CN213205689U - 用于盾构机管片拼装的供电控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开用于盾构机管片拼装的供电控制系统，包括：发出控制指令的信号控制器；包括无线信号发射模块和无线信号接收模块的无线信号连接装置，其中无线信号发射模块接收控制指令并以无线信号的形式发射给无线信号接收模块，无线信号接收模块将接收到的无线信号处理成电频信号并输出；接收从无线信号接收模块输出的电频信号进而进行对管片拼装机的控制的管片拼装机的控制单元，其中控制单元包括控制电源；向控制电源供电的电池；以及平移电机，电池向平移电机供电，其中，无线发射模块安装于盾构平台上，不随管片拼装机旋转而旋转，而无线信号接收模块安装于管片拼装机上，随管片拼装机旋转而旋转。该系统能够提高施工安全系数。

Description

用于盾构机管片拼装的供电控制系统

技术领域

本实用新型涉及工程施工技术领域，尤其涉及一种用于盾构机管片拼装的供电控制系统。

背景技术

盾构机的管片拼装机，是一种设置在盾体部位、可以迅速把管片拼装成确定形式的起重机械。现阶段拼装机大臂提升、平移、小脚顶伸、侧摆、旋摆、俯仰的动作用是通过液压系统来控制，而液压驱动电机的380V动力源是由盾构机主电源供电；通过电缆卷筒来收、放电缆线的方式解决管片拼装机旋转与信号传输的机械矛盾，使得管片拼装机可以带着电缆旋转，但是旋转的方向、角度会受到了极大的限制。通过限位装置使得管片拼装机在正负210°范围内旋转；当限位装置发生故障时，会造成电缆线被拉断；当电缆卷筒故障时，无法正常收、放电缆线，导致电缆线过长或过短而被绞乱、拉断。由于电缆卷筒、电缆线成本过高；限位控制要求高；操作和维修技术难度大，维护成本高、安装繁琐、接线复杂、故障率高而带来安全隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种用于盾构机管片拼装的供电控制系统，通过电池供电来优化盾构管片拼装机，取代了原用的电缆卷筒、电缆线以及限位装置，使管片拼装在实现无线传输而不受机械装置约束的基础上增强了系统的安全性，降低了维修成本。

为实现上述目的，根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种用于盾构机管片拼装的供电控制系统，其特征在于，包括：信号控制器，该信号控制器发出控制指令；无线信号连接装置，该无线信号连接装置包括无线信号发射模块和无线信号接收模块，其中该无线信号发射模块接收控制指令并以无线信号的形式发射给无线信号接收模块，该无线信号接收模块将接收到的无线信号处理成电频信号并输出；管片拼装机的控制单元，该管片拼装机的控制单元接收从无线信号接收模块输出的电频信号，进而进行对管片拼装机的控制，其中控制单元包括控制电源；电池，该电池向控制电源供电；以及平移电机，电池向平移电机供电，其中，无线发射模块安装于盾构平台上，不随管片拼装机旋转而旋转，而无线信号接收模块安装于管片拼装机上，随管片拼装机旋转而旋转。

优选地，信号控制器为盾构PLC。

优选地，平移电机为直流电机。

优选地，供电控制系统还包括：自动“0”位充电装置，该自动“0”位充电装置安装在管片拼装机的底部，其中当管片拼装机在“0”位时，自动“0”充电装置自动给电池充电。

优选地，电池和平移电机安装在管片拼装机上，随管片拼装机旋转而旋转。

优选地，电池安装于管片拼装机的大臂后面。

优选地，电池是蓄电池或者锂电池。

优选地，电池为电池组。

优选地，电池组包括第一电池组和第二电池组。

优选地，控制单元还包括阀组。

上述实用新型中的一个或多个实施例至少具有如下优点或有益效果：

以电池作为拼装机液压控制电机的动力源，取代了原用的电缆卷筒、电缆线以及限位装置；通过无线控制和电池供电可以摆脱电缆卷筒有线束缚，达到任意角度旋转；整个系统安装方便，节约了人工和成本；维修、保养方便，大大节约了使用过程中维保的成本；大大降低了故障率，减少了因为故障影响盾构正常推进的停机时间，节约了盾构掘进的施工成本；提高了使用和用电的安全性；具有自动充放电的功能；无线信号接收模块及各控制单元安装于管片拼装机上，随管片拼装机旋转，可以360°内任意角度接收控制信号；当电池无电时，液压系统会保持当前状态，保证了拼装的安全性；以及当断电时，电池会保持20％的余电量，确保拼装机可以恢复到安全状态。

上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的用于盾构机管片拼装的供电控制系统的主要结构示意图。

图2是根据本实用新型实施例的供电控制系统的主要结构的安装侧视图。

图3是根据本实用新型实施例的供电控制系统的主要结构的安装正视图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的示范性实施例做出说明，其中包括本实用新型实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本实用新型的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

盾构机的管片拼装机是能够迅速将管片拼装成确定形式的起重机械。管片拼装机安装在尾盾,由平移机构、回转机构、举升机构、举重钳、管路支架等组成。管片拼装机的回转机构将管片旋转到管片安装的径向位置，再由偏转油缸、仰俯油缸和举升油缸的不同步伸缩微调定位，使待装管片的螺栓孔与前一环、前一片管片的螺栓孔同时对齐。根据本实用新型的实施例，本实用新型采用无线信号连接装置完成无线信号的传输，并以电池，例如锂电池为动力源，结合无线控制液压泵组，达到管片拼装机大臂提升、平移、小脚顶伸、侧摆、旋摆、俯仰的动作。

根据本实用新型实施例的一个方面，本实用新型基于图1至图3提供了一种用于盾构机管片拼装的供电控制系统。本实用新型的用于盾构机管片拼装的供电控制系统，主要包括：信号控制器，该信号控制器发出控制指令；无线信号连接装置，该无线信号连接装置包括无线信号发射模块和无线信号接收模块，其中该无线信号发射模块接收控制指令并以无线信号的形式发射给无线信号接收模块，该无线信号接收模块将接收到的无线信号处理成电频信号并输出；管片拼装机的控制单元，该管片拼装机的控制单元接收从无线信号接收模块输出的电频信号，进而进行对管片拼装机的控制，其中控制单元包括控制电源；电池，该电池向控制电源供电；以及平移电机，电池向平移电机供电，其中，无线发射模块安装于盾构平台上，不随管片拼装机旋转而旋转，而无线信号接收模块安装于管片拼装机上，随管片拼装机旋转而旋转。

图1是根据本实用新型实施例的用于盾构机管片拼装的供电控制系统的主要结构示意图。图2是根据本实用新型实施例的供电控制系统的主要结构的安装侧视图。图3是根据本实用新型实施例的供电控制系统的主要结构的安装正视图。

从图1和图2可以看出，用于盾构机管片拼装的供电控制系统包括信号控制器101，无线信号连接装置102，管片拼装机的控制单元103，平移电机105，以及电池106。控制单元103包括控制电源104。该无线信号连接装置102包括无线信号发射模块201和无线信号接收模块202，无线发射模块201安装于盾构平台203上，不随管片拼装机204旋转而旋转，而无线信号接收模块202安装于管片拼装机204上，随管片拼装机204旋转而旋转。盾构平台203安装在盾构机靠近管片拼装机204处。盾构平台203相对于盾构机静止，不随管片拼装机204旋转而旋转。电池106向平移电机105和控制电源104供电。

信号控制器101(例如，盾构PLC)发出控制指令。无线信号发射模块201接收控制指令并以无线信号(例如，蓝牙信号)的形式发射给无线信号接收模块202。无线信号接收模块202将接收到的无线信号处理成电频信号并输出给管片拼装机的控制单元103，进而进行对管片拼装机204的控制。

此外，根据本实用新型实施例的用于盾构机管片拼装的供电控制系统还包括人机交互界面装置(例如，遥控器，未示出)向信号控制器101(例如，盾构PLC)发出指令信号，信号控制器根据根据该指令信号发出控制指令。

无线信号接收模块202安装于管片拼装机204上，优选地，安装于管片拼装机204的回转机构上，用于信号接收，而且随管片拼装机204旋转而旋转。

进一步地，无线信号发送模块201设置在安装于盾构平台203的第一电箱中，而无线信号接收模块202安装于管片拼装机204的第二电箱中。

在本实用新型的用于盾构机管片拼装的供电控制系统中，无线信号连接装置102，实现了控制信号的无线传输，减少了电线传输带来的技术问题。例如：当管片拼装机提升管片时，盾构PLC将控制指令通过蓝牙传输给管片提升的控制单元的控制装置，控制装置接到信号后，根据指令进行相应的电气控制，管片开始提升。

相对于传统的电缆控制的管片拼装，根据本实用新型实施例的无线信号连接装置安装非常简单，可以在无法布线或布线困难的场合收集信号。在多点连接的拼装机系统中拼装机无线连接装置可以达到点对点，多点对多点，点对多点的信号接收。且当给信号装置供电以后，无线连接自动建立，无需设置参数和编程。可节省大量的安装和维修时间，亦可节省大量的盾构空间。无线信号成功地解决了传统的盾构机接线繁杂，空间有限，时常出现虚接、错接、线路损坏，特别像管片拼装机这样的系统，各类电缆电线较多，拆接线及检修繁琐的技术问题。

传统技术中管片拼装机大臂提升、平移、小脚顶伸、侧摆、旋摆、俯仰的动作用是通过液压系统来控制，而液压驱动电机的380V动力源是由盾构机主电源供电，都有拼装专用电缆，从而相应地具有上述电缆所带来的技术问题和安全隐患。管片拼装机控制单元所涉及的电信号包括：拼装机平移启动、平移加载、提升伸、提升缩、小节油缸1-6伸缩动作，也共需20个点位。

也就是说，现阶段拼装机的液压驱动电机的380V动力源是由盾构机主电源供电，管片拼装机是一个旋转体，电缆无法跟随管片拼装机旋转，顾使用电卷筒等使之配合管片拼装机旋转。实际使用过程中电卷筒等故障，导致电缆拉断，直接影响设备人员的用电安全，也就是说，还存在电缆卷筒来收、放电缆线的方式而带来的技术问题，而且电缆随着旋转的方向、角度会受到了极大的限制。此外，当使得管片拼装机在正负210°范围内旋转的限位装置发生故障时，还会造成电缆线被拉断；当电缆卷筒故障时，无法正常收、放电缆线，导致电缆线过长或过短而被绞乱、拉断等等技术问题。

为此，本实用新型采用了电池作为拼装机液压控制电机的动力源，取代了原用的电缆卷筒、电缆线以及限位装置。

具体结合图1，图2以及图3，电池106主要供电给平移电机105和各控制单元的控制电源104。电池106和平移电机105安装在盾构拼装机204上，随管片拼装机旋转204而旋转。优选地，电池106安装于管片拼装机204的大臂后面。例如，电池106可以是蓄电池或者锂电池。更优选地，电池106是锂电池。

优选地，平移电机105可以为直流电机。具体的，现阶段的平移电机是传统电卷筒中的11KW的鼠笼式三相异步电机，由于传统电机不能满足本实用新型电池供电的使用要求，所以本实用新型尝试将传统的平移电机改为直流电机，其中直流电机参数为：AC15KW、3000转/分。并将原平台上的电机控制电路改为直流控制电路，且移至盾体内部。优选地，平移电机的位置不做调整。

管片拼装机的控制单元103至少包括控制电源104和阀组303，例如电磁阀组303。其中，阀组303的位置不做调整。

在本实用新型的一实施例中，电池106可以为蓄电池。例如，本实用新型根据施工要求，电池可以选用16KWh(千瓦时)的蓄电池，蓄电池输出DC96V直流电，额定电流为168A(两块电池并联输出电流可达到330A)。根据本实用新型的另一实施例，电池106也可以为锂电池。优选地，电池106可以为电池组。例如，电池组可以为锂电池包。优选地，电池组可以包括第一电池组和第二电池组。进一步地，例如，电池组可以包括：第一组96V86 AH(安时)的锂电池包和第二组96V86AH锂电池包。

此外，根据本实用新型实施例，本实用新型用于盾构机重要系统，系统所用电池需满足输出电压在DC96V以上，且与所选直流电机的电压等级相匹配。本实用新型将电池安装固定于管片拼装机上，与管片拼装机一同旋转，利用电池供电，则解决电缆拉断、损坏而带来的人员及设备的安全问题。也就是说，为解决及完善配电传输问题，需要将原有的交流配电方式改为直流输配电，并将电池安装于管片拼装机上。

此外，管片拼装机停止工作，即管片拼装机“0”位时电池自动充电，以保证系统供电。

进一步地，使用盾构机自带AC380V交流电经变压至AC220V交流电、给电池充电装置充电，电池充电装置与电池，例如以电刷的形式进行充电。进一步地，利用管片拼装机停止工作时旋转位置不变的特点，本实用新型实施例还设计出自动“0”位充电装置。也就是说，根据本实用新型实施例的供电控制系统还包括：安装在管片拼装机上的自动“0”位充电装置302。具体的，当管片拼装机204在“0”位时，自动“0”位充电装置302自动给电池106充电。此外，当管片拼装机旋转204时，自动“0”位充电装置302与电池106自动断开充电。优选地，自动“0”位充电装置302安装在管片拼装机204的底部。

具体地，当盾构机推进时，管片拼装机停止位置固定不变的，即抓取位置停止于管片拼装机下方，我们称之为管片拼装机“0”位。当管片拼装机“0”位时，自动对电池进行充电。此外，当电池无电时，液压系统会保持当前状态，保证了管片拼装的安全性；当电池停止放电时，电池会保持20％的余电量，确保管片拼装机可以恢复到安全状态。

具体地，利用管片拼装机停止工作时旋转位置不变的特点设计出自动“0”位充电装置，即管片拼装机停到位(即在“0”位时)，自动“0”位充电装置302的充电接触板与电池的充电接触板重合，此时自动“0”位充电装置的内部开关感应到位置信号后自动放电，电池106进入充电状态，当管片拼装机204旋转时，位置信号断开，自动“0”位充电装置302的充电接触板与电池106的充电接触板接触板不重合，此时自动“0”位充电装置302与电池106自动断开充电，且自动“0”位充电装置302停止放电。

如图2和图3所示，在本实用新型的实施例中，管片拼装机204为原型本体，盾构施工过程中，管片拼装机204为整体的旋转体。平移电机105，各动作阀组303均集成在管片拼装机204上，跟随管片拼装机204回转，其中平移电机105和各动作阀组303位置上也无需作调整，均安装于原位，但对原平移电机进行更改，即例如更改为前述的直流电机。进一步地，在本实用新型的实施例中，电池106安装于管片拼装机204大臂后面，即安装于管片拼装机204大臂较为隐蔽的地方，这样可有效保护电池，不影响使用空间，方便拆装维修。而且，电池安装的位置也是管片拼装机配重位置，这样考虑了电池自重可以作为管片拼装机配重的一部分。此外，自动“0”位充电装置安装于管片拼装机的底部，这样不影响使用而且可以实现自动充电。

在本实用新型的实施例中，本实用新型通过无线控制和电池供电可以摆脱电缆卷筒有线束缚，达到任意角度旋转，这也解决了现有技术管片拼装机在正负210°范围内旋转的技术限制；大大降低了故障率，减少了因为故障影响盾构正常推进的停机时间，节约了盾构掘进的施工成本；大大提高了使用和用电的安全性。更重要地是，本实用新型运用了电池供电，利用直流输配电及控制的理念，使得系统不再依赖于盾构机传统的380V交流传输，从而使得系统独立，实现了与盾构机分离使用。这样的独立系统意义在于，整个管片拼装机系统成为了一套盾构机施工模块，可以整体的拆装和独立工作，在盾构施工停电、电力故障等极端环境下，管片拼装机依然可以运转，保证盾构施工的安全。

为解决及完善配电传输问题，需要将原有的交流配电方式改为直流输配电，并将电池安装于管片拼装机上。

根据本实用新型的实施例，本实用新型运用了无线传输应用于盾构机控制系统。实际上是优化了传统系统的布线杂论、空间的局限、维修繁琐的问题，其功能也可以解决信号传输点位局限性的问题。优化的盾构空间可以优化装配更多的盾构施工所需的传感器，并依然使用无线传输，增加施工数据。基于数据的增加，可能能够将更加详细的数据传输给相关技术部门进行分析整理，能够实现盾构机的自诊断，也就是在设备没有出现故障但即将出现故障时会通过数据准确预判故障点。如此会节省维修时间，降低停机率。最主要的便是降低现场备件数量(有充分的时间采购发货)，大大节约了备件成本。

此外，本实用新型用于盾构机管片拼装的电子控制系统，具有：轻巧易换，拆装方便，无需布线，不必担心短线的情况。即使无线模块出现异常和故障，只需要更换无线模块，无需拆除其它部件，也大大减少了停机待修的时间，省时省力，节约成本和时间，也具有较大的经济价值。

根据本实用新型实施例的系统节约了成本，减少了故障，提高了施工安全系数。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于盾构机管片拼装的供电控制系统，其特征在于，包括：

信号控制器，所述信号控制器发出控制指令；

无线信号连接装置，所述无线信号连接装置包括无线信号发射模块和无线信号接收模块，其中所述无线信号发射模块接收所述控制指令并以无线信号的形式发射给无线信号接收模块，所述无线信号接收模块将接收到的无线信号处理成电频信号并输出；

管片拼装机的控制单元，所述管片拼装机的控制单元接收从所述无线信号接收模块输出的电频信号，进而进行对管片拼装机的控制，其中所述控制单元包括控制电源；

电池，所述电池向所述控制电源供电；以及

平移电机，所述电池向所述平移电机供电，

其中，所述无线发射模块安装于盾构平台上，不随所述管片拼装机旋转而旋转，而所述无线信号接收模块安装于所述管片拼装机上，随所述管片拼装机旋转而旋转。

2.根据权利要求1所述的用于盾构机管片拼装的供电控制系统，其特征在于，所述信号控制器为盾构PLC。

3.根据权利要求1所述的用于盾构机管片拼装的供电控制系统，其特征在于，所述平移电机为直流电机。

4.根据权利要求1所述的用于盾构机管片拼装的供电控制系统，其特征在于，还包括：自动“0”位充电装置，所述自动“0”位充电装置安装在所述管片拼装机的底部，其中当所述管片拼装机在“0”位时，所述自动“0”充电装置自动给所述电池充电。

5.根据权利要求1所述的用于盾构机管片拼装的供电控制系统，其特征在于，所述电池和所述平移电机安装在所述管片拼装机上，随所述管片拼装机旋转而旋转。

6.根据权利要求5所述的用于盾构机管片拼装的供电控制系统，其特征在于，所述电池安装于所述管片拼装机的大臂后面。

7.根据权利要求1所述的用于盾构机管片拼装的供电控制系统，其特征在于，所述电池是蓄电池或者锂电池。

8.根据权利要求1所述的用于盾构机管片拼装的供电控制系统，其特征在于，所述电池为电池组。

9.根据权利要求8所述的用于盾构机管片拼装的供电控制系统，其特征在于，所述电池组包括第一电池组和第二电池组。

10.根据权利要求1所述的用于盾构机管片拼装的供电控制系统，其特征在于，所述控制单元还包括阀组。

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