TBM隧道掘進機破碎帶智能脫困系統(tǒng)

李長達

中船重工（青島）軌道交通裝備有限公司 山東青島 266000

1 現(xiàn)階段脫困方式

現(xiàn)階段掘進機被困后，都是采用人為操作脫困，這樣脫困時間和脫困過程中的風險就跟現(xiàn)場指揮人員的經(jīng)驗和能力就有很大的關(guān)系，前期如果操作不當，會造成更加嚴重的后果。

2 智能脫困系統(tǒng)重要性

當設(shè)備出現(xiàn)卡機等情況，啟動智能脫困系統(tǒng)，將會按照卡機情況智能處理，不會因指揮人員的優(yōu)劣影響脫困速度，并且不會出現(xiàn)因操作不當造成的二次事故，在安全大于一切的現(xiàn)階段具有推廣意義。

3 智能脫困系統(tǒng)的控制

3.1 脫困系統(tǒng)人機交互界面參數(shù)設(shè)置

脫困系統(tǒng)運行與正常TBM系統(tǒng)運行區(qū)別很大，機、電、液在脫困時都運行在危險區(qū)域，對時間的要求非常精確，不能有半點僥幸和馬虎，因此在脫困系統(tǒng)運行前要先設(shè)置參數(shù)，確保設(shè)備的安全。需要設(shè)置的參數(shù)舉例如下：

主推泵的推動壓力上限調(diào)節(jié)、刀盤整體扭矩上限調(diào)節(jié)、皮帶機與刀盤運行狀態(tài)短接、內(nèi)循環(huán)水壓力上限調(diào)節(jié)、主驅(qū)動電機最大工作電流調(diào)節(jié)和輔推泵上限壓力調(diào)節(jié)等[1]。

3.2 脫困系統(tǒng)設(shè)備安全狀況檢測

脫困系統(tǒng)運行前要對TBM自身的狀態(tài)檢測，以防止信息采集有誤，主要對位移壓力等傳感器進行檢測。尤其是主推行程傳感器、輔推行程傳感器和液壓站上的壓力傳感器等。

3.3 脫困模式選擇

脫困模式現(xiàn)研究階段可以實現(xiàn)刀盤被困脫困模式、前盾&伸縮盾被困脫困模式和支撐盾&尾盾被困脫困模式。

（1）刀盤被困脫困模式。選擇該脫困模式后，系統(tǒng)會根據(jù)該種困境下由易入難的步驟進行自動執(zhí)行，這期間操作人員可以觀察主控制界面，觀察脫困的進行程度。該種困境下有兩種算法：①由于在參數(shù)設(shè)置時把扭矩已經(jīng)設(shè)置為最大脫困扭矩，因此程序會控制8臺主驅(qū)動電機按照每運行1分鐘停歇10分鐘去強制正向旋轉(zhuǎn)，每次會自動檢測每個電機的電流變化、扭矩的變化和刀盤是否轉(zhuǎn)動；兩次正轉(zhuǎn)后情況沒有好轉(zhuǎn)，嘗試反向轉(zhuǎn)動每轉(zhuǎn)動1分鐘停歇10分鐘去強制旋轉(zhuǎn)，同時監(jiān)控三種參數(shù)；反向有轉(zhuǎn)動或者反向沒有轉(zhuǎn)動都會再次嘗試正向最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動；正反間隔嘗試各兩次后，如刀盤轉(zhuǎn)動明顯，系統(tǒng)會自動執(zhí)行3分鐘，刀盤轉(zhuǎn)動達到理想值，控制權(quán)移交操作人員，脫困結(jié)束；如正反間隔嘗試各兩次后情況沒有好轉(zhuǎn)，會自動切換成第二種算法[2]。②程序控制主驅(qū)動電機按照每運行1分鐘停歇10分鐘去強制正向旋轉(zhuǎn)，同時主推缸主推力由小增大到最大推力推進刀盤，正向旋轉(zhuǎn)停歇10分鐘后，反向運行1分鐘停歇10分鐘去強制旋轉(zhuǎn)，同時主推缸主推力由小增大到最大拉力回拉刀盤。如此反復各兩次。兩次后，如刀盤轉(zhuǎn)動明顯，系統(tǒng)會自動執(zhí)行3分鐘，刀盤轉(zhuǎn)動達到理想值，控制權(quán)移交操作人員，脫困結(jié)束。

以上兩種算法執(zhí)行完成后仍然沒有脫困，系統(tǒng)會提示請求人員干預清除刀盤附近的渣土。清理完成后，可以再次點擊該模式。直到脫困為止。

（2）前盾&伸縮盾被困脫困模式。選擇該脫困模式后，系統(tǒng)會根據(jù)該種困境下由易入難的步驟進行自動執(zhí)行，這期間操作人員可以觀察主控制界面，觀察脫困的進行程度。該種困境下有兩種算法：①程序按照單護盾模式進行普通級別的脫困，該種模式下，撐靴縮回到位；穩(wěn)定器低壓伸出；所有輔推缸同時伸出，4組輔推缸流量閥由小到達調(diào)節(jié)，壓力閥由小到大調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到最大值。如輔推缸位移明顯，系統(tǒng)會自動執(zhí)行3分鐘，位移達到理想值，控制權(quán)移交操作人員，脫困結(jié)束。如果輔推缸行程沒有明顯變化，系統(tǒng)自動執(zhí)行第二種算法[3]。②撐靴伸出到位，穩(wěn)定器縮回，四組主推流量閥開度由小變大，主推泵頻率由小變大，當達到最大推力時，如果10條主推缸行程都沒有變化，四組流量閥由第一組開始減少20%，然后，第一組恢復，第二組減少20%，然后第二組恢復，第三組減少20%，然后第三組恢復，第四組減少20%，如此兩組循環(huán)。如主推缸位移明顯，系統(tǒng)會自動執(zhí)行第二種算法兩次，位移達到理想值，控制權(quán)移交操作人員，脫困結(jié)束。

上面兩種算法執(zhí)行完成后，如果沒有脫困，就需要人員干預清理前盾&伸縮盾處的泥土，

清理完成后，可以再次試驗，直到脫困。

（3）尾盾被困脫困模式。選擇該脫困模式有一種算法：程序自動執(zhí)行穩(wěn)定器高壓伸出，到位后，穩(wěn)定器伸出指示燈常亮；小撐靴伸出，人機交互界面會自動顯示伸出壓力；撐靴縮回，縮回到位后，縮回到位指示燈常亮。以上條件滿足，四組輔推缸流量閥開度會由小到大，壓力閥由小到大，到達最大后第一組壓力閥壓力下降20%；到位后，第一組恢復，第二組壓力下降20%；到位后，第二組恢復，第三組下降20%；到位后，第三組恢復，第四組下降20%。如此循環(huán)兩組，如位移明顯系統(tǒng)會自動再次執(zhí)行兩組，位移達到理想值，控制權(quán)移交操作人員，脫困結(jié)束。上面兩組算法執(zhí)行完成后，如果沒有脫困，人機交互界面會提示現(xiàn)場操作人員再次點擊模式脫困按鈕，再執(zhí)行一次，如果還沒有脫困，就需要人員干預清理尾盾處的泥土。清理完成后，可以再次試驗，直到脫困。

4 結(jié)論

TBM隧道掘進機破碎帶智能脫困系統(tǒng)，對掘進機等智能化發(fā)展具有重要歷史意義，如設(shè)備卡機等情況出現(xiàn)，脫困過程處理會更加完善，不會因為因操作人員技術(shù)水平高低影響脫困的時間。不會因處理不當造成更嚴重的后果。該系統(tǒng)會在掘進機行業(yè)發(fā)揮更大的作用。