[发明专利]一种基于渣土监测的盾构渣土改良控制装置及方法

权利要求书

1.一种基于渣土监测的盾构渣土改良控制装置，包括自动机械臂I(1)和自动机械臂II，其特征在于，所述自动机械臂II的端部连接有采集渣土的抓取容器(8)，抓取容器(8)设置在运送渣土的皮带机(10)的上方，自动机械臂I(1)端部连接有搅拌抓取容器(8)中渣土的搅拌装置(9)，所述搅拌装置(9)上设有水分感应传感器(11)、测量搅拌渣土扭矩的扭矩传感器(4)和测量搅拌装置(9)及附着渣土后搅拌装置(9)重量的受力传感器(2)，抓取容器(8)上设有测量抓取容器(8)及其内渣土重量的称重传感器(6)，所述水分感应传感器(11)、扭矩传感器(4)、受力传感器(2)和称重传感器(6)均与控制器相连接，控制器与上位机相连接。

2.根据权利要求1所述的基于渣土监测的盾构渣土改良控制装置，其特征在于，所述抓取容器(8)包括左右对称的左半容器和右半容器，左半容器和右半容器的上部均设有抓取油缸(7)，抓取油缸(7)伸缩控制左半容器和右半容器的开合，且抓取容器(8)上部设有结构架II，抓取油缸(7)设置在结构架II上。

3.根据权利要求2所述的基于渣土监测的盾构渣土改良控制装置，其特征在于，所述搅拌装置(9)下部设有搅拌叶片，搅拌装置(9)上部与电机(5)相连接，电机(5)上部与油缸I(3)相连接，油缸I(3)通过结构架I与自动机械臂I(1)相连接。

4.根据权利要求3所述的基于渣土监测的盾构渣土改良控制装置，其特征在于，所述称重传感器(6)设置在抓取容器(8)和结构架II之间；所述水分感应传感器(11)设置在搅拌装置(9)下部的表面。

5.根据权利要求1或3所述的基于渣土监测的盾构渣土改良控制装置，其特征在于，所述自动机械臂I(1)上设有清理抓取容器(8)内和搅拌装置(9)上渣土的气压枪(12)。

6.一种基于渣土监测的盾构渣土改良控制方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤一：盾构机开始掘进，上位机获取出渣信息后给予渣土改良控制装置控制指令，同时检索当前掘进区间渣土地质勘探数据，获取当前渣土的含水量区间[ω_min，ω_max]和抗剪强度区间[s_min，s_max]；其中，ω_min为最小含水量，ω_max为最大含水量，s_min为渣土的最小抗剪强度，s_max为渣土的最大抗剪强度；

步骤二：自动机械臂II带动抓取容器(8)向下移动，抓取油缸(7)收回带动抓取容器(8)打开，采集皮带机上运送的渣土，抓取油缸(7)伸出带动抓取容器(8)关闭，称重传感器(6)测量抓取容器(8)中获取的渣土质量t1；

步骤三：上位机获得称重传感器(6)的称重信息后，自动机械臂I(1)将搅拌装置(9)推进到抓取容器(8)的渣土内，搅拌装置(9)开始搅拌，扭矩传感器(4)获取搅拌的扭矩Ts；

步骤四：搅拌装置(9)搅拌1分钟后停止，水分感应传感器(11)获取渣土的含水量指标W，自动机械臂I(1)收回搅拌装置(9)，受力传感器(2)获取搅拌装置(9)上附带渣土的质量G₁，收回抓取油缸(7)带动抓取容器(8)打开，渣土倒出，称重传感器(6)获取附着在抓取容器(8)底部的渣土质量t2；

步骤五：上位机通过扭矩Ts计算渣土的抗剪强度s，通过渣土质量t1、渣土质量t2和质量G₁计算渣土粘度ω；

步骤六：上位机比较抗剪强度s与抗剪强度区间[s_min，s_max]的关系、比较渣土粘度ω与含水量区间[ω_min，ω_max]的关系，实时调节泡沫流量和改良剂流量，从而对渣土进行改良。