[发明专利]掘进机土压平衡方法以及螺旋机控制装置

说明书

掘进机土压平衡方法以及螺旋机控制装置，其中，该方法包括：在掘进启动阶段，获取掘进机的开挖直径、掘进速度以及膨胀率，根据掘进机的开挖直径、掘进速度以及膨胀率计算螺旋机的第一目标转速；调节螺旋机的实际转速并使得实际转速达到并维持在第一目标转速；在掘进阶段，获取掘进机的实际土仓压力，根据预设土仓压力阈值以及实际土仓压力确定螺旋机的闭环调节目标转速，根据闭环调节目标转速和第一目标转速对螺旋机的实际转速进行调节，以使得实际土仓压力趋近或等于预设土仓压力阈值。本方法能够更加高效、准确地保持掘进机土仓压力的平衡，从而避免出现诸如地表下沉、坍塌、隆起以及开裂等问题。

技术领域

本发明涉及掘进机技术领域，具体地说，涉及掘进机土压平衡方法以及螺旋机控制装置。

背景技术

现有的土压平衡盾构机在工作过程中，会将盾构千斤顶的推力通过承压隔板传递到土仓内的泥土浆上，从而由泥土浆的压力作用于开挖面，以抵消开挖面出的地下水压和土压，这样也就可以形成平衡从而保证开挖面的稳定。

具体地，现有的土压平衡盾构机所使用的土压平衡方法是通过安装在盾构机土仓隔壁上的土压计来对掘进过程中的土压进行长时监控，随后将检测到的土压值与管理土压值对比来计算得到二者的差值，最后再由盾构机操作员来基于上述差值来根据自身经验手动调节螺旋机转速以控制出渣量，从而控制土压来达到土压平衡的效果。

然而，现有的这种土压平衡方法在实施过程中需要依赖于盾构机操作人员的个人经验和感性思维，无法做到对螺旋机转速的准确调节，这样也就时常会导致地表下沉、坍塌、隆起或是开裂等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种掘进机土压平衡方法，所述方法包括：

步骤一、在掘进启动阶段，获取掘进机的开挖直径、掘进速度以及膨胀率，根据所述掘进机的开挖直径、掘进速度以及膨胀率计算螺旋机的第一目标转速；

步骤二、调节所述螺旋机的实际转速并使得实际转速达到并维持在所述第一目标转速；

步骤三、在掘进阶段，获取所述掘进机的实际土仓压力，根据预设土仓压力阈值以及所述实际土仓压力确定所述螺旋机的闭环调节目标转速，根据所述闭环调节目标转速和第一目标转速对所述螺旋机的实际转速进行调节，以使得所述实际土仓压力趋近或等于预设土仓压力阈值。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤三中，通过对所述闭环调节目标转速和第一目标转速进行加权求和，计算得到所述螺旋机的第二目标转速，根据所述第二目标转速对所述螺旋机的实际转速进行调节。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤三中，根据如下表达式计算所述螺旋机的第二目标转速：

n₂＝n₁×r+n₀×(1-r)，其中0≤r≤1

其中，n₂表示螺旋机的第二目标转速，n₁表示螺旋机的闭环调节目标转速，n₀表示螺旋机的第一目标转速，r表示加权系数。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤三中，利用PID算法根据预设土仓压力阈值以及所述实际土仓压力确定所述螺旋机的闭环调节目标转速。

根据本发明的一个实施例，在所述掘进启动阶段，还判断本次掘进过程是否为当前工况下的首次掘进过程，如果是，则获取开挖直径、掘进速度、膨胀率以及实际土仓压力，并根据开挖直径、掘进速度、膨胀率以及实际土仓压力对闭环调节过程中的PID控制参数进行优化。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤一中，基于开挖直径、掘进速度、膨胀率与螺旋机转速之间的拟合曲线，根据所述掘进机的开挖直径、掘进速度以及膨胀率计算所述螺旋机的第一目标转速。