土压平衡式液压盾构推进系统的非线性动力学建模及分析

建立了土压平衡式盾构的液压推进系统的非线性动力学模型,分析了推进系统各个结构参数对盾构掘进作业的影响.通过动力学模型中的刚度矩阵,分析了各自由度方向的刚度特性,提出了推进系统液压缸数量的配置准则.在刚度分析的基础上,进一步探讨了系统的自振频率,提出了防止推进系统产生共振的方法.最后,分析了各固有频率下各阶模态向量元素的特性,确定了盾构扭矩设计原则.     

基于BP神经网络的盾构推进速度自适应PID控制

盾构掘进过程中地质多变,推进速度要求实现非线性控制,因此对控制方法提出较高的要求.在分析了盾构推进液压系统原理的基础上,建立了盾构推进速度仿真模型,设计了基于BP神经网络的盾构推进速度自适应PID控制器,运用MATLAB软件对常规PID推进速度控制和基于BP神经网络的自适应PID推进速度控制进行了阶跃响应仿真对比,并对基于BP神经网络的自适应PID推进速度控制的正弦跟踪特性进行了仿真.仿真结果表明基于BP神经网络整定的PID控制具有良好的跟踪能力和鲁棒性,相比于传统PID控制系统响应迅速,超调量小,具有很高的响应精度和良好的在线整定能力,对于盾构推进速度这种非线性过程,控制效果比较理想.     

盾构在掘进过程中的力学分析与载荷预估

该文分析了盾构在掘进过程中的总载荷,将其分为基准载荷与掘进载荷,提出一种基于力学分析的可有效描述地质参数、操作参数及结构参数影响规律的盾构载荷计算方法。在计算掘进载荷时,建立了反映盾构刀盘与土体在掘进界面上耦合作用的刀盘接触载荷近似计算模型。通过天津地铁工程的载荷实测数据与基于该文提出方法得到的载荷计算结果比对表明:该方法可用于估算盾构掘进过程中的总载荷,并可用于近似描述地质条件、操作状态及刀盘结构等重要工程参数对载荷的影响,为盾构设计及施工提供了一种可行的工程载荷计算手段。     

基础振动下TBM推进液压系统工作特性研究

硬岩掘进机(tunnel boring machine,TBM)在工作过程中会受到外界强振动的影响.为了研究强振动对其推进液压系统的影响规律,首先总结了TBM推进液压系统的工作原理,然后建立了推进液压系统在振动环境下的AMESim仿真模型,并用实验验证了仿真模型的正确性,最后分析了外界振动频率、振动幅值对推进液压系统推进速度波动的影响规律以及振动幅值、振动频率对液压系统频响特性影响规律.仿真结果表明:液压缸推进速度受外界振动影响较大,当外界振动频率为40~60Hz时影响最为剧烈;外界振动幅值的改变对液压系统的影响比振动频率产生的影响小;推进液压系统的截止响应频率约为13Hz,当外部振动频率大于系统截止频率时,系统的频响特性会迅速变差,液压缸难以对输入电信号作出相应的响应.     

基于AMESim的汽车液压ABS建模与仿真

利用ABS混合仿真试验台实测制动压力,对某型号ABS进行阶梯增减压制动的实验测试.在分析ABS液压系统的组成和工作原理的基础上,基于AMESim建立了包括液压调节器、制动主缸、电磁阀及制动轮缸等模型.仿真了阶梯增减压制动.正常制动、常加常减制动的仿真结果与实验结果基本一致.结果表明:所建液压ABS系统模型和参数的设置是...     

缩尺比例车辆-轨道垂向振动实验系统研究

在分析车辆-轨道垂向耦合振动模型基础上提出基于相似性原理的缩尺轨道垂向振动实验台,具体阐述其关键参数的计算方法;基于轨道车辆运行设计沿轨道纵向运行的加载小车,实现车辆载荷移动加载;基于虚拟仪器技术实现实验台控制及数据采集。通过对缩尺实验台动力学模型数值仿真、实验结果表明,该缩尺轨道垂向振动实验系统能模拟车辆-轨道垂向耦合振动的低频振动特性。     

基于自适应控制技术的盾构掘进监控系统

为了实现盾构在不同地质情况下掘进的土压平衡自适应控制,研制功能更加完善、可靠性更高的掘进监控系统,根据盾构施工的可靠监测和自动控制要求,采用集中监测和分布控制相结合的模式设计了基于工业网络架构的盾构监控系统,并详细分析了监控系统软硬件的结构特点.针对盾构监控过程中的土压平衡技术,采用基于土层识别的自适应控制方法,以不同地层中的试验数据为依据,建立盾构施工的专家经验库,实现掘进过程中的土压自适应控制.整套监控系统软件通过LabVIEW和Matlab联合开发来实现.该监控系统经测试运行良好,人机界面直观,操作性好,系统安全性和可靠性高,为先进盾构掘进监控系统的研制和掘进过程的自动化管理奠定了基础.     

转速受限条件下TBM刀盘混合驱动系统控制器设计

传统全断面硬岩隧道掘进机（tunnel boring machine, TBM）刀盘转速同步控制方法是针对变频电机单一驱动源进行设计的,直接应用于混合驱动型TBM刀盘驱动系统易导致齿轮齿圈发生严重的偏载,显著降低TBM刀盘传动系统的使用寿命和TBM设备完好率。考虑到实际掘进过程中对刀盘转速的限制和系统参数漂移,采用自适应控制策略,针对电液混合驱动型TBM刀盘驱动系统设计基于驱动源力矩控制的转速控制方法。建立了齿轮齿圈传动系统模型,系统的参数不确定性得到充分考虑。通过MATLAB/AMESim联合仿真表明,该自适应控制系统对参数漂移具有补偿作用,在精确控制刀盘转速的同时,实现了不同类型驱动源间的负载力矩分配,原系统中的偏载问题得到了解决。电液混合驱动型TBM刀盘驱动系统通过液压马达和变频电机两种驱动源驱动特性的互补,有效提高了其地质适应性,并对提高掘进速度有着重要的作用。     

自配流型液压冲击器建模与仿真

液压冲击器是工程施工中常用的液压设备。其工作过程中运动部件的高加速度及惯性工作油压的特性,使得其与常规液压设备工作状况有很大区别。在液压冲击器的研究过程有必要快速准确地建立计算仿真模型。在AMESIM系统中基于功率键合原理搭建的液压冲击器仿真系统,综合考虑了液压冲击器主要功能和特点,可快速实现对冲击器主要仿真参数的计算。利用现有的YYG250型液压凿岩机的冲击器设计参数进行仿真后,计算结果与实测工况参数之误差在5%之内,说明了仿真模型的正确性和可靠性。该模型对不同系列的冲击器的参数设计和冲击特性研究提供了良好的平台。     

煤矿斜井双模式盾构刀盘的受力特性研究

刀盘是盾构机的关键部件,为保证煤矿斜井双模式盾构的顺利行进,需对刀盘的强度和刚度进行研究.以新街煤矿斜井工程为例,分析双模式盾构刀盘不同模式时在多工况下的受力特性,给出了刀盘载荷计算方法和公式,基于双模式盾构的刀盘结构特点建立简化模型,采用ANSYS软件分析,得出了双模式盾构刀盘不同模式时在多工况下的应力应变分布规律.研究结果表明:最大变形出现在土压平衡盾构(earth pressure balance,EPB)模式偏载堵转工况中,其值为3.821mm,最大应力出现在硬岩隧道掘进(tunnel boring machine,TBM)模式偏载堵转工况中,其值为284 MPa,多种工况最大应力值出现位置均位于牛腿与法兰盘连接处或牛腿与刀盘连接处.根据研究结果可知新街煤矿斜井双模式盾构刀盘设计合理,并针对应力集中部位提出了优化建议.     

盾构管片拼装试验台监控系统设计

针对现有盾构管片拼装设备低精度、低效率、低可靠性的问题,以实现管片高效拼装为核心目标,设计了管片拼装试验台监控系统.在全面分析了管片拼装试验台的原理及监控需求的基础上,首先设计了以工控机为控制核心及以PCI数据采集控制卡为输入和输出模块的数据采集控制系统,接着分别设计了以软起动器为启停控制设备的动力电机电器控制线路及采用直接启动方式的风冷器电器控制线路,继而基于LabVIEW开发了可实现高速数据采集及实时控制的试验台监控系统软件,最后依据相关设计搭建了管片拼装试验台监控系统. 监控系统运行结果表明,硬件运算高速、可靠,软件设计合理、有效,该系统在试验台的操作过程及管片高效拼装方法的研究过程中发挥了重要作用.     

螺旋输送机参数设计系统的开发

根据螺旋输送机参数计算的数学模型,在Visual Basic 6.0的平台下,利用面向对象的程序设计,实现了螺旋输送机的参数计算设计。讨论了系统总体功能及流程的设计以及各主要功能模块的实现技术,并阐述了系统的开发和运行环境。该系统能够设计出符合不同工作条件的螺旋输送机参数,使螺旋输送机的设计工作快速、准确。     

管片拼装试验台回转电液控制系统设计及试验分析

 针对管片拼装机高速、高精度及低冲击自动拼装技术的需求,在全面分析了管片拼装机回转驱动系统大行程、大惯量及长时间运行特点的基础上,设计了以比例换向阀为调节核心、以平衡阀为辅助保障的管片拼装试验台回转电液控制系统.参考工程应用管片拼装机相关参数及管片拼装试验台设计要求,基于相似理论提出拼装试验台回转电液控制系统参数指标及原理图,运用SolidWorks建模仿真及负载力矩分析,进而完成电液控制系统参数设计及元件选型,最后完成了¢2 m管片拼装试验台回转电液控制系统的搭建及试验分析工作.试验分析结果表明：系统稳态性能满足设计要求,最大转速为6.25 r/min;同时具有良好的动态性能,系统阶跃响应峰值时间为1.1 s,可平稳实现斜坡减速及低速停车．     

盾构推进系统液压缸的同步协调控制

提出推进液压系统的同步控制策略,对区间的液压缸采用PID控制,仿真结果表明,PID控制能够满足区间控制的精度要求.针对现有的盾构推进系统分区控制区内液压缸压力同步的情况进行了仿真分析,提出流量同步的协调控制方法,仿真结果表明,流量同步控制可以把同步误差控制在3 mm内.最后对压力同步和流量同步的优劣性进行了比较,结果表明：压力同步在缓变负载下能保持优良特性,但对突变负载而言,其同步性受到很大的影响;流量同步对突变负载能够保持优良的特性,但有一定的能量损耗.     

复杂条件下的大直径泥水盾构掘进参数控制

对盾构掘进参数进行了详细试验,对不同地层条件下刀盘扭矩与刀具磨损情况之间的关系进行了详细分析,并探讨了盾构姿态的控制方法,同时对同步注浆参数及泥水循环系统做以简要介绍,总结了掘进参数、泥浆密度等在盾构掘进中的重要地位。     

数量工程技术在南京长江隧道工程中风险 辨别及事故防范的应用研究

以南京长江隧道工程为背景,提出了基于数量工程技术的风险提示及事故防范方法,即运用数值仿真方法,借助超级计算机的并行计算能力,建立盾构机进出洞,盾构机穿越长江大堤及穿越江中最浅覆土层,两台盾构机同时施工影响,盾构机穿越复合土层等工程关键问题的数量分析模型。基于该模型,对地表沉降过大、盾构机姿态偏移、开挖面失稳等工程风险进行了提示;分析了风险产生的机理、后果;提出了事故防范的措施,评价和验证了防范措施的有效性和合理性。     

纸护角打框机控制系统设计

目的 针对纸护角打框机在定长冲切的过程中,速度和位置的双同步跟踪的控制要求,优化纸护角打框机的控制系统。方法 介绍设备及其工作原理,分析并优化控制模型与数学模型,在非同步区引入S曲线进行加减速,并使用外部中断模式进行跟踪控制,最后用Matlab仿真控制曲线。结果 控制模型优化使刀具运动轨迹更加精确,数学模型优化使刀具的位置与速度控制更加精确,外部中断模式实现了跟踪控制。经Matlab仿真,跟踪系数K的曲线是连续的,没有产生阶跃变化。同时满足速度和位置的双同步跟踪的控制要求。结论 经实际使用,纸护角打框机的控制精度高,控制实时性好。使用设计的S曲线加减速控制方法后,纸护角打框机在高速冲切时,减小了噪音和振动,提高了设备寿命和加工精度。