[发明专利]掘进机截割控制装置、方法及悬臂掘进机

说明书

本发明属于自动化掘进设备领域，特别涉及一种掘进机截割控制装置、方法及悬臂掘进机，该装置包含：掘进机电控比例阀模块，用于控制掘进机截割升降和回转；掘进机传感器模块，用于采集掘进机截割过程中执行数据；扫描定位模块，用于获取隧道断面目标点云数据，及隧道断面与靶点之间空间距离；定位靶点模块，包含定位节点和校正节点；工业相机，用于采集掘进机多点光标图像；全站仪模块，用于测量标定定位靶点模块和工业相机位置信息；工控一体机，用于接收反馈数据，动态显示掘进机断面与截割头相对位置，掘进机相关参数模型及定位操作界面。本发明有效控制超欠挖量，提高掘进效率和智能化水平，降低设备故障率及截齿损耗，具有较强工程应用前景。

技术领域

本发明属于自动化掘进设备领域，特别涉及一种掘进机截割控制装置、方法及悬臂掘进机。

背景技术

悬臂式掘进机作为一种高效灵活的掘进设备，已经广泛应用于巷道和隧道的挖掘。由于工作环境恶劣，高粉尘、高振动，对其工作状态的监视和控制尤为重要。监视方面主要包括：悬臂掘进机各部件的工作状态、实时位置信息等。控制方面主要包括：悬臂掘进机各部件动作、电气及液压实时参数。控制系统的最终目的是实现掘进机在高效率低损耗状态下实施掘进施工，具体指标有超欠挖率、截齿损耗、设备故障率及易操作性。现有技术方案掘进机在控制超欠挖方面主要通过收集设备自身姿态数据并结合后方全站仪对安装在掘进机上反射棱镜的定位数据来实现空间坐标的统一，进而实现掘进机截割头位置的监控，这种方案在其它隧道设备如湿喷机、凿岩台车工作环境振动小、粉尘少的情况下能够达到技术要求，但在掘进机工况下只停留在理论阶段，且单次定位时间会达到几十秒，不适合机动性较强的掘进机设备。对于掘进机截割臂的截割反馈控制现有技术方案主要把截割电机电流作为依据来实现截割推进速度的调整，这种单维度的调整关系在实际工作中并不适用，例如截割岩石硬度分布不均匀或操作手技术不熟练时，截割电机电流会频繁大幅度变化，这就引起截割臂推进速度随之变化，并使掘进机给人留下‘没劲’的直观印象，直接导致截割效率降低。

发明内容

为此，本发明提供一种掘进机截割控制装置、方法及悬臂掘进机，有效控制超欠挖量，提高掘进效率和智能化水平，降低设备故障率及截齿损耗。

按照本发明所提供的设计方案，一种掘进机截割控制装置，包含：

设于掘进机上的掘进机电控比例阀模块，用于控制掘进机截割升降和回转；

设于掘进机上的掘进机传感器模块，用于采集掘进机截割过程中油缸位移数据、掘进机俯仰角滚动角数据、截割部振动数据及掘进机液压系统和水冷却系统两者中的压力和流量数据；

设于掘进机上的扫描定位模块，用于获取隧道断面目标点云数据，及隧道断面与靶点之间空间距离；

设于隧道内的定位靶点模块，包含定位节点和校正节点；

设于隧道内的工业相机，用于依据全站仪模块定位数据采集掘进机多点光标图像；

设于隧道内的全站仪模块，用于测量标定定位靶点模块和工业相机的位置信息；

设于掘进机上的工控一体机，用于接收并处理掘进机电控比例阀模块、掘进机传感器模块、扫描定位模块及全站仪模块反馈数据，并依据工业相机多点光标图像动态显示掘进机断面与截割头的相对位置，并实时显示掘进机实时电气参数、扫描定位模块开挖隧道模型及定位操作指示界面。

上述的，掘进机电控比例阀模块包含截割上升减压阀、截割下降减压阀、截割左回转减压阀、截割右回转减压阀、截割上升溢流阀、截割下降溢流阀、截割左回转溢流阀和截割右回转溢流阀。

上述的，掘进机传感器模块包含截割臂升降油缸、回转油缸、后支撑油缸及铲板油缸的内置磁致位移传感器，掘进机俯仰角左右滚动角检测传感器，安装于截割部的振动检测传感器，安装于液压系统中的压力传感器和流量传感器，及安装于水冷却除尘系统中的压力传感器和流量传感器。