顶管设备姿态纠偏控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种顶管设备姿态纠偏控制装置，属于工程机械设备技术领域。


背景技术：

2.随着地下管道建设力度的加大，地下管道顶管设备因可大幅度提高地下管道铺设，工程质量稳定、加快施工进度、节省能源、降低施工成本、提高生产率等特点，得到了广泛的使用。
3.顶管设备主要用于在地下管道建设中，使用机头的刀盘旋转铣削出管道安放的隧道，地下铣削有的时候因地貌或者其他因素需要向上或向下避让后再进行铣削，顶管设备设置了上下左右4个纠偏油缸，通过控制各个纠偏油缸的伸缩位置，实现改变刀盘倾斜角度，满足改变铣削角度的需求。
4.但是目前的顶管设备主要还是操作员进行人工操作控制，需要控制铣削角度、刀盘电机、水泵、油泵等，还要实时观测各类传感器的数据。往往因地下情况复杂等因素，顶管设备铣削平面受力不均匀或人工操作不当，导致铣削角度发生偏差；若操作人员疏忽，会造成巨大的生产事故，严重造成设备报废。
5.随着倾角传感器的广泛使用，技术越来越成熟，使得顶管设备自动姿态纠偏成为可能。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种顶管设备姿态自动纠偏控制装置，自动改变刀盘倾斜角度，并在刀盘倾斜角度与设置角度发生偏差时自动纠正，减少角度偏差，满足自动调节铣削角度的需求，避免人工操作导致生产事故。
7.本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：
8.一种顶管设备姿态纠偏控制装置，包括可编程控制器plc、双轴倾角传感器q0、上纠偏油缸行程位移传感器q1、下纠偏油缸行程位移传感器q2、左纠偏油缸行程位移传感器q3、右纠偏油缸行程位移传感器q4、手动自动切换开关sa0、上纠偏油缸伸出开关sa1、上纠偏油缸缩回开关sa2、下纠偏油缸伸出开关sa3、下纠偏油缸缩回开关sa4、左纠偏油缸伸出开关sa5、左纠偏油缸缩回开关sa6、右纠偏油缸伸出开关sa7、右纠偏油缸缩回开关sa10、上纠偏油缸伸出阀线圈yv1a、上纠偏油缸缩回阀线圈yv1b、下纠偏油缸伸出阀线圈yv2a、下纠偏油缸缩回阀线圈yv2b、左纠偏油缸伸出阀线圈yv3a、左纠偏油缸缩回阀线圈yv3b、右纠偏油缸伸出阀线圈yv4a、右纠偏油缸缩回阀线圈yv4b；所述手动自动切换开关sa0、上纠偏油缸伸出开关sa1、上纠偏油缸缩回开关sa2、下纠偏油缸伸出开关sa3、下纠偏油缸缩回开关sa4、左纠偏油缸伸出开关sa5、左纠偏油缸缩回开关sa6、右纠偏油缸伸出开关sa7、右纠偏油缸缩回开关sa10的一端均与可编程控制器plc的输入公共端相连，另一端分别与可编程控制器plc的9个输入端子相连；上纠偏油缸行程位移传感器q1、下纠偏油缸行程位移传感器q2、左纠偏油缸行程位移传感器q3、右纠偏油缸行程位移传感器q4的信号输出端分别与
可编程控制器plc的4个模拟量输入端子相连；双轴倾角传感器q0的x轴倾角信号、y轴倾角信号输出端分别与可编程控制器plc的2个模拟量输入端子相连；所述上纠偏油缸伸出阀线圈yv1a、上纠偏油缸缩回阀线圈yv1b、下纠偏油缸伸出阀线圈yv2a、下纠偏油缸缩回阀线圈yv2b、左纠偏油缸伸出阀线圈yv3a、左纠偏油缸缩回阀线圈yv3b、右纠偏油缸伸出阀线圈yv4a、右纠偏油缸缩回阀线圈yv4b的一端分别与可编程控制器plc的8个输出端子相连，所有阀线圈的另一端均与输出端工作电源的n线相连，可编程控制器plc的输出公共端与工作电源的l线相连。
9.本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
10.前述顶管设备姿态纠偏控制装置，其中可编程控制器plc采用三菱的fx3u-64mr基本单元以及fx3u-4ad模拟量扩展模块。
11.前述顶管设备姿态纠偏控制装置，其中双轴倾角传感器q0的型号为bwk220。
12.前述顶管设备姿态纠偏控制装置，其中上纠偏油缸行程位移传感器q1、下纠偏油缸行程位移传感器q2、左纠偏油缸行程位移传感器q3、右纠偏油缸行程位移传感器q4的型号均为hlc-100mm。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：由plc根据设定的机头刀盘工作角度，实时采集倾角传感器数据，控制纠偏油缸工作，实现姿态实时检测以及刀盘铣削角度自动控制及纠偏功能。
附图说明
14.图1是本实用新型的实施例plc基本单元电路接线图；
15.图2是本实用新型的实施例plc模拟量扩展单元电路接线图。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
17.如图1、2所示，本实用新型的顶管设备姿态纠偏控制装置，包括可编程控制器plc、双轴倾角传感器q0、上纠偏油缸行程位移传感器q1、下纠偏油缸行程位移传感器q2、左纠偏油缸行程位移传感器q3、右纠偏油缸行程位移传感器q4、手动自动切换开关sa0、上纠偏油缸伸出开关sa1、上纠偏油缸缩回开关sa2、下纠偏油缸伸出开关sa3、下纠偏油缸缩回开关sa4、左纠偏油缸伸出开关sa5、左纠偏油缸缩回开关sa6、右纠偏油缸伸出开关sa7、右纠偏油缸缩回开关sa10、上纠偏油缸伸出阀线圈yv1a、上纠偏油缸缩回阀线圈yv1b、下纠偏油缸伸出阀线圈yv2a、下纠偏油缸缩回阀线圈yv2b、左纠偏油缸伸出阀线圈yv3a、左纠偏油缸缩回阀线圈yv3b、右纠偏油缸伸出阀线圈yv4a、右纠偏油缸缩回阀线圈yv4b；所述手动自动切换开关sa0、上纠偏油缸伸出开关sa1、上纠偏油缸缩回开关sa2、下纠偏油缸伸出开关sa3、下纠偏油缸缩回开关sa4、左纠偏油缸伸出开关sa5、左纠偏油缸缩回开关sa6、右纠偏油缸伸出开关sa7、右纠偏油缸缩回开关sa10的一端均与可编程控制器plc的输入公共端ov相连，另一端分别与可编程控制器plc的9个输入端子x0-x10相连；上纠偏油缸行程位移传感器q1、下纠偏油缸行程位移传感器q2、左纠偏油缸行程位移传感器q3、右纠偏油缸行程位移传感器q4的信号输出端分别与可编程控制器plc的一个fx3u-4ad模拟量扩展模块的4个模拟量输入端子ch1-ch4相连；双轴倾角传感器q0的x轴倾角信号、y轴倾角信号输出端分别与
可编程控制器plc的另一个fx3u-4ad模拟量扩展模块的2个模拟量输入端子ch1-ch2相连；所述上纠偏油缸伸出阀线圈yv1a、上纠偏油缸缩回阀线圈yv1b、下纠偏油缸伸出阀线圈yv2a、下纠偏油缸缩回阀线圈yv2b、左纠偏油缸伸出阀线圈yv3a、左纠偏油缸缩回阀线圈yv3b、右纠偏油缸伸出阀线圈yv4a、右纠偏油缸缩回阀线圈yv4b的一端分别与可编程控制器plc的8个输出端子相连，所有阀线圈的另一端均与输出端工作电源的n线相连，可编程控制器plc的输出公共端与工作电源的l线相连。
18.本实施例的主要元器件型号如下表所示。
19.表1：
20.名称型号数量品牌保险丝5a1吉门钮子开关631h/21apem钮子开关637h/28apemplcfx3u-64mr1三菱模拟量模块fx3u-4ad2三菱电磁阀4wrz8力士乐行程位移传感器hlc-100mm4geert双轴倾角传感器bwk2201北微传感
21.本实施例的双轴倾角传感器q0安装于顶管设备的机头刀盘上，用于检测刀盘x轴倾角信号、y轴倾角信号，上纠偏油缸行程位移传感器q1、下纠偏油缸行程位移传感器q2、左纠偏油缸行程位移传感器q3、右纠偏油缸行程位移传感器q4分别安装于上下左右纠偏油缸上，检测纠偏油缸的运动行程位移量。
22.本实施例的具体工作过程如下：
23.1、手动：
24.sa0开关选择手动，顶管设备由操作台开关操作控制，plc根据输入开关信号对应输出控制纠偏油缸。即sa1-sa10开关闭合，对应输出y0-y7控制纠偏油缸电磁阀动作，同一组油缸伸缩不可同时输出启动信号。
25.2、自动：
26.(1)sa0开关选择自动，各个手动纠偏油缸伸缩开关均无效。即顶管设备plc根据设定的角度，结合双轴倾角传感器信号、各个纠偏油缸行程位移传感器信号自动控制纠偏油缸伸缩，实现姿态纠偏调整。
27.双轴倾角传感器可以同时采集机头刀盘x轴倾角信号、y轴倾角信号，倾角信号为模拟量电流信号4～20ma,对应角度-30
°
～30
°
。行程位移传感器信号为模拟量电压信号0～10v，对应的行程为0-10cm。假设机头最大可倾斜角度为30
°
，即上/下或左/右纠偏油缸每对偏差为1cm时,对应偏差角度为
±3°
，也就意味着，纠偏油缸行程偏差量x＝设定角度/3
°
。若设定倾斜角度为6
°
，则上纠偏油缸应该比下纠偏油缸行程多2cm。根据采集的倾角传感器信号，若此时刀盘实际倾斜角度未达到6
°
，则plc应控制上纠偏油缸继续前伸，进行纠偏直到实际倾斜角达到6
°
；若此时实际角度大于6
°
了，则plc应控制上纠偏油缸缩回一定行程，直到实现实际角度为6
°
。若设定倾斜角度为-6
°
，则下纠偏油缸行程比上纠偏油缸多2cm。根据采集的倾角传感器信号，若此时角度小于-6
°
，则plc应控制下纠偏油缸继续前伸，直到实
现-6
°
的倾斜角度；若此时角度大于-6
°
，则plc会控制下纠偏油缸缩回一定行程，直到实现-6
°
的实际倾斜角度。左右方向的工作原理同上所述。
28.除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。