盾构机的空气自动保压控制系统及控制方法、盾构机技术方案

本发明专利技术公开了一种盾构机的空气自动保压控制系统及控制方法、盾构机，在该控制系统中，气动控制器根据气垫舱内的压力值输出一个P1～P3的压力信号，以控制第一压力比较阀和第二压力比较阀的开闭状态，从而控制第一气动球阀和第二气动球阀的开闭状态，进而控制气垫舱在进气状态、排气状态和保压状态之间进行切换。通过两个压力比较阀分别控制排气管路和进气管路上气动球阀的开闭，仅使用一个气动调节阀即可实现气垫舱的进气调节和排气调节，降低了空气自动保压系统的成本。另外，通过将气动控制器输出的分程信号转换为单程信号，不管是进气过程还是排气过程，调节行程均为[P1,P3]，大大提升了气动调节阀的行程调节幅度。大提升了气动调节阀的行程调节幅度。大提升了气动调节阀的行程调节幅度。

【技术实现步骤摘要】
盾构机的空气自动保压控制系统及控制方法、盾构机


[0001]本专利技术涉及盾构机的空气自动保压系统
，特别地，涉及一种盾构机的空气自动保压控制系统及控制方法，另外，还特别涉及一种采用上述控制系统的盾构机。

技术介绍

[0002]盾构机在地下掘进过程时，开挖面附近的盾体会承受一定的地层土压力和水压力，为保持开挖面的稳定和防止地表的隆起沉降，常用加压空气维持开挖面的稳定，而空气自动保压系统就是采用加压空气实现上述目的的控制系统。如图1所示，现有的空气自动保压系统的工作流程为：气动控制器接收到变送器变送过来的气舱压力并将其与设定压力进行比较，如果气垫舱压力大于气动控制器的设定值压力，气动控制器输出一个范围在P1～P2的信号压力，此时反作用排气阀的弹簧力大于气体压力，排气阀打开，正作用进气阀弹簧力也大于气体压力，进气阀保持关闭，气垫舱气体排出，使得气垫舱压力下降；如果气垫舱压力小于气动控制器的设定压力，气动控制器输出一个范围在P2～P3的信号压力，正作用进气阀的弹簧力小于气体压力，打开进气阀，反作用排气阀的弹簧力也小于气体压力，排气阀关闭，空压机气体经进气阀进入气垫舱，使得气舱压力上升。最终气垫舱压力与设定压力相等，气动控制器输出信号压力等于P2，两个气动调节阀同时保持关闭状态，达到保压目的。其中，整个系统的信号全是标准压力气体，0.2bar≤P1<P2<P3≤1.0bar且P2＝(P1+P3)/2)。
[0003]因此，现有的空气自动保压系统为了将进气信号与排气信号区分，直接采用了分程处理方式，气动控制器输出的信号压力直接输出到进气阀和排气阀，排气程信号压力为P1～P2、进气程信号为P2～P3。但是，进气阀和排气阀不会同时工作，而气动调节阀的价格十分昂贵，从而导致空气自动保压系统的成本较高，并且，直接采取分程处理的控制方式降低了气动调节阀的行程调节幅度。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种盾构机的空气自动保压控制系统及控制方法、盾构机，以解决现有的空气自动保压系统存在的成本高的技术问题。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种盾构机的空气自动保压控制系统，包括压力变送器、气动控制器、第一压力比较阀、第二压力比较阀、空压机、第一气动球阀、第一单向阀、气动调节阀、第二气动球阀和第二单向阀，所述压力变送器用于检测气垫舱内的压力，所述空压机的输出端与第一气动球阀的第一端连接，所述第一气动球阀的第二端分别与气动调节阀的第一端、第一单向阀的输出端连接，所述第二气动球阀的第一端与外界连通，第二端分别与气动调节阀的第二端、第二单向阀的输入端连接，第一单向阀的输入端、第二单向阀的输出端均与气垫舱连接，所述第一压力比较阀的两端分别连接外部气源和第一气动球阀的控制端，所述第二压力比较阀的两端分别连接外部气源和第二气动球阀的控制端，所述气动控制器与所述压力变送器连接，还与所述第一压力比较阀、第二压力比较阀和气动调
节阀的控制端连接，用于根据所述压力变送器的检测结果输出一个压力至第一压力比较阀、第二压力比较阀和气动调节阀的控制端，以控制第一压力比较阀和第二压力比较阀的开闭状态，从而控制第一气动球阀和第二气动球阀的开闭状态，进而控制气垫舱在进气状态、排气状态和保压状态之间进行切换，同时控制所述气动调节阀的开度。
[0006]进一步地，若所述气动控制器输出的压力大于P2+0.02bar，则所述第二压力比较阀打开、所述第一压力比较阀关闭，从而控制所述第一气动球阀打开、第二气动球阀关闭，气垫舱处于进气状态；
[0007]若所述气动控制器输出的压力小于P2
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0.02bar，则所述第二压力比较阀关闭、所述第一压力比较阀打开，从而控制所述第一气动球阀关闭、第二气动球阀打开，气垫舱处于排气状态；
[0008]若所述气动控制器输出的压力处于[P2
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0.02bar，P2+0.02bar]之间，则所述第二压力比较阀、第一压力比较阀均关闭，从而控制所述第一气动球阀、第二气动球阀关闭，气垫舱处于保压状态。
[0009]进一步地，还包括信号转换装置，所述信号转换装置分别与所述气动控制器、气动调节阀连接，用于将所述气动控制器输出的分程压力转换为单程压力后输出至所述气动调节阀，以控制所述气动调节阀的开度。
[0010]进一步地，所述信号转换装置包括第一压力
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位移转换组件、对称凸轮、气动放大器和喷嘴挡板，所述气动放大器与外部气源连接，所述喷嘴挡板的上端铰接、下端处于自由状态，所述喷嘴挡板位于所述气动放大器的喷嘴前方，通过调节所述喷嘴挡板与所述气动放大器的喷嘴之间的距离，可调节所述气动放大器的背压，从而调节所述气动放大器的输出压力，所述对称凸轮的一端铰接、另一端抵靠住所述喷嘴挡板的中部，所述第一压力
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位移转换组件的一端固定、另一端与所述对称凸轮的延长杆连接，所述第一压力
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位移转换组件还与所述气动控制器连接，用于将所述气动控制器输出的压力转换为位移；
[0011]当所述气动控制器输出的信号压力在[P2
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0.02bar，P2+0.02bar]之间时，所述第一压力
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位移转换组件不进行伸缩，所述对称凸轮与所述喷嘴挡板的触点位于所述对称凸轮的最大半径处，所述喷嘴挡板与所述气动放大器的喷嘴之间的距离最远，所述气动放大器输出的气压信号最小，从而控制所述气动调节阀的开度最小；
[0012]当所述气动控制器输出的信号压力不在[P2
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0.02bar，P2+0.02bar]之间时，所述第一压力
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位移转换组件伸出或收缩并带动所述对称凸轮逆时针转动或顺时针转动，所述对称凸轮与所述喷嘴挡板的触点处半径变小，从而使得所述喷嘴挡板逆时针转动，所述喷嘴挡板与所述气动放大器的喷嘴之间的距离减小，所述气动放大器的背压增大，其输出压力增大，从而控制气动调节阀的开度增大。
[0013]进一步地，所述信号转换装置还包括第二压力
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位移转换组件，所述第二压力
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位移转换组件与所述气动放大器的输出端连接，且所述第二压力
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位移转换组件的活动端与所述喷嘴挡板的下端连接，当所述气动放大器的输出压力变大时反馈至所述第二压力
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位移转换组件，所述第二压力
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位移转换组件的活动端伸出以带动所述喷嘴挡板顺时针转动，增大所述喷嘴挡板与所述气动放大器的喷嘴之间的距离，从而实现反馈调节。
[0014]进一步地，所述信号转换装置还包括调节弹簧，所述调节弹簧的一端固定、另一端与所述喷嘴挡板连接，通过调节所述调节弹簧的弹簧力来调节所述喷嘴挡板的刚度。
[0015]进一步地，所述第一压力
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位移转换组件和第二压力
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位移转换组件为波纹管或波登管。
[0016]另外，本专利技术还提供一种盾构机的空气自动保压控制方法，采用如上所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构机的空气自动保压控制系统，其特征在于，包括压力变送器(2)、气动控制器(3)、第一压力比较阀(4)、第二压力比较阀(5)、空压机(6)、第一气动球阀(7)、第一单向阀(8)、气动调节阀(9)、第二气动球阀(10)和第二单向阀(12)，所述压力变送器(2)用于检测气垫舱(1)内的压力，所述空压机(6)的输出端与第一气动球阀(7)的第一端连接，所述第一气动球阀(7)的第二端分别与气动调节阀(9)的第一端、第一单向阀(8)的输出端连接，所述第二气动球阀(10)的第一端与外界连通，第二端分别与气动调节阀(9)的第二端、第二单向阀(12)的输入端连接，第一单向阀(8)的输入端、第二单向阀(12)的输出端均与气垫舱(1)连接，所述第一压力比较阀(4)的两端分别连接外部气源和第一气动球阀(7)的控制端，所述第二压力比较阀(5)的两端分别连接外部气源和第二气动球阀(10)的控制端，所述气动控制器(3)与所述压力变送器(2)连接，还与所述第一压力比较阀(4)、第二压力比较阀(5)和气动调节阀(9)的控制端连接，用于根据所述压力变送器(2)的检测结果输出一个压力至第一压力比较阀(4)、第二压力比较阀(5)和气动调节阀(9)的控制端，以控制第一压力比较阀(4)和第二压力比较阀(5)的开闭状态，从而控制第一气动球阀(7)和第二气动球阀(10)的开闭状态，进而控制气垫舱(1)在进气状态、排气状态和保压状态之间进行切换，同时控制所述气动调节阀(9)的开度。2.如权利要求1所述的盾构机的空气自动保压控制系统，其特征在于，若所述气动控制器(3)输出的压力大于P2+0.02bar，则所述第二压力比较阀(5)打开、所述第一压力比较阀(4)关闭，从而控制所述第一气动球阀(7)打开、第二气动球阀(10)关闭，气垫舱(1)处于进气状态；若所述气动控制器(3)输出的压力小于P2
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0.02bar，则所述第二压力比较阀(5)关闭、所述第一压力比较阀(4)打开，从而控制所述第一气动球阀(7)关闭、第二气动球阀(10)打开，气垫舱(1)处于排气状态；若所述气动控制器(3)输出的压力处于[P2
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0.02bar，P2+0.02bar]之间，则所述第二压力比较阀(5)、第一压力比较阀(4)均关闭，从而控制所述第一气动球阀(7)、第二气动球阀(10)关闭，气垫舱(1)处于保压状态。3.如权利要求1所述的盾构机的空气自动保压控制系统，其特征在于，还包括信号转换装置(13)，所述信号转换装置(13)分别与所述气动控制器(3)、气动调节阀(9)连接，用于将所述气动控制器(3)输出的分程压力转换为单程压力后输出至所述气动调节阀(9)，以控制所述气动调节阀(9)的开度。4.如权利要求3所述的盾构机的空气自动保压控制系统，其特征在于，所述信号转换装置(13)包括第一压力
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位移转换组件(18)、对称凸轮(17)、气动放大器(14)和喷嘴挡板(15)，所述气动放大器(14)与外部气源连接，所述喷嘴挡板(15)的上端铰接、下端处于自由状态，所述喷嘴挡板(15)位于所述气动放大器(14)的喷嘴前方，通过调节所述喷嘴挡板(15)与所述气动放大器(14)的喷嘴之间的距离，可调节所述气动放大器(14)的背压，从而调节所述气动放大器(14)的输出压力，所述对称凸轮(17)的一端铰接、另一端抵靠住所述喷嘴挡板(15)的中部，所述第一压力
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位移转换组件(18)的一端固定、另一端与所述对称凸轮(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，周斌斌，刘乐，叶珂呈，赵明，袁佳莹，宁坚，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：