1.发明涉及长距离隧道掘进皮带机出碴控制技术领域，具体涉及一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统及调控方法。
背景技术：
2.tbm以其快速、高效、环保等优点，在山岭隧道中得到了广泛的应用，和以往人工钻爆法相比，很大程度上提高了施工效率，也取得了良好的应用效果。目前，tbm施工大多采用皮带机出碴，尤其是长距离山岭隧道的开挖，使用皮带机出碴可以大大提高施工的效率。但是，在tbm掘进使用皮带机的方式中，目前主要是采用主洞皮带机结合斜井皮带机辅助出碴的方式，主洞可以分为独头掘进或者两台tbm相向掘进，截止到目前，通过现场调查，为了保证出碴的连续性，有时在tbm没有掘进的状态，也保持主洞皮带机和斜井皮带机的工作状态，以便适应tbm再次掘进状态的及时出碴。但是，这样皮带机没有功效的运转将会大大降低其寿命，增大维保成本和浪费大量能源。
3.因此，基于目前现场皮带机使用存在的现状，如果能提出一种既能解决皮带机无效率空转的问题，又能解决tbm再次掘进出碴时主洞和斜井皮带机的快速响应，将会大大提高皮带的机的使用寿命，节省大量的维保成本和能源。所以，发明一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统显得尤其重要。
技术实现要素：
4.本发明的目的就是为了解决现有技术中隧洞内出碴工步能耗大，自动化程度低的问题。
5.本发明的具体方案是：设计一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统，包括y字形的出碴运输链，其中v字头包括设置于主隧洞内的两条送料管廊，i字头包括设置于支洞隧洞内的一条出碴管廊，所述送料管廊包括至少两个
皮带输送机，所述出碴管廊上包括至少一个皮带输送机，上述皮带输送机的上方均设有红外感应机构，所述红外感应机构连通控制电路以带动所述皮带输送机的动力源的启闭和转向；所述拐点处还设有转向电机带动的拨块，所述拨块形成送料管廊与所述出碴管廊间的或开关；所述皮带输送机上的传动轴为中间细两头粗的反鼓形；临近所述拐点的皮带输送机上方设有格栅护栏，其格栅方向与所述物料流动方向相垂直。
6.具体实施中，所述皮带输送机底部设有若干升降架，以形成所述出碴管廊和所述送料管廊内逐级降低的送料通道，所述升降架包括底部固定块、丝杠和顶部移动块，所述顶部移动块与皮带输送机的机架相连接，同时配合安装在所述丝杠内，所述底部固定块固定在地面上，同时固定连接所述丝杠，所述丝杠上设有水深感应原件，所述水深感应原件与所述控制电路通讯连接。
7.具体实施中，所述皮带输送机的机架上还设有折叠式防水棚，所述折叠式防水棚包括y字形的支架，其中立杆插装于所述皮带输送机的机架上，顶部铰支连接两根连杆，其
中一根安装防水棚布，另一跟抵装于隧洞衬砌面。
8.具体实施中，所述拨块底部设有过渡板，所述过渡板为叶片性或心形，在心形条件下，过渡板的外侧边缘设有防落料护栏。
9.具体实施中，在所述y字形的出碴运输链的拐点处，所述皮带输送机上空套连接间歇步进机构，以实现闲时状态下在所述出碴管廊上皮带输送机的逐个进料。
10.具体实施中，在所述y字形的出碴运输链的拐点处的皮带输送机上安装有电机，所述电机的输出轴空套连接滑块，所述滑块与传动轮的主轴间为齿轮配合，所述滑块底部设有拨叉，所述滑块上设有顺序传动轮和间歇传动轮，所述间歇传动轮上，齿形所占圆周弧度为1/4。
11.或者，在所述y字形的出碴运输链的拐点处的皮带输送机对应的输入轴上，连接有带动所述输入轴往复转动的摆动机构，所述摆动机构包括带有动力源的四连杆机构，摆动机构的主动轮上，嵌套安装的滑动点和轴心间形成摇杆，其中摇杆的一端配合连接动力源，连杆的两端各连接摇杆和摆杆，控制壳的内部连接超越离合器，超越离合器经由间歇传动原件传递动力只输入轴，所述控制壳的轴心到与连杆的连接点处形成摆杆。
12.本发明还涉及一种长距离隧道皮带机出碴节能调控方法，使用上述的长距离隧道皮带机出碴节能调控系统，包括如下步骤：（1）安装：按出料的上下游顺序，依次安装y字形的出碴运输链，其中保证主洞端折叠式防水棚同时起到防止渗水和支护的作用；（2）送料.沿步骤（1）中所述的出碴运输链每隔2米设置一个红外感应柱，所述红外感应柱上沿垂直方向设置2-4个红外感应原件以感应物料堆放高度，当连续三个顶部红外感应原件量程内存在物料时，判定为忙时，支洞内的皮带输送机全功率工作，其他条件下判定为闲时，支洞内的皮带输送机全功率工作；（3）调节：控制器接收两条送料管廊的物料信息，输出信号至拨块以确定送料先后顺序。
13.所述步骤（3）中，还包括对送料管廊的物料的摇摆均匀化和格栅阻隔均匀化。
14.本发明的有益效果在于：对隧洞内的皮带输送设定了闲时和忙时，并可以通过红外感应装置自动判定，设计一种闲时节能的工作方式，在忙时可以及时统筹物料管廊开放的先后顺序，实现科学统筹，在闲时，可以利用变频电机实现降功率运行；折叠式防水棚的结构设计最大的利用了隧洞本身的条件，实现了保护设备和提升自身强度的有效结合，拆装方便，形式灵活。
15.对输送物料的管廊提出技术改进，可以在节能的基础上有效防止物料堵塞；管廊的上方加装防水棚，管廊的下方加装水深感应原件，远程指导电机的通断路，应对隧洞内突发管涌状激流；间歇进料和筛分格栅，可以有效将固结的碴料打碎运输，降低设备的局部应力，延长设备的使用寿命。
附图说明
16.图1是本发明结构的立体图；
图2是本发明结构的主视图；图3是本发明结构的俯视图；图4是本发明结构的左视图；图5是隧洞中安装示意图；图6是本发明中过渡板的俯视图；图7是本发明中间歇步进机构安装结构示意图；图8是本发明中另一实施例的间歇步进机构的安装示意图；图9是图8所示结构中间歇步进机构本身的立体图；图10是本发明中升降架和丝杠的结构示意图；图中各部件名称：1. 出碴管廊；2. 送料管廊；3.安装红外感应机构的测量柱；4.升降架；5. 转向电机；6. 拨块；7. 过渡板；8. 格栅护栏；9. 防落料护栏；10.丝杠；11. 水深感应原件；12. 滑块；13.齿轮；14.间歇齿轮；15. 皮带输送机；16. 主动轮；17.连杆；18. 控制壳；19.棘齿；20.超越离合器；21.隧洞；22. 立杆；23.皮带输送机的固定架；部件23采用省略画法。
具体实施方式
17.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
18.实施例1一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统及调控方法，参见图1至图6，设计一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统，包括y字形的出碴运输链，其中v字头包括设置于主隧洞内的两条送料管廊2，i字头包括设置于支洞隧洞内的一条出碴管廊1，送料管廊2包括至少两个皮带输送机15，出碴管廊1上包括至少一个皮带输送机15，上述皮带输送机15的上方均设有红外感应机构，红外感应机构连通控制电路以带动皮带输送机15的动力源的启闭和转向；拐点处还设有转向电机5带动的拨块6，拨块6形成送料管廊2与出碴管廊1间的或开关；皮带输送机15上的传动轴为中间细两头粗的反鼓形；临近拐点的皮带输送机15上方设有格栅护栏8，其格栅方向与物料流动方向相垂直。工作过程中，支洞两端、主洞的两个方向依次朝向支洞出碴，皮带输送机15起到送料的作用，在拐点物料转向处拨块6实现对物料进料的统筹，拨块6的转动信息来自于控制器的信息指令，而控制器的输入端信息来源于各个红外传感器信息的判定。
19.皮带输送机15底部设有若干升降架4，以形成出碴管廊1和送料管廊2内逐级降低的送料通道，升降架4包括底部固定块、丝杠10和顶部移动块，顶部移动块与皮带输送机15的机架相连接，同时配合安装在丝杠10内，底部固定块固定在地面上，同时固定连接丝杠10，丝杠10上设有水深感应原件11，水深感应原件11与控制电路通讯连接。因为隧洞内工况环境差，设备经常损坏，该设计可以实现灵活调节和设备的灵活更换。
20.皮带输送机15的机架上还设有折叠式防水棚，折叠式防水棚包括y字形的支架，其中立杆22插装于皮带输送机15的机架上，顶部铰支连接两根连杆17，其中一根安装防水棚布，另一跟抵装于隧洞衬砌面。该设计合理的利用的隧洞本身的结构，为皮带输送机15提供了稳定的支护，同时避免了防止隧洞内渗水对设备的影响。
21.拨块6底部设有过渡板7，过渡板7为叶片性或心形，在心形条件下，过渡板7的外侧边缘设有防落料护栏9。可以实现物料的稳定转弯。
22.在y字形的出碴运输链的拐点处，皮带输送机15上空套连接间歇步进机构，以实现闲时状态下在出碴管廊1上皮带输送机15的逐个进料。
23.在y字形的出碴运输链的拐点处的皮带输送机15上安装有电机，电机的输出轴空套连接滑块12，滑块12与传动轮的主轴间为齿轮13配合，滑块12底部设有拨叉，滑块12上设有顺序传动轮和间歇传动轮，间歇传动轮上，齿形所占圆周弧度为1/4。该设计的目的在于，当处于闲时状态，可以通过间歇运动，实现对物料的集中收集后在转入支洞的出碴管廊1，以一种低功率的状态实现物料的闲时的运输。
24.本实施例还涉及一种长距离隧道皮带机出碴节能调控方法，使用上述的长距离隧道皮带机出碴节能调控系统，包括如下步骤：（1）安装：按出料的上下游顺序，依次安装y字形的出碴运输链，其中保证主洞端折叠式防水棚同时起到防止渗水和支护的作用；（2送料.沿步骤（1）中的出碴运输链每隔2米设置一个红外感应柱，红外感应柱上沿垂直方向设置2-4个红外感应原件以感应物料堆放高度，当连续三个顶部红外感应原件量程内存在物料时，判定为忙时，支洞内的皮带输送机15全功率工作，其他条件下判定为闲时，支洞内的皮带输送机15全功率工作；（3调节：控制器接收两条送料管廊2的物料信息，输出信号至拨块6以确定送料先后顺序。
25.步骤（3）中，还包括对送料管廊2的物料的摇摆均匀化和格栅阻隔均匀化。防止局部压强过大。
26.实施例2本实施例工作原理同实施例1，具体不同之处在于：在y字形的出碴运输链的拐点处的皮带输送机15对应的输入轴上，连接有带动输入轴往复转动的摆动机构，摆动机构包括带有动力源的四连杆17机构，其中摆动机构的主动轮16上，嵌套安装的滑动点和轴心间形成摇杆，摇杆的一端配合连接动力源，连杆17的两端各连接摇杆和摆杆，控制壳18的内部连接超越离合器20，超越离合器20经由间歇传动原件传递动力只输入轴，控制壳18的轴心到与连杆17的连接点处形成摆杆。
27.本实施例中，间歇传动原件为棘轮棘齿19连接，具体工作时，由于调节罩套装在轴承盖上，可转动，采用调节棘轮罩位置的方法，通过改变棘轮罩的位置，使部分行程棘齿19沿棘轮罩表面滑过，从而实现棘轮转角大小的调整的目的。
28.同时，在输入端输入转速不变的情况下，超越离合器20工作的状态，主轴转速恒定为a，反向状态棘齿19带动棘轮的运动中转速恒定为b的话，可通过调节b实现整个工作机构输出轴在正向转动与反向转动间存在差速c=a-b,且c可调节，该机构能适应需要差速进给的大型机械，相当于筛动的过程，也就是常用语言中的“晃着走”。结构简单，跳出了以往只能用双棘轮或添加齿轮13或其他零件的思路，在“晃着走”的过程中，实现物料在皮带上的均匀化，碎末化，便于整个系统清碴的有效完成。
29.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。技术特征：
1.一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统，其特征在于：包括y字形的出碴运输链，其中v字头包括设置于主隧洞内的两条送料管廊（2），i字头包括设置于支洞隧洞内的一条出碴管廊（1），所述送料管廊（2）包括至少两个皮带输送机（15），所述出碴管廊（1）上包括至少一个皮带输送机（15），上述皮带输送机（15）的上方均设有红外感应机构，所述红外感应机构连通控制电路以带动所述皮带输送机（15）的动力源的启闭和转向；所述拐点处还设有转向电机（5）带动的拨块（6），所述拨块（6）形成送料管廊（2）与所述出碴管廊（1）间的或开关；所述皮带输送机（15）上的传动轴为中间细两头粗的反鼓形；临近所述拐点的皮带输送机（15）上方设有格栅护栏（8），其格栅方向与所述物料流动方向相垂直。2.如权利要求1所述的一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统，其特征在于：所述皮带输送机（15）底部设有若干升降架（4），以形成所述出碴管廊（1）和所述送料管廊（2）内逐级降低的送料通道，所述升降架（4）包括底部固定块、丝杠（10）和顶部移动块，所述顶部移动块与皮带输送机（15）的机架相连接，同时配合安装在所述丝杠（10）内，所述底部固定块固定在地面上，同时固定连接所述丝杠（10），所述丝杠（10）上设有水深感应原件（11），所述水深感应原件（11）与所述控制电路通讯连接。3.如权利要求2所述的一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统，其特征在于：所述皮带输送机（15）的机架上还设有折叠式防水棚，所述折叠式防水棚包括y字形的支架，其中立杆（22）插装于所述皮带输送机（15）的机架上，顶部铰支连接两根连杆（17），其中一根安装防水棚布，另一跟抵装于隧洞衬砌面。4.如权利要求1所述的一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统，其特征在于：，所述拨块（6）底部设有过渡板（7），所述过渡板（7）为叶片性或心形，在心形条件下，过渡板（7）的外侧边缘设有防落料护栏（9）。5.如权利要求4所述的一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统，其特征在于：在所述y字形的出碴运输链的拐点处，所述皮带输送机（15）上空套连接间歇步进机构，以实现闲时状态下在所述出碴管廊（1）上皮带输送机（15）的逐个进料。6.如权利要求5所述的一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统，其特征在于：在所述y字形的出碴运输链的拐点处的皮带输送机（15）上安装有电机，所述电机的输出轴空套连接滑块（12），所述滑块（12）与传动轮的主轴间为齿轮（13）配合，所述滑块（12）底部设有拨叉，所述滑块（12）上设有顺序传动轮和间歇传动轮，所述间歇传动轮上，齿形所占圆周弧度为1/4。7.如权利要求5所述的一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统，其特征在于：在所述y字形的出碴运输链的拐点处的皮带输送机（15）对应的输入轴上，连接有带动所述输入轴往复转动的摆动机构，所述摆动机构包括带有动力源的四连杆（17）机构，摆动机构的主动轮（16）上，嵌套安装的滑动点和轴心间形成摇杆，其中摇杆的一端配合连接动力源，连杆（17）的两端各连接摇杆和摆杆，控制壳（18）的内部连接超越离合器（20），超越离合器（20）经由间歇传动原件传递动力只输入轴，所述控制壳（18）的轴心到与连杆（17）的连接点处形成摆杆。8.一种长距离隧道皮带机出碴节能调控方法，使用如权利要求1所述的长距离隧道皮
带机出碴节能调控系统，其特征在于：包括如下步骤：（1）安装：按出料的上下游顺序，依次安装y字形的出碴运输链，其中保证主洞端折叠式防水棚同时起到防止渗水和支护的作用；（2）送料.沿步骤（1）中所述的出碴运输链每隔2米设置一个红外感应柱，所述红外感应柱上沿垂直方向设置2-4个红外感应原件以感应物料堆放高度，当连续三个顶部红外感应原件量程内存在物料时，判定为忙时，支洞内的皮带输送机（15）全功率工作，其他条件下判定为闲时，支洞内的皮带输送机（15）全功率工作；（3）调节：控制器接收两条送料管廊（2）的物料信息，输出信号至拨块（6）以确定送料先后顺序。9.如权利要求8所述的一种长距离隧道皮带机出碴节能调控方法，其特征在于：所述步骤（3）中，还包括对送料管廊（2）的物料的摇摆均匀化和格栅阻隔均匀化。
技术总结
本发明涉及长距离隧道掘进皮带机出碴控制技术领域，具体涉及一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统及调控方法方法。旨在解决现有技术中隧洞内出碴工步能耗大，自动化程度低的问题。本发明包括Y字形的出碴运输链，其中V字头包括设置于主隧洞内的两条送料管廊，I字头包括设置于支洞隧洞内的一条出碴管廊，所述送料管廊包括至少两个皮带输送机，所述出渣管廊上包括至少一个皮带输送机，上述皮带输送机的上方均设有红外感应机构，所述红外感应机构连通控制电路以带动所述皮带输送机的动力源的启闭和转向。优点在于：一种长距离隧道皮带机出碴节能调控系统及调控方法能耗低，自动化程度高，适应隧洞内的生产要求。适应隧洞内的生产要求。适应隧洞内的生产要求。
技术研发人员：杨长征 李凤远 赵海雷 潘旭勇 加尔恒 王利明 刘恒 翟乾智 李超 汪明东 杨振兴 焦一峰
受保护的技术使用者：盾构及掘进技术国家重点实验室
技术研发日：2021.12.28
技术公布日：2022/3/18
声明：
“长距离隧道皮带机出碴节能调控系统及调控方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：盾构及掘进技术国家重点实验室
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2024年09月11日 ~ 13日 
