[发明专利]一种串联式柔臂TBM刀盘掘进控制方法

说明书

本发明公开了一种串联式柔臂TBM刀盘掘进控制方法，包括如下步骤后台控制器根据要开挖的预定隧道轮廓，进行预定刀盘路径规划，确定摆动油缸臂的摆动油缸和仰俯油缸要到达的位置，设定摆动油缸和仰俯油缸的理论位移量；本发明通过PID闭环反馈控制对并联柔臂的摆动油缸和仰俯油缸进行一对一的实时控制与修正，通过后台控制器将已开挖的轮廓信息与预定隧道轮廓作对比，偏差值转化为摆动油缸和仰俯油缸的伸缩量，进行刀盘姿态自动修正，使柔臂掘进机能按预定隧道轮廓进行精确掘进。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种串联式柔臂TBM刀盘掘进控制方法。

背景技术

串联式柔臂掘进机采用多自由度机械臂控制刀盘运动开挖的方法实时控制刀盘位置，实现以小直径刀盘开挖任意形状断面的目的，能够有效解决特殊硬岩隧道施工中的问题。但以小直径刀盘开挖大断面隧道可能出现超挖、欠挖、人工控制难度大以及如何最大程度增加系统工作效率等问题，同时施工方对隧道信息化需求明显增加，因此需要对柔臂掘进机的控制方式进行改进，以实现轨迹自动规划、自动刷帮、根据地质条件选择最优掘进工艺、提高隧道边界成型质量、为业主提供施工数据等一些列功能。但是现有柔臂掘进机在串联油缸臂控制方面的设计精度低、误差大，过程繁琐；使柔臂掘进机施工的自动化、少人化低。因此，研制简便的一种柔臂掘进串联油缸臂电气控制系统很有必要。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种串联式柔臂TBM刀盘掘进控制方法，以解决上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种串联式柔臂TBM刀盘掘进控制方法，包括如下步骤：S1：后台控制器根据要开挖的预定隧道轮廓，进行预定刀盘路径规划，确定摆动油缸臂的摆动油缸和仰俯油缸要到达的位置，设定摆动油缸和仰俯油缸的理论位移量；

S2：后台控制器控制摆动油缸臂的摆动油缸运动，调节刀盘相对主梁的回转角度，后台控制器控制俯仰油缸的运动，调节刀盘相对掌子面的位置和仰俯角度，调节刀盘相对于掌子面的姿态，做好第一环隧道轮廓开挖准备；

S3：后台控制器根据摆动油缸和仰俯油缸的理论位移量控制摆动油缸和仰俯油缸执行相对应的伸缩动作，按预定刀盘路径开挖；

S4：开挖过程中，摆动油缸和仰俯油缸内的伸缩位移传感器实时检测摆动油缸和仰俯油缸的行程，并把摆动油缸和仰俯油缸的实际位移量的信号反馈给后台控制器；后台控制器对理论位移量和实际位移量进行对比，对摆动油缸和仰俯油缸位移量进行实时修正，形成PID闭环反馈控制；

S5：串联式柔臂TBM掘进一定距离，后台控制器通过控制摆动油缸和仰俯油缸使刀盘后移一定距离，为地质检测仪留出空间；

S6：后台控制器控制地质检测仪伸出，对前方待掘进地质进行探测，并将探测的地质信号传递给后台控制器，后台控制器根据地质检测仪反馈回来的地质信号，调节刀盘掘进参数，保证掘进效率；

S7：地质检测仪探测结束后，后台控制器控制地质检测仪缩回，刀盘继续对隧道轮廓进行开挖；

S8：第一环隧道轮廓开挖完成后，三维扫描仪扫描已开挖的轮廓信息，并将已开挖的轮廓信息传递给后台控制器，后台控制器将已开挖的轮廓信息与预定隧道轮廓作对比，并将偏差值转换为摆动油缸和仰俯油缸的伸缩量，控制摆动油缸和仰俯油缸进行修正，完成刀盘姿态自动修正；

S9：重复步骤S3~S8，通过PID闭环反馈控制和刀盘姿态自动修正，使柔臂掘进机能按预定隧道轮廓进行精确掘进；

S10：隧道掘进全部完成后，按下人机界面上的复位按钮，后台控制器控制摆动油缸和仰俯油缸完全缩回至初始状态，刀盘停止掘进。

在步骤S8中刀盘姿态自动修正包括如下步骤：

S8.1后台控制器将已开挖的轮廓信息与预定隧道轮廓作对比，确定偏差位置和偏差量，确定偏差位置对应摆动油缸或仰俯油缸；