[發明專利]一種頂管掘進機主動型自動糾偏裝置

有效

• 申請號: 201210103052.2
• 申請日: 2012-04-10
• 公開（公告）號: CN102720503A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 陳修祥;劉正浩;熊國建
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及頂管掘進機，具體是一種頂管掘進機主動型自動糾偏裝置。

背景技術

頂管掘進機工作面環境惡劣、地質條件復雜，頂管掘進機在進行全斷面切割以及頂進過程中，作用在頂管掘進機上的力系通常是不平衡的，力系的不平衡使得頂管掘進機前進的軌跡永遠不可能完全沿著管道設計軸線前進，隨時會發生偏離管道設計軸線的現象。

軸線偏差包括：頂管掘進機的軸線上的某一點相對于管道設計軸線的位置偏移，頂管掘進機軸線相對于管道設計軸線的俯仰角和水平方位角；因此，必須實時的檢測頂管掘進機軸線與管道設計軸線的偏差，并實時將頂管掘進機軸線偏差糾正到管線設計軸線的允許偏差范圍內，以保證頂管施工質量。

根據頂管掘進機產品調研、文獻專利等資料檢索結果，目前頂管掘進機頂進糾偏系統主要由偏差自動測量裝置、液力糾偏機械裝置、液壓伺服系統和手動控制糾偏系統組成，其中偏差自動測量裝置主要有德國?VMT全站儀激光標靶自動導向系統、單激光靶自動測量裝置、單激光靶＋陀螺儀自動測量裝置、曲線頂管自動遙控測量系統等；液力糾偏機械裝置和液壓伺服系統包括糾偏電機、油泵、控制閥、糾偏液壓缸、球鉸及液壓系統附件等，糾偏液壓缸為偶數對稱分布、按頂管掘進機周向均勻布設，一端與頂管掘進機切削系統支撐殼體球鉸連接，另一端與頂管掘進機糾偏裝置支撐殼體球鉸連接，頂進時，糾偏液壓缸以糾偏裝置支撐殼體為后座，調節切削系統支撐殼體的方向，來引導后面的管節正確的前進；由于頂管掘進機切削系統支撐殼體和糾偏裝置支撐殼體的連接是通過偶數（≥4）個液壓缸兩端球鉸連接起來，因此構成了欠驅動（液壓缸數目少于6個）或冗余驅動（液壓缸數目大于6個）的空間六自由度機構，除糾偏運動外寄生的非期望運動多且無法完全消除，對非期望運動的限制主要利用被動的土層約束力，和設計的切削系統支撐殼體切口環與糾偏裝置支撐殼體支承環之間的約束反力進行限制，結果導致糾偏控制時切削系統支撐殼體的約束反力非常巨大，糾偏不靈活且糾偏角度小（一般小于3°），難以應用于曲線頂管掘進；此外頂管掘進機液力糾偏機械裝置的糾偏運動和力控制高度復雜，難以實現實時的自動化糾偏控制，所以目前對頂管掘進機糾偏控制主要采取手動控制糾偏，即操作人員根據以往的施工經驗通過對糾偏液壓缸進行編組動作，進行糾偏控制；手動控制糾偏首先將偶數（≥4）個周向均布糾偏液壓缸分為4組(較多液壓缸亦可分為4組，具有通用性)，再根據偏差自動測量裝置獲得的頂管掘進機軸線偏差量，對每組液壓缸分別進行控制，或對相鄰兩組實行聯合控制，以實現全部液壓缸工作、單組液壓缸前進或后退、相鄰兩組液壓缸前進或后退等動作，從而實現頂管掘進機的整體推進及上、下、左、右、左上、左下、右上、右下的頂管掘進機姿態控制。

由于上述頂管掘進機液力糾偏機械裝置的缺陷，頂管施工的施工條件的千變萬化和極高的勞動強度，以及操作人員操作經驗的不足或者粗心大意等因素影響，易造成操作人員誤判或操作指令輸入錯誤，導致糾偏失敗，糾偏效率低，影響頂管施工質量，因此，頂管施工中急需可實現自動、高效、安全可靠的準確糾偏裝置。

發明內容

本發明為了能針對頂管掘進機前行方向相對于管道設計軸線發生的偏差實現自動、高效、安全可靠的準確糾偏，為了能用于曲線頂管掘進，為實現自動化頂管掘進提供技術基礎，提供一種頂管掘進機主動型自動糾偏裝置，本發明的改進主要在于液力糾偏機械裝置。

一種頂管掘進機主動型自動糾偏裝置，由偏差自動測量裝置、液力糾偏機械裝置、液壓伺服系統及自動糾偏控制器組成，其特征在于：所述的液力糾偏機械裝置包括切削系統、引導殼體、切削系統支撐殼體、糾偏裝置支撐殼體、萬向節和伺服液壓缸，伺服液壓缸設有位移傳感器用于檢測伺服液壓缸驅動位移，其兩端通過萬向節分別與切削系統和糾偏裝置支撐殼體沿徑向相連接構成三條糾偏驅動支鏈，三條糾偏驅動支鏈沿糾偏裝置支撐殼體4周向間隔120度均布；切削系統和引導殼體均與切削系統支撐殼體固定連接；所述糾偏裝置支撐殼體前端為球面，后端為圓柱面，前端和后端之間采用圓錐面連接；切削系統支撐殼體外表面采用球面設計，引導殼體外側采用階梯圓柱面設計，引導殼體與糾偏裝置支撐殼體接觸部分內表面采用圓柱面設計，切削系統支撐殼體的外表面和糾偏裝置支撐殼體的內表面之間采用球面接觸構成僅存有切削系統支撐殼體軸線相對于糾偏裝置支撐殼體軸線的空間三轉動自由度的約束支鏈，引導殼體與糾偏裝置支撐殼體采用圓柱面和球面接觸形式，形成具有空間三轉動及沿引導殼體軸線方向移動四自由度的可動連接。

所述的一種頂管掘進機主動型自動糾偏裝置，其特征在于：所述球面部分為同心球面。