盾构液压系统状态预测

为了解决固定模型预测时变系统容易出现较大误差的问题,提出模型更新算法,即将移动窗算法与传统灰色预测模型相结合的方法.通过在建模序列中删除一部分旧数据、纳入一部分新数据的方式递推更新预测模型,并分解数学模型所涉及的关键量a、b从而简化递推数学公式|讨论移动窗长度对建模精度的影响|利用国家统计年鉴的统计数据验证上述方法的有效性.以盾构管片拼装机液压系统为例,为已知故障和测试故障样本数据分别建立变量加权的有源自回归模型,依次获得自回归系数用于特征提取,利用灰色综合关联度建立系统与已知状态的时间序列,通过仿真和实验,该模型更新算法实现液压系统的状态预测.结果表明,递推更新有助于传统灰色预测模型更切实反映液压系统状态的变化.     

盾构刀盘驱动液压系统压力冲击吸收特性分析

针对盾构掘进地层复杂、负载冲击大的工况特点,提出一种基于压力反馈和电液比例控制的新型开式刀盘驱动液压系统.通过对元件模型的线性化处理建立泵-马达-蓄能器系统的动态数学模型,分析蓄能器的引入对于系统固有频率的影响.同时利用AMESim中的液压模块化元件与液压元件自主设计库（HCD）联合建模,对刀盘在不同工况的仿真过程中,通过比例方向阀控制蓄能器的不同工作状态来研究更好的冲击吸收效果.结果表明,在不同的负载剧变所带来的压力冲击下,蓄能器在吸收冲击的同时也影响到了系统的稳定性,可以通过电液比例控制蓄能器的工作状态来更好地适应负载的冲击．     

盾构掘进机推进力计算模型

为了解决传统基于经验系数的盾构掘进机总推进力计算公式在确定推力时存在随机性的问题,在分析盾构掘进机总推进力的各种影响因素及计算方法的基础上,以直径为6 m的地铁盾构为对象,计算在盾构掘进过程中受到的各种推进阻力,通过对比忽略次要部分,建立盾构推进分项阻力计算模型.利用土压平衡盾构模拟试验台对在黏土和砂土2种土质条件下的计算模型进行验证.结果表明,土压力在推进力计算中发挥关键性作用.为了进一步修正分项阻力计算模型,提出切深率的概念,分析切深率与盾构总推进力之间的关系,确定由土压力与切深率2个重要因素组成的推进力计算模型.     

部分断面掘进机液压系统的可靠性研究

针对部分断面掘进机液压系统可靠性低、故障较多等问题,根据可靠性基本理论,建立该液压系统的可靠性逻辑框图和可靠度计算模型,结合实例对某型掘进机的液压系统进行可靠度计算和可靠性分析,利用MATLAB进行仿真,获得了各液压子系统的可靠度仿真曲线,并给出提高系统可靠度的措施。     

隧道掘进机支撑推进系统振动特性

为了研究全断面隧道掘进机（tunnel boring machine,TBM）支撑推进系统掘进过程中的振动问题,基于多体系统动力学仿真平台,对TBM掘进过程进行动力学仿真研究,得到TBM支撑推进系统各部件的振动加速度,进行时域和频域分析.对比不同方向的加速度有效值和不同部件的加速度有效值,分析TBM支撑推进系统掘进方向的载荷传递规律.结果表明：TBM支撑推进系统的振动以低频为主,其中主梁二振动频率集中在20~30 Hz和46~56 Hz.TBM支撑推进系统的振动集中在掘进方向,主梁二掘进方向加速度最大值达到11.80 m/s².部件距离刀盘质心越远,振动加速度有效值越小.掘进方向载荷从刀盘传递到主梁一均值减小了42.7%,变化幅度减小了58.3%.对吉林引松工程的TBM进行了振动测试,测试结果一定程度上验证了仿真结果.     

EPB盾构掘进机刀具运动学建模分析

EPB盾构掘进机的刀盘上可根据切削土质的软硬而选择安装硬岩刀具和软土刀具。通过运用空间几何理论以及空间运动学的坐标变换矩阵法对刀盘上安装的正滚刀、边滚刀以及切刀的破岩过程进行分析,得出了刀具破岩的运动规律,建立了刀具工作刀刃的破岩运动学模型。模型的建立有利于对刀具进行磨损和破岩机理以及刀具优化设计的研究。     

盾构掘进机土压平衡的实现

为了控制地面沉降，减少地表变形，采用电液比例控制技术对盾构掘进机推进液压系统和螺旋输
送机液压系统进行了集成设计.其中推进液压系统采用了比例压力流量复合控制技术，螺旋输送机液压系
统采用了电反馈比例控制技术,在模拟试验台上进行了土压平衡实验分析.结果表明,通过实时控制推进速
度或螺旋输送机转速，对盾构掘进机进行推进控制或排土控制操作，可控制密封仓内土压力在设定范围
内，从而实现土压平衡.     

盾构刀盘驱动液压系统效率对比研究

为了提高盾构刀盘驱动液压系统的效率,以6.3 m土压平衡(EPB)盾构和1.8 m模拟盾构为研究对象,提出两种新型盾构刀盘驱动液压系统.对比分析了常用的多泵联合驱动和新提出的多泵组合驱动方式的刀盘驱动液压系统效率,常用的变排量容积调速和新提出的变转速容积调速驱动方式的刀盘驱动液压系统效率.建立了液压泵和液压马达的效率计算模型,采用AMESim软件建立4种液压驱动系统的仿真模型.研究结果表明,在刀盘典型转速下（1.0～2.0 r/min）,多泵组合驱动方式比多泵联合驱动方式的刀盘驱动液压系统效率高3%～7%,变转速容积调速方式比变排量容积调速方式的刀盘驱动液压系统效率高4%～26%.     

高空飞艇推进系统参数匹配设计

进行临近空间飞艇推进系统动态性能仿真可以预先调整部件参数,优化推进系统效率,减小太阳电池和锂电池重量。利用Matlab/Simulink建模仿真工具,通过对稀土永磁无刷直流电机多个独立功能模块的建立和组合,构建了基于PID以及PI控制的转速、电流双闭环串级控制电机仿真模型;根据螺旋桨的运动方程建立了螺旋桨的动态仿真模型。按照电机和螺旋桨的扭矩、转速匹配关系对各仿真模块进行协同化处理。利用集成化仿真模型,进行推进系统各部件参数匹配。得出推进系统功率30 kW时不同桨径推进系统的动态响应特性以及不同高度下最佳减速比,得出了6.8 m桨径推进系统的最佳额定工作点及其工作区域。     

土压平衡盾构刀盘扭矩计算模型

针对目前刀盘扭矩计算模型不统一、考虑施工动态参数欠缺的问题,提出一种考虑刀具贯入度、土仓压力的刀盘扭矩计算模型.通过现场试验及理论计算结果的对比,分析刀盘摩擦扭矩的组成,在此基础上,提出土压平衡盾构在掘进过程中刀盘扭矩不断变化的关键因素,选取3处712组现场实测数据进行回归分析,探讨刀具贯入度、土仓压力2个因素对刀盘扭矩的影响,并应用力学推导、数值模拟方法对2个因素影响刀盘扭矩的机理进行解释,给出考虑施工需求的刀盘极限扭矩的计算公式.结果表明: 刀盘背面摩擦扭矩不能忽略;当刀盘贯入度增大时,刀盘扭矩明显增大的原因主要是刀盘对开挖面土体挤压的增大,而不是刀具切削扭矩的增加;土仓压力对刀盘扭矩的影响主要是增大了刀盘背面摩擦扭矩.     

基于PSO-SVR的土压平衡盾构施工进度优化

针对隧道掘进机(TBM)利用率预测研究匮乏的问题,建立数据驱动的利用率预测模型并进一步对施工进度展开优化.结合新加坡某地铁隧道项目数据,研究地质类型、司机操作与载荷对TBM利用率的影响,提出基于支持向量回归(SVR)的利用率预测方法,并以施工进度最大为目标展开操作参数优化.利用SVR建立掘进环利用率与地质类型、载荷、操作参数的映射模型;建立以施工进度最大为目标,以地质类型、载荷、操作参数为约束边界的优化方程;利用粒子群优化(PSO)寻找特定地质类型下最优的操作参数.结果表明：SVR模型在验证集和测试集上的R2分别为0.729和0.625,均优于多元线性回归、决策树、k最近邻、随机森林、AdaBoost和XGBoost模型;PSO能准确地找出最优的操作参数.     

盾构机液压系统多泵优化组合驱动技术

研究了一种改进的盾构掘进机刀盘驱动液压系统,通过驱动功率优化配置实现系统的节能.液压系统由2个大排量液控比例变量泵与2个小排量的电控比例变量泵组合驱动8个液控变量液压马达.液压系统采用电液比例技术进行泵的排量控制,通过包括有比例溢流阀和功率限制阀的液控回路实现了2个大排量变量泵的比例变量和恒功率控制,通过电控系统实现2个小排量泵的比例变量和恒功率控制.建立了液压系统的AMEsim仿真模型,仿真分析了液压系统的调速特性、恒功率特性及负载变化对调速特性的影响.试验研究表明,这种多泵组合调速能满足盾构的不同工况需求.     

Modeling approaches to pressure balance dynamic system in shield tunneling简

In order to deal with modeling problem of a pressure balance system with time-delay, nonlinear, time-varying and uncertain characteristics, an intelligent modeling procedure is proposed, which is based on artificial neural network （ANN） and input-output data of the system during shield tunneling and can overcome the precision problem in mechanistic modeling （MM） approach. The computational results show that the training algorithm with Gauss-Newton optimization has fast convergent speed. The experimental investigation indicates that, compared with mechanistic modeling approach, intelligent modeling procedure can obviously increase the precision in both soil pressure fitting and forecasting period. The effectiveness and accuracy of proposed intelligent modeling procedure are verified in laboratory tests.     

Discrete element simulation of mechanical characteristic of conditioned sands in earth pressure balance shield tunneling

The discrete element method (DEM) was used to simulate the flow characteristic and strength characteristic of the conditioned sands in the earth pressure balance (EPB) tunneling. In the laboratory the conditioned sands were reproduced and the slump test and the direct shear test of the conditioned sands were implemented. A DEM equivalent model that can simulate the macro mechanical characteristic of the conditioned sands was proposed, and the corresponding numerical models of the slump test and the shear test were established. By selecting proper DEM model parameters, the errors of the slump values between the simulation results and the test results are in the range of 10.3%–14.3%, and the error of the curves between the shear displacement and the shear stress calculated with the DEM simulation is 4.68%–16.5% compared with that of the laboratory direct shear test. This illustrates that the proposed DEM equivalent model can approximately simulate the mechanical characteristics of the conditioned sands, which provides the basis for further simulation of the interaction between the conditioned soil and the chamber pressure system of the EPB machine.     

Earth pressure balance control for EPB shield

This paper mainly deals with the critical technology of earth pressure balance (EPB) control in shield tunneling. On the assumption that the conditioned soil in the working chamber of the shield is plasticized, a theoretical principle for EPB control is proposed. Dynamic equilibrium of intake volume and discharge volume generated by thrust and discharge is modeled theoretically to simulate the earth pressure variation during excavating. The thrust system and the screw conveyor system for earth pressure cont...     

盾构推进液压系统载荷顺应性指标和评价方法

针对盾构在极端地质环境中掘进时推进液压系统易遭受突变载荷的工程问题,提出盾构推进液压系统突变载荷顺应性的定义及其评价指标.描述推进液压系统突变载荷顺应机理,分析油液体积弹性模量、压力阀、管道及蓄能器4个关键因素对系统顺应性的影响规律.基于顺应指标形成面向特定地质环境的推进液压系统载荷顺应性评价方法,定量评价2类现有典型推进液压系统在给定地质条件下的突变载荷顺应性.结果表明,比例调速阀系统较比例减压阀系统具有更好的突变载荷顺应效果,可将顺应性从1.08提高至1.27.顺应性指标及其评价方法为基于顺应性的推进液压系统设计提供理论依据.