一种盾构机组合油缸使用下液压及电气控制装置及方法

摘要

本发明提供了一种盾构机组合油缸使用下液压及电气控制装置及方法，包括主控单元、电压电流转换单元、比例调速单元，电压电流转换单元、比例调速单元均有多个，每个油缸均对应设有一个电压电流转换单元和一个比例调速单元，多个电压电流转换单元均与主控单元相连，每个电压电流转换单元均连接有一个比例调速单元，每个比例调速单元均连接有一个油缸。本发明所述的一种盾构机组合油缸使用下液压及电气控制装置及方法解决了由于改造前后推进油缸规格大小不一致，暂无有效方法使不同规格油缸在盾构机上伸出速度达到一致，无法满足盾构机推进系统最基本的使用要求的问题。

说明书

技术领域

本发明属于盾构机油缸控制技术领域，尤其是涉及一种盾构机组合油缸使用下液压及电气控制装置及方法。

背景技术

近年来，城市地铁和底下管网建设迅速发展，对于盾构机的需求量激增，施工单位可根据项目情况将老旧盾构机进行扩径改造以符合新项目的施工要求。施工单位对盾构机进行扩径改造后，由于管片规格增大，新项目对于盾构机推进油缸的推力需求增大，若原设备推进油缸的推力不能够满足新项目的使用需求，则需要在扩径改造过程中对推进油缸进行新制，由于改造前后推进油缸规格大小不一致，暂无有效方法使不同规格油缸在盾构机上伸出速度达到一致，无法满足盾构机推进系统最基本的使用要求，故需整体更换为更大规格的推进油缸以满足使用需求，造成原设备的推进油缸拆除后无法有效地再次利用，造成浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种盾构机组合油缸使用下液压及电气控制装置及方法以解决由于改造前后推进油缸规格大小不一致，暂无有效方法使不同规格油缸在盾构机上伸出速度达到一致，无法满足盾构机推进系统最基本的使用要求的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提出的一种盾构机组合油缸使用下液压及电气控制装置，括主控单元、电压电流转换单元、比例调速单元，电压电流转换单元、比例调速单元均有多个，每个油缸均对应设有一个电压电流转换单元和一个比例调速单元，多个电压电流转换单元均与主控单元相连，每个电压电流转换单元均连接有一个比例调速单元，每个比例调速单元均连接有一个油缸。

进一步的，主控单元为PLC控制器。

进一步的，电压电流转换单元为放大器。

进一步的，比例调速单元为比例调速阀。

进一步的，还包括电位计，电位计安装在盾构机的主控制室控制台面板上，电位计与主控单元电性连接。

另一方面，基于所述一种盾构机组合油缸使用下液压及电气控制装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：在盾构机对应的管片上周向设置多个点位，多个点位两两一对，两对相邻的点位之间间隔设置；

S2：多对点位按照管片分块与管片上的螺栓孔分布进行分组；

S3：每个点位均对应设置一个推进油缸；

S4：对盾构机改造前推进系统提供最大推力T

S5：通过盾构机改造前推进系统提供最大推力T

S6：将调用原盾构机推进油缸重复利用时推力比t

S7：计算替换推进油缸后的推进系统提供的最大推力T

S8：通过替换推进油缸后推进系统提供的最大推力T

S9：判断t

进一步的，步骤S4中盾构机改造前推进系统提供最大推力T

T

其中，D为推进油缸缸筒内径，i

进一步的，步骤S5中调用原盾构机推进油缸重复利用时推力比t

t

其中，A为盾构机改造后刀盘开挖面积。

进一步的，步骤S7中替换推进油缸后的推进系统提供的最大推力T

T

其中，D为原推进油缸缸筒内径，i为调用原推进油缸数量，D

进一步的，步骤S8中替换推进油缸后盾构机推力比t

t

其中，A为盾构机改造后刀盘开挖面积。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出的一种盾构机组合油缸使用下液压及电气控制装置及方法能够使老旧盾构设备扩径改造剩余的油缸得到再利用，避免了老旧油缸剩余的浪费，提高旧件利用率，同时也进一步降低了设备改造成本。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种盾构机组合油缸使用下液压及电气控制装置及方法示意图；

图2为组合利用推进油缸分组示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种盾构机组合油缸使用下液压及电气控制装置，括主控单元、电压电流转换单元、比例调速单元，电压电流转换单元、比例调速单元均有多个，每个油缸均对应设有一个电压电流转换单元和一个比例调速单元，多个电压电流转换单元均与主控单元相连，每个电压电流转换单元均连接有一个比例调速单元，每个比例调速单元均连接有一个油缸。

如图1所示，主控单元为PLC控制器。

如图1所示，电压电流转换单元为放大器。

如图1所示，比例调速单元为比例调速阀。

如图1所示，还包括电位计，电位计安装在盾构机的主控制室控制台面板上，电位计与主控单元电性连接。

PLC通过电位计得到一个0-10V的信号，通过把0-10V信号输入给不同分组的放大器，放大器经过设置的转换算法将电压转换为电流进行输出。各个分组放大器将电流输出给各个分组的电比例调速阀，电比例调速阀根据输入电流产生动作，各自输出流量，最终使各个分组数量不同、规格不同的油缸推出速度一致。

各个分组油缸数量不同，且油缸规格大小不同。大规格油缸为新制油缸，小规格油缸为旧件重复利用油缸。通过给每个分组的电比例调速阀对应的放大器设置不同的算法，使每组电比例调速阀输出不同的流量大小，以满足各组推进油缸数量不同、规格大小不同但总体油缸推出速度相同，推进同步的使用要求。

实施例一

如图2所示，通常盾构机推进油缸会根据管片分块及管片螺栓孔的分布进行分组，以某盾构机再制造项目为例：盾构机设备适应管片外径为6200mm、管片内径5500mm、管片环宽1500mm、管片螺栓孔分度为22.5°。管片螺栓安装孔位共计16个点位，根据设备设计要求，对推进油缸进行分组，设备布置32根推进油缸，油缸规格为φ220/φ180-2150mm，分为16个推进点位，每个点位布置2根推进油。其中，该16组推进点位油缸共分为上部D组(3个推进点位、6根油缸)、下部B组(5个推进点位、10根油缸)、左部C组(4个推进点位、8根油缸)、右部A组(4个推进点位、8根油缸)4个控制区域。业主拟将该盾构机进行扩径改造，扩径改造后设备适用于规格管片外径为6700mm、管片内径6000mm、管片环宽1500mm、管片螺栓孔分度为22.5°，改造后盾构机刀盘开挖直径6980mm。设备改造前，推进系统提供总推力为：

T

＝42553kN

式中：T

D—推进油缸缸筒内径，D＝0.22(m)；

i

P—推进系统最大油压，P＝350bar。

推进系统总推力根据施工经验选取推力比t来衡量，推力比t指推进系统总推力与盾构机刀盘开挖面积之比，一般6-8m级别盾构机推力比值t≥1200kN/m

设备改造后，由于新项目管片规格增大，对设推进系统推力要求提高，通过计算，若调用原设备推进油缸重复利用，则改造后设备推力比为:

t

式中：t

T

A—设备改造后刀盘开挖面积/(m

通过上述计算得知，t

本案例再制造设备共计16个推进点位，每个推进点位布置2根推进油缸，共分为A、B、C、D组四组，通常单组区域油缸点位由同一分配阀组供应高压油，单组油缸组同时动作时产生的巨大推力能够实现盾构机主机向前推进与调向，所以采取组合利用推进油缸方式时，为方便动作同步性，需将整组区域油缸进行更换。综合考虑更换推进油缸后需满足：推进系统总推力满足设计要求、尽可能考虑多调用原推进油缸以节省费用。因此，采取的组合方式为：B、D组区域更换为新制的更大规格推进油缸，A、C组调用原设备推进油缸。B、D组区域推进油缸采取新制更大规格推进油缸规格为φ240/φ220-2150mm，共计16根。

推进系统A、B、C、D组油缸组合利用后，A、C组推进油缸调用原设备油缸，共计16根，油缸规格为φ220/φ180-2150mm；B、D组采用新制大规格推进油缸，共计16根，油缸规格为φ240/φ220-2150mm。推进油缸组合利用后，推进系统提供总推力为：

T

式中：T

D—原推进油缸缸筒内径，D＝0.22(m)；

i—调用原推进油缸数量，i＝16根；

D

i

P—推进系统最大油压，P＝350bar。

推进油缸组合利用后，设备推力比为:

t

式中：t

T

A—设备改造后刀盘开挖面积/(m

通过上述计算得知，t

因此，本文盾构机再制造组合利用推进油缸的方法研究能够在后续盾构机扩径再制造时对推进系统的改造提供参考依据，具有十分重要的意义。

通过上述结果可知，推进系统A、B、C、D组四组推进油缸推进速度同步性基本一致，比例调速阀控制电流区间合理，符合设计要求。

通过采用该方法，能够使老旧盾构设备扩径改造剩余的油缸得到再利用，避免了老旧油缸剩余的浪费，提高旧件利用率，同时也进一步降低了设备改造成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。