盾构机推拼同步推进系统的泵控方法及系统

技术领域

本发明涉及盾构施工工程领域，特指一种盾构机推拼同步推进系统的泵控方法及系统。

背景技术

在现代化都市建设过程中，盾构法施工因为机械化程度高、工作环境安全、工作人员劳动强度低、施工速度快、对地面结构与周围影响小、地下水位可保持等数个优势，而逐步占据施工领域的主导地位。随着隧道建设本身向大直径、长距离、多功能的方向拓展，盾构机也以成本低廉化、施工高效化、寿命长久化、过程安全化的核心进行优化升级。

为了提升施工效率，同步推拼技术作为一种新型技术被引入了新盾构的设计中。同步推拼施工法的特征就是在盾构主机推进的同时进行管片的拼装，通过将两种施工过程进行重叠从而达到施工效率提升的效果。

运用同步推拼技术的盾构机可大致分为单推进系统类型与双推进系统类型。对于超大直径盾构，单推进系统结构有着更好的成本优势与尺寸优势。而单推进系统结构的盾构机想要实现同步推拼施工，相比起传统盾构，需要具备以下几个能力：全油缸推进模式转变成缺块油缸推进模式，不参与推进的油缸可自由伸缩；任何推进模式与模式转换过程中，盾构主机本身的工作状态基本不变，推进姿势维持在基准区间内，推进速度稳定在设计范围内。

现有的盾构机上为各推进油缸配置独立的动力源，通过控制各个动力源来实现对应的推进油缸的控制，如此虽然能够实现同步推拼，但其动力源的数量较多，结构设计复杂，成本也较高，灵活性较差，每一压力分区内的推进油缸组成不能灵活改变。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种盾构机推拼同步推进系统的泵控方法及系统，解决现有的盾构机每一个压力分区内推进油缸组成不能灵活改变的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种盾构机推拼同步推进系统的泵控方法，所述盾构机上设有多个推进油缸，所述泵控方法包括如下步骤：

提供换向阀，为每一推进油缸配置一对应的换向阀；

提供至少两个泵组，将所述的至少两个泵组均与推进油缸上的换向阀连接；

在所述盾构机处于推拼同步状态时，获取所述推进系统输出的推进指令，所获取的推进指令包括推进系统的压力分区信息、每个压力分区对应的推进油缸的编号信息及与推进油缸相匹配的推进压力，所述压力分区至少有两个，每一压力分区对应设置一个推进压力；

利用所获取的至少两个推进压力控制调节对应泵组的输出压力，让对应泵组的输出压力与对应的推进压力相一致；以及

利用推进油缸的编号信息控制调节对应的换向阀，以使得所述推进油缸与对应的泵组连接，通过连接的泵组为所述推进油缸提供与其相匹配的推进压力。

本发明的泵控方法通过泵组和换向阀的设置，实现了推进油缸的自由组合分区控制，达到分区控制灵活可变、可调节的技术效果，最少可设置两个泵组，相对于现有技术中每一推进油缸配置一个动力源，能够极大的减少设备数量，从而降低成本，简化结构设计，且泵控方法的灵活性较好，能够及时的适应拼装位置的变化。

本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控方法的进一步改进在于，所述泵组的设置数量与所述压力分区的数量相匹配，并利用对应的推进压力控制调节对应的泵组的输出压力。

本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控方法的进一步改进在于，还包括：

实时采集各推进油缸的压力对应形成压力数据并予以显示。

本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控方法的进一步改进在于，还包括：

实时采集各推进油缸的速度对应形成速度数据并予以显示。

本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控方法的进一步改进在于，在所述盾构机处于推拼同步状态时，所述推进系统根据需回缩的推进油缸计算得出其余的推进油缸的推进压力并形成对应的推进指令。

本发明还提供了一种盾构机推拼同步推进系统的泵控系统，所述盾构机上设有多个推进油缸，所述泵控系统包括：

配置于每一推进油缸处的换向阀；

与所述推进油缸处的换向阀均连接的至少两个泵组；以及

与各换向阀、所述的至少两个泵组及所述推进系统通信连接的处理单元，所述处理单元用于在所述盾构机处于推拼同步状态时，获取所述推进系统输出的推进指令，所获取的推进指令包括推进系统的压力分区信息、每个压力分区对应的推进油缸的编号信息及与推进油缸相匹配的推进压力，所述压力分区至少有两个，每一压力分区对应设置一个推进压力；所述处理单元还用于根据至少两个推进压力控制调节对应的泵组的输出压力，以让对应的泵组的输出压力与对应的推进压力相一致；所述处理单元还用于根据推进油缸的编号信息控制调节对应的换向阀，以使得所述推进油缸与对应的泵组连接，并通过连接的泵组为所述推进油缸提供与其相匹配的推进压力。

本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控系统的进一步改进在于，所述泵组的设置数量与所述压力分区的数量相匹配，并利用对应的推进压力控制调节对应的泵组的输出压力。

本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控系统的进一步改进在于，还包括安装于所述推进油缸上的压力传感器，用于实时采集所述推进油缸的压力对应形成压力数据；

所述压力传感器与所述处理单元通信连接，所述处理单元接收所述压力传感器发送的压力数据并予以显示。

本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控系统的进一步改进在于，还包括安装于所述推进油缸上的速度传感器，用于实时采集所述推进油缸的速度对应形成速度数据；

所述速度传感器与所述处理单元通信连接，所述处理单元接收所述速度传感器发送的速度数据并予以显示。

本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控系统的进一步改进在于，在所述盾构机处于推拼同步状态时，所述推进系统用于根据需回缩的推进油缸计算得出其余的推进油缸的推进压力并形成对应的推进指令。

附图说明

图1为本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控系统的系统图。

图2为本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控方法的流程图。

图3为本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控方法及系统所应用的盾构机及推进油缸的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种盾构机推拼同步推进系统的泵控方法及系统，用于解决现有盾构机在结构设计上每一个压力分区内推进油缸组成不能灵活改变的问题。本发明的泵控方法及系统通过设置至少两个泵组，提供至少两种输出压力，该至少两个泵组均与推进油缸上设置的换向阀连接，利用换向阀可灵活的调节该推进油缸与哪一个泵组连接，实现了多个推进油缸的可变的分区控制，能够进行自由组合分区，提高了控制的灵活性。在结构上，两个泵组相对于独立的动力源能够简化连接线路，从而使得结构连接简单方便操作，还可以降低成本。下面结合附图对本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控方法及系统进行说明。

参阅图1，显示了本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控系统的系统图。下面结合图1，对本发明盾构机推拼同步推进系统的泵控系统进行说明。

如图1所示，本发明的盾构机推拼同步推进系统的泵控系统用于实现对推进油缸进行控制，结合图3所示，显示了一种圆形盾构机的结构形态，该盾构机10上设有多个推进油缸11，多个推进油缸11在盾构机10的盾尾处沿环向间隔设置。本发明的泵控系统不仅适用于圆形盾构机的推进油缸的自由控制，同样适用于其他形状的盾构机的推进油缸的控制，比如类矩形盾构机。

本发明的泵控系统包括多个换向阀21、至少两个泵组22以及处理单元23，换向阀21配置于每一推进油缸11处，该换向阀21与推进油缸11一一对应连接，换向阀21的数量与推进油缸11的数量相一致；至少两个泵组22与推进油缸11处的换向阀21均连接，每一泵组22均通过线路与各换向阀21连接，通过换向阀21可实现泵组22与对应的推进油缸11连接，实现了泵组22为推进油缸11提供动力。处理单元23与各换向阀21、至少两个泵组22以及推进系统通信连接，处理单元23可控制换向阀21，控制对应的泵组22，处理单元23用于在盾构机10处于推拼同步状态时，获取推进系统输出的推进指令，所获取的推进指令包括推进系统的压力分区信息、每个压力分区对应的推进油缸11的编号信息以及与推进油缸11相匹配的推进压力，推进指令中包括的压力分区至少有两个，每一压力分区对应设置一个推进压力，这样使得推进压力也至少有两个；处理单元23还用于根据至少两个推进压力控制调节对应的泵组22的输出压力，以让对应的泵组22的输出压力与对应的推进压力相一致，当推进压力有两个时，泵组22也有两个，且一个泵组22的输出压力等于一个推进压力，另一个泵组22的输出压力等于另一个推进压力。处理单元23还用于根据推进油缸11的编号信息控制调节对应的环向阀21，以使得推进油缸11与对应的泵组22连接，并通过连接的泵组22为推进油缸11提供与其相匹配的推进压力。

换向阀21可实现推进油缸11与哪一个泵组22连接，在推进系统输出的推进指令中包括有推进油缸的编号信息及与推进油缸相匹配的推进压力，处理单元23接收到推进指令后，相当于知晓了以推进压力为分类标准的推进油缸的压力分区，在推进压力有两个时，可将推进油缸划分为两个压力分区，第一个压力分区中的推进油缸需执行第一个推进压力，第二个压力分区中的推进油缸需执行第二个推进压力，处理单元23通过控制各推进油缸的换向阀来实现各推进油缸与对应的泵组连接，也即为各推进油缸分配与其相匹配的推进压力，实现了灵活的自由组合分区和可变的分区控制。

在本发明的一种具体实施方式中，泵组22的设置数量与压力分区的数量相匹配，并利用对应的推进压力控制调节对应的泵组的输出压力。

在一较佳的实施方式中，压力分区有两个，推进压力有两个，相应地，泵组22也有两个。盾构机处于推拼同步状态下，盾构机后方的推进油缸有部分需要处于回缩状态以让出作业空间，方便拼装机进行管片的拼装。处于回缩状态的推进油缸不参与推进状态，为保持盾构机推进过程中的稳定性，需相应地减小位于回缩状态的推进油缸对称位置处的推进油缸的推进压力，增大其余位置的推进油缸的推进压力，如此，在推拼同步状态下，推进系统输出的推进压力最少有两个。

在另一较佳的实施方式中，压力分区有三个，推进压力有三个，相应地，泵组22也有三个，各泵组的输出压力与各推进压力一一对应。处于回缩状态的推进油缸不参与推进状态，与回缩状态的推进油缸相对称设置的推进油缸的推进压力应调小，进一步地，其余的推进油缸中靠近回缩状态的推进油缸的推进压力要大于远离回缩状态的推进油缸的推进压力，如此可提高盾构机推进过程中的稳定性，确保推拼同步的施工质量。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明的泵控系统还包括安装于推进油缸11上的压力传感器24，压力传感器24用于实时推进油缸11的压力对应形成压力数据，每一推进油缸11处均安装一个压力传感器24，各压力传感器24均与处理单元23通信连接，处理单元23接收各压力传感器24发送的压力数据，并将压力数据予以显示。处理单元23将接收到的压力数据进行实时显示，实现了泵控系统的实时反馈，可便于操作人员实时查看各推进油缸的压力情况，能够直观且及时的了解实际施工情况。

较佳地，处理单元23还用于将接收到的压力数据进行存储，以便于后续对压力数据进行统计分析。

在本发明的一种具体实施方式中，本发明的泵控系统还包括安装于推进油缸11上的速度传感器，该速度传感器用于实时采集推进油缸11的速度对应形成速度数据，每一推进油缸11处均安装一个速度传感器，各速度传感器均与处理单元23连接，处理单元23接收各速度传感器发送的速度数据，并将速度数据予以显示。处理单元23将接收到的速度数据进行实时显示，实现了泵控系统的实时反馈，可便于操作人员实施查看各推进油缸的速度情况，能够直观且及时的了解实际施工情况。

较佳地，处理单元23还用于将接收到速度数据进行存储，以便于后续对速度数据进行统计分析。

本发明的泵控系统实现了对每个推进油缸的速度及压力的实时采集及显示，形成了有效且及时的正反馈。

在本发明的一种具体实施方式中，在盾构机处于推拼同步状态时，推进系统用于根据需回缩的推进油缸计算得出其余的推进油缸的推进压力并形成对应的推进指令。

具体地，推进系统对各推进油缸进行编号，即为每一推进油缸设置一对应的编号形成编号信息，每一推进油缸的编号信息是唯一的，利用编号信息可标识推进油缸。在确定好管片的拼装区域之后，推进系统利用管片的拼装区域可得到对应拼装区域的推进油缸的编号信息，此时该些推进油缸需呈回缩状态，以留出拼装管片的空间。推进系统以回缩的推进油缸为基础，对其余的推进油缸进行分区，可将其余的推进油缸划分成两个区域，也可划分成三个区域，进而在根据盾构机掘进施工的总推力计算得出各个区域的目标推力作为推进压力，再将各区域内的推进油缸的编号信息与推进压力相关联从而形成推进指令，并将推进指令发送给泵控系统的处理单元。

较佳地，推进系统采用适应性调节的方式计算得到推进油缸的推进压力，推进系统内设置有压力变量值，推进系统将与回缩的推进油缸相对称的推进油缸的推进压力设为0，接着将总推力均分给剩余的推进油缸，并逐步的将靠近回缩位置处的推进油缸的推进压力加上一压力变量值作为其当前的推进压力，将远离回缩位置处的推进油缸的推进压力减去一压力变量值作为其当前的推进压力，通过推进油缸的速度及压力数据反馈判断盾构机掘进的稳定性，直至调节到盾构机的推进速度稳定在设计范围内，实现了推进压力的自适应性分配。

在另一实施方式中，推进系统可采用专利申请号为202010720677.8，发明创造名称为推拼同步模式下盾构推进系统顶力分配计算方法中公开的计算方法得到各千斤顶的推进压力，并形成推进指令发送给泵控系统的处理单元。

本发明的泵控系统中一个泵组负责提供一个推进压力的动力源，通过换向阀可实现推进油缸的灵活分区，能够方便的将该推进油缸调节至对应的分区内，并配置对应的推进压力，使得推进系统的压力可控性高，还具有节能的优点，能够满足同步推拼的施工需求。

本发明还提供了一种盾构机推拼同步推进系统的泵控方法，下面对该泵控方法进行说明。

如图2所示，本发明的盾构机推拼同步推进系统的泵控方法，用于控制盾构机上设置的多个推进油缸，该泵控方法包括如下步骤：执行步骤S101，提供换向阀，为每一推进油缸配置一对应的换向阀；接着执行步骤S102；执行步骤S102，提供至少两个泵组，将的至少两个泵组均与推进油缸上的换向阀连接；接着执行步骤S103；执行步骤S103，在盾构机处于推拼同步状态时，获取推进系统输出的推进指令，所获取的推进指令包括推进系统的压力分区信息、每个压力分区对应的推进油缸的编号信息及与推进油缸相匹配的推进压力，压力分区至少有两个，每一压力分区对应设置一个推进压力；接着执行步骤S104；执行步骤S104，利用所获取的至少两个推进压力控制调节对应泵组的输出压力，让对应泵组的输出压力与对应的推进压力相一致；接着执行步骤S105；执行步骤S105，利用推进油缸的编号信息控制调节对应的换向阀，以使得推进油缸与对应的泵组连接，通过连接的泵组为推进油缸提供与其相匹配的推进压力。

本发明的泵控方法通过泵组和换向阀的设置，实现了推进油缸的自由组合分区控制，达到分区控制灵活可变、可调节的技术效果，最少可设置两个泵组，相对于现有技术中每一推进油缸配置一个动力源，能够极大的减少设备数量，从而降低成本，简化结构设计，且泵控方法的灵活性较好，能够及时的适应拼装位置的变化。

在本发明的一种具体实施方式中，泵组的设置数量与压力分区的数量相匹配，并利用对应的推进压力控制调节对应的泵组的输出压力。在一较佳的实施方式中，压力分区有两个，推进压力有两个，相应地，泵组22也有两个。盾构机处于推拼同步状态下，在另一较佳的实施方式中，压力分区有三个，推进压力有三个，相应地，泵组22也有三个，各泵组的输出压力与各推进压力一一对应。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括：实时采集各推进油缸的压力对应形成压力数据并予以显示。在实时采集各推进油缸的压力形成压力数据时，还对压力数据进行存储。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括：实时采集各推进油缸的速度对应形成速度数据并予以显示。在实时采集各推进油缸的速度形成速度数据时，还对速度数据进行存储。

在本发明的一种具体实施方式中，在盾构机处于推拼同步状态时，推进系统根据需回缩的推进油缸计算得出其余的推进油缸的推进压力并形成对应的推进指令。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。