[發明專利]一種TBM施工前置式濕噴機智能控制裝置

在審

• 申請號: 201910704718.1
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110454193A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 張合沛;張兵;褚長海;韓偉鋒;任穎瑩;高會中;周振建;許華國;李宏波;楊延棟;趙海雷;秦銀萍;楊振興
• 申請（專利權）人: 盾構及掘進技術國家重點實驗室;中鐵隧道局集團有限公司
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10
• 代理公司: 41149 鄭州浩翔專利代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 靳錦;邊延松<國際申請>=<國際公布>=

本發明公開了一種TBM施工前置式濕噴機智能控制裝置，它包括信號處理單元、信號采集單元以及外設單元；所述信號處理單元包括CPU模塊、與CPU模塊連接的電源模塊、以及與CPU模塊信號輸入端連接的A/D轉換模塊；所述信號采集單元包括設置在濕噴機噴嘴下面并與噴嘴呈115～120度夾角的超聲波傳感器、以及固定在濕噴機噴嘴機械臂和支撐力臂夾角處的扭矩傳感器；所述超聲波傳感器以及扭矩傳感器的信號輸出端分別與接口模塊連接；所述接口模塊的信號輸出端與A/D轉換模塊的信號輸入端連接；所述外設單元包括分別與CPU模塊的輸入輸出端連接的數據存儲模塊以及TBM主控PLC以太網接口模塊。

技術領域

本發明涉及TBM裝備掘進過程中信號檢測及智能控制領域，具體為一種用于TBM掘進過程這種特定工況下前置式濕噴機械手作業過程中噴嘴濕噴作業面反向力矩檢測和回彈量動態掃描，利用超聲波傳感器對回彈量動態掃描和扭矩傳感器對噴嘴濕噴作業面反向力矩實時檢測，通過算法模型處理，對濕噴機械手噴嘴出碴量進行自適應調節的控制系統。

背景技術

隨著現代社會的不斷發展與進步，特別是現代交通運輸業的快速發展，給人們的出行帶來了很大的便利。談到隧道及地下工程領域的快速發展，就不得不提到在地下山嶺隧道施工建設過程中起著關鍵作用的TBM，極大地提高了施工安全性和施工效率，尤其對于一些地質比較復雜的地區，TBM在施工過程中發揮著巨大的作用。

由于TBM裝備主要在地質環境相對復雜的硬巖環境進行隧道開挖作業，且TBM掘進隧道大多在較為偏僻的山嶺環境，掘進過程中大多需要同步對隧道進行濕噴、固化。當前，TBM在施工過程中，濕噴小車作業過程中噴嘴位置相對固定，主要依靠工人對施工現場條件及環境進行觀察，提前人為調整濕噴機的角度、噴射的距離及風壓等，進行濕噴回彈量控制，但，在實際掘進過程中存在人工觀察或處理不及時，導致濕噴質量不高、回彈量控制效果差、施工成本高及能耗損失嚴重等問題，在全球節能減排的大背景下尤其不合時宜。

因此，提供一種能夠在地下復雜工況環境下，對TBM掘進中濕噴機噴嘴作業過程噴射距離、角度及風壓等影響因素進行關聯處理，充分利用超聲波探測和噴嘴噴射方向力矩信息進行關聯分析；建立濕噴機不同類型噴射物的超聲波多頻次探測和噴嘴噴射方向力矩對應關聯關系，實現濕噴機作業過程的智能控制，有效降低施工成本、提高掘進效率和節能降耗，已經是一個值得研究的問題。

發明內容

為了克服上述現有技術中的不足，本發明提供了一種能夠有效地對TBM掘進過程中濕噴機作業噴嘴方向力矩、當前作業面噴射物回彈量、噴射物類型及比例等信息進行實時采集處理；有效反映出濕噴機作業的狀態參量，從而能夠對上述信號參量進行關聯分析、處理，提取多頻次噴射物回彈超聲波探測信息，實時檢測噴嘴噴射過程反向力矩，建立濕噴機不同類型噴射物的超聲波多頻次探測和噴嘴噴射方向力矩對應關聯關系；通過多組參數求加權平均值、自適應算法設計與閾值設置及模糊控制等技術手段，實時調整濕噴機工作狀態，有效降低濕噴回彈量，提高濕噴質量和掘進效率的自動控制裝置。

本發明的目的是這樣實現的：一種TBM施工前置式濕噴機智能控制裝置，它包括信號處理單元、信號采集單元以及外設單元；所述信號處理單元包括CPU模塊、與CPU模塊連接的電源模塊、以及與CPU模塊信號輸入端連接的A/D轉換模塊；所述信號采集單元包括設置在濕噴機噴嘴下面并與噴嘴呈115～120度夾角的超聲波傳感器、以及固定在濕噴機噴嘴機械臂和支撐力臂夾角處的扭矩傳感器；所述超聲波傳感器以及扭矩傳感器的信號輸出端分別與接口模塊連接；所述接口模塊的信號輸出端與A/D轉換模塊的信號輸入端連接；所述外設單元包括分別與CPU模塊的輸入輸出端連接的數據存儲模塊以及TBM主控PLC以太網接口模塊。

進一步的，所述超聲波傳感器固定在系統噴射回彈物彈射最大距離之外。

進一步的，所述的接口模塊為可擴展接口類型。