盾构机管片拼装机驱动方法、装置、系统、设备及介质与流程

1.本技术涉及工程机械设备技术领域，特别地，涉及一种盾构机管片拼装机驱动方法、装置、系统、设备及介质。

背景技术：

2.在我国，地铁、公路、铁路以及引水等基础工程需要通过盾构法修建许多隧道，盾构机在修建隧道时，需要利用管片拼装机拼装管片对已成型的隧道进行支护。在管片拼装的过程中，拼装机需要将管片抓取，并旋转运送到不同位置。由于在抓取管片旋转时，拼装机需要较大的扭矩，考虑到拼装机机械结构的紧凑性，一般采用功率密度较高的液压马达驱动拼装机旋转，而不是电机。当液压马达驱动拼装机向下旋转运动时，受重力影响，需要采用平衡阀对液压马达回油提供背压，此背压对拼装机的旋转起到反扭矩的作用，可以有效防止负负载对旋转运动造成抖动。虽然采用平衡阀保证了旋转的稳定性，但是在此过程中，平衡阀前后压差较大，浪费了一定的能量，不利于系统的节能性。

3.因此有必要研发一种盾构机管片拼装机的驱动系统，在拼装机向下旋转运动时，即能够防止负负载对旋转运动造成抖动，同时还可以将此过程中的能量进行回收，提高拼装机系统的节能性。

技术实现要素：

4.本技术一方面提供了一种盾构机管片拼装机驱动方法，旨在解决现有的盾构机管片拼装机采用平衡阀保证旋转稳定性时，存在能量浪费，不利于系统节能的技术问题。

5.本发明采用的技术方案如下：

6.一种盾构机管片拼装机驱动方法，包括步骤：

7.所述盾构机管片拼装机的吸盘吸取管片后，根据盾构机管片拼装机的旋转架的旋转方向、管片所处角度位置确定是否需要向所述旋转架提供反扭矩；

8.若确定需要提供反扭矩，则根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架与发电机之间的减速比，使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供所需大小的反扭矩。

9.进一步地，所述盾构机管片拼装机的吸盘吸取管片后，根据盾构机管片拼装机的旋转架的旋转方向、管片所处角度位置确定是否需要向所述旋转架提供反扭矩，具体包括步骤：

10.当所述盾构机管片拼装机的旋转架旋转方向为顺时针或逆时针方向时，若所述管片在竖直朝上与竖直朝下之间的区域内由上至下地移动时，则确定需要向所述旋转架提供反扭矩。

11.进一步地，所述若确定需要提供反扭矩，则根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架与发电机之间的减速比，使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供所需大小的反扭矩，具体包括步骤：

12.根据管片所处角度位置θ、管片至回转中心的距离l、管片质量m建立负负载工况下的力矩t得到当前负负载大小：

13.t＝f(θ,l,m)；

14.若旋转架的转速为n，则通过减速机传到发电机上的转速为n1＝n

×i减速机

，则计算发电机产生的反扭矩为：

15.t

发电机

＝f1(n1)；

16.为平衡所述负负载，则通过减速机和旋转架放大后的反扭矩为t

反

：

17.t

反

＝i

减速机

×i旋转架

×

t

发电机

＝i

减速机

×i旋转架

×

f1(n1)

18.其中，i

减速机

为所述减速机的减速比，i

旋转架

为旋转架与减速机输入端之间的减速比；

19.由t

反

＝t可以得出，不同负负载工况下，为了对旋转架产生所需大小的反扭矩，计算所述旋转架与发电机之间的减速比：

[0020][0021]

使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供所需大小的反扭矩。

[0022]

本技术另一方面实施例还提供了一种盾构机管片拼装机驱动装置，包括：

[0023]

反扭矩判断模块，用于所述盾构机管片拼装机的吸盘吸取管片后，根据盾构机管片拼装机的旋转架的旋转方向、吸盘或管片所处角度位置确定是否需要向所述旋转架提供反扭矩；

[0024]

反扭矩调节模块，用于若确定需要提供反扭矩，则根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架与发电机之间的减速比，使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供所需大小的反扭矩。

[0025]

进一步地，所述反扭矩调节模块包括：

[0026]

负负载计算模块，用于根据管片所处角度位置θ、管片至回转中心的距离l、管片质量m建立负负载工况下的力矩t得到当前负负载大小：

[0027]

t＝f(θ,l,m)；

[0028]

电机反扭矩计算模块，用于若旋转架的转速为n，则通过减速机传到发电机上的转速为n1＝n

×i减速机

，则计算发电机产生的反扭矩为：

[0029]

t

发电机

＝f1(n1)；

[0030]

反扭矩计算模块，用于为平衡所述负负载，则通过减速机和旋转架放大后的反扭矩为t

反

：

[0031]

t

反

＝i

减速机

×i旋转架

×

t

发电机

＝i

减速机

×i旋转架

×

f1(n1)

[0032]

其中，i

减速机

为所述旋转架与发电机之间的减速比，i

旋转架

为液压马达与旋转架之间的减速比；

[0033]

减速比调节模块，用于由t

反

＝t可以得出，不同负负载工况下，为了对旋转架产生所需大小的反扭矩，计算所述旋转架与发电机之间的减速比：

[0034]

[0035]

使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供所需大小的反扭矩。

[0036]

本技术另一方面实施例还提供了一种盾构机管片拼装机驱动系统，包括：

[0037]

旋转指令器，用于向盾构机管片拼装机发出转速及转向指令；

[0038]

角度传感器，用于检测盾构机管片拼装机的旋转架的旋转角度，得出管片所在角度位置；

[0039]

行程传感器，用于检测盾构机管片拼装机的提升缸的行程得到管片至回转中心的距离l；

[0040]

转速传感器，用于检测盾构机管片拼装机的旋转架的转速；

[0041]

发电机，用于发电及提供反扭矩；

[0042]

减速机，为可变速比减速机，用于将旋转架的动力按相应的减速比传递至发电机，并将发电机的反扭矩传递至所述旋转架；

[0043]

离合器，设置在所述减速机和发电机输入端之间，用于减速机和发电机之间的动力结合和分离；

[0044]

存储器，存储有计算机程序；

[0045]

控制器，与所述旋转指令器、角度传感器、行程传感器、转速传感器、减速机、离合器、存储器信号连接，用于执行所述存储器存储的计算机程序时实现所述盾构机管片拼装机驱动方法的步骤。

[0046]

进一步地，还包括接近开关，设置在所述盾构机管片拼装机的吸盘上并与所述控制器信号连接，用于检测吸盘是否抓取有管片。

[0047]

进一步地，所述减速机采用cvt变速器、at变速器或双离合变速器。

[0048]

本技术另一方面实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述盾构机管片拼装机驱动方法的步骤。

[0049]

本技术另一方面实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行所述的盾构机管片拼装机驱动方法的步骤。

[0050]

相比现有技术，本技术具有以下有益效果：

[0051]

本技术提供了一种盾构机管片拼装机驱动方法、装置及系统、设备及介质，所述方法在根据盾构机管片拼装机的旋转架的旋转方向、管片所处角度位置确定需要向所述旋转架提供反扭矩后，能够根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架与发电机之间的减速比，最终通过改变发电机发电时的转速，使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供大小合适的反扭矩，防止不同的负负载对旋转运动造成抖动，同时还可以将此过程的中能量进行回收，以提高拼装机系统的节能性。

[0052]

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

[0053]

构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实

施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0054]

图1是本技术优选实施例的盾构机管片拼装机驱动方法流程示意图。

[0055]

图2是本技术优选实施例的盾构机管片拼装机的结构示意图。

[0056]

图3是本技术优选实施例的盾构机管片拼装机顺时针旋转示意图。

[0057]

图4是本技术优选实施例的盾构机管片拼装机逆时针旋转示意图。

[0058]

图5是本技术优选实施例中步骤s2的子步骤流程示意图。

[0059]

图6是本技术选实施例的盾构机管片拼装机驱动装置模块示意图。

[0060]

图7是本技术优选实施例的反扭矩调节模块的子模块示意图。

[0061]

图8是本技术优选实施例的盾构机管片拼装机驱动系统示意图。

[0062]

图9是本技术优选实施例的电子设备实体示意框图。

[0063]

图10是本技术优选实施例的计算机设备的内部结构图。

[0064]

图中：

[0065]

101、吸盘；102、固定架；103、液压马达；104、发电机；105、旋转架；106角度传感器；107、提升缸；108、行程传感器；109、转速传感器；1、电机；2、联轴器；3、液压泵；4、单向阀；5、安全阀；6、比例换向阀；7、液控单向阀组；7.1、第一液控单向阀；7.2、第二液控单向阀；8、液压马达减速机；9、减速机；10、离合器；11、电源处理单元；12、控制器；13、接近开关；14、旋转指令器；15、其他用电部件。

具体实施方式

[0066]

需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0067]

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种盾构机管片拼装机驱动方法，包括步骤：

[0068]

s1、所述盾构机管片拼装机的吸盘吸取管片后，根据盾构机管片拼装机的旋转架的旋转方向、管片所处角度位置确定是否需要向所述旋转架提供反扭矩；

[0069]

s2、若确定需要提供反扭矩，则根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架与发电机之间的减速比，使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供所需大小的反扭矩。

[0070]

如图2所示，本实施例涉及的盾构机管片拼装机基本结构主要由吸盘101、固定架102、液压马达103、旋转架105、提升缸107组成，其中，固定架102的作用是为拼装机旋转提供固定支撑，旋转架105转动设置在固定架102上，其作用是带动所述提升缸107、吸盘101以及管片旋转，吸盘101设置在旋转架105上，其作用是利用真空度抓取管片；液压马达103的作用是为拼装机旋转提供转速和扭矩；所述提升缸107设置在所述旋转架105和所述吸盘101之间，其作用是带动所述吸盘101在隧道径向方向上进行伸缩。

[0071]

本实施例提供了一种盾构机管片拼装机驱动方法，该方法在根据盾构机管片拼装机的旋转架的旋转方向、管片所处角度位置确定需要向所述旋转架提供反扭矩后，能够根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架与发电机之间的减速比，最终通过改变发电机发电时的转速，使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供大小合适的反扭矩，防止不同的负负载对旋转运动造成抖动，同时还

可以将此过程的中能量进行回收，以提高拼装机系统的节能性。

[0072]

优选地，所述盾构机管片拼装机的吸盘吸取管片后，根据盾构机管片拼装机的旋转架的旋转方向、管片所处角度位置确定是否需要向所述旋转架提供反扭矩，具体包括步骤：

[0073]

s11、当所述盾构机管片拼装机的旋转架旋转方向为顺时针或逆时针方向时，若所述管片在竖直朝上与竖直朝下之间的区域内由上至下地移动时，则确定需要向所述旋转架提供反扭矩。

[0074]

本实施例提供了根据盾构机管片拼装机的旋转架的旋转方向、管片所处角度位置确定是否需要向所述旋转架提供反扭矩的具体措施，如图3所示，当旋转架旋转方向为顺时针时，则在竖直朝上与竖直朝下之间的区域内由上至下地移动时，则确定需要向所述旋转架提供反扭矩，也就是旋转架带动管片从区域1向区域4顺时针转动时，受重力叠加影响存在负负载，则确定需要向所述旋转架提供反扭矩，而当旋转架继续从区域3向区域2方向顺时针旋转时，由于不存在负负载，则确定不需要向所述旋转架提供反扭矩。

[0075]

类似地，如图4所示，当旋转架旋转方向为逆时针时，则在竖直朝上与竖直朝下之间的区域内由上至下地移动时，则确定需要向所述旋转架提供反扭矩，也就是旋转架带动管片从区域2向区域3逆时针转动时，受重力叠加影响存在负负载，则确定需要向所述旋转架提供反扭矩，而当旋转架继续从区域4向区域1方向逆时针旋转时，由于不存在负负载，则确定不需要向所述旋转架提供反扭矩。

[0076]

具体地，如图5所示，所述若确定需要提供反扭矩，则根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架与发电机之间的减速比，使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供所需大小的反扭矩，具体包括步骤：

[0077]

s21、根据管片所处角度位置θ、管片至回转中心的距离l、管片质量m建立负负载工况下的力矩t得到当前负负载大小：

[0078]

t＝f(θ,l,m)；

[0079]

s22、若旋转架的转速为n，则通过减速机传到发电机上的转速为n1＝n

×i减速机

，则计算发电机产生的反扭矩为：

[0080]

t

发电机

＝f1(n1)；

[0081]

s23、为平衡所述负负载，则通过减速机和旋转架放大后的反扭矩为t

反

：

[0082]

t

反

＝i

减速机

×i旋转架

×

t

发电机

＝i

减速机

×i旋转架

×

f1(n1)

[0083]

其中，i

减速机

为所述旋转架与发电机之间的减速比，i

旋转架

为旋转架与减速机输入端之间的减速比；

[0084]

s24、由t

反

＝t可以得出，不同负负载工况下，为了对旋转架产生所需大小的反扭矩，计算所述旋转架与发电机之间的减速比：

[0085][0086]

使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供所需大小的反扭矩。

[0087]

本实施例提供了根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架与发电机之间

的减速比，使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供所需大小的反扭矩的具体过程，为了减少抖动，当旋转时具有负负载工况时，需要发电机产生与之相对应的反扭矩来与之抵消，而对于液压系统的负负载可以理解为整个拼装机结构及管片的重力对回转中心的力矩。此力矩和拼装机角度θ，提升缸的行程l，和管片质量m均有关系，为此，本实施例首先根据与负负载相关的若干参数得到负负载工况下力矩t的数学模型，那么，为了减少抖动，所述旋转架与发电机之间的减速比、发电机的作用就是平衡上述力矩t，当拼装机的转速为n，通过减速机9传到发电机上的转速为n1，由于发电机内部结构确定，因此，当发电机输入转速为n1时，发电机产生的反扭矩为t

发电机

＝f1(n1)，则可得到通过减速机和旋转架放大后的反扭矩t

反

的表达式，该表达式中，反扭矩t

反

的大小由发电机产生的反扭矩t

发电机

、旋转架与发电机之间的减速比i

减速机

、旋转架与减速机输入端之间的减速比i

旋转架

计算得到，平衡状态下，t

反

＝t，因此即可通过反扭矩t

反

的表达式求解得到旋转架与发电机之间的减速比i

减速机

，也就是减速机9的当前减速比，从而使发电机产生的反扭矩t

发电机

＝f1(n1)能够通过减速机和旋转架放大后得到与负负载工况下力矩t相一致的反扭矩t

反

。

[0088]

如图6所示，本技术另一方面实施例还提供了一种盾构机管片拼装机驱动装置，包括：

[0089]

反扭矩判断模块，用于所述盾构机管片拼装机的吸盘吸取管片后，根据盾构机管片拼装机的旋转架的旋转方向、吸盘或管片所处角度位置确定是否需要向所述旋转架提供反扭矩；

[0090]

反扭矩调节模块，用于若确定需要提供反扭矩，则根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架与发电机之间的减速比，使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供所需大小的反扭矩。

[0091]

具体地，如图7所示，所述反扭矩调节模块包括：

[0092]

负负载计算模块，用于根据管片所处角度位置θ、管片至回转中心的距离l、管片质量m建立负负载工况下的力矩t得到当前负负载大小：

[0093]

t＝f(θ,l,m)；

[0094]

电机反扭矩计算模块，用于若旋转架的转速为n，则通过减速机传到发电机上的转速为n1＝n

×i减速机

，则计算发电机产生的反扭矩为：

[0095]

t

发电机

＝f1(n1)；

[0096]

反扭矩计算模块，用于为平衡所述负负载，则通过减速机和旋转架放大后的反扭矩为t

反

：

[0097]

t

反

＝i

减速机

×i旋转架

×

t

发电机

＝i

减速机

×i旋转架

×

f1(n1)

[0098]

其中，i

减速机

为所述减速机的减速比，i

旋转架

为旋转架与减速机输入端之间的减速比；

[0099]

减速比调节模块，用于由t

反

＝t可以得出，不同负负载工况下，为了对旋转架产生所需大小的反扭矩，计算所述旋转架与发电机之间的减速比：

[0100][0101]

使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的

旋转架提供所需大小的反扭矩。

[0102]

如图8所示，在本技术另一优选实施例还提供了一种盾构机管片拼装机驱动系统，包括旋转指令器14、角度传感器106、行程传感器108、转速传感器109、发电机104、减速机9、离合器10、接近开关13、存储器、控制器12，其中：

[0103]

所述旋转指令器14用于向盾构机管片拼装机发出转速及转向指令；

[0104]

所述角度传感器106用于检测盾构机管片拼装机的旋转架的旋转角度，得出管片所在角度位置；

[0105]

所述行程传感器108用于检测盾构机管片拼装机的提升缸107的行程得到管片至回转中心的距离l；

[0106]

所述转速传感器109用于检测盾构机管片拼装机的旋转架的转速；

[0107]

所述发电机104用于发电及提供反扭矩，所述发电机104发出的电能通过电源处理单元11进行处理后，可为其他用电部件15提供电能，节能环保；

[0108]

所述减速机9为可变速比减速机，用于将旋转架105的动力按相应的减速比传递至发电机104，并将发电机104的反扭矩传递至所述旋转架105；

[0109]

所述离合器10设置在所述减速机和发电机输入端之间，用于减速机9和发电机104之间的动力结合和分离；

[0110]

所述接近开关13设置在所述盾构机管片拼装机的吸盘上并与所述控制器12信号连接，用于检测吸盘101是否抓取有管片。

[0111]

所述存储器存储有计算机程序；

[0112]

所述控制器12与所述旋转指令器14、角度传感器106、行程传感器108、转速传感器109、减速机9、离合器10、存储器信号连接，用于执行所述存储器存储的计算机程序时实现所述盾构机管片拼装机驱动方法的步骤。

[0113]

本实施例提供了一种盾构机管片拼装机驱动系统，包括旋转指令器14、角度传感器106、行程传感器108、转速传感器109、发电机104、减速机9、离合器10、接近开关13、存储器、控制器12，另外，盾构机管片拼装机原有的液压驱动系统包括有电机1、联轴器2、液压泵3、单向阀4、安全阀5、比例换向阀6、液控单向阀组7、液压马达减速机8，其中，所述电机1的作用是为液压泵3提供动力；所述连轴器2的作用是将电机1的动力传递至液压泵3；液压泵3的作用是为液压马达103旋转提供油源；所述单向阀4的作用是防止油液倒流；所述安全阀5的作用是限制液压泵3的压力，防止液压泵3压力超限；所述比例换向阀6的作用是根据旋转指令器14发出的指令控制液压马达3的转向和转速；液控单向阀组7包括第一液控单向阀7.1、第二液控单向阀7.2，其作用是在停机时对液压马达提供锁定功能，防止重力因素导致拼装机旋转；所述液压马达减速机8的作用是将液压马达103的动力传递至旋转架105。

[0114]

下面结合附图多本实施例的工作原理进行详细说明。

[0115]

一、当拼装机需要顺时针转动时，旋转指令器14会给出顺时针旋转指令，如图3所示。

[0116]

旋转指令器14发出顺时针旋转指令控制比例换向阀6右位工作，接着液压泵3出来的油液依次经过单向阀4、比例换向阀6的p口到a口通道、第一液控单向阀7.1通道进入液压马达103的a口，进而驱动液压马达103转动，并通过液压马达减速机8带动旋转架105旋转。液压马达b口的油液依次经过第二液控单向阀7.2通道、比例换向阀6的b口到t口通道返回

油箱。

[0117]

当拼装机的旋转架105带动管片从区域1向区域4顺时针旋转时，所述旋转指令器14、角度传感器106的信号会传递至控制器12，所述控制器12根据旋转架105的旋转方向、旋转速度、管片所在角度位置判断当前存在负负载，此时，所述控制器12执行所述存储器存储的计算机程序时实现所述盾构机管片拼装机驱动方法的步骤，自适应地调节所述旋转架与发电机之间的减速机9的减速比，并向离合器10发出指令使离合器10闭合，此时液压马达103通过液压马达减速机8带动旋转架105旋转，旋转架105则通过减速机9、离合器10按调节好的减速比带动发电机10按相应转速转动发电，由于不同的减速比将使发电机产生不同的反扭矩，因此，所述发电机10发电产生相应的反扭矩后又通过离合器10、减速机9对旋转架105产生反扭矩，抵消掉因重力产生的负负载，使拼装机在有负负载情况下旋转平稳，同时还可以起到能量回收的目的。

[0118]

具体地，由于负负载大小和是否抓取管片、旋转所处的位置、提升缸107的行程均有关系，所以通过接近开关13检测拼装机是否抓取管片，通过角度传感器106检测吸盘101的角度，以及通过行程传感器108检测提升缸107的行程。控制器12读取接近开关13、角度传感器106、行程传感器108检测的数据，计算出此时负负载大小，并通过实时改变减速机9的减速比，来调整发电机104的转速，进而可以调整其发电量，同时又调整了发电机104的反扭矩，此反扭矩通过离合器10、减速机9对旋转架105产生反扭矩。由此看出此系统根据不同工况的负负载大小，以提供不同的反扭矩，并回收相应的能量。

[0119]

当拼装机的旋转架105带动管片从区域3向区域2顺时针旋转时没有负负载，所述旋转架105不需要反扭矩。此时控制器12控制离合器10释放，旋转架105虽然带动减速机9转动，但是动力不会传递到发电机104，因此发电机104不会对旋转架105产生反扭矩。

[0120]

二、当拼装机需要逆时针转动时，旋转指令器14会给出逆时针指令，如图4所示。

[0121]

旋转指令器14发出逆时针旋转指令控制比例换向阀6左位工作，接着液压泵3出来的油液依次经过单向阀4、比例换向阀6的p口到b口通道、第二液控单向阀7.2通道进入液压马达103的b口，进而驱动液压马达103转动，并通过液压马达减速机8带动旋转架105旋转。液压马达a口的油液依次经过第一液控单向阀7.1通道、比例换向阀6的a口到t口通道回油箱。

[0122]

当拼装机的旋转架105带动管片从区域2向区域3逆时针旋转时，所述旋转指令器14、角度传感器106的信号会传递至控制器12，所述控制器12根据旋转架105的旋转方向、旋转速度、管片所在角度位置判断当前存在负负载，此时，所述控制器12执行所述存储器存储的计算机程序时实现所述盾构机管片拼装机驱动方法的步骤，自适应地调节所述旋转架与发电机之间的减速机9的减速比，并向离合器10发出指令使离合器10闭合，此时液压马达103通过液压马达减速机8带动旋转架105旋转，旋转架105则通过减速机9、离合器10按调节好的减速比带动发电机10按相应转速转动发电，由于不同的减速比将使发电机产生不同的反扭矩，因此，所述发电机10发电产生相应的反扭矩后又通过离合器10、减速机9对旋转架105产生反扭矩，抵消掉因重力产生的负负载，使拼装机在有负负载情况下旋转平稳，同时还可以起到能量回收的目的。

[0123]

当拼装机的旋转架105带动管片从区域4向区域1逆时针旋转时没有负负载，所述旋转架105不需要反扭矩。此时控制器12控制离合器10释放，旋转架105虽然带动减速机9转

动，但是动力不会传递到发电机104，因此发电机104不会对旋转架105产生反扭矩。

[0124]

可选地，所述减速机采用cvt变速器、at变速器或双离合变速器，本实施例采用具有无极变速特性的cvt变速器，相比at变速器或双离合变速器，所述cvt变速器造价低，通过钢链或钢带进行传动，可实现减速比的无极调节，能够在最大减速比和最小减速比之间获得“无限多”的减速比，调节过程平稳无冲击。根据前述分析可知，盾构机管片拼装机在旋转过程中的负负载随着管片位置的不同处于不断变化的过程，因此，采用减速比可无极调节的cvt变速器能够很好的适应这种不断变化的过程，能够获得更精确的减速比，更好的实现变速比的动态自适应匹配，而at变速器或双离合变速器都是设定档位数的变速器，也就是说，at变速器或双离合变速器只能提供数量有限的减速比来驱动发电机从而获得相应的反扭矩，这种反扭矩也能一定程度上防止负负载对旋转运动造成抖动，同时还可以将此过程中的能量进行回收，提高拼装机系统的节能性，但就技术效果而言，还是以cvt变速器最优。

[0125]

如图9所示，本技术的另一优选实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述盾构机管片拼装机驱动方法的步骤。

[0126]

本技术的另一优选实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行所述的盾构机管片拼装机驱动方法的步骤。

[0127]

如图10所示，本技术的优选实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端或活体检测服务器，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的其他计算机设备通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述实施例中的盾构机管片拼装机驱动方法的步骤。

[0128]

本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

[0129]

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

[0130]

本实施例方法所述功能若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个或者多个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)，磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0131]

本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序

产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。

[0132]

本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0133]

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

[0134]

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0135]

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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：

1.一种盾构机管片拼装机驱动方法，其特征在于，包括步骤：所述盾构机管片拼装机的吸盘(101)吸取管片后，根据盾构机管片拼装机的旋转架(105)的旋转方向、管片所处角度位置确定是否需要向所述旋转架(105)提供反扭矩；若确定需要提供反扭矩，则根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架(105)与发电机(104)之间的减速比，使旋转架(105)驱动所述发电机(104)按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架(105)提供所需大小的反扭矩。2.根据权利要求1所述的盾构机管片拼装机驱动方法，其特征在于，所述盾构机管片拼装机的吸盘(101)吸取管片后，根据盾构机管片拼装机的旋转架(105)的旋转方向、管片所处角度位置确定是否需要向所述旋转架(105)提供反扭矩，具体包括步骤：当所述盾构机管片拼装机的旋转架(105)旋转方向为顺时针或逆时针方向时，若所述管片在竖直朝上与竖直朝下之间的区域内由上至下地移动时，则确定需要向所述旋转架(105)提供反扭矩。3.根据权利要求1所述的盾构机管片拼装机驱动方法，其特征在于，所述若确定需要提供反扭矩，则根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架(105)与发电机(104)之间的减速比，使旋转架(105)驱动所述发电机(104)按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架(105)提供所需大小的反扭矩，具体包括步骤：根据管片所处角度位置θ、管片至回转中心的距离l、管片质量m建立负负载工况下的力矩t得到当前负负载大小：t＝f(θ,l,m)；若旋转架(105)的转速为n，则通过减速机(9)传到发电机(104)上的转速为n1＝n

×

i

减速机

，则计算发电机(104)产生的反扭矩为：t

发电机

＝f1(n1)；为平衡所述负负载，则通过减速机(9)和旋转架(105)放大后的反扭矩为t

反

：t

反

＝i

减速机

×

i

旋转架

×

t

发电机

＝i

减速机

×

i

旋转架

×

f1(n1)其中，i

减速机

为所述减速机(9)的减速比，i

旋转架

为旋转架(105)与减速机输入端之间的减速比；由t

反

＝t可以得出，不同负负载工况下，为了对旋转架(105)产生所需大小的反扭矩，计算所述旋转架(105)与发电机(104)之间的减速比：使旋转架(105)驱动所述发电机(104)按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架(105)提供所需大小的反扭矩。4.一种盾构机管片拼装机驱动装置，其特征在于，包括：反扭矩判断模块，用于所述盾构机管片拼装机的吸盘(101)吸取管片后，根据盾构机管片拼装机的旋转架(105)的旋转方向、吸盘(101)或管片所处角度位置确定是否需要向所述旋转架(105)提供反扭矩；反扭矩调节模块，用于若确定需要提供反扭矩，则根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架(105)与发电机(104)之间的减速比，使旋转架(105)驱动所述发电机(104)按

相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架(105)提供所需大小的反扭矩。5.根据权利要求4所述的盾构机管片拼装机驱动装置，其特征在于，所述反扭矩调节模块包括：负负载计算模块，用于根据管片所处角度位置θ、管片至回转中心的距离l、管片质量m建立负负载工况下的力矩t得到当前负负载大小：t＝f(θ,l,m)；电机反扭矩计算模块，用于若旋转架(105)的转速为n，则通过减速机(9)传到发电机(104)上的转速为n1＝n

×

i

减速机

，则计算发电机(104)产生的反扭矩为：t

发电机

＝f1(n1)；反扭矩计算模块，用于为平衡所述负负载，则通过减速机(9)和旋转架(105)放大后的反扭矩为t

反

：t

反

＝i

减速机

×

i

旋转架

×

t

发电机

＝i

减速机

×

i

旋转架

×

f1(n1)其中，i

减速机

为所述旋转架(105)与发电机(104)之间的减速比，i

旋转架

为液压马达(103)与旋转架(105)之间的减速比；减速比调节模块，用于由t

反

＝t可以得出，不同负负载工况下，为了对旋转架(105)产生所需大小的反扭矩，计算所述旋转架(105)与发电机(104)之间的减速比：使旋转架(105)驱动所述发电机(104)按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架(105)提供所需大小的反扭矩。6.一种盾构机管片拼装机驱动系统，包括：旋转指令器(14)，用于向盾构机管片拼装机发出转速及转向指令；角度传感器(106)，用于检测盾构机管片拼装机的旋转架(105)的旋转角度，得出管片所在角度位置；行程传感器(108)，用于检测盾构机管片拼装机的提升缸(107)的行程得到管片至回转中心的距离l；转速传感器(109)，用于检测盾构机管片拼装机的旋转架(105)的转速；发电机(104)，用于发电及提供反扭矩；减速机(9)，为可变速比减速机，用于将旋转架(105)的动力按相应的减速比传递至发电机(104)，并将发电机(104)的反扭矩传递至所述旋转架(105)；离合器(10)，设置在所述减速机(9)和发电机(104)输入端之间，用于减速机(9)和发电机(104)之间的动力结合和分离；存储器，存储有计算机程序；控制器(12)，与所述旋转指令器(14)、角度传感器(106)、行程传感器(108)、转速传感器(109)、减速机(9)、离合器(10)、存储器信号连接，用于执行所述存储器存储的计算机程序时实现如权利要求1至3中任一项所述盾构机管片拼装机驱动方法的步骤。7.根据权利要求6所述的盾构机管片拼装机驱动装置，其特征在于：还包括接近开关(13)，设置在所述盾构机管片拼装机的吸盘(101)上并与所述控制器(12)信号连接，用于检

测吸盘(101)是否抓取有管片。8.根据权利要求6所述的盾构机管片拼装机驱动装置，其特征在于：所述减速机(9)采用cvt变速器、at变速器或双离合变速器。9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至3中任一项所述盾构机管片拼装机驱动方法的步骤。10.一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行如权利要求1至3中任一项所述的盾构机管片拼装机驱动方法的步骤。

技术总结

本申请提供了一种盾构机管片拼装机驱动方法、装置、系统、设备及介质，所述方法包括步骤：所述盾构机管片拼装机的吸盘吸取管片后，根据盾构机管片拼装机的旋转架的旋转方向、管片所处角度位置确定是否需要向所述旋转架提供反扭矩；若确定需要提供反扭矩，则根据所需反扭矩的大小自适应地调节所述旋转架与发电机之间的减速比，使旋转架驱动所述发电机按相应的转速进行发电的同时，对不同负负载工况下的旋转架提供所需大小的反扭矩。本申请可对不同负负载工况下的旋转架自适应地提供大小合适的反扭矩，防止不同的负负载对旋转运动造成抖动，同时还可以将此过程的中能量进行回收，以提高拼装机系统的节能性。以提高拼装机系统的节能性。以提高拼装机系统的节能性。

技术研发人员：刘伟 郭涛 曾定荣 周赛群 左佳玉 杨阳 李玉琴 王治鹏 马杰

受保护的技术使用者：中国铁建重工集团股份有限公司

技术研发日：2022.11.18

技术公布日：2023/5/30