技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密工程機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種盾構(gòu)機(jī)的激光導(dǎo)向控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

盾構(gòu)機(jī)(全稱為“盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)”)是一種用于隧道掘進(jìn)的工程機(jī)械。盾構(gòu)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開(kāi)挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測(cè)量導(dǎo)向糾偏等功能，涉及地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測(cè)量等多種技術(shù)。

隨著激光、計(jì)算機(jī)以及自動(dòng)控制等技術(shù)的發(fā)展成熟，盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)有了新的飛躍。激光導(dǎo)向系統(tǒng)是一種集測(cè)量、儀器儀表和計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)于一體，具有對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量功能的系統(tǒng)，并在盾構(gòu)機(jī)中逐漸得到成功運(yùn)用、發(fā)展和完善。激光導(dǎo)向系統(tǒng)極大地提高了盾構(gòu)法施工的準(zhǔn)確性、可靠性和自動(dòng)化程度，從而被廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、市政、油氣等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。

然而，當(dāng)前的施工設(shè)備不具備自動(dòng)測(cè)控功能，施工過(guò)程中的測(cè)量與控制操作需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手工操作，對(duì)施工進(jìn)度和施工質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。另一方面，現(xiàn)有的盾構(gòu)機(jī)控制測(cè)量系統(tǒng)沒(méi)有自動(dòng)糾偏的功能，對(duì)施工的效率有較大的影響。

因此，需要能夠在保證測(cè)量精度和穩(wěn)定性的前提下提高現(xiàn)有自動(dòng)化程度和施工效率并可以極大地節(jié)約工程開(kāi)銷(xiāo)的盾構(gòu)機(jī)的激光導(dǎo)向控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于在保證測(cè)量精度和穩(wěn)定性的前提下提高現(xiàn)有施工設(shè)備自動(dòng)化程度，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，提供一種盾構(gòu)機(jī)的激光導(dǎo)向控制系統(tǒng)和方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明公開(kāi)了一種盾構(gòu)機(jī)的激光導(dǎo)向控制方法，包括以下步驟：

A、激光全站儀測(cè)量盾構(gòu)機(jī)中的棱鏡在地面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

B、通過(guò)激光接收靶和傳感器確定盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)參數(shù)；

C、控制器計(jì)算刀頭中心點(diǎn)、盾構(gòu)機(jī)中折點(diǎn)和盾尾中心點(diǎn)在地面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，并確定刀頭中心點(diǎn)、盾構(gòu)機(jī)中折點(diǎn)和盾尾中心點(diǎn)相對(duì)于掘進(jìn)計(jì)劃線的軸向偏移量；

D、控制器對(duì)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)曲線進(jìn)行修正和擬合，并控制盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)。

所述步驟B中，盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)參數(shù)包括：

偏角，表示盾構(gòu)機(jī)的中心軸線和隧道設(shè)計(jì)軸線在水平投影面的夾角；

旋角，表示盾構(gòu)機(jī)繞中心軸線相對(duì)于水平位置旋轉(zhuǎn)的角度；

傾角，表示盾構(gòu)機(jī)的中心軸線和隧道設(shè)計(jì)軸線在垂直投影面的夾角；

通過(guò)油缸伸縮量傳感器測(cè)量的盾構(gòu)機(jī)各油缸的伸縮量計(jì)算偏角；通過(guò)轉(zhuǎn)角傳感器測(cè)量旋角；通過(guò)傾角傳感器測(cè)量?jī)A角。

所述步驟D中，控制器基于修正和擬合的掘進(jìn)曲線調(diào)整各油缸的伸縮量，從而控制盾構(gòu)機(jī)沿隧道設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行掘進(jìn)。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種盾構(gòu)機(jī)的激光導(dǎo)向控制系統(tǒng)，所述控制測(cè)量系統(tǒng)包括：

激光全站儀，用于發(fā)射激光并測(cè)量盾構(gòu)機(jī)中的棱鏡在地面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

激光接收靶，用于接收激光全站儀發(fā)射的激光來(lái)確定盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)參數(shù)；

傳感器，用于測(cè)量盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)參數(shù)；

油缸伸縮控制單元，用于調(diào)整各油缸的伸縮量；

控制器，用于計(jì)算刀頭中心點(diǎn)、盾構(gòu)機(jī)中折點(diǎn)和盾尾中心點(diǎn)在地面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和相對(duì)于掘進(jìn)計(jì)劃線的軸向偏移量，并對(duì)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)曲線進(jìn)行修正和擬合，控制油缸伸縮控制單元；

其中，控制器分別與激光全站儀、傳感器和油缸伸縮控制單元連接。

所述傳感器包括：油缸伸縮量傳感器，用于測(cè)量盾構(gòu)機(jī)的各油缸的伸縮量，控制器基于測(cè)量的各油缸的伸縮量計(jì)算偏角；轉(zhuǎn)角傳感器，用于測(cè)量旋角；傾角傳感器，用于測(cè)量?jī)A角。

所述控制器為可編程邏輯控制器。

掘進(jìn)曲線為直線時(shí)，激光全站儀與盾構(gòu)機(jī)中的棱鏡的距離小于200米；掘進(jìn)曲線為曲線時(shí)，激光全站儀與盾構(gòu)機(jī)中的棱鏡的距離小于100米。

所述激光導(dǎo)向控制系統(tǒng)還包括顯示單元，用于顯示刀頭中心點(diǎn)的里程和軸向偏移量、盾構(gòu)機(jī)中折點(diǎn)的里程和軸向偏移量、盾尾中心的里程和軸向偏移量、偏角、旋角和傾角。

本發(fā)明的有益效果，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，在保證測(cè)量精度和穩(wěn)定性的前提下，極大地提高了現(xiàn)有的盾構(gòu)機(jī)控制測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和施工效率，并可以極大地節(jié)約工程開(kāi)銷(xiāo)。

附圖說(shuō)明

下面根據(jù)附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的盾構(gòu)機(jī)激光導(dǎo)向控制方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式中盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)參數(shù)的說(shuō)明示意圖；

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的盾構(gòu)機(jī)激光導(dǎo)向控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式