TBM液压推进系统设计及同步控制特性研究

以深圳轨道交通8号线梧桐山隧道双护盾TBM为研究对象,对双护盾TBM的主推进液压系统进行系统设计,并分析了双护盾TBM的液压推进系统的工作原理,依托双护盾TBM同步控制试验平台对双护盾TBM推进油缸的同步控制特性进行研究,研究表明该文设计的这种双护盾TBM推进系统抗干扰能力强,响应迅速,稳态性能好,该文的研究可以为深圳地铁类似工程双护盾TBM设计提供有益的参考。     

灰色预测在TBM推进系统同步控制中的应用

为了研究TBM推进系统的同步控制性能,结合机电液耦合系统的特征,应用AMESim软件搭建了推进系统的仿真模型。将灰色预测模型应用到传统PID控制中,并提出一种新型的步长调整机制,很好地解决了传统PID控制策略下难以获得理想同步控制精度的问题。通过与传统PID控制策略进行仿真和试验对比,结果表明,变步长灰色预测PID控制策略提高了TBM推进系统的同步控制精度,位置同步误差由0.3 mm减小到0.15 mm,并减小了支路压力的波动。     

双护盾TBM主推进液压系统动态特性研究

以深圳市轨道交通10号线首次在孖岭站至雅宝站施工使用的双护盾TBM为研究对象。分析了双护盾TBM主推进液压系统的模型原理,推算出主推进液压控制系统的传递函数,并对该系统关键阀组和缸体进行了AMESim仿真建模,研究了主推进液压系统速度、压力、流量的动态特性关系,加强了双护盾TBM这种大型装备的主推进液压系统的动态特性理解,通过该研究可以为双护盾TBM液压系统优化改进提供参考。     

基于现场测试的硬岩掘进机振动特性

硬岩掘进机(tunnel boring machine,简称TBM)在滚刀破岩力的强冲击激励下振动剧烈。从激励、结构和边界条件等方面分析TBM的振动机理,指出TBM动力学理论建模的难点,提出基于现场振动测试研究TBM振动特性和指导理论建模。根据施工环境,确定TBM现场振动测试方案,包括测试系统组成、测点布置和数据采集,应用于实际工程中TBM掘进振动加速度测试,基于现场测试数据分析TBM的振动特性。结果表明,主轴承附近电机测点的振动加速度有效值达20~30m/s~2,主梁、撑靴测点的振动加速度达到3~6m/s~2,刀盘驱动系统的振动频率较高,支撑-推进系统的振动频率较低,TBM子结构表现为多模态耦合振动。现场测试揭示了振动机理,为TBM动力学建模分析和减振设计提供了技术依据。     

基于自适应PID控制的双护盾TBM液压同步控制系统研究

以深圳地铁10号线孖雅区间双护盾TBM为研究对象,针对现场双护盾TBM油缸不同步等工程问题进行研究。探索将TBM的开环控制变成闭环控制,通过对TBM传统控制方式的改进,首次将闭环自适应PID控制算法应用于双护盾TBM控制,在AMESim中建立推进系统模型,对模型算法进行仿真分析,并通过TBM油缸控制试验平台进行实际工程验证。基于PID控制的双护盾TBM液压同步控制策略能够有效控制外界荷载变化情况导致的油缸不同步问题,降低不同步动作响应时间,该控制算法稳定性好,适应能力强,可为双护盾TBM控制系统改进提供有效指导。     

基于AMESim的TBM撑靴系统仿真研究

撑靴系统是TBM液压系统的关键组成部分,阐述了TBM撑靴液压系统的原理,并利用AMESim软件对TBM撑靴系统进行建模仿真,分析了其液压系统的工作特点与动态特性,为TBM液压系统的设计与优化提供一定的参考。     

基于APDL语言的TBM刀盘系统有限元参数化建模方法

为了快速、高效地建立TBM刀盘系统有限元模型,在对刀盘系统的细小和次要结构进行合理简化的前提下,设置了能够反映刀盘系统结构特征和尺寸的51个可变参数,提出了刀盘面板、滚刀组合及刀盘系统整体的有限元模型构建方法,基于ANSYS的APDL语言开发了TBM刀盘系统有限元参数化建模程序,并指出了建模过程中应该注意的技术问题。以面板刀孔尺寸干扰为例介绍了参数合理性甄别问题,并对边滚刀定位尺寸进行了深入研究。该程序可以实现各类常规TBM刀盘系统有限元模型的快速构建,为类似复杂结构有限元模型的参数化建模提供了行之有效的方法。     

TBM液压推进缸振动力学建模及其缩聚方法

针对TBM液压推进机构机械动力最优控制的振动力学建模问题,研究了 TBM液压推进缸振动力学建模方法.考虑到其缸体、活塞及液压油的柔性,并利用拉氏动力学方法建立了其三自由度集中参数振动力学模型,运用有限元法验证了模型的有效性.利用动、静态缩聚法对所述模型的自由度进行了缩聚,并对缩聚模型与原模型的动力学特性进行了比较,结果表明:缩聚前后的模型在各推进位置的1阶固有频率最大误差值为1.37 Hz,幅频特性曲线的趋势基本吻合,验证了缩聚模型的有效性.所建立的推进缸振动力学缩聚模型,为推进机构的整机振动力学建模提供了前提条件,且可大大减少推进机构整机振动力学模型的自由度数,为其机械动力最优控制提供了高效、简单的计算模型.     

双电机驱动卷绕式系统转速同步控制研究

为解决拖锥自动收放系统双电机转速同步的问题,提出了基于PID交叉耦合补偿的转速同步控制方法,建立了系统数学模型,并进行了电机参数变化及负载干扰情况下的双电机转速同步仿真.结果表明,采用交叉耦合转速补偿方法,可以极大地降低双电机转速差,实现双电机的转速同步控制.     

多缸调平系统模糊相邻耦合同步控制研究

针对调平系统的多液压缸同步控制研究,提出了一种基于模糊相邻耦合的控制方法。首先对调平系统受力及多缸控制系统进行分析,建立控制对象的非线性数学模型。对相邻耦合控制器进行设计,使用补偿器将相邻两根液压缸位置同步误差融合到液压缸控制器中,对于难以通过常规方法精确获得的补偿系数,使用模糊PID控制算法获取。通过MATLAB仿真和实验对模糊相邻耦合的同步控制方法进行测试,并使用主从同步控制方法进行对比分析。结果表明,使用模糊相邻耦合同步控制时,四根液压缸误差波动较小,并且在液压缸加减速阶段能快速将误差降低,具有较好的同步控制性能。     

基于热机耦合的机体主轴承壁性能数值模拟与实验研究

针对一款2.7 L高增压柴油机,采用有限元方法计算了机体的结构强度,分析了热载荷与机械载荷对机体主轴承壁区域的应变分布影响。设计了发动机台架实验,测取机体主轴承壁面的温度与动态应变,对计算结果进行验证并分析了产生误差的原因。研究结果表明:机体主轴承壁的工作应力由热应力与动载应力两部分组成,在额定工况下,热应力占主导地位。通过对比模拟与实验结果可以发现,基于第3类热载荷边界条件计算得到的壁面温度精度较高,但是该方法精度强烈依赖输入的换热系数精度。基于有限元方法获得的应变模拟值表现出良好的跟随性。有限元方法对最大动载荷模拟精度较高。最大工作应变计算误差主要来自于最大热应力的计算误差。计算模型的拓扑网格结构、测点当地材料属性与换热条件是造成计算误差的3个主要因素。     

汽油机横流冷却水套的优化设计研究

针对某小型增压强化三缸汽油机,通过采用挡板结构设计出了新型的横流式冷却水套,以加强对缸盖鼻梁区的冷却。采用三维流动数值模型对初步设计的横流水套结构进行了计算分析,研究发现:整体横流水套的换热效果良好,但是横流冷却水套整体压力损失过大,缸体水套局部流速分布不均匀。针对上述问题,提出了包括增加水套进出水口高度、布置导流结构及调整缸垫水孔和挡水板处水口等水套结构优化方法。改进后的水套整体压力损失减小为40.9kPa,各缸体上部冷却液流速分布更加均匀,从而为新型的横流式冷却水套的设计与应用提供一定的参考。     

海洋平台起重机臂架在波浪载荷作用下的瞬态动力学分析

海洋平台起重机在正常服役期间通常会受到除工作载荷之外的环境载荷的严重影响,而以往对海洋平台起重机的研究都着重于考虑工作载荷的作用,对此,文中对环境载荷中破坏力较大的随机波浪载荷进行模拟计算。首先基于JONSWAP谱采用WAWS法对波浪载荷进行模拟,在验证方法的正确性后计算了海洋平台在随机波浪载荷作用下的运动响应;然后将海洋平台加速度谱作为输入计算了起重机臂架的瞬态动力学响应,得到了随机波浪载荷作用时起重机臂架的薄弱部位,从而可以在设计或者生产制造时对相应的部位进行加强。     

硬岩掘进机可掘进性分级性能预测模型的建立及实施

硬岩掘进机(TBM)性能预测是关于掘进机选型、设计和施工的核心问题。文中基于复杂地质条件下TBM掘进性能分级预测的前期研究工作,提出依托样本数据,建立在不同岩体可掘进性等级条件下,以特定岩体掘进指数(SRMPI)为性能预测指标,融合地质、施工等领域参数的TBM性能预测模型。在此基础上,通过模型细化和科学推导得到TBM其他系统级性能指标,从而建立完备的TBM性能预测体系。将所建模型应用于兰渝铁路西秦岭隧道工程的某一施工标段,预测结果验证了该模型的科学性、有效性和指导施工的可操作性。     

超环面机电传动外定子空间磁场解析计算与仿真分析

介绍了超环面机电传动的结构及其驱动原理。以等效磁荷法为基础,对超环面机电传动外定子永磁梁的空间磁场分布进行了解析计算。通过空间坐标变换原理推导出超环面机电传动系统中外定子产生的空间磁场的计算公式,对行星轮与外定子之间的气隙磁场进行了解析计算,得到了分布规律。采用有限元软件对外定子磁场进行了仿真分析,仿真结果证明了解析计算的正确性。该研究为进一步探究超环面机电传动输出力矩提供了理论依据。     

基于免疫算法的全断面岩石掘进机刀盘滚刀布局设计理论研究

全断面岩石隧道掘进机(TBM)刀盘滚刀布局对掘进性能有显著影响。文中针对滚刀受力与刀盘滚刀布局方法进行分析,针对刀盘径向载荷最小、刀盘倾覆力矩最小、质量分布均匀、破岩差异量最小4个优化目标进行层次分析法加权统一,建立了刀盘滚刀布局优化模型,采用具有非退化优势的免疫算法对刀盘滚刀布局进行了优化设计。以大伙房隧道的刀盘模型为工程实例,利用刀盘滚刀布局优化模型对MB264-311TBM型掘进机滚刀的优化布置进行了实践,针对米字型、螺旋线型破岩协调耦合布局及不具有耦合关系的随机型滚刀布局分别进行优化计算,优化效果显著。其中,随机型滚刀布置的优化结果明显减小了刀盘径向载荷与倾覆力矩,优化程度高达91.475%,提出基于随机型滚刀布局方式的TBM刀盘布局设计新理论。在兼顾刀盘的非性能指标约束条件下,该布局理论对于提升滚刀破岩效率、提高刀盘刀具的使用寿命具有重要的工程应用价值。     

一种基于并联机构的航天器姿态模拟装置的设计开发

航天器发射升空前进行地面测试和试验是航天器研制过程中的重要环节。文中针对一种基于并联机构的姿态模拟装置的设计开发,从位置分析、速度分析和虚拟样机的建造和仿真分析等方面对3UPS-PU并联机构进行研究,完成姿态模拟装置的设计,为航天器装配、试验和测试设备的设计提供一种新的思路。     

云制造模式下基于胜任力模型的工业设计能力评估

云制造模式下,由于缺乏对设计人员的能力进行量化建模与评价方法的研究,进而影响了复杂设计任务与设计能力的合理匹配,阻碍了设计能力的社会化聚集。基于胜任力模型,面向云制造模式下的工业设计人员,从元胜任力、行业技术胜任力、设计任务胜任力及学习能力胜任力等角度构建了设计能力评估体系,讨论了基于网络分析法的设计能力评估方法,通过对工业设计云服务平台的设计能力评估,验证了文中方法的可行性与科学性。研究成果解决了云制造模式下设计能力综合评估,为实现广域社会化工业设计能力的动态重构奠定了基础。     

一款电动摩托车车架的有限元分析和强度评价

为满足用户对车架安全和成本控制的需求,对某电动摩托车车架进行有限元静力分析。结合车架本身结构特点和实际承载情况,运用NX Nastran软件,建立了电动摩托车车架有限元计算分析模型,分析了水平工况、垂直工况、座垫工况等3种车架受力极限工况及车架弯曲工况下的应力与变形。结果表明,该电动摩托车车架在成本可控的情况下,能够满足安全强度的要求,可为此类产品设计提供一种可行的技术途径。     

特细金属丝整经筒子架及单丝张力控制研究

整经是重要的织前工艺,单丝张力是否均匀是整经质量最重要的衡量指标之一。筒子架作为整经机主要组成部分,是整经中单丝张力控制的关键。文中介绍了一种特细金属丝整经机筒子架,主要应用在高精细金属丝网织造中。首先分析了特细金属丝整经的特点与难点,然后通过对比矩形筒子架和V形筒子架各自优缺点,设计了V形对称错位结构的筒子架。通过单丝张力控制方式进行了对比试验,发现重锤摩擦盘式控制方式较无单丝张力控制方式、重锤张力杆式控制方式在输出响应的快速性、稳定性及准确性方面更佳,且能将单丝张力误差控制在±0.03 N。