[發明專利]掘進機土壓平衡方法以及螺旋機控制裝置

有效

• 申請號: 201710684073.0
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107605499B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 劉飛香;程永亮;蔡杰;冉淵;譚新;馬金云;葉祥莉;賀泊寧
• 申請（專利權）人: 中國鐵建重工集團有限公司
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;E21D9/12
• 代理公司: 北京聿華聯合知識產權代理有限公司 11611
• 代理人: 李哲偉;張文娟

掘進機土壓平衡方法以及螺旋機控制裝置，其中，該方法包括：在掘進啟動階段，獲取掘進機的開挖直徑、掘進速度以及膨脹率，根據掘進機的開挖直徑、掘進速度以及膨脹率計算螺旋機的第一目標轉速；調節螺旋機的實際轉速并使得實際轉速達到并維持在第一目標轉速；在掘進階段，獲取掘進機的實際土倉壓力，根據預設土倉壓力閾值以及實際土倉壓力確定螺旋機的閉環調節目標轉速，根據閉環調節目標轉速和第一目標轉速對螺旋機的實際轉速進行調節，以使得實際土倉壓力趨近或等于預設土倉壓力閾值。本方法能夠更加高效、準確地保持掘進機土倉壓力的平衡，從而避免出現諸如地表下沉、坍塌、隆起以及開裂等問題。

技術領域

本發明涉及掘進機技術領域，具體地說，涉及掘進機土壓平衡方法以及螺旋機控制裝置。

背景技術

現有的土壓平衡盾構機在工作過程中，會將盾構千斤頂的推力通過承壓隔板傳遞到土倉內的泥土漿上，從而由泥土漿的壓力作用于開挖面，以抵消開挖面出的地下水壓和土壓，這樣也就可以形成平衡從而保證開挖面的穩定。

具體地，現有的土壓平衡盾構機所使用的土壓平衡方法是通過安裝在盾構機土倉隔壁上的土壓計來對掘進過程中的土壓進行長時監控，隨后將檢測到的土壓值與管理土壓值對比來計算得到二者的差值，最后再由盾構機操作員來基于上述差值來根據自身經驗手動調節螺旋機轉速以控制出渣量，從而控制土壓來達到土壓平衡的效果。

然而，現有的這種土壓平衡方法在實施過程中需要依賴于盾構機操作人員的個人經驗和感性思維，無法做到對螺旋機轉速的準確調節，這樣也就時常會導致地表下沉、坍塌、隆起或是開裂等問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種掘進機土壓平衡方法，所述方法包括：

步驟一、在掘進啟動階段，獲取掘進機的開挖直徑、掘進速度以及膨脹率，根據所述掘進機的開挖直徑、掘進速度以及膨脹率計算螺旋機的第一目標轉速；

步驟二、調節所述螺旋機的實際轉速并使得實際轉速達到并維持在所述第一目標轉速；

步驟三、在掘進階段，獲取所述掘進機的實際土倉壓力，根據預設土倉壓力閾值以及所述實際土倉壓力確定所述螺旋機的閉環調節目標轉速，根據所述閉環調節目標轉速和第一目標轉速對所述螺旋機的實際轉速進行調節，以使得所述實際土倉壓力趨近或等于預設土倉壓力閾值。

根據本發明的一個實施例，在所述步驟三中，通過對所述閉環調節目標轉速和第一目標轉速進行加權求和，計算得到所述螺旋機的第二目標轉速，根據所述第二目標轉速對所述螺旋機的實際轉速進行調節。

根據本發明的一個實施例，在所述步驟三中，根據如下表達式計算所述螺旋機的第二目標轉速：

n₂＝n₁×r+n₀×(1-r)，其中0≤r≤1

其中，n₂表示螺旋機的第二目標轉速，n₁表示螺旋機的閉環調節目標轉速，n₀表示螺旋機的第一目標轉速，r表示加權系數。

根據本發明的一個實施例，在所述步驟三中，利用PID算法根據預設土倉壓力閾值以及所述實際土倉壓力確定所述螺旋機的閉環調節目標轉速。

根據本發明的一個實施例，在所述掘進啟動階段，還判斷本次掘進過程是否為當前工況下的首次掘進過程，如果是，則獲取開挖直徑、掘進速度、膨脹率以及實際土倉壓力，并根據開挖直徑、掘進速度、膨脹率以及實際土倉壓力對閉環調節過程中的PID控制參數進行優化。

根據本發明的一個實施例，在所述步驟一中，基于開挖直徑、掘進速度、膨脹率與螺旋機轉速之間的擬合曲線，根據所述掘進機的開挖直徑、掘進速度以及膨脹率計算所述螺旋機的第一目標轉速。