以及进行内部运算之后向电控组件输出对应的电信号；
梭阀(14)用于引出横推油缸(9)的控制回路中的高压油液，用于推进压力检测。
可选地，
传感器组件包括：第一压力传感器(5)、转速传感器(6)、第二压力传感器(7)，速度传感器(11)以及压力传感器(12)；
第一压力传感器(5)用于检测链刀马达(4)的A口压力；
转速传感器(6)用于检测链刀马达(4)的转速；
第二压力传感器(7)用于检测链刀马达(4)的B口压力；
速度传感器(11)用于检测横推油缸(9)的推进速度；
压力传感器(12)用于检测横推油缸(9)的推进压力；
机械控制组件包括：负载敏感阀(301)，负载敏感阀(301)用于调节负载敏感变量柱塞泵(3)的出口压力始终比反馈压力高一个固定值；
电控组件包括：电比例控制阀(201)、电比例多路阀电磁铁(801)以及电比例溢流阀电磁铁(1001)；
电比例控制阀(201)与闭式双向变量柱塞泵(2)连接，用于根据输入的电信号调节闭式双向变量柱塞泵(2)的排量；
电比例多路阀电磁铁(801)与电比例多路阀(8)连接，用于根据输入的电信号调节电比例多路阀(8)的流量，从而控制横推油缸(9)的推进速度；
电比例溢流阀电磁铁(1001)与电比例溢流阀(10)连接，用于根据输入的电信号改变电比例溢流阀(10)的溢流压力，从而限制横推油缸(9)的推进压力。
可选地，根据第一压力传感器(5)和第二压力传感器(7)的数据结合第一系统配置参数组得到链刀马达(4)的链刀马达切削力与链刀马达(4)的A、B口压力的函数关系，记作：
F＝y1(|PA-PB|)，Fmin≤F≤Fmax (1)
式(1)中，PA为压力传感器(5)检测的链刀马达(4)的A口压力，PB为压力传感器(7)所检测链刀马达(4)的B口压力；第一系统配置参数组包括：链刀马达(4)的切削力F、链刀马达(4)的排量、链刀直径、减速机减速比以及传动效率；
根据闭式双向变量柱塞泵(2)的数据结合第二系统配置参数组，得到链刀马达转速与电比例控制阀(201)输入电流值的函数关系，记作：
n＝y2(i2)，nmin≤n≤nmax (2)
式(2)中，n为转速传感器(6)检测的链刀马达(4)的转速，i2为电比例控制阀(201)输入电流值；第二系统配置参数组包括：闭式双向变量柱塞泵(2)的排量与电比例控制阀(201)输入电流值的关系式、链刀马达排量、闭式双向变量柱塞泵(2)和链刀马达(4)的容积效率以及原动机转速；
根据电比例多路阀(8)的数据结合第三系统配置参数组，可得到横推油缸(9)的推进速度与电比例多路阀电磁铁(801)输入电流的函数关系，记作：
v＝y3(i8)，vmin≤v≤vmax (3)
式(3)中，v为速度传感器(11)检测的横推油缸(9)的推进速度，i8为电比例多路阀电磁铁(801)输入电流；第三系统配置参数组包括：横推油缸进油腔的作用面积、电比例多路阀(8)的输出流量与电比例多路阀电磁铁(801)输入电流的关系式；
根据电比例溢流阀(10)的数据结合第四系统配置参数组，可得到横推油缸(9)的推进压力P与电比例溢流阀电磁铁(1001)输入电流i10的函数关系，记作：
P＝y4(i10)，Pmin≤P≤Pmax (4)
式(4)中，P为压力传感器(12)检测的横推油缸(9)的推进压力，i10为电比例溢流阀电磁铁(1001)输入电流；第四系统配置参数组包括：横推油缸(9)的推进压力P与电比例溢流阀电磁铁(1001)输入电流i10的关系式。
可选地，控制元件(13)包括：
存储转化单元(1301)，用于依据采集到的工况点数据构建数据库；其中，工况点数据包括岩层硬度、链刀马达切削力、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力；
函数拟合单元(1302)，用于通过对数据库中的工况点数据进行拟合，得到一个以链刀马达切削力为因变量，并以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量且各自变量的变量范围作为约束条件的多变量拟和函数；
计算单元(1303)，用于当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据当前工况点数据和多变量拟合函数找寻到满足设定范围的链刀马达切削力且横推油缸推进速度最大的工况点解集，并求解工况点解集中距离当前工况点最近的新的工况点；
主控单元(1304)，用于控制链刀马达转速、横推油缸推进速度和横推油缸推进压力分别到达新的工况点中的相应目标值，以使链刀式地下连续墙设备在满足设定范围的链刀马达切削力时保证横推油缸推进速度最大。
可选地，函数拟合单元(1302)包括：
导入子单元，用于导入数据库中的数据；
函数类型确定子单元，用于依据数据库中的工况点数据拟合成不同的函数类型，在多个函数类型中找寻出误差最小的函数类型，以作为待拟合的函数类型；
参量确定子单元，用于基于待拟合的函数类型和数据库的数据，确定以链刀马达切削力为因变量，并确定以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量的拟合函数的各系数值；
拟合函数输出子单元，通过链刀式地下连续墙设备的配置情况确定拟合函数的定义域与值域，最后输出如下多变量拟和函数：F＝g(n，v，p，f)；其中，F为链刀马达切削力，n为马达转速，P为横推油缸推进压力，v为横推油缸推进速度，f为岩层硬度。
可选地，计算单元(1303)包括：
工况点导入子单元，用于导入当前时刻的工况点数据和切削前采集的岩层硬度，记作(nx1,vx1,px1,f0,Fx1)；
比较子单元，用于将此刻的链刀马达切削力Fx1与设定切削力F0进行比较：若链刀马达切削力Fx1与设定切削力F0未发生偏离，则不做操作；若链刀马达切削力Fx1与设定切削力F0发生偏离，根据设定切削力F0和多变量拟合函数求得满足设定范围的链刀马达切削力且在各个自变量定义域范围内的函数解集，记作(n0,v0,p0,f0)；
第一求取子单元，用于在此函数解集(n0,v0,p0,f0)中求得横推油缸推进速度最大的子解集作为工况点解集，记作(n0,v0max,p0,f0)；
第二求取子单元，用于在工况点解集(n0,v0max,p0,f0)找寻出距离当前工况点(nx1,vx1,px1,f0)最近的点(nx2,v0max,px2,f0)作为新的工况点。
可选地，主控单元(1304)包括：
第一主控子单元，用于根据公式(1)向电比例控制阀(201)输出电流i2，且通过转速传感器(6)检测链刀马达(4)的转速为nx3，进而判断nx3是否等于nx2，若nx3不等于nx2则进行负反馈调节；
第二主控子单元，用于根据公式(2)向电比例多路阀电磁铁(801)输出电流i8，且通过速度传感器(11)检测横推油缸(9)的推进速度vx2，进而判断vx2是否等于v0max，若vx2不等于v0max则进行负反馈调节；
第三主控子单元，用于根据公式(3)向电比例溢流阀电磁铁(1001)输出电流i10，且通过压力传感器(12)检测横推油缸(9)的推进压力px3，进而判断px3是否等于px2，若px3不等于px2则进行负反馈调节。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明采用对施工数据进行数学建模的方法，通过对链刀马达切削力的主要影响因素进行函数拟合，从定量的角度分析各影响因素的相关性，在施工过程中精确控制各影响因素的变化量，可以提高施工的规范性，且拟合的函数关系式对于改进设备、优化工法等方面均具有较大的参考意义。再者本发明采用多变量同时调节的控制方法，可实现多维度调整设备的切削工况，从而保证链刀式地下连续墙设备以更快更精准的控制方法达到预期设定值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法的步骤S1的具体流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法的步骤S2的具体流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法的步骤S3的具体流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法的步骤S4之后的具体流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制系统的组成示意图；
图7为本发明实施例提供的一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制系统的控制元件的具体工作过程示意图；
图8为本发明实施例提供的一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制系统的函数拟合单元的具体工作过程示意图；
图9为本发明实施例提供的一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制系统的计算单元的具体工作过程示意图；
图10为本发明实施例提供的一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制系统的主控单元的具体工作过程示意图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示，本发明实施例提出的一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制方法，其包括：首先，通过采集历史施工数据得到不同地段的岩层硬度以及各个岩层硬度下的工况点数据，并依据岩层硬度和岩层硬度所对应的工况点数据构建数据库；其中，工况点数据包括链刀马达切削力、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力；其次，通过对数据库中同一岩层硬度下的工况点数据进行拟合，得到一个以链刀马达切削力为因变量，并以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量且各自变量的变量范围作为约束条件的多变量拟和函数；接着，当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据当前工况点数据和多变量拟合函数找寻到满足设定范围的链刀马达切削力且横推油缸推进速度最大的工况点解集，并求解工况点解集中距离当前工况点最近的新的工况点；最后，控制链刀马达转速、横推油缸推进速度和横推油缸推进压力分别到达新的工况点中的相应目标值，以使链刀式地下连续墙设备在满足设定范围的链刀马达切削力时保证横推油缸推进速度最大。
本发明采用对施工数据进行数学建模的方法，通过对链刀马达切削力的主要影响因素进行函数拟合，从定量的角度分析各影响因素的相关性，在施工过程中精确控制各影响因素的变化量，可以提高施工的规范性，且拟合的函数关系式对于改进设备、优化工法等方面均具有较大的参考意义。再者本发明采用多变量同时调节的控制方法，可实现多维度调整设备的切削工况，从而保证链刀式地下连续墙设备以更快更精准的控制方法达到预期设定值。
为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
具体地，本发明提供一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制方法，其包括：
S1、依据采集到的工况点数据构建数据库；其中，工况点数据包括岩层硬度、链刀马达切削力、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力。
如图2所示，步骤S1包括：
S11、对已切削的岩层进行取样得到不同地段的岩层硬度。
S12、通过若干传感器获取链刀式地下连续墙设备的工况点数据。
S13、将获取的工况点数据和岩层硬度进行转化，得到包括链刀马达切削力力、马达转速、横推油缸推进压力、横推油缸推进速度以及岩层硬度的待拟合数据，并根据待拟合数据构建数据库。
S2、通过对数据库中同一岩层硬度下的工况点数据进行拟合，得到一个以链刀马达切削力为因变量，并以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量且各自变量的变量范围作为约束条件的多变量拟和函数。
如图3所示，步骤S2包括：
S21、依据数据库中的工况点数据拟合成不同的函数类型，在多个函数类型中找寻出误差最小的函数类型，以作为待拟合的函数类型。具体地是通过切削力、横推力、横推速度、链刀转速和岩层硬度的实际数据，尝试不同的函数类型去拟合这些数据，得到误差最小的函数类型，其包括多项式、指数关系、对数关系等，通过拟合，最终确定误差最小的那个函数类型。
S22、基于待拟合的函数类型和数据库的数据，确定以链刀马达切削力为因变量，并确定以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量的拟合函数的各系数值。
S23、通过链刀式地下连续墙设备的配置参数确定拟合函数的定义域与值域，最后输出如下多变量拟和函数：
F＝g(n，v，p，f)；
其中，F为链刀马达切削力，n为马达转速，P为横推油缸推进压力，v为横推油缸推进速度，f为岩层硬度。
在自变量中，比如转速n，它有一个设定范围，比如最小10r/min，最大120r/min，而10≤n≤120就是转速n的取值范围，即定义域，横推速度v，横推压力p也类似；因变量中的F，同样它有一个设定范围，比如最小0Kn,最大300Kn，而0≤F≤300就是切削力F的取值范围，即值域。这些参数都是由设备的配置参数决定的。
S3、当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据当前工况点数据和多变量拟合函数找寻到满足设定范围的链刀马达切削力且横推油缸推进速度最大的工况点解集，并求解工况点解集中距离当前工况点最近的新的工况点。
如图4所示，步骤S3包括：
S31、获取当前工况点数据并判断链刀马达切削力是否偏离设定范围。
S32、当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据链刀马达切削力的设定范围和多变量拟合函数求得满足设定范围的链刀马达切削力且在各自变量定义域范围内的函数解集。
S33、在此函数解集中求得横推油缸推进速度最大的子解集作为工况点解集，并在工况点解集中找寻出距离当前工况点最近的新的工况点。
S4、控制链刀马达转速、横推油缸推进速度和横推油缸推进压力分别到达新的工况点中的相应目标值，以使链刀式地下连续墙设备在满足设定范围的链刀马达切削力时保证横推油缸推进速度最大。
如图5所示，在步骤S4之后，还包括：
A41、在链刀式地下连续墙设备抵达新的工况点之后，再次采集链刀马达切削力以进行闭环控制。
A42、将新的工况数据导入到数据库进行更新，进而基于数据库中的更新数据来优化多变量拟合函数中的各参数。
此外，如图6所示，本发明还提供一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制系统，包括：原动机1、闭式双向变量柱塞泵2、负载敏感变量柱塞泵3、链刀马达4、电比例多路阀8、横推油缸9、电比例溢流阀10、传感器组件、电控组件、机械控制组件、控制元件13以及梭阀14。
原动机1的用于为闭式双向变量柱塞泵2和负载敏感变量柱塞泵3提供动力源。
闭式双向变量柱塞泵2用于为链刀马达4提供压力油，且闭式双向变量柱塞泵2内置主溢流阀，具有电比例变排量的功能。
负载敏感变量柱塞泵3用于为横推油缸9提供压力油，且负载敏感变量柱塞泵3具有负载敏感等调节功能。
链刀马达4用于为链刀式地下连续墙设备的切削机构提供动力。
电比例多路阀8用于改变液流方向从而控制横推油缸9的伸出和缩回。
横推油缸9用于推动链刀式地下连续墙设备的切削机构进行横向切削。
电比例溢流阀10并联在负载敏感变量柱塞泵3的反馈压力油路上，用于限制反馈压力值，从而限制推进横推油缸9的推进压力。
传感器组件用于对链刀马达4的A口压力和B口压力、链刀马达4的转速、横推油缸9的推进速度以及横推油缸9的推进压力之中的一种或多种进行检测。
机械控制组件用于对负载敏感变量柱塞泵3的出口压力进行调节。
电控组件用于根据获取的电信号对闭式双向变量柱塞泵2的排量、负载敏感变量柱塞泵3的出口压力、电比例多路阀8的流量以及电比例溢流阀10的溢流压力之中的一种或多种进行调节。
控制元件13用于接收传感器组件的检测信号并转化为对应参数值，以及进行内部运算之后向电控组件输出对应的电信号。
梭阀14用于引出横推油缸9的控制回路中的高压油液，用于推进压力检测。
进一步地，传感器组件包括：第一压力传感器5、转速传感器6、第二压力传感器7，速度传感器11以及压力传感器12。
第一压力传感器5用于实时检测链刀马达4的A口压力。
转速传感器6用于实时检测链刀马达4的转速。
第二压力传感器7用于实时检测链刀马达4的B口压力。
速度传感器11用于实时检测横推油缸9的推进速度v。
压力传感器12用于实时检测横推油缸9的推进压力p。
机械控制组件包括：负载敏感阀301，负载敏感阀301用于调节负载敏感变量柱塞泵3的出口压力始终比反馈压力高一个固定值。
进一步地，电控组件包括：电比例控制阀201、电比例多路阀电磁铁801以及电比例溢流阀电磁铁1001。
电比例控制阀201与闭式双向变量柱塞泵2连接，用于根据输入的电信号调节闭式双向变量柱塞泵2的排量。即电比例控制阀201是闭式双向变量柱塞泵2的自带元器件，通过改变电比例控制阀201的输入电流值可以改变闭式双向变量柱塞泵2的排量，在转速一定的情况下进而改变链刀马达的转速。
电比例多路阀电磁铁801与电比例多路阀8连接，用于根据输入的电信号调节电比例多路阀8的流量，从而控制横推油缸9的推进速度；即电比例多路阀电磁铁801是电比例多路阀8自带元器件，通过改变电比例多路阀电磁铁801的输入电流值可以改变通过电比例多路阀8的流量。
电比例溢流阀电磁铁1001与电比例溢流阀10连接，用于根据输入的电信号改变电比例溢流阀10的溢流压力，从而限制横推油缸9的推进压力。即电比例溢流阀电磁铁1001是电比例多路阀10自带元器件，通过改变电比例溢流阀电磁铁1001的输入电流值可以改变溢流压力。
在具体实施例中，一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制系统的具体实现过程如下：
由图6可知，切削力复合控制系统共包括：原动机1、闭式双向变量柱塞泵2、负载敏感变量柱塞泵3、链刀马达4，电比例多路阀8、电比例多路阀8的电磁铁801、横推油缸9、电比例溢流阀10、控制元件13、梭阀14、第一压力传感器5、第二压力传感器7、压力传感器12、转速传感器6、速度传感器11。
在图6中，原动机1通过联轴器与闭式双向变量柱塞泵2和负载敏感变量柱塞泵3连接；闭式双向变量柱塞泵2的A1口分别与链刀马达4的A2口和第一压力传感器5相连，闭式双向变量柱塞泵2的B1口分别与链刀马达4的B2口和第二压力传感器7相连；链刀马达4装有转速传感器6；负载敏感变量柱塞泵3的P1口与电比例多路阀8的P2口连接；电比例多路阀8的A3口和B3口分别与横推油缸9的无杆腔A4口和有杆腔B4口相连，在此工作回路中装有梭阀14，梭阀14出口接压力传感器12；横推油缸电比例多路阀8负载采集Ls口与负载敏感变量柱塞泵3的负载敏感阀301连接，在此回路中并联接入电比例溢流阀10；横推油缸9上装有速度传感器11；压力传感器5、压力传感器7、压力传感器12、转速传感器6、速度传感器11、电比例控制阀201、电比例多路阀电磁铁801和电比例溢流阀1001通过信号线与控制元件13连接。
为更清楚地说明控制原理，以链刀马达4正转，横推油缸9伸出为推进方向作为具体实施例进行阐述：在设备运行前需设定切削力的控制范围，记为F0。在设备正常切削时，电比例控制阀201接收到一正向电流信号i2(1)，闭式双向变量柱塞泵2的A1口通高压油，驱动马达4做正向转动；电比例多路阀电磁铁801接收到一正向电流信号i8(1)，电比例多路阀8的阀芯打开，使电比例多路阀8的A3口通泵3的P1口，同时，电比例多路阀8的Ls口将横推油缸9的A4口压力传递到负载敏感变量柱塞泵3的负载敏感阀301处，使泵输出比A4口压力大固定值的高压油，从而驱动横推油缸9做伸出动作，同时，高压油经过控制回路中的梭阀14传到压力传感器12处。
再者，根据第一压力传感器(5)和第二压力传感器(7)的数据结合第一系统配置参数组得到链刀马达(4)的链刀马达切削力与链刀马达(4)的A、B口压力的函数关系，记作：
F＝y1(|PA-PB|)，Fmin≤F≤Fmax (1)
式(1)中，PA为压力传感器(5)检测的链刀马达(4)的A口压力，PB为压力传感器(7)所检测链刀马达(4)的B口压力。
根据闭式双向变量柱塞泵(2)的数据结合第二系统配置参数组，得到链刀马达转速与电比例控制阀(201)输入电流值的函数关系，记作：
n＝y2(i2)，nmin≤n≤nmax (2)
式(2)中，n为转速传感器(6)检测的链刀马达(4)的转速，i2为电比例控制阀(201)输入电流值。
根据电比例多路阀(8)的数据结合第三系统配置参数组，可得到横推油缸(9)的推进速度与电比例多路阀电磁铁(801)输入电流的函数关系，记作：
v＝y3(i8)，vmin≤v≤vmax (3)
式(3)中，v为速度传感器(11)检测的横推油缸(9)的推进速度，i8为电比例多路阀电磁铁(801)输入电流。
根据电比例溢流阀(10)的数据结合第四系统配置参数组，可得到横推油缸(9)的推进压力P与电比例溢流阀电磁铁(1001)输入电流i10的函数关系，记作：
P＝y4(i10)，Pmin≤P≤Pmax (4)
式(4)中，P为压力传感器(12)检测的横推油缸(9)的推进压力，i10为电比例溢流阀电磁铁(1001)输入电流。
其中，
第一系统配置参数组包括：链刀马达(4)切削力F、链刀马达(4)的A、B口压力PA和PB、链刀马达(4)排量V2、链刀直径D、减速机减速比i以及传动效率η；
根据第一系统配置参数组可得：
F-链刀切削力(kN)
PA、PB-链刀马达A、B口压力(bar)
V2-链刀马达排量(ml/r)
D-链轮直径(mm)
i-减速机减速比
η-传动效率
此公式即为：F＝y1(|PA-PB|)，Fmin≤F≤Fmax，其中V2、D、i和η就是在设备使用时已经是定值，相当于常数，所以切削力F只和链刀马达A、B口压力PA和PB有关。
第二系统配置参数组包括：闭式双向变量柱塞泵(2)的排量与电比例控制阀(201)输入电流值的关系式V(i)、链刀马达排量V2、总容积效率η总和原动机转速n原；
根据第二系统配置参数组可得：
n-链刀马达转速(r/min)
n原-原动机转速(r/min)
V(i2)-闭式双向柱塞泵排量与电比例控制阀输入电流的关系式
η总-总容积效率
V2-链刀马达排量(ml/r)
此公式即为：n＝y2(i2)，nmin≤n≤nmax，其中n原、V2和η总就是在设备使用时已经是定值，相当于常数，所以链刀马达转速n只和电比例控制阀(201)输入电流值i2有关。
第三系统配置参数组包括：横推油缸进油腔的作用面积S、电比例多路阀(8)的输出流量与电比例多路阀电磁铁(801)输入电流的关系式Q(i8)；
根据第三系统配置参数组可得：
v-横推油缸推进速度(mm/s)
Q(i8)-比例多路阀输出流量与电比例多路阀电磁铁的关系式(L/min)
S-横推油缸进油腔作用面积(mm2)
此公式即为：v＝y3(i8)，vmin≤v≤vmax，其中S在设备使用时已经是定值，相当于常数，所以推进油缸推进速度v只和电比例多路阀电磁铁(801)输入电流i8有关。
第四系统配置参数组包括：横推油缸的推进压力P与电比例溢流阀电磁铁输入电流i10的关系式P(i10)。
根据第三系统配置参数组可得：
P＝P(i10)
P-推进油缸推进压力(bar)
P(i10)-推进压力与电比例溢流阀输入电流的关系式
此公式即为：P＝y4(i10)，Pmin≤P≤Pmax，所以横推油缸的推进压力P只与电比例溢流阀电磁铁输入电流i10有关。
如图6所示，压力传感器5实时检测链刀马达4的A2口压力，记作PA；压力传感器7实时检测链刀马达4的A3口压力，记作PB；转速传感器6实时检测链刀马达4的转速，记作n；压力传感器12实时检测横推油缸的推进压力，记作p；速度传感器11实时检测横推油缸的推进速度，记作v；岩层硬度通过施工前勘探所得，记作f；各传感器的数据信号和岩层硬度数据传输至控制元件13处。
进一步地，如图7所示，控制元件13分四大模块，分别为：存储转化单元1301、函数拟合单元1302、计算单元1303、主控单元1304，通过控制元件13的数据处理得到满足预设切削力的最优工况点，然后作用在各电比例控制阀上，其具体工作过程如下：
存储转化单元，用于通过采集历史施工数据得到不同地段的岩层硬度以及各个岩层硬度下的工况点数据；其中，工况点数据包括链刀马达切削力、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力；以及依据岩层硬度和岩层硬度所对应的工况点数据构建数据库；
函数拟合单元，用于通过对数据库中同一岩层硬度下的工况点数据进行拟合，得到一个以链刀马达切削力为因变量，并以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量且各自变量的变量范围作为约束条件的多变量拟和函数；
计算单元，用于当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据当前工况点数据和多变量拟合函数找寻到满足设定范围的链刀马达切削力且横推油缸推进速度最大的工况点解集，并求解工况点解集中距离当前工况点最近的新的工况点；
主控单元，用于控制链刀马达转速、横推油缸推进速度和横推油缸推进压力分别到达新的工况点中的相应目标值，以使链刀式地下连续墙设备在满足设定范围的链刀马达切削力时保证横推油缸推进速度最大。
更近一步地，
函数拟合单元包括：
导入子单元，用于导入数据库中的数据；
函数类型确定子单元，用于依据数据库中某一岩层硬度下的工况点数据拟合成不同的函数类型，在多个函数类型中找寻出误差最小的函数类型，以作为待拟合的函数类型。
参量确定子单元，用于基于待拟合的函数类型和数据库的数据，确定以链刀马达切削力为因变量，并确定以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量的拟合函数的各系数值。此处的意思是得到了一个函数类型，比如是：F＝afb+nc×pd+ve，在通过函数类型确定子单元确定了函数类型，这一步就是通过数据库中的数据进一步确定出函数的各系数a、b、c、d、e的值。
拟合函数输出子单元，通过链刀式地下连续墙设备的配置情况确定拟合函数的定义域与值域，最后输出如下多变量拟和函数：F＝g(n，v，p，f)；其中，F为链刀马达切削力，n为马达转速，P为横推油缸推进压力，v为横推油缸推进速度，f为岩层硬度。
如图8所示，先将数据库中的数据导入到函数拟合单元1302中，然后根据数据分布规律确定拟合的函数类型，再根据函数类型及数据库的数据对函数中的各系数进行确定，然后通过设备配置情况确定函数各变量的取值范围，最后输出因变量为切削力F的拟合函数，记作F＝g(n，v，p，f)。
接着，计算单元包括：
工况点导入子单元，用于导入当前时刻的工况点数据和切削前采集的岩层硬度，记作(nx1,vx1,px1,f0,Fx1)。
比较子单元，用于将此刻的链刀马达切削力Fx1与设定切削力F0进行比较：若链刀马达切削力Fx1与设定切削力F0未发生偏离，则不做操作；若链刀马达切削力Fx1与设定切削力F0发生偏离，根据设定切削力F0和多变量拟合函数求得满足设定范围的链刀马达切削力且在各自变量定义域范围内的函数解集，记作(n0,v0,p0,f0)。
第一求取子单元，用于求得在此函数解集(n0,v0,p0,f0)中求得横推油缸推进速度最大的子解集作为工况点解集，记作(n0,v0max,p0,f0)。
第二求取子单元，用于在工况点解集(n0,v0max,p0,f0)找寻出距离当前工况点(nx1,vx1,px1,f0)最近的点(nx2,v0max,px2,f0)作为新的工况点。
如图9所示，计算单元1303会将当前时刻的切削工况点与拟合函数进行比较计算，具体过程为：首先，计算单元1303导入当前时刻的工况点，记作(nx1,vx1,px1,f0,Fx1)、设定切削力值F0和切削前采集的岩层硬度f0，并将此刻的切削力Fx1与设定切削力F0进行比较：若Fx1＝F0，则保持此刻各输出参数不变；若Fx1≠F0，计算单元1303会根据设定切削力F0和拟合函数进行计算得到符合条件的函数解集，记作(n0,v0,p0,f0)，接下来再求得在此解集(n0,v0,p0,f0)中推进速度v最大的解集，记作(n0,v0max,p0,f0)，此算法可以保证在设定的切削力范围内优先控制推进油缸的推进速度v为最大值，保证设备切削时的能以最大切削效率工作，最后再求得解集(n0,v0max,p0,f0)中距离工况点(nx1,vx1,px1,f0)最近的点(nx2,v0max,px2,f0)，此算法可以使链刀马达4的转速n、横推油缸9的横推速度v、横推油缸9的横推压力p通过最小的改变量就可以达到新的工况点，使得设备能最快速的达到要求的切削力，提高了系统响应能力。
主控单元包括：
第一主控子单元，用于根据公式(1)向电比例控制阀201输出电流i2，且通过转速传感器6检测链刀马达4的转速为nx3，进而判断nx3是否等于nx2，若nx3不等于nx2则进行负反馈调节；
第二主控子单元，用于根据公式(2)向电比例多路阀电磁铁801)输出电流i8，且通过速度传感器11)检测横推油缸9的推进速度vx2，进而判断vx2是否等于v0max，若vx2不等于v0max则进行负反馈调节；
第三主控子单元，用于根据公式(3)向电比例溢流阀电磁铁1001输出电流i10，且通过压力传感器12检测横推油缸9的推进压力px3，进而判断px3是否等于px2，若px3不等于px2则进行负反馈调节。
主控单元1304工作具体过程如图10：主控单元1304通过求得的拟合函数解(nx2,vx2,px2,f0)，根据公式(1)，向电比例控制阀201输出电流i2(x2)，同时转速传感器6检测链刀马达4的转速为nx3，通过判断nx3是否等于nx2进行负反馈调节，保证输出nx2的精度；根据公式(2)，向电比例多路阀电磁铁801输出电流i8(x2)，同时速度传感器11检测横推油缸9的推进速度vx3，通过判断vx2是否等于v0max进行负反馈调节，保证输出v0max的精度；根据公式(3)，向电比例溢流阀电磁铁1001输出电流i10(x2)，同时压力传感器12检测推进油缸4的推进压力px3，通过判断px3是否等于px2进行负反馈控制，保证输出px2的精度。
之后各传感器对新的工况点进行检测，再次将新工况点传输入控制元件13形成闭环控制系统，增加链刀马达切削力的控制精度。同时，新的工况数据导入到控制元件13中会对数据库进行更新，进而优化拟合函数的各参数，提高函数拟合的准确性。
综上所述，本发明提供一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法以及系统，通过控制元件接收各传感器信号获取链刀马达切削力F、链刀马达转速n、横推油缸推进速度v和横推油缸推进压力p等参数，通过切削前对切削面的岩层进行取样，获取岩层硬度f，基于以上变量通过传感器采集形成数据库，通过控制单元内函数拟合单元对数据库数据进行拟合，得到一个关于链刀马达切削力为因变量，各参数的实际变量范围作为约束条件的多变量拟和函数即F＝g(n，v，p，f)。当链刀马达切削力F偏于目标设定值时，控制元件会根据此刻各参数的数据(nx，vx，px，fx，Fx)寻找到横推油缸推进速度v最大且距离此点最近的符合多变量拟合函数的变量点数据(n0，vmax，p0，f0，F0)，并控制闭式泵的排量、电比例多路阀的电流值和电比例溢流阀的电流值进而控制链刀马达转速n、横推油缸推进速度v和横推油缸推进压力p到达此变量点目标值，之后控制单元对链刀马达切削力F再次采集进行负反馈调节，保证实际输出参数的准确性。
基于上述描述，可知本发明的方案通过控制元件实时接收链刀马达转速、横推油缸的推进速度和推进压力等，对施工数据形成的数据库进行函数拟合，形成函数关系式，调节切削力的过程中可以通过函数关系式的对应关系复合调节各参数值，达到设定的切削力值，解决了切削力过大或过小的问题；
同时，本发明通过求解函数的最优解，保证在预设切削力的前提下保证横推油缸推进速度最大，从而最大化提高设备的切削效率，解决了连续墙设备切削效率较低的问题；
值得一提的是，本发明提出的一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法以及系统不仅局限于横向推进时对切削力的复合控制，在刀箱下切，动作提升油缸切削时也可类比此方法进行复合控制。
由于本发明上述实施例所描述的系统/装置，为实施本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置，故而基于本发明上述实施例所描述的方法，本领域所属技术人员能够了解该系统/装置的具体结构及变形，因而在此不再赘述。凡是本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置都属于本发明所欲保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。
Claims (10)
1.一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制方法，其特征在于，包括：
依据采集到的工况点数据构建数据库；其中，工况点数据包括岩层硬度、链刀马达切削力、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力；
通过对数据库中的工况点数据进行拟合，得到一个以链刀马达切削力为因变量，并以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量且各自变量的变量范围作为约束条件的多变量拟和函数；
当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据当前工况点数据和多变量拟合函数找寻到满足设定范围的链刀马达切削力且横推油缸推进速度最大的工况点解集，并求解工况点解集中距离当前工况点最近的新的工况点；
控制链刀马达转速、横推油缸推进速度和横推油缸推进压力分别到达新的工况点中的相应目标值，以使链刀式地下连续墙设备在满足设定范围的链刀马达切削力时保证横推油缸推进速度最大。
2.如权利要求1所述的一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制方法，其特征在于，通过对数据库中的工况点数据进行拟合，得到一个以链刀马达切削力为因变量，并以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量且各自变量的变量范围作为约束条件的多变量拟和函数包括：
依据数据库中工况点数据拟合成不同的函数类型，在多个函数类型中找寻出误差最小的函数类型，以作为待拟合的函数类型；
基于待拟合的函数类型和数据库的数据，确定以链刀马达切削力为因变量，并确定以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量的拟合函数的各系数值；
通过链刀式地下连续墙设备的配置参数确定拟合函数的定义域与值域，最后输出如下多变量拟和函数：
F＝g(n，v，p，f)；
其中，F为链刀马达切削力，n为马达转速，P为横推油缸推进压力，v为横推油缸推进速度，f为岩层硬度。
3.如权利要求2所述的一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制方法，其特征在于，当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据当前工况点数据和多变量拟合函数找寻到满足设定范围的链刀马达切削力且横推油缸推进速度最大的工况点解集，并求解工况点解集中距离当前工况点最近的新的工况点包括：
获取当前工况点数据并判断链刀马达切削力是否偏离设定范围；
当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据链刀马达切削力的设定范围和多变量拟合函数求得满足设定范围的链刀马达切削力且在各个自变量的定义域范围内的函数解集；
在此函数解集中求得横推油缸推进速度最大的子解集作为工况点解集，并在工况点解集中找寻出距离当前工况点最近的新的工况点。
4.一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制系统，其特征在于，包括：原动机(1)、闭式双向变量柱塞泵(2)、负载敏感变量柱塞泵(3)、链刀马达(4)、电比例多路阀(8)、横推油缸(9)、电比例溢流阀(10)、传感器组件、电控组件、机械控制组件、控制元件(13)以及梭阀(14)；
原动机(1)的用于为闭式双向变量柱塞泵(2)和负载敏感变量柱塞泵(3)提供动力源；
闭式双向变量柱塞泵(2)用于为链刀马达(4)提供压力油；
负载敏感变量柱塞泵(3)用于为横推油缸(9)提供压力油；
链刀马达(4)用于为链刀式地下连续墙设备的切削机构提供动力；
电比例多路阀(8)用于改变液流方向从而控制横推油缸(9)的伸出和缩回；
横推油缸(9)用于推动链刀式地下连续墙设备的切削机构进行横向切削；
电比例溢流阀10并联在负载敏感变量柱塞泵(3)的反馈压力油路上，用于限制反馈压力值，从而限制推进横推油缸(9)的推进压力；
传感器组件用于对链刀马达(4)的A口压力和B口压力、链刀马达(4)的转速、横推油缸(9)的推进速度以及横推油缸(9)的推进压力之中的一种或多种进行检测；
机械控制组件用于对负载敏感变量柱塞泵(3)的出口压力进行调节；
电控组件用于根据获取的电信号对闭式双向变量柱塞泵(2)的排量、电比例多路阀(8)的流量以及电比例溢流阀(10)的溢流压力之中的一种或多种进行调节；
控制元件(13)用于接收传感器组件的检测信号并转化为对应参数值，以及进行内部运算之后向电控组件输出对应的电信号；
梭阀(14)用于引出横推油缸(9)的控制回路中的高压油液，用于推进压力检测。
5.如权利要求4所述的一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制系统，其特征在于，
传感器组件包括：第一压力传感器(5)、转速传感器(6)、第二压力传感器(7)，速度传感器(11)以及压力传感器(12)；
第一压力传感器(5)用于检测链刀马达(4)的A口压力；
转速传感器(6)用于检测链刀马达(4)的转速；
第二压力传感器(7)用于检测链刀马达(4)的B口压力；
速度传感器(11)用于检测横推油缸(9)的推进速度；
压力传感器(12)用于检测横推油缸(9)的推进压力；
机械控制组件包括：负载敏感阀(301)，负载敏感阀(301)用于调节负载敏感变量柱塞泵(3)的出口压力始终比反馈压力高一个固定值；
电控组件包括：电比例控制阀(201)、电比例多路阀电磁铁(801)以及电比例溢流阀电磁铁(1001)；
电比例控制阀(201)与闭式双向变量柱塞泵(2)连接，用于根据输入的电信号调节闭式双向变量柱塞泵(2)的排量；
电比例多路阀电磁铁(801)与电比例多路阀(8)连接，用于根据输入的电信号调节电比例多路阀(8)的流量，从而控制横推油缸(9)的推进速度；
电比例溢流阀电磁铁(1001)与电比例溢流阀(10)连接，用于根据输入的电信号改变电比例溢流阀(10)的溢流压力，从而限制横推油缸(9)的推进压力。
6.如权利要求5所述的一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制系统，其特征在于，
根据第一压力传感器(5)和第二压力传感器(7)的数据结合第一系统配置参数组得到链刀马达(4)的链刀马达切削力与链刀马达(4)的A、B口压力的函数关系，记作：
F＝y1(|PA-PB|)，Fmin≤F≤Fmax (1)
式(1)中，PA为压力传感器(5)检测的链刀马达(4)的A口压力，PB为压力传感器(7)所检测链刀马达(4)的B口压力；第一系统配置参数组包括：链刀马达(4)的切削力F、链刀马达(4)的排量、链刀直径、减速机减速比以及传动效率；
根据闭式双向变量柱塞泵(2)的数据结合第二系统配置参数组，得到链刀马达转速与电比例控制阀(201)输入电流值的函数关系，记作：
n＝y2(i2)，nmin≤n≤nmax (2)
式(2)中，n为转速传感器(6)检测的链刀马达(4)的转速，i2为电比例控制阀(201)输入电流值；第二系统配置参数组包括：闭式双向变量柱塞泵(2)的排量与电比例控制阀(201)输入电流值的关系式、链刀马达排量、闭式双向变量柱塞泵(2)和链刀马达(4)的容积效率以及原动机转速；
根据电比例多路阀(8)的数据结合第三系统配置参数组，可得到横推油缸(9)的推进速度与电比例多路阀电磁铁(801)输入电流的函数关系，记作：
v＝y3(i8)，vmin≤v≤vmax (3)
式(3)中，v为速度传感器(11)检测的横推油缸(9)的推进速度，i8为电比例多路阀电磁铁(801)输入电流；第三系统配置参数组包括：横推油缸进油腔的作用面积、电比例多路阀(8)的输出流量与电比例多路阀电磁铁(801)输入电流的关系式；
根据电比例溢流阀(10)的数据结合第四系统配置参数组，可得到横推油缸(9)的推进压力P与电比例溢流阀电磁铁(1001)输入电流i10的函数关系，记作：
P＝y4(i10)，Pmin≤P≤Pmax (4)
式(4)中，P为压力传感器(12)检测的横推油缸(9)的推进压力，i10为电比例溢流阀电磁铁(1001)输入电流；第四系统配置参数组包括：横推油缸(9)的推进压力P与电比例溢流阀电磁铁(1001)输入电流i10的关系式。
7.如权利要求6所述的一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制系统，其特征在于，控制元件(13)包括：
存储转化单元(1301)，用于依据采集到的工况点数据构建数据库；其中，工况点数据包括岩层硬度、链刀马达切削力、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力；
函数拟合单元(1302)，用于通过对数据库中的工况点数据进行拟合，得到一个以链刀马达切削力为因变量，并以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量且各自变量的变量范围作为约束条件的多变量拟和函数；
计算单元(1303)，用于当链刀马达切削力偏离设定范围时，根据当前工况点数据和多变量拟合函数找寻到满足设定范围的链刀马达切削力且横推油缸推进速度最大的工况点解集，并求解工况点解集中距离当前工况点最近的新的工况点；
主控单元(1304)，用于控制链刀马达转速、横推油缸推进速度和横推油缸推进压力分别到达新的工况点中的相应目标值，以使链刀式地下连续墙设备在满足设定范围的链刀马达切削力时保证横推油缸推进速度最大。
8.如权利要求7所述的一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制系统，其特征在于，函数拟合单元(1302)包括：
导入子单元，用于导入数据库中的数据；
函数类型确定子单元，用于依据数据库中的工况点数据拟合成不同的函数类型，在多个函数类型中找寻出误差最小的函数类型，以作为待拟合的函数类型；
参量确定子单元，用于基于待拟合的函数类型和数据库的数据，确定以链刀马达切削力为因变量，并确定以岩层硬度、链刀马达转速、横推油缸推进速度以及横推油缸推进压力为自变量的拟合函数的各系数值；
拟合函数输出子单元，通过链刀式地下连续墙设备的配置情况确定拟合函数的定义域与值域，最后输出如下多变量拟和函数：F＝g(n，v，p，f)；其中，F为链刀马达切削力，n为马达转速，P为横推油缸推进压力，v为横推油缸推进速度，f为岩层硬度。
9.如权利要求7所述的一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制系统，其特征在于，计算单元(1303)包括：
工况点导入子单元，用于导入当前时刻的工况点数据和切削前采集的岩层硬度，记作(nx1,vx1,px1,f0,Fx1)；
比较子单元，用于将此刻的链刀马达切削力Fx1与设定切削力F0进行比较：若链刀马达切削力Fx1与设定切削力F0未发生偏离，则不做操作；若链刀马达切削力Fx1与设定切削力F0发生偏离，根据设定切削力F0和多变量拟合函数求得满足设定范围的链刀马达切削力且在各个自变量定义域范围内的函数解集，记作(n0,v0,p0,f0)；
第一求取子单元，用于在此函数解集(n0,v0,p0,f0)中求得横推油缸推进速度最大的子解集作为工况点解集，记作(n0,v0max,p0,f0)；
第二求取子单元，用于在工况点解集(n0,v0max,p0,f0)找寻出距离当前工况点(nx1,vx1,px1,f0)最近的点(nx2,v0max,px2,f0)作为新的工况点。
10.如权利要求7所述的一种链刀式地下连续墙设备的切削力复合控制系统，其特征在于，主控单元(1304)包括：
第一主控子单元，用于根据公式(1)向电比例控制阀(201)输出电流i2，且通过转速传感器(6)检测链刀马达(4)的转速为nx3，进而判断nx3是否等于nx2，若nx3不等于nx2则进行负反馈调节；
第二主控子单元，用于根据公式(2)向电比例多路阀电磁铁(801)输出电流i8，且通过速度传感器(11)检测横推油缸(9)的推进速度vx2，进而判断vx2是否等于v0max，若vx2不等于v0max则进行负反馈调节；
第三主控子单元，用于根据公式(3)向电比例溢流阀电磁铁(1001)输出电流i10，且通过压力传感器(12)检测横推油缸(9)的推进压力px3，进而判断px3是否等于px2，若px3不等于px2则进行负反馈调节。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311041956.1A CN117166560A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法以及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311041956.1A CN117166560A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 一种链刀式地下连续墙设备切削力复合控制方法以及系统 |
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| CN117166560A true CN117166560A (zh) | 2023-12-05 |
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| CN (1) | CN117166560A (zh) |
-
2023
- 2023-08-18 CN CN202311041956.1A patent/CN117166560A/zh active Pending
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