TBM刀盘驱动系统协调控制

刀盘驱动系统是硬岩掘进装备的重要组成部分。对冗余驱动TBM刀盘驱动系统的协调控制问题展开研究。本文提出一种时变的非线性动力学模型用于描述硬岩掘进装备刀盘驱动系统。针对TBM刀盘驱动系统,提出一种集成控制分配的TBM棒控制器,驱使刀盘跟踪期望的速度且各电动机的驱动扭矩实现协调控制。其中,上层控制器用于处理变化的不确定性和作用于刀盘的可变负载,控制分配策略用于分配驱动扭矩使得各电动机驱动扭矩均衡分布。各种对比仿真用于证明提出控制器的优越性能。仿真结果表明提出的控制器不仅能够满足刀盘的速度控制也能够实现各驱动电动机驱动扭矩的均衡分布。     

TBM刀盘电动-液压同步驱动系统研究

基于TBM刀盘驱动系统的工作原理,分析了不同刀盘驱动方式的优缺点,提出了采用电动-液压同步驱动方式,实现大扭矩的刀盘驱动。工程应用表明,这种方法实现了TBM刀盘电动和液压的同步驱动,为TBM刀盘驱动系统的改进提供参考。     

TBM刀盘有限元参数化建模方法

受结构复杂性的影响,TBM刀盘的有限元建模过程将耗费大量的时间成本。基于APDL(ANSYS parametric design language)语言,研究了典型刀盘结构的有限元参数化建模方法,并通过模态实验对建模方法的可靠性进行了验证。结果表明:刀盘固有频率的计算值与测试值的最大误差仅为6.58%,按本文方法建立的刀盘有限元模型能够较好地反映实物模型的固有特性,可作为相关仿真计算的基础模型。研究结果可为刀盘的仿真分析及复杂结构的快速有限元建模提供参考。     

TBM刀盘再制造

<正>本次再制造的TBM原用于重庆某项目,自2009年12月投入项目施工以来,历时21个月,于2011年8月完成项目施工任务,总掘进里程为6652m,掘进区间主要地质为砂岩、砂岩夹泥质砂岩、泥质砂岩夹砂岩。2011年11月设备退场后存放于重庆某TBM存放场。刀盘露天存放,状况不佳。该TBM拟新用项目(TBM掘进段)全长10180m,穿越围岩等级以Ⅲ、Ⅳ级为主,包括:花岗岩、白云岩、灰岩夹石英砂岩、断层角砾、灰岩、白云岩夹石英砂岩、片岩、板岩、千枚岩夹石英岩、     

TBM刀盘自动装配系统开发

全断面掘进机刀盘(TBM)是TBM的核心部件,TBM刀盘模型装配过程耗费设计人员大量的时间,不仅降低了刀盘整体设计的效率,还会由于操作人员对各类三维软件的不熟悉而降低刀盘装配的可靠性,因此对TBM刀盘自动装配进行系统开发很有必要。对工程上常见的几类典型结构刀盘装配体模型进行Solid Works二次开发做了研究,运用C#语言在Visual Studio 2010环境下进行Windows界面开发,最终开发出TBM刀盘自动装配系统的Solid Works插件,该系统具有自动装配和干涉检查功能,保证了自动装配后的刀盘模型准确、可靠。     

TBM刀盘设计综述

刀盘是TBM的关键部件,是影响TBM掘进效率的决定性因素。分析TBM刀盘的结构形式,根据盘形滚刀的破岩机理和大直径滚刀在现代工程实际中的良好业绩,说明大直径滚刀是TBM发展方向;根据平均刀间距的计算公式,确定滚刀数量及布置方式;根据安装滚刀的线速度计算刀盘最大转速,为TBM刀盘的选型、刀具布置及动力配备提供重要依据。     

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。     

不同加载下的TBM刀盘瞬态动力学分析

以滚刀破碎岩石时所受冲击载荷作为瞬态载荷输入,运用有限元软件分析得到了刀盘承载规律与承载的薄弱位置并与静力学分析结果相比较。结果表明:支撑筋与法兰连接处应力存在大幅度的突变,冲击载荷对刀盘应力大小影响明显,且最大等效应力大于静力学分析结果。     

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。     

TBM刀盘设计若干关键技术

刀盘设计是全断面岩石隧道掘进机的设计关键,是影响其掘进性能的决定性因素.综述了刀盘设计关键技术的研究进展,重点对盘形滚刀破岩机理、刀盘切削参数、围岩力学属性参数及试验、刀具破岩受力分析模型和施工预测模型、刀盘布局(含刀具布置)等方面进行了较系统的分析和总结.最后讨论了有待深入研究的问题.     

TBM刀盘掘进载荷影响因素研究

全断面隧道掘进机(TBM)刀盘总推力与总扭矩是决定刀盘使用性能的关键因素。基于扩展Drucker-Prager岩石屈服准则,采用有限元软件ABAQUS模拟刀盘掘进破碎岩石的过程,利用正交试验方法研究了刀盘工作参数、地质参数和结构参数对刀盘总载荷的影响规律。结果表明:刀盘直径对刀盘掘进的总载荷起决定性作用,贯入度以及岩石单轴抗压强度对其有明显的影响,刀盘转速对其影响最小。通过单因素分析了贯入度与刀盘转速对刀盘总扭矩的影响,并对比工程实际数据对其进行了验证。     

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。     

盾构刀盘振动掘削动力学建模与仿真研究

研究主动振动激励对盾构刀盘掘削的推进力及扭矩的影响。在加振动激励影响下,刀具与土体接触状态变化和土体结构参数不稳定,实现了盾构刀盘振动掘削减阻的效果。在数值模型中,土壤失效采用Drucker-Prager破坏准则,利用LS-DYNA软件建立了刀盘掘削土壤有限元动力学模型。刀盘在推进和圆周旋转方向分别施加主动余弦激振,对掘进过程中的刀盘推进力及扭矩曲线做了数据分析。结果表明,在旋转方向施加主动振动,掘削阻力随振幅增加而减少,能耗随振幅增加而增加。在16组正交试验中推进力、扭矩、能耗均减少。单独在旋转方向施加21.2×10~(-3) rad振幅,15 Hz的余弦激励可以实现推进阻力减少24.4%,扭矩减少22.3%,能耗增加4.3%。同时在推进方向施加0.254 mm振幅,10 Hz振动频率和旋转方向6.36×10~(-3)rad以及20 Hz振动频率下,推进力减少1.3%,扭矩减少6.5%,能耗减少1.5%。     

TBM刀盘开口面积的确定

研究了全断面岩石掘进机(TBM)的最小开口面积。以5.55m直径刀盘为研究对象,建立了不同开口面积刀盘的三维面体模型,基于离散元仿真软件PFC3D对TBM刀盘的出碴过程进行仿真,得到刀盘的合理开口面积。结果表明,随着刀盘开口面积的增大,刀盘内部的颗粒数量达到稳定状态就越快,且波动也越小;当刀盘开口面积大于2.5m2时,随着开口面积的增大刀盘内部颗粒数量的方差减小的就越缓慢;在开口面积约为2.7m2时,单位时间内的排碴量与破岩量相等。以单位时间内排碴量大于破岩量且刀盘内部颗粒数量波动尽量小为原则,得到5.55m直径刀盘的合理开口面积为(2.7~3.5)m2。     

TBM刀盘支撑筋布置优化

综合考虑刀盘支撑筋支撑和出碴的功能,建立了以刀盘强度和刚度为优化目标的刀盘支撑筋布置优化设计模型,基于Workbench平台采用神经网络拟合方法建立了刀盘强度和刚度与刀盘支撑筋位置之间的映射关系,进而采用NSGA多目标优化方法进行了有效求解。结果表明：在3种岩石边界和极限工况下,优化求解的方案在刀盘强度和刚度方面均优于原始方案,为TBM刀盘支撑筋结构设计提供了一种新的思路。     

TBM刀盘设计若干关键技术

刀盘设计是全断面岩石隧道掘进机的设计关键,是影响其掘进性能的决定性因素。综述了刀盘设计关键技术的研究进展,重点对盘形滚刀破岩机理、刀盘切削参数、围岩力学属性参数及试验、刀具破岩受力分析模型和施工预测模型、刀盘布局（含刀具布置）等方面进行了较系统的分析和总结。最后讨论了有待深入研究的问题。      

复杂工况下的TBM刀盘力学特性仿真分析

刀盘作为全断面岩石掘进机(TBM)的关键部件,其应力分布、变形量能否满足要求对掘进性能有很大的影响。以TBM刀盘为研究对象,通过建立刀盘有限元模型,依据罗宾斯公司提出的3种新工况,通过Workbench软件分析了在不同复杂工况下刀盘整体及其各分体的变形和应力分布,发现法兰与支撑筋的焊接部位应力最大且各肋板连接部位易出现应力集中,因此建议增加支撑筋与法兰的焊接面积并优化过渡方式,为后续的结构优化提供参考。     

汽轮机控制阀及驱动系统动力学分析建模

本文介绍了汽轮机控制阀和驱动系统的研究,这些系统控制着机器的最终功率生产和转速。开发动态模型,分析了液压机械系统的运行稳定性和运行过程中可能面临的失效模式。模型是通过对驱动系统进行的具体现场测试验证,为了达到控制阀系统的性能标准,拟议的工作强调了新的驱动技术的要求。在汽轮机(ST)控制和驱动中,蒸汽控制阀在两个主要方面起着关键作用。     

盾构机刀盘变频驱动控制系统研究

针对盾构机的刀盘驱动系统进行了全新的设计。系统选用8台西门子G130系列变频器,采用主从控制方式,重点解决多电机的同步运行问题,实现了多台电机之间的转矩平衡。8台变频器同时响应PLC的转速给定信号,每台变频器分别对各自的电机施加力矩,具备结构简单、运行稳定、电机力矩一致性好和易于维护等优势。在程序结构的设计上,采用了应用接口程序的编写方式,使程序核心部分相对稳定,又有灵活的扩展及操作能力。     

重载冲击激励下TBM主机系统动力学建模与振动特性分析

TBM掘进时的重载冲击激励可能会造成刀盘剧烈振动进而影响掘进效率。由于物理实验的不可行性和理论分析的复杂性,计算机仿真是研究TBM主机振动特性的理想方式。基于多体系统动力学仿真平台ADAMS建立了TBM主机模型,对TBM的掘进过程进行了动力学仿真。仿真结果表明:刀盘径向振幅为10-1mm量级比轴向振幅小一个量级;刀盘分体与中心块之间的径向作用力为102k N量级比轴向作用力小一个量级且峰值频率不同;盾体与主梁之间的径向作用力为104k N量级比轴向作用力也小一个量级,但刀盘分体与中心块之间的轴向作用力和盾体与主梁之间的轴向作用力结果类似。