DE3908540C2

DE3908540C2 - Verfahren zum gesteinsabhängigen Steuern einer Teilschnitt-Auffahrmaschine

Info

Publication number: DE3908540C2
Application number: DE19893908540
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Wilhelm Paurat; Roland Paurat
Original assignee: PAURAT GmbH
Current assignee: Howden Paurat GmbH
Priority date: 1988-03-19
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1993-10-21
Anticipated expiration: 2009-03-17
Also published as: DE3908540A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Gesteinsart für das gesteinsabhängige Steuern einer Teilschnitt-Auffahrmaschine mit einem Fahrwerk und einem Gesteinsbearbeitungsaggregat beim Auffahren eines Untertageraumes, insbesondere einer Strecke oder eines Tunnels, wobei das Gesteinsbearbeitungsaggregat einen Ausleger mit Auslegerantrieb und zumindest einen Schneidkopf mit aufgesetzten Schneidmeißeln und Schneidkopfantrieb aufweist und wobei das Gesteinsbearbeitungsaggregat in Abhängigkeit von der ermittelten Gesteinsart gesteuert wird und die Identifizierung der jeweiligen Gesteinsarten über eine Frequenzermittlung erfolgt. - Gesteinsabhängige Steuerung meint insbesondere eine Steuerung dahingehend, daß die Andrückkraft des Gesteinsbearbeitungsaggregates in allen Gesteinsarten gleich groß ist. - Gesteinsabhängige Steuerung meint insbesondere, daß die Steuerung nach Maßgabe bestimmter Gesteinsarten einer geologischen Formation erfolgt. Sie erfolgt also unterschiedlich, wenn der Untertageraum z. B. in einer Kalksteinformation oder in einer besonderen Sandsteinformation aufgefahren wird oder beim Auffahren unterschiedliche Formationen durchfahren werden. Es versteht sich, daß der Schneidkopf im übrigen beim Auffahren eines Untertageraumes so bewegt wird, wie es die aufzufahrende Geometrie verlangt. Der Ausdruck Schneidkopf umfaßt auch Schneidwalzen, insbesondere sogenannte Helix-Schneidwalzen.

Bei einem älteren Vorschlag gemäß DE-OS 38 38 221 wird davon ausgegangen, daß die Schneidmeißel akustische Wellen erzeugen, die sich ausbreiten und die ein bestimmtes Frequenzspektrum der Meißelimpulse darstellen. Die Steuerung des Arbeitens der Maschine soll nach Maßgabe des Frequenzspektrums erfolgen, das über Klangkörper, z. B. Stimmgabeln, akustisch aufgenommen wird und in ein Spektrum elektromagnetischer Schwingungen umgewandelt werden kann. Offenbar wird die Stimmgabel, deren Ausschläge am größten sind, ausgewählt, um entsprechende elektronische Steuerimpulse für das Arbeiten der Maschine auszulösen, indem über eine Steuereinheit am Motor die Schneidkopfdrehzahl an die Gesteinsgegebenheiten angepaßt wird. Untersuchungen haben ergeben, daß im Rahmen dieser Maßnahmen das Frequenzspektrum nicht eindeutig den Gesteinen zugeordnet werden kann.

Bei einem anderen aus der DE-PS 33 43 372 bekannten Verfahren befindet sich am Schrämarm ein Erschütterungssensor, der gleichsam ein "weißes" Spektrum aufnimmt. Der Schwellenwert dieses Spektrums wird ermittelt und zur Steuerung des Arbeitens der Maschine eingesetzt. Auch insoweit ist eine Zuordnung zu bestimmten Gesteinen nicht möglich.

In der Praxis erfolgt die Steuerung nach Maßgabe einer Augeninspektion, die der Maschinenführer der Teilschnitt-Auffahrmaschine durchführt. Das verlangt hohe Aufmerksamkeit sowie besondere Erfahrung und ist häufig nicht hinreichend genau. Im übrigen besteht keine Möglichkeit, die Ergebnisse der Augeninspektion dokumentarisch festzuhalten, beispielsweise einem Rechner zuzuführen und dort zu speichern, um nach Maßgabe unterschiedlicher Gesteinsarten und/oder Formationen den Ausbau einzurichten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, welches die sichere Identifizierung des jeweils geschnittenen Gesteins sowie eine genaue, gesteinsabhängige Steuerung erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination der folgenden Merkmale verwirklicht:

a) Die Leistungsaufnahme des Auslegerantriebes und/oder des Schneidkopfantriebes werden bei der im Gestein arbeitenden Teilschnitt-Auffahrmaschine gemessen und über einen Zeitabschnitt und/oder einen Wegabschnitt der Bewegung des Auslegers bzw. des Schneidkopfes gemittelt,
b) die durch die Umdrehung des Schneidkopfes und die arbeitenden Schneidmeißel erzeugte Frequenz der ungemittelten Meßwerte gemäß a) werden gemessen und den gemittelten Meßwerten superponiert,
c) die Meßwerte gemäß a) und Meßwerte gemäß b) oder ausgewählte Frequenzen der Meßwerte gemäß b) werden mit den Gesteinsarten entsprechenden Bezugswerten verglichen und daraus die jeweils geschnittene Gesteinsart ermittelt,
d) die Teilschnittmaschine wird auf gleichen Anpreßdruck des Schneidkopfes gesteuert.

Erfindungsgemäß wird gemäß Merkmal a) nicht nur die Leistungsaufnahme gemessen und gemittelt, sondern gemäß Merkmal b) auch die beim Arbeiten des Schneidkopfes erzeugte Frequenz gemessen und dem gemittelten Meßwert superponiert. Damit ist eine Zuordnung zu bestimmten Gesteinen möglich.

Der Parameter, der erfindungsgemäß gemessen wird, bildet über die Zeit oder über den Weg ein Schwingungsspektrum. Es kann beispiels weise nach Maßgabe einer Fourier-Analyse in Einzelschwingungen zer legt werden. Soweit die Frequenzen der Einzelschwingungen mit der Frequenz der Rotation des Schneidkopfes im Zusammenhang stehen, er lauben die Frequenzen und/oder das Frequenzspektrum und/oder die Amplituden Aussagen über die physikalischen Parameter des Gesteins, anders ausgedrückt, eine Identifizierung des Gesteins, und zwar auch in bezug auf die Standfestigkeit. Folglich kann auch eine Aussage über die Kräfte gemacht werden, die der Ausbau aufzunehmen hat, und der Untertageraum kann so aufgefahren werden, daß ein Ausbau entsprechender Tragfähigkeit eingebracht werden kann, ohne daß der notwendige freie Querschnitt des Untertageraumes Beschränkungen er fährt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Werkzeuge des im Gestein arbeitenden Schneidkopfes eine Frequenz erzeugen, die sich gleichsam rückwirkend den angegebenen Parametern superponiert. Fre quenz meint dabei Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit bzw. pro Wegeinheit. Wie bereits erwähnt, versteht es sich, daß im allgemeinen ein Spektrum von superponierten Parameterfrequenzen, die mit der Fre quenz der Rotation des Schneidkopfes korreliert sind, erzeugt wird. Mit den Hilfsmitteln der modernen Elektronik kann aus diesem Spektrum ohne weiteres eine für die gesteinsabhängige Steuerung besonders brauchbare, nämlich besonders ausgeprägte, Parameterfrequenz ausge wählt werden. Aber auch das gesamte Spektrum kann ausgewertet werden. Überraschenderweise ist die Parameterfrequenz oder sind die Parameterfrequenzen und/oder die Amplituden von dem Gestein abhän gig, in dem der Schneidkopf arbeitet. Folglich können für jede Teilschnitt-Auffahrmaschine jedem Gestein eine Bezugsfrequenz oder deren mehrere zugeordnet werden. Wird eine Parameterfrequenz ermittelt, die der Bezugsfrequenz entspricht, so ist auch eine Identifizierung des Ge steins möglich. Es versteht sich, daß man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Umdrehungszahl des Schneidkopfes vorzugsweise konstant hält. Man kann aber auch mit variablen Umdrehungszahlen des Schneid kopfes arbeiten. Dann gehören zu den unterschiedlichen Drehzahlen auch unterschiedliche Parameterfrequenzen, die für die gesteinsabhän gige Steuerung eingesetzt werden können. Die Steuerung ist insbeson dere eine Steuerung auf gleichen Anpreßdruck des Schneidkopfes. Es versteht sich, daß alle beschriebenen Maßnahmen mit Rechnerunterstüt zung durchgeführt werden.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung des Verfahrens. In der Ausführungsform mit einem elektrischen Antrieb ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Parameter, beispielsweise ein Spannungsabfall und/oder der Strom, gemessen und analysiert werden. In der Ausführungsform mit einem hydraulischen Antrieb ist das erfin dungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein hydrodynami scher Parameter, beispielsweise der Druck und/oder die Geschwindig keit des dem Antrieb zuströmenden hydraulischen Mediums, gemessen und analysiert werden. Es empfiehlt sich, die Parameter stets bei blockiertem Fahrwerk zu messen.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln der Gesteinsart für das gesteinsabhängige Steuern einer Teilschnitt-Auffahrmaschine mit einem Fahrwerk und einem Gesteinsbearbeitungsaggregat beim Auffahren eines Untertageraumes, insbesondere einer Strecke oder eines Tunnels, wobei das Gesteinsbearbeitungsaggregat einen Ausleger mit Auslegerantrieb und zumindest einen Schneidkopf mit aufgesetzten Schneidmeißeln und Schneidkopfantrieb aufweist und wobei das Gesteinsbearbeitungsaggregat in Abhängigkeit von der ermittelten Gesteinsart gesteuert wird und die Identifizierung der jeweiligen Gesteinsarten zumindest über Frequenzermittlung erfolgt, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

2. Verfahren nach Anspruch 1 in der Ausführungsform mit einem elektrischen Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung und/oder der Strom gemessen und analysiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 in der Ausführungsform mit einem hydraulischen Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck und/oder die Geschwindigkeit des dem Antrieb zuströmenden hydraulischen Mediums gemessen und analysiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter bei blockiertem Fahrwerk gemessen wird.