基于动力学模型的全断面竖井掘进机纠偏控制策略

针对全断面竖井掘进机施工过程中易出现钻进偏斜的问题，提出了一种基于动力学模型的纠偏控制策略(误差符号积分鲁棒控制器，RISE)。首先，根据掘进机的组成和工作原理，将三维掘进空间内的偏斜问题分解为两个垂直平面内的二维偏斜问题，并规划了偏斜状态下的纠偏方案；其次，采用拉格朗日能量法建立了考虑未知环境干扰的掘进机纠偏动力学模型，并基于该模型，设计了误差符号积分鲁棒控制器，运用李雅普诺夫方法对控制器的稳定性进行了验证；最后，选取了整个纠偏过程的一段轨迹，在MATLAB/Simulink平台上进行了建模仿真，对误差符号积分鲁棒控制器的控制效果进行了验证。仿真结果表明：相较比例-积分-微分(PID)控制器和反馈线性化控制器(FLC),误差符号积分鲁棒控制器最大纠偏角度跟踪误差分别降低了83.3%和68.6%,最大纠偏位移跟踪误差分别降低了86.8%和66.4%。研究结果表明，该纠偏控制策略具有较高的纠偏轨迹控制精度。     

变约束条件下硬岩掘进机推进系统动态特性

硬岩掘进机在复合地质条件掘进时刀盘的波动载荷引起撑靴支撑刚度的变化,它们的耦合严重影响硬岩掘进机动态特性。应用Lagrange法建立硬岩掘进机推进机械系统动力学模型,研究岩石变形和不同撑靴支撑刚度下TBM进行直线和曲线推进时动态特性响应。结果表明,直线掘进时,岩石的变形和失效导致TBM掘进速度发生变化,掘进方向的位移变小,曲线掘进时撑靴与岩石的接触刚度变化对运动特性影响更为明显。     

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。     

基于机器人支撑的柔臂掘进机伺服液压系统

硬岩掘进机常用于隧道施工，但刀盘形状固定，掘进时无法改变掌子面形状，造成应用场景受限。鉴于此，基于机器人支撑的柔臂掘进机逐渐得到应用。针对该柔臂掘进机可改变运动姿态，适用于大负载工况等特点，采用比例伺服控制系统，通过传感器将执行机构位移反馈至比例伺服阀，与给定信号对比后调整阀芯开口实时纠偏末端位姿。该系统满足了掘进机推进系统在控制时，精度更高、响应更快、稳定性更强的要求。     

TBM装备掘进载荷的力学分析与功率建模

硬岩隧道掘进机(Tunnel boring machine,TBM)是用于隧道一次成型的大型装备。为分析地质条件、掘进状态等关键工程因素对装备掘进功率的影响规律并建立预估模型,首先对装备掘进过程的力学特征进行分析,抓住影响装备掘进过程的主要因素,推导出掘进推力和刀盘驱动扭矩表达式。基于输入能耗与载荷间的依存关系,建立了装备掘进功率的近似预估模型,并结合工程数据识别反映具体工况等因素的模型系数。进一步利用未参与建模过程的独立检验数据对所建立模型的有效性和适用性进行讨论。模型预测值与工程实测值的对比结果表明,建立的掘进功率近似力学模型能够综合反映操作参数、地质参数等关键因素的影响规律。     

一种硬岩掘进机滚刀设计研究

刀盘是硬岩掘进机施工中的关键部件,而滚刀是刀盘掘进中的利器,掘进机在施工过程中能否顺利推进,能否把坚硬的岩石啃下来,完全取决于滚刀的性能。假设岩体是连续和均质的工况下,对特定的硬岩掘进机滚刀起动牵引力的数值进行计算,计算的结果比实际所需的值略大,安全系数高,滚刀性能卓越、稳定,并可节约施工时间。通过三维建模和计算校核可知,刀轴设计满足强度要求。     

掘进机械路在何方?

正在工程机械行业发展暂不如人意之时,掘进机械也迈入了自身发展的关键一步,是借势而上还是亦步亦趋,在机会又一次展现在行业面前时,企业的未来手段和眼光,也又一次面临市场的考验。掘进机械,指的是全断面隧道掘进机(盾构机、硬岩掘进机、顶管机等)、水平定向钻、悬臂式巷道掘进机等产品,其主导产品是全断面隧道掘进机。而全断面隧道掘进机是目前世界上最先进的隧道专用施工机械,也是高端装备制造业的标志性产品。从英国在1825年首次使用盾构机开掘海底隧道开始,该类产品被越来越广泛地应用于各类隧道建设,经过多年的技术发展,在20世纪50年代以后,达到技术成熟并大规模使用。目前据不完全统计,全     

TBM掘进机含间隙典型关节接触刚度模型及其特性

硬岩掘进装备典型关节的接触刚度精确描述是其掘进过程中动力学分析的关键。针对重载情况下硬岩掘进装备中的圆柱铰和球铰关节,基于Hertz接触理论和Winkler弹性接触理论进行含间隙的典型关节接触刚度建模与分析,通过有限元模型比较验证了TBM掘进机含间隙的典型关节接触刚度解析模型的适用性。结果表明:相同载荷下圆柱铰和球铰的接触刚度随间隙的增大而减小,相同间隙下随着载荷的增大而增大。间隙小于0.5 mm时Winkler接触理论可以更好地描述关节接触界面刚度,而间隙大于0.5 mm时,基于Hertz接触理论可以更好地描述关节接触界面刚度,该结果可以为硬岩掘进机动力学分析提供指导。     

敞开式岩石隧道掘进机液压系统故障排查三例

正1.推进液压系统(1)故障现象1台某型号敞开式岩石隧道掘进机(TBM)在硬岩隧道掘进施工过程中,其主推进缸无杆腔压力只能加载到11.5MPa,导致掘进困难。(2)故障排查根据该机主推进液压系统工作原理,检查主推进液压系统液压油管连接情况,结果主推进变量柱塞泵、控制阀组、推进缸之间的液压油管连接正确、无泄漏。对主推进变量柱塞泵进行憋压测试,测试结果为该泵的出口压力达到     

国产首台大直径岩石隧道掘进机穿隧成功

正日前,在吉林省引松供水工程总干线二标段,"长春号"岩石隧道掘进机穿隧成功。"长春号"是中国铁建重工集团、中国铁建十八局集团联合科研院校依托国家863计划重点项目"大直径硬岩隧道掘进装备关键技术研究及应用"自主研制的国产首台大直径敞开式岩石隧道掘进机。施工标段隧道全长22.6 km,最小开挖直径7.9 m,最大埋深750 m,最浅埋深34 m,主要岩层为凝灰岩和花岗     

全断面岩石隧道掘进机支撑-推进-换步机构静刚度分析

针对全断面岩石隧道掘进机(Tunnel boring machine,TBM)在施工作业过程中掘进轨迹经常偏离预设轨迹、严重影响掘进精度及效率的问题,研究其支撑-推进-换步机构刚度半解析建模方法。从分析机构的变形协调条件入手,构造出计及所有支链构件及末端自身弹性贡献的半解析静刚度模型,该模型综合考虑了复杂物理边条(围岩)、机械系统刚度及液压系统刚度。通过算例揭示整机静刚度在掘进全域随位姿的变化规律,并借助有限元分析软件验证了所建模型的正确性。     

基于动力稳定性的全断面岩石隧道掘进机刀盘临界推进速度研究

推进速度是全断面岩石隧道掘进机(Tunnel boring machine,TBM)的重要设计参数。其值过小将降低机械的掘进效率;过大将引起刀盘的大幅振动,导致联接螺栓超常松动、引起主轴承塑性变形与断裂,严重影响施工安全。为确定推进速度的临界值,引入非线性弹簧单元模拟破岩过程中滚刀与岩石的相互作用,采用有限元法对刀盘掘进过程进行动态仿真,得到了在不同岩层中掘进时保证刀盘动力稳定性的推进速度临界值。所得结果可为合理设计TBM推进速度,有效控制刀盘振动,减少振动破坏,提升TBM的地质适应性和施工安全性提供参考。     

煤矿用硬岩巷道智能化钻装锚掘进机设计

针对现有掘进机进行岩性较硬巷道掘进工作时,存在的掘进效率低、掘进速度较慢,而且很容易引发安全事故的问题,设计一套包含钻孔、掘进、运输以及锚固全套巷道掘进工序的智能化硬岩巷道掘进机,并在某矿巷道进行实际测试优化。结果表明,智能化硬岩巷道掘进机大幅提升了对坚硬岩性巷道的掘进效率,降低了井下工作人员劳动量,并对条件相近巷道的掘进作业提供了借鉴意义。     

悬臂式掘进机定向掘进系统的设计

针对煤矿井下掘进机掘进过程中经常出现的偏离巷道中心,进而导致切割面超挖、欠挖等问题,结合矿井工作面实际工程特点,提出一种基于MEMS捷联惯性导航技术的悬臂式掘进机定向掘进系统.重点分析了系统的核心结构、掘进相关环节的建模过程、纠偏马达控制器的设计,并对路径进行仿真分析,结果显示,通过合理的参数设计,系统可有效控制掘进机掘进过程,实现定向掘进.     

地下管道掘进机纠偏液压驱动系统的设计与仿真

为了实现地下管道掘进机纠偏系统的快速稳定性,首先根据掘进机纠偏原理建立掘进机纠偏运动的力学模型,确定纠偏油缸伸长位移与纠偏角度之间的状态方程,在MATLAB软件中搭建PID控制模型并进行仿真。其次,通过AMESim软件对纠偏液压驱动原理建模,搭建纠偏液压系统模型,采用PID控制器对液压系统进行控制,得到纠偏油缸位移的仿真曲线,实现纠偏液压系统在较短时间内达到负载稳定的效果。为下一步将纠偏运动力学模型与纠偏液压驱动系统结合奠定了研究基础。     

臂式掘进机现状及其在遂道施工中的应用

目前,隧道施工方法主要有钻爆法和综合机械化掘进法（简称“综掘法”）。机械化施工具有效率高、作业环境好和安全性高等特点,是会后隧道施工的必然趋势。掘进机皇综掘法的主要设备,是一种集切割吉石、装载、转运石碴、降尘等多种功能于一体的大型高效联合作业机械,具有连续掘进、无爆破震动、对围岂振动小、减少超挖、节约衬砌材料等优点。掘进机又分为全断面和部分断面掘进机。在大断面、长距离硬岂隧道的掘进中,全断面掘进机（ＴＢＭ）发挥了重要作用。例如,世界著名的英吉利海峡海底隧道就是用１１台全断面掘进机完成的;我国“西康”铁蹈中的奏岭隧道即采用两台德国产ＴＢ８８０Ｅ全断面掘进机施工,单台平均月进尺３１２ｍ,最高日进尺４０．５ｍ,取得了很好的施工效果。但是全断面掘进机作业线投资偏高,对隧道围岂地质和断面适应性差,影响了其使用的广泛推广。臂式掘进机是一种部分断面掘进机,其截割臂可以上下、左右自由摆动,能切割任意型状的隧道断面。臂式掘进机集开挖、装碴和自动行走于一身,进退自如,操作灵活,对复杂地质适应性强,便于支护,可以适应中、软岩隧道不同的施工方法,因此是中小型中、软岩隧道的理想开挖工具。     

悬臂式掘进机硬岩截割部的设计分析

针对悬臂式掘进机在截割硬岩时存在截齿消耗大、掘进效率低等问题,基于悬臂式掘进机截割硬岩的主要破岩形式与具体截割原理,设计了悬臂式掘进机硬岩截割部的主要结构,分析了各连接件的功能特点,并进行了部分关键零部件的选型计算,以供悬臂式掘进机硬岩截割部的设计参考.     

基于水力喷射压裂功能的掘进机设计

应用水力喷射压裂技术作为掘进机的破岩机理,通过对巷道掘进作业中的岩石、半煤岩进行预压裂,降低了掘进作业中掘进机的进给力,提高了工作效率,减少了截割头磨损和截割过程中产生的粉尘,提高了整机可靠性,实现了低投入高环保的硬岩掘进,对井下巷道硬岩掘进及高效掘进具有重大意义。     

中铁装备岩石隧道掘进机在郑州下线

<正>1月26日,中国中铁装备集团的"直径8.03m全断面岩石隧道掘进机"在郑州下线。硬岩掘进机(TBM)广泛用于山体隧道掘进,每台造价2~3亿元人民币。过去,中国TBM大量依靠进口整机或技术。此前,除德国维尔特公司外,德国海瑞克和美国罗宾斯公司是世界掌握TBM技术和生产能力的三大企业。国内TBM专家茅承觉说:"TBM是集机、电、液及自控于一机的先进大型设备,自行研制的TBM虽能实用,但实际掘进进尺效率很低,对中硬岩月进尺只有80~200 m,而国外先进TBM对     

最长铁路隧道是这样建成的

正"隆隆隆",幽暗的高黎贡山隧道里,机身抖动、噪音震耳,"彩云号"硬岩掘进机犹如一头吞砂噬岩的巨兽,埋头向前,无坚不摧。这是中国最长铁路隧道的施工现场。据《人民日报》报道,从今年2月1日"彩云号"启动以来,一路挺进,从未卡刀,不仅成功穿越第一个地层交接涌水带,而且即使算上磨合期,其掘进效率也比同工区的进口装备高出不少。"34km的长大隧道,穿越地震带、地热群,如果采用传统的钻爆法施工,每一寸都是煎熬,而进口硬岩掘