双轮铣削搅拌机及其铣削装置速度控制方法

摘要

本公开提供一种双轮铣削搅拌机及其铣削装置速度控制方法。双轮铣削搅拌机包括：铣削装置；状态信息提供装置，被配置为提供铣削装置的工作状态信息；流量检测装置，被配置为获取地下连续墙成槽施工时，水泥浆液的泵送流量；卷扬装置，被配置为驱动铣削装置升降；和控制装置，被配置为根据工作状态信息确定铣削装置所处的施工阶段及与施工阶段对应的速度控制范围，并根据泵送流量确定铣削装置的目标速度，控制卷扬装置驱动铣削装置以第一速度升降，若目标速度在速度控制范围之内，第一速度为目标速度，若目标速度在速度控制范围之外，第一速度为速度控制范围内的最大值和最小值中更接近目标速度的一个。本公开利于改善连续墙的成槽质量。

说明书

技术领域

本公开涉及连续墙施工领域，特别涉及一种双轮铣削搅拌机及其铣削装置速度控制方法。

背景技术

地下连续墙成槽施工一般分为下沉阶段、侵入阶段和提升阶段，不同的施工阶段因地质条件不同，对铣削装置速度的要求也不同。下沉阶段主要是使地层变得破碎松散，铣削装置保持适中的下放速度即可。对于侵入阶段，需根据地层条件来判断铣削装置的挖掘速度，侵入难度低的地层每小时进给量可达十余米，而侵入难度高的地层每小时进给量可能只有几公分。在经历以上两个阶段后，在提升阶段，由于地下连续墙的槽段已经基本成型，铣削装置可以保持均匀的提升速度，提升速度一般与下沉阶段的下放速度相同即可。

然而，成槽施工过程中，操作者往往仅凭经验人为判断双轮铣削搅拌机所处的施工阶段，并控制铣削装置的速度，成墙效果并不理想。并且，由于成槽施工过程中用于加固槽段内的土体的水泥浆液的泵送流量一般是恒定的，如果铣削装置速度过慢，会导致水泥浆液注浆超量，水泥浆液与槽段内的土体过度搅拌，经济成本提高；反之则会导致水泥浆液注浆不足，水泥浆液与槽段内的土体搅拌不均匀，槽段防水性下降，最终导致混凝土墙的成墙质量下降。

发明内容

本公开的目的在于提供一种双轮铣削搅拌机及其铣削装置速度控制方法，以提升连续墙的成墙质量。

本公开的第一方面提供一种双轮铣削搅拌机，用于地下连续墙成槽施工，包括：铣削装置；状态信息提供装置，被配置为提供所述铣削装置的工作状态信息；流量检测装置，被配置为获取地下连续墙成槽施工时，水泥浆液的泵送流量；卷扬装置，与所述铣削装置驱动连接，被配置为驱动所述铣削装置升降；和控制装置，与所述状态信息提供装置、所述流量检测装置和所述卷扬装置信号连接，被配置为根据所述状态信息提供装置提供的所述工作状态信息确定所述铣削装置所处的施工阶段及与所述施工阶段对应的速度控制范围，并根据所述泵送流量确定所述铣削装置的目标速度，控制所述卷扬装置驱动所述铣削装置以第一速度升降，其中，若所述目标速度在所述速度控制范围之内，所述第一速度为所述目标速度，若所述目标速度在所述速度控制范围之外，所述第一速度为所述速度控制范围内的最大值和最小值中更接近所述目标速度的一个。

根据本公开的一些实施例，所述工作状态信息包括所述铣削装置的受力状态信息和运动状态信息至少之一。

根据本公开的一些实施例，所述铣削装置包括刀架和连接于所述刀架的铣削刀具，所述受力状态信息包括所述刀架对地层的压力和所述铣削刀具对地层的切削力；所述运动状态信息包括所述铣削装置的运行方向和运行速度。

根据本公开的一些实施例，所述控制装置被配置为以如下方式确定所述铣削装置所处的施工阶段：所述铣削装置的运行方向为下降且所述运行速度大于第一速度阈值时，若单位时间内所述刀架对地层的压力的平均值大于第一压力阈值且单位时间内所述铣削刀具对地层的切削力的平均值小于第一切削力阈值，确定所述施工阶段为下沉阶段；所述铣削装置的运行方向为下降且所述运行速度小于第二速度阈值时，若所述单位时间内所述刀架对地层的压力的平均值大于第二压力阈值且单位时间内所述铣削刀具对地层的切削力的平均值大于第二切削力阈值，确定所述施工阶段为侵入阶段；所述铣削装置的运行方向为上升时，确定所述施工阶段为提升阶段。

根据本公开的一些实施例，所述状态信息提供装置包括与所述控制装置信号连接的第一压力检测装置和第二压力检测装置，所述第一压力检测装置被配置为获取所述刀架对地层的压力，所述第二压力检测装置被配置为获取所述铣削刀具对地层的切削力。

根据本公开的一些实施例，所述状态信息提供装置包括升降选择装置，所述升降选择装置被配置为向所述控制装置提供用于指示所述铣削装置的运行方向是上升还是下降的升降动作信息，所述运动状态信息包括所述升降动作信息。

根据本公开的一些实施例，所述状态信息提供装置包括与所述控制装置信号连接的速度检测装置，所述速度检测装置被配置为获取所述铣削装置的实时速度，所述控制装置被配置为根据所述目标速度和所述速度控制范围调节所述实时速度，直至所述实时速度达到所述第一速度。

根据本公开的一些实施例，所述卷扬装置包括卷扬马达，所述速度检测装置包括编码器，所述编码器被配置为检测所述卷扬马达的转速以获取所述实时速度。

根据本公开的一些实施例，所述控制装置被配置为根据如下关系确定所述目标速度：

其中，

根据本公开的一些实施例，所述双轮铣削搅拌机还包括人机交互装置，所述人机交互装置被配置为向所述控制装置输入各所述施工阶段对应的所述速度控制范围和确定所述目标速度所需的参数，并提供所述铣削装置的运行状态的显示信息。

根据本公开的一些实施例，所述双轮铣削搅拌机还包括与所述控制装置信号连接的报警装置，所述报警装置被配置为当所述目标速度在所述速度控制范围之外时，向所述控制装置提供报警信息以指示所述控制装置控制所述卷扬装置驱动所述铣削装置以所述速度控制范围内的最大值或最小值升降。

本公开的第二方面提供一种本公开第一方面所述的双轮铣削搅拌机的铣削装置速度控制方法，包括：提供铣削装置的工作状态信息；根据所述工作状态信息确定所述铣削装置所处的施工阶段，及与所述施工阶段对应的速度控制范围；提供水泥浆液的泵送流量；根据所述泵送流量确定所述铣削装置的目标速度；判断所述目标速度是否在所述速度控制范围之内；根据判断结果控制所述铣削装置以第一速度升降，其中，若所述目标速度在所述速度控制范围之内时，所述第一速度为所述目标速度，若所述目标速度在所述速度控制范围之外，所述第一速度为所述速度控制范围内的最大值和最小值中更接近所述目标速度的一个。

根据本公开的一些实施例，所述工作状态信息包括所述铣削装置的受力状态信息和运动状态信息至少之一。

根据本公开的一些实施例，所述铣削装置包括刀架和连接于所述刀架的铣削刀具，所述受力状态信息包括所述刀架对地层的压力和所述铣削刀具对地层的切削力；所述运动状态信息包括所述铣削装置的运行方向和运行速度。

根据本公开的一些实施例，确定所述铣削装置所处的施工阶段包括：所述铣削装置的运行方向为下降且所述运行速度大于第一速度阈值时，若单位时间内所述刀架对地层的压力的平均值大于第一压力阈值且单位时间内所述铣削刀具对地层的切削力的平均值小于第一切削力阈值，确定所述施工阶段为下沉阶段；所述铣削装置的运行方向为下降且所述运行速度小于第二速度阈值时，若所述单位时间内所述刀架对地层的压力的平均值大于第二压力阈值且单位时间内所述铣削刀具对地层的切削力的平均值大于第二切削力阈值，确定所述施工阶段为侵入阶段；所述铣削装置的运行方向为上升时，确定所述施工阶段为提升阶段。

根据本公开的一些实施例，根据如下关系确定所述目标速度：

其中，

基于本公开实施例提供的双轮铣削搅拌机，在控制铣削装置的速度时，通过工作状态信息确定铣削装置所处的工作阶段及该工作阶段对应的速度控制范围，通过水泥浆液的泵送流量确定铣削装置的目标速度，并通过比较速度控制范围和目标速度，以第一速度控制铣削装置升降，可以实现铣削装置速度的自适应控制。在满足安全要求和效率要求的前提下，铣削装置可以在使水泥浆液的注浆量保持较佳范围的速度下运行，水泥浆液在充分与槽段内的土体充分搅拌的同时，可以减少浪费，利于提升地下连续墙的成墙质量。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开一些实施例的双轮铣削搅拌机的原理示意图。

图1中，各附图标记分别代表：1、第一压力检测装置；2、第二压力检测装置；3、升降选择装置；4、速度检测装置；5、流量检测装置；6、人机交互装置；7、控制阀组；8、控制装置；9、报警装置；10、卷扬装置；11、铣削装置。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，这些技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

如图1所示，本公开的一些实施例提供一种双轮铣削搅拌机，用于地下连续墙成槽施工。该双轮铣削搅拌机包括铣削装置11、状态信息提供装置、流量检测装置5、卷扬装置10和控制装置8。

铣削装置11用于挖掘地下连续墙的槽段。状态信息提供装置被配置为提供铣削装置11的工作状态信息。流量检测装置5被配置为获取地下连续墙成槽施工时，水泥浆液的泵送流量。流量检测装置5可以包括一个或多个流量计。卷扬装置10与铣削装置11驱动连接，被配置为驱动铣削装置11升降。控制装置8与状态信息提供装置、流量检测装置5和卷扬装置10信号连接，可以通过控制阀组7控制卷扬装置10。控制装置8被配置为根据状态信息提供装置提供的工作状态信息确定铣削装置11所处的施工阶段及与施工阶段对应的速度控制范围，并根据泵送流量确定铣削装置11的目标速度，控制卷扬装置10驱动铣削装置11以第一速度升降。其中，若目标速度在速度控制范围之内，第一速度为目标速度，若目标速度在速度控制范围之外，第一速度为速度控制范围内的最大值和最小值中更接近目标速度的一个，即目标速度大于速度控制范围的最大值时，第一速度为速度控制范围的最大值，目标速度小于速度控制范围的最小值时，第一速度为速度控制范围的最小值。与施工阶段对应的速度控制范围，指根据地质报告确定的该施工阶段允许的铣削装置的速度范围，超出此范围则会产生安全隐患或降低施工效率。

基于本公开实施例提供的双轮铣削搅拌机，在控制铣削装置的速度时，通过工作状态信息确定铣削装置所处的工作阶段及该工作阶段对应的速度控制范围，通过水泥浆液的泵送流量确定铣削装置的目标速度，并通过比较速度控制范围和目标速度，以第一速度控制铣削装置升降，可以实现铣削装置速度的自适应控制。在满足安全要求和效率要求的前提下，铣削装置可以在使水泥浆液的注浆量保持较佳范围的速度下运行，水泥浆液在充分与槽段内的土体充分搅拌的同时，可以减少浪费，利于提升地下连续墙的成墙质量。

由于成槽施工过程中，铣削装置在各个施工阶段的受力状态和运动状态不同，在一些实施例中，工作状态信息包括铣削装置11的受力状态信息和运动状态信息至少之一。

在一些实施例中，铣削装置11包括刀架和连接于刀架的铣削刀具，受力状态信息包括刀架对地层的压力和铣削刀具对地层的切削力；运动状态信息包括铣削装置11的运行方向和运行速度。

在一些实施例中，控制装置8被配置为以如下方式确定铣削装置11所处的施工阶段：铣削装置11的运行方向为下降且运行速度大于第一速度阈值时，若单位时间内刀架对地层的压力的平均值大于第一压力阈值且单位时间内铣削刀具对地层的切削力的平均值小于第一切削力阈值，确定施工阶段为下沉阶段；铣削装置11的运行方向为下降且运行速度小于第二速度阈值时，若单位时间内刀架对地层的压力的平均值大于第二压力阈值且单位时间内铣削刀具对地层的切削力的平均值大于第二切削力阈值，确定施工阶段为侵入阶段；铣削装置11的运行方向为上升时，确定施工阶段为提升阶段。

第一速度阈值、第一压力阈值、第一切削力阈值、第二速度阈值、第二压力阈值和第二切削力阈值作为确定铣削装置所处的施工阶段的判断阈值，可由操作者根据施工场地的条件进行设置。其中，第一速度阈值与第二速度阈值可以相等也可以不相等，第一压力阈值与第二压力阈值可以相等也可以不相等，第一切削力阈值与第二切削力阈值可以相等也可以不相等，第一切削力阈值与第二切削力阈值不相等时，第一切削力阈值应小于第二切削力阈值。

成槽施工过程可以包括更多施工阶段而不限于前述的下沉阶段、侵入阶段和提升阶段。在上述技术方案的基础上，通过更多不同的工作状态信息和判断阈值，可以进一步确定更多的施工阶段。

为了提供受力状态信息，在一些实施例中，状态信息提供装置包括与控制装置8信号连接的第一压力检测装置1和第二压力检测装置2，第一压力检测装置1被配置为获取刀架对地层的压力，第二压力检测装置2被配置为获取铣削刀具对地层的切削力。

为了提供铣削装置的运行方向信息，在一些实施例中，状态信息提供装置包括升降选择装置3。升降选择装置3被配置为向控制装置8提供用于指示铣削装置11的运行方向是上升还是下降的升降动作信息，运动状态信息包括升降动作信息。上述升降选择装置3可以以按钮式开关或选择开关的形式集成于电气操作箱内，升降动作信息为按钮式开关或选择开关的输出信号。

为了提供铣削装置的运行速度信息，在一些实施例中，状态信息提供装置包括与控制装置8信号连接的速度检测装置4。速度检测装置4被配置为获取铣削装置11的实时速度。控制装置8被配置为根据目标速度和速度控制范围调节实时速度，直至实时速度达到第一速度。在设置速度检测装置4的基础上，当铣削装置的实时速度与第一速度存在偏差，控制装置8可以实现铣削装置速度的闭环控制。

在一些实施例中，卷扬装置10包括卷扬马达，速度检测装置4包括编码器，编码器被配置为检测卷扬马达的转速以获取实时速度。根据编码器处于正转或反转状态，也可以提供铣削装置的运行方向信息。在设置升降选择装置3的基础上设置编码器利于进一步确认铣削装置的运行方向。

在一些实施例中，控制装置8被配置为根据如下关系确定目标速度：

其中，

得出公式（a）的过程如下。

设连续墙施工槽段的体积为

其中，Δ

成槽施工过程中，向双轮铣削搅拌机内注入水泥粉和水的混合物形成水泥浆液，并使用水泥浆液加固连续墙施工槽段内的土体。设连续墙施工槽段内的土体的质量为

其中，

向双轮铣削搅拌机内注入水泥粉和水的混合物时，水泥粉和水的质量是根据使用水泥浆液加固的土体的质量的百分比计算的，设水泥粉与使用水泥浆液加固的土体的质量之比为

水泥粉的质量

水的质量为

根据公式（3）（4）可分别得到水泥粉的体积

其中，

设水泥粉与水的总体积为

根据流量检测装置5检测的水泥浆液的泵送流量

其中，水泥浆液的泵送流量

由于连续墙施工槽段的槽深为Δ

将公式（1）~（8）代入公式（9），即可得出公式（a）。

在一些实施例中，双轮铣削搅拌机还包括人机交互装置6，人机交互装置6被配置为向控制装置8输入各施工阶段对应的速度控制范围和确定目标速度所需的参数，并提供铣削装置11的运行状态的显示信息。成槽施工之前，通过向控制装置8输入确定目标速度所需的参数后，控制装置8即可根据上述参数计算目标速度。上述确定目标速度所需的参数包括目标速度、水泥浆液的泵送流量、连续墙的槽宽、连续墙的槽厚、水泥浆液所加固的土体的密度、水泥土体比、混凝土的水灰比、混凝土中水泥粉的密度和水的密度。

在一些实施例中，双轮铣削搅拌机还包括与控制装置8信号连接的报警装置9。报警装置9被配置为当目标速度在速度控制范围之外时，向控制装置8提供报警信息以指示控制装置8控制卷扬装置10驱动铣削装置11以速度控制范围内的最大值或最小值升降。

前述双轮铣削搅拌机中的第一压力检测装置1、第二压力检测装置2、升降选择装置3、速度检测装置4、流量检测装置5和控制装置8，可以由双轮铣削搅拌机的发电机或蓄电池供电，无须另外设置电源装置。

在一些实施例中，在上面所描述的控制装置可以实现为用于执行本公开所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称：PLC）、数字信号处理器（Digital Signal Processor，简称：DSP）、专用集成电路（ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称：ASIC）、现场可编程门阵列（Field-ProgrammableGate Array，简称：FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

本公开的一些实施例还提供一种前述双轮铣削搅拌机的铣削装置速度控制方法。该铣削装置速度控制方法包括：提供铣削装置11的工作状态信息；根据工作状态信息确定铣削装置11所处的施工阶段，及与施工阶段对应的速度控制范围；提供水泥浆液的泵送流量；根据泵送流量确定铣削装置11的目标速度；判断目标速度是否在速度控制范围之内；根据判断结果控制铣削装置11以第一速度升降，其中，若目标速度在速度控制范围之内时，第一速度为目标速度，若目标速度在速度控制范围之外，第一速度为速度控制范围内的最大值和最小值中更接近目标速度的一个。

由于成槽施工过程中，铣削装置在各个施工阶段的受力状态和运动状态不同，在一些实施例中，工作状态信息包括铣削装置11的受力状态信息和运动状态信息至少之一。

在一些实施例中，铣削装置11包括刀架和连接于刀架的铣削刀具，受力状态信息包括刀架对地层的压力和铣削刀具对地层的切削力；运动状态信息包括铣削装置11的运行方向和运行速度。

在一些实施例中，确定铣削装置11所处的施工阶段包括：铣削装置11的运行方向为下降且运行速度大于第一速度阈值时，若单位时间内刀架对地层的压力的平均值大于第一压力阈值且单位时间内铣削刀具对地层的切削力的平均值小于第一切削力阈值，确定施工阶段为下沉阶段；铣削装置11的运行方向为下降且运行速度小于第二速度阈值时，若单位时间内刀架对地层的压力的平均值大于第二压力阈值且单位时间内铣削刀具对地层的切削力的平均值大于第二切削力阈值，确定施工阶段为侵入阶段；铣削装置11的运行方向为上升时，确定施工阶段为提升阶段。

在一些实施例中，根据如下关系确定目标速度：

其中，

上述实施例的铣削装置的速度控制方法基于前述双轮铣削搅拌机进行，因此具有本公开实施例的双轮铣削搅拌机具有的优点。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。