基于部分可观测Markov决策过程理论的盾构推进载荷规划

针对盾构掘进过程中位姿控制问题,提出了基于部分可观测马尔科夫决策过程(Partially observable Markov decision processes, POMDP)理论的推进载荷规划方法。在推进载荷规划模型中,将盾构自动纠偏看成不确定环境下序贯决策问题,充分考虑掘进过程中随机因素的影响,将盾构掘进过程中受到的阻力、推进载荷和盾构位姿分别定义为POMDP的状态集、行动集和观测集,然后重点讨论了信念状态、状态转移函数和观测函数等几个关键参数的获取方法。在计算值函数时,考虑了盾构位姿偏离程度和盾构载荷平稳程度对推进载荷决策的影响,建立了立即收益函数和长期折扣收益函数,并采用基于点的值迭代算法寻求推进载荷最优规划策略。针对天津地铁9号线进行了案例分析,结果表明基于POMDP的推进载荷规划方法是合理有效的,能够顺应掘进阻力随机变化。     

盾构刀盘驱动液压系统的实验研究

盾构刀盘驱动液压系统具有功率大、功率变化范围宽的特点，文章介绍全局功率自适应的泵控马达系统的工作原理，通过在模拟盾构实验台上的掘进实验，证明该系统能适应掘进中的复杂工况，系统节能效果好。     

盾构机自动控制技术现状与展望

盾构机是用于开挖隧道等地下施工的专用工程机械.由于地质条件、工况的不确定性以及掘进装备的高度复杂性,导致其施工安全问题仍然是世界性的重大技术难题.为了防止地表塌陷等灾难性事故发生,实现盾构机安全、高效掘进施工,施工过程的全自动化、智能化是盾构技术发展的必然趋势.简要介绍国内外盾构机的发展状况,重点论述盾构掘进系统及位姿自动控制技术的研究进展与现状,结合工程实际以及未来的发展趋势,分析在掘进系统的控制模型与控制策略、运动轨迹的动态规划与位姿控制、控制系统的集成与优化等方面存在的问题,并提出改进意见,尤其对掘进系统的刀盘、推进、排渣等多子系统的控制问题,提出协调控制策略.     

盾构推进载荷模拟的多维加载机制与试验研究

盾构机是一种用于地下隧道施工的大型设备,其装备复杂,经济价值很高。由于地下施工的环境恶劣,盾构掘进的现场研究工作较难开展,因此利用盾构推进模拟试验台在实验室条件下进行研究,是一种经济、安全的替代方法。盾构掘进过程中的受力十分复杂,为研究盾构掘进中的力学问题,对盾构模拟试验台提出了模拟掘进中的环境载荷的要求。针对盾构掘进中的环境载荷的特点,提出基于并联绳牵引的多维载荷加载机制;对模拟试验台的载荷模拟能力进行分析;设计模拟加载的试验方法,并进行盾构掘进载荷的模拟试验。理论分析和试验研究结果表明,该盾构载荷模拟装置能够通过调节作用在试验台盾构刀盘上的分布载荷的大小,形成等效的推力、俯仰矩、横摆矩和转矩,能够实现环境载荷的模拟。     

基于权重优化神经网络的盾构机掘进参数预测方法

为了使盾构机能高效地适应区间地质因素以及掘进参数变化的影响,从而在盾构施工的过程中更好地规避风险,提出了一种将正向神经网络模型与反向神经网络模型相结合的盾构机掘进参数的预测方法.本文基于某盾构数据平台在某区间的盾构隧道施工数据,首先,利用神经网络算法建立了一种用于预测复杂地质条件的盾构机掘进参数的正向模型;其次,在正向...     

盾构隧道掘进信息化管理系统设计与开发

介绍了盾构隧道掘进信息化管理系统的功能特点.对后台数据库(paradox)的设计,数据加载方式做了详细的说明.利用可视化手段对盾构掘进姿态、掘进参数、管片姿态等大量盾构隧道施工信息进行综合分析管理,并介绍盾构纠偏和管片拼装智能化预测方法及实现算法,为施工现场管理提供指导.     

基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统

推进系统是盾构的关键系统之一。设计了一种基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统,对推进液压缸进行了分区控制,阐述了推进液压系统的工作原理及其控制方式。利用AMESim仿真软件对推进液压系统的压力和流量特性进行了仿真分析,并在工程应用中进行了推进试验,仿真和工程实际应用表明所设计的推进液压系统可实时控制推进压力和推进速度,可以满足盾构的掘进要求。     

小型盾构泥水处理系统应用分析

盾构泥水处理系统是泥水平衡式盾构机的辅助系统,是将泥水分离系统、制浆系统、调浆系统、废浆脱水系统等子系统集成应用,实现泥浆回用。以徐州某泥水平衡式盾构掘进工程应用为例,根据工程地质结构及盾构工程特点,采用罐体式和叠层扩容式的结构设计方法以及离心脱水方式,将各子系统高度集成化,从而使盾构泥水处理系统小型化。该小型盾构泥水处理系统应用有效的节约了施工占地面积,并减少现场土建基础,大大节约施工成本,同时提高了泥浆处理效率。     

基于数值仿真的盾构刀盘载荷影响因素分析

盾构刀盘在掘进过程中受到周围环境的影响工作状态随时改变,文章通过将盾构刀盘掘进过程简化为刀盘刀具掘土作用,采用数值方法对刀盘掘进过程进行了全物理过程仿真,分析了地质参数、施工参数以及结构参数等影响因素对处于稳定工作状态的盾构刀盘切削力及扭矩等动态掘进载荷分布的影响。     

盾构掘进过程模拟的姿态复制原理与设计

针对一般的盾构模拟实验台只能模拟盾构推进的单环工作过程、无法再现盾构在整个掘进过程中轨迹和姿态发生变化的多环连续模拟问题,提出盾构掘进模拟机构实现多环推进模拟的姿态复制原理,设计出模拟盾构整个掘进过程的实验装置。该装置由两个PRPR机构组成,通过姿态复制记录盾构掘进过程中水平方向的横摆角和竖直方向的俯仰角,在同一位置展示不同时刻盾构的姿态,从而完成整个掘进过程的模拟。通过建立该实验装置的数学模型,分析了其工作空间并通过盾构水平推进模拟实验验证了姿态复制原理的有效性,为盾构的多环连续掘进模拟提供了新的方法。     

液体黏性离合器在全断面硬岩掘进机刀盘驱动中的运用

针对全断面硬岩掘进机(Tunnel boring machine, TBM)掘进中刀盘被困的现象,设计出一种新型的TBM刀盘驱动技术,主要特征是：正常掘进工况下采用变频电动机驱动,当刀盘被困时,脱困装置和变频电动机共同驱动.脱困装置由定速电动机和液体黏性离合器组成,液体黏性离合器一方面可以比例控制电动机的扭矩输出,另一方面可以允许定速电动机的输出轴和离合器的输出轴之间存在滑差,防止刀盘未转动时定速电动机发生堵转。通过计算分析可知：新型刀盘驱动的脱困性能相对于现有的驱动方式具有明显的提升。新型刀盘驱动的关键技术是液体黏性离合器的控制,需要分析离合器的温升特性,并基于此提出离合器的扭矩控制线路。为了实现扭矩按预定控制路线变化,对离合器的扭矩传递机理开展初步研究。新型刀盘驱动系统的仿真结果表明,该系统比现有驱动系统在脱困性能方面有大幅度提升。     

盾构刀盘液压驱动系统

刀盘驱动液压系统是盾构液压系统的重要组成部分。本文简要介绍电比例功率自适应控制和变频驱动控制两种刀盘液压系统及其工作原理和特点。该驱动系统与阀控系统相比，具有结构简单、技术先进、性能可靠等特点，特别是节能效果明显。     

基于压差控制的泥水平衡式盾构机主驱动密封气动自动保压系统研究及应用

泥水平衡式盾构机主驱动四道唇形密封组合承压能力一般不超过0.6 MPa,无法满足设备在大于0.6 MPa的高水压工况下的安全施工需求.据此,设计了基于压差控制的泥水平衡式盾构机主驱动密封气动自动保压系统.该系统可将现有唇形密封承压能力提高至0.8 MPa,并可自动实现加压、泄压,无需人为参与,降低工人劳动强度.对该系统...     

全断面岩石隧道掘进机液压技术研究现状

采用硬岩隧道掘进机进行隧道施工具有安全、快速、高效、经济、环保的优势,尤其是大直径、大埋深、长跨度、岩石地质的隧道掘进。液压系统在硬岩隧道掘进机上有着重要的地位,它涉及支撑、推进、换步、护盾等多个重要子系统的驱动和控制。本文对其液压系统在系统设计与控制、系统振动、安全与可靠性及节能技术方面的研究现状进行总结,并对液压技术的研究进行展望,以期为硬岩隧道掘进机液压技术的深入研究提供借鉴。     

Thrust and Torque Characteristics Based on a New cutter-head Load Model

Full face rock tunnel boring machine(TBM) has been widely used in hard rock tunnels, however, there are few published theory about cutter-head design, and the design criteria of cutter-head under compl...     

微型土压平衡盾构机刀盘开口率对排土率的影响

刀盘开口率是刀盘设计的关键参数,是决定盾构机是否稳定掘进的关键参数之一.在充分理解刀盘与开挖面相互作用的基础上,分析了开口率对排土率的影响,并推导出最大排土率与最小排土率的计算方法.根据该计算方法,研究了不同直径的刀盘在砂砾石地层掘进时,排土率随开口率变化的情况.分析结果表明:在砂砾石地层中直径为3m的刀盘开口率取值为70%~85%时有利于开挖面的稳定.     

基于滇池沉积层特征的昆明地铁液压盾构机选型及盾构参数研究

基于昆明滇池沉积层结构特征多元化、软硬不均、渗透性多样、含水丰富且规律预见性差等特点,提出土压平衡式液压盾构机的选型及盾构参数。提出了管片尺寸及盾构直径的合理取值。在此基础上,提出了最大掘进速率、平均掘进速率等掘进参数取值,提出了较完善的液压盾构机机械性能参数取值,包括刀盘驱动参数、盾构机千斤顶参数、螺旋机出渣驱动参数。特别提出了液压驱动装备动力。结合昆明地层特点及所提参数,总结了昆明地铁施工中每环实际出土体积和注浆量,保证了正常盾构施工。     

Load-sharing characteristic of multiple pinions driving in tunneling boring machine

The failure of the key parts, such as gears, in cutter head driving system of tunneling boring machine has not been properly solved under the interaction of driving motors asynchronously and wave tunneling torque load. A dynamic model of multi-gear driving system is established considering the inertia effects of driving mechanism and cutter head as well as the bending-torsional coupling. By taking into account the nonlinear coupling factors between ring gear and multiple pinions, the influence for meshing angle by bending-torsional coupling and the dynamic load-sharing characteristic of multiple pinions driving are analyzed. Load-sharing coefficients at different rotating cutter head speeds and input torques are presented. Numerical results indicate that the load-sharing coefficients can reach up to 1.2-1.3. A simulated experimental platform of the multiple pinions driving is carried out and the torque distributions under the step load in driving shaft of pinions are measured. The imbalance of torque distribution of pinions is verified and the load-sharing coefficients in each pinion can reach 1.262. The results of simulation and test are similar, which shows the correctness of theoretical model. A loop coupling control method is put forward based on current torque master slave control method. The imbalance of the multiple pinions driving in cutter head driving system of tunneling boring machine can be greatly decreased and the load-sharing coefficients can be reduced to 1.051 by using the loop coupling control method. The proposed research provides an effective solution to the imbalance of torque distribution and synchronous control method for multiple pinions driving of TBM.     

高承压泥水平衡盾构机主驱动压力补偿系统研究

基于高承压泥水平衡盾构机的市场需求,研究了一种主驱动压力补偿系统。首先对组合密封形式的承压能力进行了仿真分析;其次对两种不同控制方式的压力补偿系统设计方案进行了对比研究;最终确定了一种性能稳定、可靠性高的全气动控制的主驱动压力补偿系统,从而提高了泥水平衡盾构机的整机承压能力。通过模拟盾构机掘进过程中各密封腔体压力变化,搭载自适应密封压力补偿系统试验台进行实验分析,并成功应用于国内多个超大直径泥水平衡盾构机。