CN208380575U - 超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统，其特征在于所述姿态控制系统包括中央控制器及其连接控制的自动导向子系统、推进液压子系统、土压力控制子系统、机身泥土注入子系统。本实用新型的优点是：系统自动化程度高，通过自动导向子系统实时监测掘进机姿态，并将数据反馈至中央控制器，中央控制器统一协调推进液压子系统、土压力控制子系统以及机身泥土注入子系统对掘进机的姿态进行快速的纠偏，在提高系统控制精度的同时，又符合超大断面土压平衡箱涵掘进机的控制要求。

Description

超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统

技术领域

本实用新型涉及隧道施工掘进机的控制技术领域，具体涉及一种超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统。

背景技术

掘进机在地下作业的过程中，掘进机的运动轨迹将基本形成地下隧道的施工轴线，实际的隧道施工轴线往往是一条随机波动的曲线，所以在实际工程中需要采用各种控制系统使隧道的施工轴线尽量接近或达到设置轴线，因为施工轴线误差过大将影响隧道工程的质量，容易形成安全隐患。

在常规的土压平衡掘进机姿态控制中，主要通过铰接系统来实现掘进机的纠偏，但是超大断面土压平衡箱涵掘进机由于其断面超过15m，无法采用铰接系统来进行纠偏，且超大断面土压平衡箱涵掘进机主要用于地道、箱涵等项目，在该类项目设计中，轴线以直线为主，对于掘进机顶进过程中的精度控制要求高，因此急需一套高自动化的姿态控制系统对掘进机在顶进的全过程进行实时的纠偏。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供了一种超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统，该控制系统通过自动导向子系统实时监测掘进机的姿态，并将监测到的数据反馈至中央控制器，由中央控制器统一协调控制推进液压子系统、土压力控制子系统以及机身泥土注入子系统对掘进机的姿态进行纠偏。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统，其特征在于所述姿态控制系统包括中央控制器及其连接控制的自动导向子系统、推进液压子系统、土压力控制子系统、机身泥土注入子系统。

所述自动导向子系统包括自动导向控制器及其连接控制的激光标靶以及全站仪，所述激光标靶下部设置有反射棱镜，所述全站仪可自动锁定所述反射棱镜。

所述推进液压子系统包括推进控制器及其连接控制的若干液压油缸。

若干所述液压油泵分为左侧、右侧、顶部、底部四个独立的分区，每个所述分区内设置有一个压力传感器和一个位移传感器，所述压力传感器和所述位移传感器由所述推进控制器连接控制。

所述土压力控制子系统包括土压力控制器及其连接控制的螺旋输送机和土压力传感器。

所述机身泥土注入子系统包括泥土注入控制器及其连接控制的注浆机。

本实用新型的优点是：系统自动化程度高，通过自动导向子系统实时监测掘进机姿态，并将数据反馈至中央控制器，中央控制器统一协调推进液压子系统、土压力控制子系统以及机身泥土注入子系统对掘进机的姿态进行快速的纠偏，在提高系统控制精度的同时，又符合超大断面土压平衡箱涵掘进机的控制要求。

附图说明

图1为本实用新型中超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统的示意图；

图2为本实用新型中超大断面土压平衡箱涵掘进机姿态纠偏过程的俯视示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-2，图中标记1-21分别为：中央控制器1、自动导向子系统2、推进液压子系统3、机身泥土注入子系统4、土压力控制子系统5、全站仪6、激光标靶7、自动导向控制器8、液压油缸9、压力传感器10、位移传感器11、推进控制器12、注浆机13、泥土注入控制器14、螺旋输送机15、土压力传感器16、土压力控制器17、掘进机18、箱涵19、工作井20、后靠墙21。

实施例：如图1-2所示，本实施例具体涉及一种超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统，该控制系统通过自动导向子系统2实时监测掘进机18的姿态，并将监测到的数据反馈至中央控制器1，由中央控制器1统一协调控制推进液压子系统3、土压力控制子系统5以及机身泥土注入子系统4对掘进机18的姿态进行纠偏。

如图1-2所示，本实施例中超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统包括中央控制器1及其连接控制的自动导向子系统2、推进液压子系统3、机身泥土注入子系统4以及土压力控制子系统5；其中，自动导向子系统2包括全站仪6、激光标靶7以及自动导向控制器8，推进液压子系统3包括若干个液压油缸9、若干压力传感器10以及位移传感器11、推进控制器12，机身泥土注入子系统包括注浆机13和泥土注入控制器14，土压力控制子系统5包括若干螺旋输送机15、若干土压力传感器16以及土压力控制器17。自动导向控制器8、推进控制器12、泥土注入控制器14和土压力控制器17均由中央控制器1连接控制，液压传感器10和位移传感器11由推进控制器12连接控制。

如图1-2所示，本实施例中掘进机18为超大断面土压平衡箱涵掘进机，其开挖面呈矩形，尺寸为19.8m×6.4m，在掘进机18内设置有注浆机13，当掘进机18的姿态发生过大偏移或所在土层土质较为松软导致掘进机18偏移趋势加大时，泥土注入控制器可控制注浆机13向掘进机18的一侧注入泥土以改变其侧向压力，从而实现掘进机18的纠偏。

如图1-2所示，掘进机18的开挖面上以及土舱内设置有若干个土压力传感器16，用以实时监测开挖面压力和土舱内的压力，并将采集到的数据实时传输至中央控制器1。掘进机18内还设置有螺旋输送机15，可将土舱内的土体及时输送出去，通过控制螺旋输送机15的出土速度还可调节土舱内的土压力，实现掘进机18左侧或右侧的土压力的平衡调节，从而对其姿态进行控制。

如图1-2所示，在工作井20内的箱涵19的两侧设置有全站仪6，而对应于掘进机18上则安装有激光标靶7，激光标靶7的下部安装有反射棱镜，全站仪6可对反射棱镜进行自动跟踪锁定，当掘进机18运动时，安装在其上的激光标靶7也随之运动，全站仪6则对激光标靶7下部的反射棱镜进行自动追踪锁定，因而全站仪6和激光标靶7联合工作可对掘进机18的姿态进行实时的监测，并将数据即时传输至中央控制器1。

如图1-2所示，掘进机18尾部连接有用混凝土浇筑的箱涵19，在工作井20内的箱涵19的尾部设置有若干个液压油缸9，液压油缸9紧顶着后靠墙21，后靠墙21为液压油缸9的顶推工作提供稳定的后支撑，液压油缸9分为四个互相独立的分区，分别为左侧分区、右侧分区、顶部分区以及底部分区，其中，左侧分区、右侧分区和顶部分区的液压油缸9的数量相同，底部分区因其承受的开挖力最大，故其液压油缸9的数量多于其它分区，例如，若采用20个液压油缸9，则可以在左侧分区、右侧分区以及顶部分区各设置4个，而底部分区则设置8个。每个分区内均分别设置有一个压力传感器10和一个液压缸内置式的位移传感器11，用于实时监测各个分区的推进压力以及位移，并将数据通过推进控制器12即时传输至中央控制器1，中央控制器1对各个分区进行独立控制以调整掘进机18的各区的推进速度和推进压力。分区控制既提高了系统的控制精度，又可在符合控制要求的前提下，达到既控制成本，又简化了结构的目的。

如图1-2所示，本实施例中的超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统的具体工作方法包括以下步骤：

（1）掘进机18开挖前的准备工作：安装并调试好各个子系统，尤其在自动导向子系统2的安装调试中，全站仪6首次设置站点时需要对其自身进行精确定位，并对掘进机18的姿态初值进行精确测定，以便于对自动导向子系统2中的有关初始参数进行设置，保证其测量的精度。

（2）掘进机18正常工作掘进土体中，中央控制器1通过自动导向控制器8控制自动导向子系统2中的全站仪6对激光标靶7下部的反射棱镜进行自动追踪锁定，从而对掘进机18的掘进姿态进行实时的监测，并将数据反馈至中央控制器1，中央控制器1对反馈值进行处理分析，判断掘进机18是否发生偏移。而推进液压子系统5设置在各个分区的压力传感器10以及位移传感器11则实时监测各个分区的推进压力以及位移，并将数据通过推进控制器12即时传输至中央控制器1，中央控制器1对反馈的数据进行分析处理，并通过推进控制器12控制各个液压油缸9的推进压力以及位移量。同时土压力控制子系统5布设在开挖面以及土舱内的土压力传感器16实时监测所在位置的压力值，并将数据反馈至中央控制器1，中央控制器1对反馈值进行处理分析，并通过土压力控制器17控制螺旋输送机15的出土速度，使土压力保持平衡。

（3）若自动导向子系统2监测到掘进机18发生偏移时（偏移方向以设计的轴线为参考方向），中央控制器1则根据反馈的数据确定偏移量以及偏移方向。

a.当掘进机18发生向左偏移时，中央控制器1首先通过土压力控制器17对掘进机18内的各个螺旋输送机15的出土速度分别进行调节，提高掘进机18右侧的土压力，并确保右侧的土压力大于左侧的土压力；然后中央控制器1通过推进控制器12对左侧分区和右侧分区的液压油缸9的顶推力分别进行调节，确保左侧分区（以掘进机18的前进方向为参考方向）的顶推力大于右侧分区的顶推力；在调节过程中，自动导向子系统2实时监控掘进机18的轴线偏差值，若轴线偏差值逐渐变小，则中央控制器1也相应减小掘进机18左右两侧土压力的差值以及左右两侧分区的顶推力的差值，若轴线偏差值依旧增加，则中央控制器1继续增大掘进机18左右两侧土压力的差值以及左右两侧分区的顶推力的差值；若掘进机18的轴线偏差值超过预设的警戒值，则中央控制器1通过泥土注入控制器14控制注浆机13向掘进机18左侧的土体中注入泥土，提高掘进机18左侧受到的侧向压力，最终对掘进机18的姿态进行纠偏，实现其姿态的控制。

b.当掘进机18发生向右偏移时，中央控制器1首先通过土压力控制器17对掘进机18内的各个螺旋输送机15的出土速度分别进行调节，提高掘进机18左侧的土压力，并确保左侧的土压力大于右侧的土压力；然后中央控制器1通过推进控制器12对左侧分区和右侧分区的液压油缸9的顶推力分别进行调节，确保右侧分区（以掘进机18的前进方向为参考方向）的顶推力大于左侧分区的顶推力；在调节过程中，自动导向子系统2实时监控掘进机18的轴线偏差值，若轴线偏差值逐渐变小，则中央控制器1也相应减小掘进机18左右两侧土压力的差值以及左右两侧分区的顶推力的差值，若轴线偏差值依旧增加，则中央控制器1继续增大掘进机18左右两侧土压力的差值以及左右两侧分区的顶推力的差值；若掘进机18的轴线偏差值超过预设的警戒值，则中央控制器1通过泥土注入控制器14控制注浆机13向掘进机18右侧的土体中注入泥土，提高掘进机18右侧受到的侧向压力，最终对掘进机18的姿态进行纠偏，实现其姿态的控制

本实施例的有益效果是：系统自动化程度高，通过自动导向子系统实时监测掘进机姿态，并将数据反馈至中央控制器，中央控制器统一协调推进液压子系统、土压力控制子系统以及机身泥土注入子系统对掘进机的姿态进行快速的纠偏，在提高系统控制精度的同时，又符合超大断面土压平衡箱涵掘进机的控制要求。

Claims (6)

1.一种超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统，其特征在于所述姿态控制系统包括中央控制器及其连接控制的自动导向子系统、推进液压子系统、土压力控制子系统、机身泥土注入子系统。

2.根据权利要求1所述的一种超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统，其特征在于所述自动导向子系统包括自动导向控制器及其连接控制的激光标靶以及全站仪，所述激光标靶下部设置有反射棱镜，所述全站仪可自动锁定所述反射棱镜。

3.根据权利要求1所述的一种超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统，其特征在于所述推进液压子系统包括推进控制器及其连接控制的若干液压油缸。

4.根据权利要求3所述的一种超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统，其特征在于若干所述液压油泵分为左侧、右侧、顶部、底部四个独立的分区，每个所述分区内设置有一个压力传感器和一个位移传感器，所述压力传感器和所述位移传感器由所述推进控制器连接控制。

5.根据权利要求1所述的一种超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统，其特征在于所述土压力控制子系统包括土压力控制器及其连接控制的螺旋输送机和土压力传感器。

6.根据权利要求1所述的一种超大断面土压平衡箱涵掘进机的姿态控制系统，其特征在于所述机身泥土注入子系统包括泥土注入控制器及其连接控制的注浆机。