TBM隧道掘进机破碎带智能脱困系统

李长达

中船重工（青岛）轨道交通装备有限公司 山东青岛 266000

1 现阶段脱困方式

现阶段掘进机被困后，都是采用人为操作脱困，这样脱困时间和脱困过程中的风险就跟现场指挥人员的经验和能力就有很大的关系，前期如果操作不当，会造成更加严重的后果。

2 智能脱困系统重要性

当设备出现卡机等情况，启动智能脱困系统，将会按照卡机情况智能处理，不会因指挥人员的优劣影响脱困速度，并且不会出现因操作不当造成的二次事故，在安全大于一切的现阶段具有推广意义。

3 智能脱困系统的控制

3.1 脱困系统人机交互界面参数设置

脱困系统运行与正常TBM系统运行区别很大，机、电、液在脱困时都运行在危险区域，对时间的要求非常精确，不能有半点侥幸和马虎，因此在脱困系统运行前要先设置参数，确保设备的安全。需要设置的参数举例如下：

主推泵的推动压力上限调节、刀盘整体扭矩上限调节、皮带机与刀盘运行状态短接、内循环水压力上限调节、主驱动电机最大工作电流调节和辅推泵上限压力调节等[1]。

3.2 脱困系统设备安全状况检测

脱困系统运行前要对TBM自身的状态检测，以防止信息采集有误，主要对位移压力等传感器进行检测。尤其是主推行程传感器、辅推行程传感器和液压站上的压力传感器等。

3.3 脱困模式选择

脱困模式现研究阶段可以实现刀盘被困脱困模式、前盾&伸缩盾被困脱困模式和支撑盾&尾盾被困脱困模式。

（1）刀盘被困脱困模式。选择该脱困模式后，系统会根据该种困境下由易入难的步骤进行自动执行，这期间操作人员可以观察主控制界面，观察脱困的进行程度。该种困境下有两种算法：①由于在参数设置时把扭矩已经设置为最大脱困扭矩，因此程序会控制8台主驱动电机按照每运行1分钟停歇10分钟去强制正向旋转，每次会自动检测每个电机的电流变化、扭矩的变化和刀盘是否转动；两次正转后情况没有好转，尝试反向转动每转动1分钟停歇10分钟去强制旋转，同时监控三种参数；反向有转动或者反向没有转动都会再次尝试正向最大转矩转动；正反间隔尝试各两次后，如刀盘转动明显，系统会自动执行3分钟，刀盘转动达到理想值，控制权移交操作人员，脱困结束；如正反间隔尝试各两次后情况没有好转，会自动切换成第二种算法[2]。②程序控制主驱动电机按照每运行1分钟停歇10分钟去强制正向旋转，同时主推缸主推力由小增大到最大推力推进刀盘，正向旋转停歇10分钟后，反向运行1分钟停歇10分钟去强制旋转，同时主推缸主推力由小增大到最大拉力回拉刀盘。如此反复各两次。两次后，如刀盘转动明显，系统会自动执行3分钟，刀盘转动达到理想值，控制权移交操作人员，脱困结束。

以上两种算法执行完成后仍然没有脱困，系统会提示请求人员干预清除刀盘附近的渣土。清理完成后，可以再次点击该模式。直到脱困为止。

（2）前盾&伸缩盾被困脱困模式。选择该脱困模式后，系统会根据该种困境下由易入难的步骤进行自动执行，这期间操作人员可以观察主控制界面，观察脱困的进行程度。该种困境下有两种算法：①程序按照单护盾模式进行普通级别的脱困，该种模式下，撑靴缩回到位；稳定器低压伸出；所有辅推缸同时伸出，4组辅推缸流量阀由小到达调节，压力阀由小到大调节，调节到最大值。如辅推缸位移明显，系统会自动执行3分钟，位移达到理想值，控制权移交操作人员，脱困结束。如果辅推缸行程没有明显变化，系统自动执行第二种算法[3]。②撑靴伸出到位，稳定器缩回，四组主推流量阀开度由小变大，主推泵频率由小变大，当达到最大推力时，如果10条主推缸行程都没有变化，四组流量阀由第一组开始减少20%，然后，第一组恢复，第二组减少20%，然后第二组恢复，第三组减少20%，然后第三组恢复，第四组减少20%，如此两组循环。如主推缸位移明显，系统会自动执行第二种算法两次，位移达到理想值，控制权移交操作人员，脱困结束。

上面两种算法执行完成后，如果没有脱困，就需要人员干预清理前盾&伸缩盾处的泥土，

清理完成后，可以再次试验，直到脱困。

（3）尾盾被困脱困模式。选择该脱困模式有一种算法：程序自动执行稳定器高压伸出，到位后，稳定器伸出指示灯常亮；小撑靴伸出，人机交互界面会自动显示伸出压力；撑靴缩回，缩回到位后，缩回到位指示灯常亮。以上条件满足，四组辅推缸流量阀开度会由小到大，压力阀由小到大，到达最大后第一组压力阀压力下降20%；到位后，第一组恢复，第二组压力下降20%；到位后，第二组恢复，第三组下降20%；到位后，第三组恢复，第四组下降20%。如此循环两组，如位移明显系统会自动再次执行两组，位移达到理想值，控制权移交操作人员，脱困结束。上面两组算法执行完成后，如果没有脱困，人机交互界面会提示现场操作人员再次点击模式脱困按钮，再执行一次，如果还没有脱困，就需要人员干预清理尾盾处的泥土。清理完成后，可以再次试验，直到脱困。

4 结论

TBM隧道掘进机破碎带智能脱困系统，对掘进机等智能化发展具有重要历史意义，如设备卡机等情况出现，脱困过程处理会更加完善，不会因为因操作人员技术水平高低影响脱困的时间。不会因处理不当造成更严重的后果。该系统会在掘进机行业发挥更大的作用。