[發明專利]敞口式盾構機、支護裝置及其控制系統和控制方法

有效

• 申請號: 201410174239.0
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103953356A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 董炳坤;李占偉
• 申請（專利權）人: 北京市三一重機有限公司
• 主分類號: E21D9/093
• 分類號: E21D9/093;E21D9/06;F15B11/00
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及液壓控制領域，特別涉及一種敞口式盾構機、支護裝置及支護裝置控制系統和控制方法。

背景技術

敞口式盾構機適用于開挖面有一定自穩能力的地層，其前端沒有刀盤，開挖面與內艙之間無封閉隔板，能夠直接看到全部開挖面狀況。為了避免土石坍塌或倒流至盾構機的內艙，敞口式盾構機在其前端頂部設置有支護裝置，支護裝置由插刀和支撐擋板組成，插刀用于向前插入土層中，支護上方的土體，防止坍塌，支撐擋板用于支護前方開挖面，防止開挖面土體坍塌倒流。插刀及支撐擋板數量根據隧道直徑大小及地層而定。

插刀的伸出和縮回一般由液壓系統控制，它可在一定范圍內任意伸出和回縮，插刀向前伸出插入開挖面土體中，此時通過液壓系統的控制，將插刀油缸的無桿腔回油鎖定，防止插刀縮回，使其可以承受拱頂土體的壓力，防止坍塌。在工作時，插刀先伸出一定的行程，將前方的土體支護起來，然后挖掘機構將支護部分的土體挖除，隨后盾構機再推進油缸作用下前行，推進過程中插刀油缸縮回，完成一個工作循環。在盾構機前行時，如果插刀馬上主動回縮，則很容易會因為拱頂土體無插刀的支撐力而導致坍塌，因此為了使前方開挖面土體保持穩定，插刀油缸不能馬上主動回縮，而是需要被動的回縮，并要保證插刀的回縮速度與盾構機前行推進速度基本一致。

然而，現有的敞口式盾構機結構中，插刀的回縮要么是通過人工設置一個壓力閾值，當插刀受到的阻力(土體的反作用力)大于該壓力閾值時，插刀回縮，但是該壓力閾值是一個固定值，無法適應多變的地層結構；另一種實現插刀回縮的方式是通過操作人員對支護裝置進行實時監控和操作，盡量保證插刀回縮與盾構機向前推進保持同步，但是對操作人員要求很高，增加了操作人員的工作量，且極易操作不當導致插刀回縮與盾構機推進速度不一致，引發土體坍塌事故。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種敞口式盾構機、支護裝置及其支護裝置控制系統和控制方法，敞口式盾構機的支護裝置設置有該支護裝置控制系統時，能夠根據敞口盾構機向前推進的速度自動控制支護裝置的插刀被動回縮，使插刀回縮速度與盾構機推進速度保持一致；該支護裝置控制方法根據插刀油缸的工作狀態調整插刀油缸內液壓油的鎖定壓力，實現插刀被動回縮，并使插刀回縮速度與盾構機推進速度保持一致。

一方面，本發明提供了一種支護裝置控制系統，用于控制所述支護裝置的插刀被動回縮，包括：

插刀油缸，其活塞桿上設置所述插刀；

比例溢流閥，所述比例溢流閥的進油口與所述插刀油缸的無桿腔連通，所述比例溢流閥的出油口連接油箱，

用于調整所述比例溢流閥溢流壓力的控制器；

以及，檢測所述插刀伸出位移的位移傳感器，所述位移傳感器與所述控制器連接。

進一步地，所述比例溢流閥為電磁比例溢流閥，所述控制器與所述電磁比例溢流閥的控制端連接。

進一步地，所述位移傳感器為電位器式位移傳感器。

進一步地，所述支護裝置控制系統還包括第一油路、第二油路以及用于控制所述插刀油缸伸縮的換向閥，所述換向閥分別通過所述第一油路和所述第二油路與所述插刀油缸的無桿腔和有桿腔連通。

進一步地，所述換向閥為三位四通換向閥，其具有第一工作油口、第二工作油口、進油口和回油口，所述第一工作油口通過所述第一油路與所述插刀油缸的無桿腔連通，所述第二工作油口通過所述第二油路與所述插刀油缸的有桿腔連通；

所述三位四通換向閥在中位時，所述第一工作油口、所述第二工作油口均與所述回油口連通。

進一步地，所述第一油路上設置有用于選擇性地防止所述插刀油缸無桿腔液壓油回流的開關閥。

進一步地，所述開關閥為液控單向閥，所述液控單向閥的進油口與所述換向閥的第一工作油口連通，所述液控單向閥的出油口與所述插刀油缸的無桿腔連通，所述液控單向閥的控制油口與所述換向閥的所述第二工作油口連通。

進一步地，所述插刀油缸的有桿腔通過單向閥或背壓閥連接油箱，形成補油油路。

另一方面，本發明還提供一種支護裝置，其設置有如上任意一項所述的支護裝置控制系統。

又一方面，本發明還提供一種敞口式盾構機，其設置有如上所述的支護裝置。

再一方面，本發明還提供一種支護裝置控制方法，用于敞口式盾構機向前推進時控制支護裝置的插刀被動回縮，包括：

鎖定插刀油缸的無桿腔內的液壓油，并在所述敞口式盾構機向前推進時，根據插刀油缸的工作狀態調整鎖定插刀油缸的鎖定壓力，使插刀油缸的回縮速度與所述敞口式盾構機向前推進的速度保持一致。