專利名稱：盾構(gòu)姿態(tài)實時自動糾偏裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
屬盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，確切地說是一種對盾構(gòu)機(jī)操作姿態(tài)的自動糾偏技術(shù)。
背景技術(shù)：
盾構(gòu)姿態(tài)實時自動糾偏方法是指在不需人工干預(yù)的情況下，自動完成盾構(gòu)的實時姿態(tài)的測量、數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行與隧道設(shè)計軸線的實際偏差的比較，通過預(yù)先設(shè)定的糾偏程式，使盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂在推進(jìn)過程中自動產(chǎn)生與盾構(gòu)姿態(tài)偏離方向相反的力矩，來實現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)的自動糾偏。
要實現(xiàn)自動糾偏，首先必須以盾構(gòu)姿態(tài)自動精密測量技術(shù)為基礎(chǔ)。對于盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)自動測量及其引導(dǎo)這一系列技術(shù)產(chǎn)品設(shè)備來說，國內(nèi)主要是依靠引進(jìn)。國外也只有為數(shù)不多的幾種產(chǎn)品。如英國ZED公司生產(chǎn)的ZED 261盾構(gòu)姿態(tài)測試儀，德國VMT公司的SLS-T隧道引導(dǎo)系統(tǒng)，日本TOKIMEC的TMG-32B方向檢測裝置等，而其應(yīng)用的效果各有不同、相差很大。英國和德國的隧道引導(dǎo)系統(tǒng)在原理上都是采用激光指向的方式，精度高，但系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜；日本則采用陀螺儀、水準(zhǔn)管水平計、傾斜計、偏轉(zhuǎn)計和推進(jìn)千斤頂行程儀等組成的方向檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成簡單，但精度低，累計誤差大，對于盾構(gòu)推進(jìn)過程中發(fā)生的水平滑動無法檢測，需要人工測量進(jìn)行校對。
對于盾構(gòu)機(jī)的方向控制，即自動糾偏，還基本處于理論研究階段，日本的菊地正俊等人曾做過一次試驗，但因陀螺儀測量系統(tǒng)的缺陷、采用的自動搜索力矩平衡點(diǎn)方法大部分試驗時間不符合實際情況，所以通用性不強(qiáng)，自動和手動狀態(tài)切換頻繁，試驗結(jié)果并不令人滿意，沒有繼續(xù)推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型是提供一種構(gòu)成簡單、精度高和通用性強(qiáng)的盾構(gòu)姿態(tài)實時自動糾偏方法和它的裝置。
本實用新型采取的技術(shù)方案采用一個裝有能自動獲得盾構(gòu)姿態(tài)參數(shù)的空間向量法計算程式模塊的全站儀、工控計算機(jī)、盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)的控制模塊、液壓系統(tǒng)的壓力控制閥、方向換向閥和推進(jìn)千斤頂組，有一個裝有測定空間位置的三個金屬反射片的盾構(gòu)機(jī)；并有分別與全站儀和工控計算機(jī)相連的信號控制箱通過兩個電臺由無線傳送與工控計算機(jī)相連接，PLC接口模塊分別與工控計算機(jī)和盾構(gòu)控制模塊相連接，控制模塊與千斤頂控制模式裝置相關(guān)聯(lián)；盾構(gòu)機(jī)上分布著按千斤頂控制模式裝置分配的千斤頂組。
千斤頂控制模式裝置，可以是千斤頂壓力分區(qū)控制模式；這個模式是用于推進(jìn)盾構(gòu)上與壓力控制閥相連接的千斤頂組。
千斤頂控制模式裝置，還可以是千斤頂編組控制模式；這個模式是用于推進(jìn)盾構(gòu)上與編組信號相關(guān)聯(lián)的與方向控制閥相連接的千斤頂組實施本實用新型后的積極效果是避免了人工糾偏的軸線波動大的缺點(diǎn)，提高了盾構(gòu)隧道的施工質(zhì)量，縮短了施工周期，減少了盾構(gòu)操作人員的數(shù)量，降低了施工強(qiáng)度，有利于現(xiàn)場施工管理。


圖1、千斤頂壓力分區(qū)控制模式的盾構(gòu)姿態(tài)實時自動糾偏系統(tǒng)示意圖圖2、千斤頂動作編組控制模式的盾構(gòu)姿態(tài)實時自動糾偏系統(tǒng)示意圖圖3、千斤頂壓力分區(qū)控制示意圖圖4、千斤頂動作編組控制示意圖圖5、盾構(gòu)姿態(tài)自動糾偏流程圖圖6、盾構(gòu)姿態(tài)自動回放歷史紀(jì)錄流程圖具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明具有遙控全自動功能的測量機(jī)器人Leica TCA 1800(即全站儀2)安裝在已建隧道內(nèi)，自動測定預(yù)先安裝在盾構(gòu)機(jī)8內(nèi)的三個目標(biāo)——金屬反射片5、金屬反射片6和金屬反射片7的空間位置，根據(jù)剛體空間解算理論和向量解算法，由全站儀2預(yù)編的程序計算出盾構(gòu)的姿態(tài)參數(shù)，并經(jīng)全站儀信號控制箱1和電臺13無線傳送給工控計算機(jī)12，全站儀2測定盾構(gòu)姿態(tài)參數(shù)的循環(huán)周期可以根據(jù)需要設(shè)定，其中金屬反射片5、金屬反射片6和金屬反射片7可以安裝在盾構(gòu)后部的任意位置，以調(diào)整到全站儀2測量方便、且調(diào)整到不被盾構(gòu)后部設(shè)備擋住視線為最佳，其反射鏡面必須面向全站儀2。應(yīng)該說明的是，上述這部分內(nèi)容作為一個獨(dú)立的發(fā)明專利，已與2004年5月申請并被受理，專利名稱是“盾構(gòu)三維姿態(tài)精密監(jiān)測系統(tǒng)”，申請?zhí)柺?00410024705.3。
安裝在工控計算機(jī)12內(nèi)的盾構(gòu)姿態(tài)自動糾偏軟件在運(yùn)行狀態(tài)下，會自動接收通過無線傳來的盾構(gòu)姿態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)選定的糾偏模式，將計算結(jié)果和控制指令通過PLC接口模塊4，傳遞給盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)的控制模塊3，執(zhí)行盾構(gòu)姿態(tài)糾偏控制指令。
在千斤頂壓力分區(qū)控制模式下，如圖示，盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂9被分成若干區(qū)域，每個區(qū)域的壓力由該區(qū)域?qū)?yīng)的安裝在盾構(gòu)機(jī)8內(nèi)的一個盾構(gòu)推進(jìn)液壓系統(tǒng)的壓力控制閥11控制，該區(qū)域的工作壓力通過安裝在盾構(gòu)機(jī)8內(nèi)的壓力傳感器10及時反饋并紀(jì)錄到盾構(gòu)姿態(tài)自動糾偏軟件，各區(qū)域壓力控制閥11的控制壓力是根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)自動糾偏軟件的運(yùn)算結(jié)果和控制指令隨時自動調(diào)整的。
在千斤頂動作編組控制模式下，如圖示，根據(jù)盾構(gòu)的實際位置和計劃路線該點(diǎn)位置的相對關(guān)系，以計劃路線該點(diǎn)的位置為中心點(diǎn)，設(shè)定一些環(huán)形格柵區(qū)域，盾構(gòu)姿態(tài)自動糾偏軟件將自動計算出盾構(gòu)實際位置處于某一環(huán)形格柵區(qū)域，通過PLC接口模塊4和盾構(gòu)控制模塊3，發(fā)出相應(yīng)的千斤頂動作編組指令，每個盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂9對應(yīng)的推進(jìn)液壓系統(tǒng)方向控制閥14，將根據(jù)該編組指令動作。在盾構(gòu)姿態(tài)自動糾偏軟件中，千斤頂動作編組指令可以預(yù)設(shè)，也可以根據(jù)盾構(gòu)穿越的不同地質(zhì)進(jìn)行自定義設(shè)定并保存。
盾構(gòu)姿態(tài)自動糾偏軟件具有實時控制盾構(gòu)姿態(tài)和回放歷史紀(jì)錄兩大功能模塊，如圖示。盾構(gòu)姿態(tài)自動糾偏軟件在實現(xiàn)實時控制盾構(gòu)姿態(tài)功能時的控制步驟如下1、獲取全站儀測得的盾構(gòu)姿態(tài)實時數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件的形式通過數(shù)據(jù)線或電臺無線傳送；2、打開數(shù)據(jù)文件，讀取文件的最后一條紀(jì)錄，對該數(shù)據(jù)紀(jì)錄進(jìn)行有效性判斷，判斷正確后將該條數(shù)據(jù)信息存入數(shù)據(jù)庫中；3、根據(jù)紀(jì)錄的盾構(gòu)姿態(tài)信息計算盾構(gòu)切口中心所處的編組位置，同時在軟件的圖形化界面上顯示盾構(gòu)目前所處的編組位置；4、根據(jù)施工的情況，在軟件操作界面上切換是采用軟件默認(rèn)的編組模式，還是采用用戶根據(jù)需要自定義的編組模式；5、如果采用軟件默認(rèn)的編組模式，程序?qū)⒅苯娱_始運(yùn)行以下第7步；6、如果采用自定義模式，軟件將提示操作用戶是否采用儲存在數(shù)據(jù)庫中的自定義編組模式，如果用戶選擇了其中某一個自定義編組模式，則程序?qū)㈤_始運(yùn)行以下第7步；如果用戶認(rèn)為已有的自定義編組都不合適，則軟件提供了用戶編輯新的編組模式的操作界面，用戶可將當(dāng)前自定義的編組模式作為當(dāng)前千斤頂?shù)目刂颇Ｊ?，并以自定的名稱存入數(shù)據(jù)庫，然后程序?qū)㈤_始運(yùn)行以下第7步；7、程序自動從當(dāng)前確定使用的編組模式獲取相應(yīng)的千斤頂?shù)木幗M代碼信息，并將該信息通過通訊控件傳遞給盾構(gòu)PLC模塊；8、通過通訊模塊的逆向數(shù)據(jù)傳遞，讀取當(dāng)前編組的實施情況，并在軟件的圖形界面上同步反映出來；9、將當(dāng)前的編組實施情況作為一條歷史紀(jì)錄存入數(shù)據(jù)庫，以供回放程序調(diào)用；10、以上第1-9步的重復(fù)循環(huán)工作，可實現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)的連續(xù)自動糾偏。
盾構(gòu)姿態(tài)自動糾偏軟件在實現(xiàn)回放歷史紀(jì)錄功能時，其步驟比較單一，只是根據(jù)用戶需要，調(diào)用某一時段或已建隧道某一區(qū)域的已存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，通過軟件的回放圖形界面，直觀地顯示出來，以供研究和參考。
權(quán)利要求1.盾構(gòu)姿態(tài)實時自動糾偏裝置，包含裝有能自動獲得盾構(gòu)姿態(tài)參數(shù)的空間向量法計算程式模塊的全站儀(2)，工控計算機(jī)(12)、盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)的控制模塊(3)、液壓系統(tǒng)的壓力控制閥(11)、方向換向閥(14)和推進(jìn)千斤頂(9)，其特征是有一個裝有測定空間位置的三個金屬反射片(5)、(6)、(7)的盾構(gòu)機(jī)(8)；并有分別與全站儀(2)和工控計算機(jī)(12)相連的信號控制箱(1)通過兩個電臺(13)由無線傳送與工控計算機(jī)(12)相連接，PLC接口模塊(4)分別與工控計算機(jī)(12)和盾構(gòu)控制模塊(3)相連接，控制模塊(3)與千斤頂控制模式裝置相關(guān)聯(lián)；盾構(gòu)機(jī)(8)上分布著按千斤頂控制模式裝置分配的千斤頂組(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)姿態(tài)實時自動糾偏裝置，其特征是所述的千斤頂控制模式裝置，可以是千斤頂壓力分區(qū)控制模式；這個模式是用于推進(jìn)盾構(gòu)上與壓力控制閥(11)相連接的千斤頂組(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)姿態(tài)實時自動糾偏裝置，其特征是所述的千斤頂控制模式裝置，還可以是千斤頂編組控制模式；這個模式是用于推進(jìn)盾構(gòu)上與編組信號相關(guān)聯(lián)的與方向控制閥(14)相連接的千斤頂組(9)。
專利摘要盾構(gòu)姿態(tài)實時自動糾偏裝置，屬盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。其特點(diǎn)是盾構(gòu)姿態(tài)參數(shù)通過安裝在隧道內(nèi)的全站儀自動測定安裝在盾構(gòu)內(nèi)三個目標(biāo)的空間位置后，利用建立在空間向量理論基礎(chǔ)上的程序自動計算獲得。針對不同的盾構(gòu)規(guī)格有兩種盾構(gòu)自動糾偏模式壓力分區(qū)控制模式和千斤頂編組控制模式，采用一套專門開發(fā)的盾構(gòu)姿態(tài)自動糾偏軟件控制來控制盾構(gòu)的姿態(tài)。實施本實用新型后，避免了人工糾偏的軸線波動大的缺點(diǎn)，提高了盾構(gòu)隧道的施工質(zhì)量，縮短了施工周期，減少了操作人員的數(shù)量，降低了施工強(qiáng)度，有利于現(xiàn)場施工管理，是一項相當(dāng)實用的發(fā)明。
文檔編號G05B15/02GK2846756SQ200520047198
公開日2006年12月13日 申請日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月5日
發(fā)明者周松, 彭少杰, 岳秀平, 沈君華, 王肖云 申請人:上海市第二市政工程有限公司