基于CFD的土压平衡盾构刀盘开口分布特征研究

土压平衡(Earth pressure balance,EPB)盾构刀盘的开口率及开口分布特征的设计是刀盘地质适应性设计的关键技术之一,直接影响开挖渣土的流动性及盾构的掘进效率。针对不同掘进地质条件下盾构刀盘开口设计的复杂性问题,利用刀盘切削渣土被改良为"塑性流变状态"的特性,运用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)理论,建立包括渣土、刀盘、土舱和螺旋输送机在内的CFD模型,利用实际工程掘进数据验证CFD模型计算结果的正确性与方法的可行性,在此基础上,分析获得给定地质条件下相同开口率不同开口分布特征的刀盘前后渣土的压力分布规律,以及刀盘开口分布特征对盾构机刀盘开挖渣土流动性能的影响作用关系,并通过回归分析,得到刀盘开口分布特征与刀盘前后渣土压力之间的映射关系。研究为高效、稳定掘进的土压平衡盾构刀盘拓扑结构优化设计提供方法。     

关联规则挖掘驱动的盾构机刀盘健康评估方法

传统机理建模研究与实际施工环境误差较大，而数据驱动建模多采用黑箱模型，不利于知识发现与理解，为此提出一种基于知识挖掘的盾构机刀盘健康评估方法。针对盾构掘进数据维数众多、海量异构、强噪声干扰等特点，结合盾构掘进领域知识与机器学习算法提出针对性的数据预处理、特征筛选以及连续特征离散化方法，以此建立知识挖掘数据集。在此基础上，利用关联规则挖掘算法提取关键特征与不同刀盘健康状态之间的映射关系，采用融合可靠度、完整度与简洁度的综合评价指标适应度准则对原始规则进行评价排序，最终实现盾构机刀盘健康评估。基于厦门地铁3号线某掘进区间的实际工程数据对所提方法进行了应用验证。研究结果表明，所挖掘的知识规则与实际数据分布具有良好的吻合度(平均值93%以上),验证了该方法的有效性。     

基于拉普拉斯特征马氏距离的滚珠丝杠健康评估

滚珠丝杠的性能是影响数控机床加工精度的重要因素之一。提出一种机床滚珠丝杠的性能衰退及健康状态的评估方法,该方法结合拉普拉斯特征降维与马氏距离分析模型,建立不同健康状态下传感器信号样本点在特征空间中与健康值的非线性映射关系,从而得到滚珠丝杠性能衰退程度的量化评估。通过不同健康状态的滚珠丝杠性能试验,将该方法应用于滚珠丝杠的驱动电动机速度和转矩信号,通过对传感器信号的内蕴流形及其不同健康状态下的采样特征点在内蕴特征空间中分布相关性分析,以得到量化的性能评估结果。与常见方法所得结果相比,该模型能准确地反映滚珠丝杠的性能衰退趋势,鲁棒性更好。该方法可采用数控机床自带的传感器,无须改动机床整体结构,不影响其动态加工性能,可广泛应用于工业数控机床滚珠丝杠的在线实时健康状态评估。     

t分布随机近邻嵌入机械故障特征提取方法研究

将t分布随机近邻嵌入(t-SNE)流形学习方法应用于机械振动信号的故障特征提取,实现高维特征信息降维处理。通过小波包分解算法将原始振动信号分解为多层小波子空间,通过计算各层的小波阈值熵构造高维特征数据,然后采用t-SNE方法对构造的高维特征数据进行数据降维,获取低维故障特征信息。采用本特利转子试验台进行故障仿真实验,对采集获得的几种典型故障状态下的振动数据分别基于小波包阈值熵及统计特征构造2组高维数据,并对2组高维特征数据分别采用t-SNE方法进行数据降维处理获得其二维特征数据,通过对比验证了基于小波包阈值熵法构造高维数据后进行t-SNE数据降维的特征提取方法能够更有效的区分故障特征。     

盾构刀盘多目标优化设计

盾构刀盘设计的时候应该充分考虑到整个刀盘的刀盘开口率、刀具的布置、结构形式等对刀盘的影响，必须适合使用条件，确保使用过程中在保持稳定的前提下提高掘进速度。刀盘设计是盾构机的主要零部件，其结构设计的合理性直接影响到盾构机的性能。为了提高设备的使用效率，需要合理优化刀盘结构。文章主要从盾构机刀盘的结构形式、结构设计和优化设计目标三个方面进行简要分析。优化后的盾构刀盘应力分布更加均匀、刀盘结构的强度增加，为盾构机刀盘今后的设计与发展提供参考。     

基于支持向量回归积和改进粒子群算法的特定区间盾构机作业参数选取

为实现特定区间盾构机作业参数更准确的选取,提出了基于支持向量回归积(e-SVR)和改进惯性权重降低速度粒子群优化(IIWDSPSO)算法的盾构机作业参数选取模型。基于e-SVR构建掘进参数、地层参数、几何参数与地表沉降值之间的非线性关系模型,并基于实际盾构施工数据与人工神经网络模型、随机森林模型进行性能对比分析;通过10组仿真实验分析惯性权重降低速度对算法性能的影响,基于分析改进的粒子群优化算法优化特定地层参数和几何参数区间的掘进参数。结果表明,e-SVR模型对盾构施工数据样本具有更好的拟合和泛化能力,所提出的IIWDSPSO算法具有更好的准确性、稳定性和收敛概率。实际工程应用结果也验证了所提模型求解出的特定区间掘进参数能使地表沉降值相对更小,得到的掘进参数能够为实际工程提供更准确和可靠的参考。     

EPB盾构机刀盘开口模式与刀盘盘体结构耦合设计

以某地铁标段施工盾构为研究对象,针对EPB盾构机的刀盘的开口模式与盘体结构设计之间相互影响、耦合的特点,首先建立根据边界条件与三轴实验获得的岩土颗粒微观参数构建盾构刀盘与岩土相互作用的刀盘系统离散元数值模型,研究盾构刀盘开口率对刀盘挖掘过程的影响规律。在此基础上,建立基于渣土流动性的刀盘结构参数优化设计模型,在AWE下对刀盘的整体结构进行优化设计。研究结果表明:在某地质条件下,开口率为35%,中心开口占45%的刀盘挖掘效率较高且满足螺旋输送系统工作条件。     

盾构刀盘的数值模拟

盾构法是一项复杂的技术,在隧道施工中,通过位于盾构机最前端刀盘上刀具对前方的土体进行切削来完成掘进开挖的任务,因此盾构刀盘的强度设计十分重要。利用有限元软件ANSYS建立了盾构刀盘和刀具的有限元模型进行数值模拟,模拟了在不同工况及不同设计方案下刀盘和刀具的受力状态,包括:改变刀盘钢板的厚度、改变刀盘和牛腿之间的夹角以及在刀盘上施加偏载等。通过以上情况的模拟为盾构刀盘刀具优化结构设计提供参考依据。     

盾构切刀有限元数值模拟研究

盾构刀盘的设计对盾构机切削土体的切削效率起着至关重要的作用。通过对盾构刀盘切刀的仿真研究,为刀盘的地质适应性设计和盾构机掘进参数的确定提供参考。使用UG软件建立了切刀和土体的三维模型,并基于ABAQUS软件对模型进行网格划分与分析,采用修正的Drucker-Prager本构模型和带有单元删除功能的损伤模型,可以较为实际的模拟出土体的材料特性,为建立刀盘掘进的数值模拟提供土体和材料的数值仿真方法。同时结合有限元动态接触的特性,得到了切刀载荷随时间的变化规律。     

砂卵石地层盾构机刀盘故障分析及结构优化研究

盾构机刀盘在富水砂卵石地层中施工易出现卡死故障,且刀盘磨损较为严重,通过正滚刀布局优化、增加支撑靴和加宽环筋板等结构优化措施,可有效改善刀盘在不同工况时的工作性能,为砂卵石地层盾构施工提供借鉴。     

基于AMESIM的EPB盾构刀盘液压驱动系统的仿真研究

结合某型盾构机,研究了6.4m土压平衡盾构机刀盘驱动液压系统的结构组成和工作原理,采用变量泵变量马达闭环控制方式,设计了6.4 m EPB盾构刀盘液压驱动系统.在AMEsim环境中建立刀盘驱动系统的仿真模型,按实际情况设置子模型参数,对刀盘速度负载特性和负载波动情况进行仿真,并对结果分析,为盾构机国产化研究提供参考依据.     

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。     

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...     

Logistic回归模型在机床刀具可靠性评估中的应用

刀具系统作为数控装备的一个重要部件,其可靠性必然会影响到整个装备系统的加工效率和稳定性。为有效地识别刀具磨损状态,降低生产成本,保证加工质量,提出一种基于Logistic回归模型的可靠性评估方法。通过试验在线测取车刀加工过程中的振动信号和刀具磨损数据,利用小波包分解、时域统计和相关分析,提取刀具磨损的特征频带和显著能量、时域特征指标,结合刀具状态信息,建立Logistic可靠性评估模型,准确地估计出实际使用刀具的可靠度指标和失效时间,对于变化的失效阈值,评估模型同样有效。该方法将设备运行状态信息引入到性能评估和可靠性分析当中,更能反映设备的时间动态特性,且不需要对设备失效过程和分布函数作过多假设。     

盾构机刀盘驱动行星减速箱国产化设计

刀盘驱动减速箱是盾构机刀盘驱动部的核心部件,是刀盘旋转切削的动力源。通过3025型刀盘驱动减速箱的设计综述,从工况特点、材料选用、齿轮参数优化、轴承选型、冷却设计等方面说明刀盘驱动减速箱设计的诸多关键点,为刀盘驱动减速箱国产化提供设计借鉴。产品经过施工现场使用,其性能完全满足盾构正常掘进需求,其国产化研发制造对提升我国盾构技术水平有着重要意义。     

盾构机刀盘的力学分析与优化设计

复合型盾构机能同时切削软土和硬岩的特性使得复合型盾构机被广泛应用。刀盘作为复合型盾构机的关键部件,其应力分布是否合理,工作时是否发生共振,都是刀盘是否工作在安全范围内的关键。以大连刀盘为基础,分析了两种工况下刀盘的应力分布和最大变形,同时还考虑了刀盘可能会发生共振,对刀盘进行模态分析和谐响应分析,模态分析得到了刀盘的固有频率和前10阶振型图,谐响应分析得到了刀盘两处幅值最大的危险点。进而基于workbench平台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,获得了刀盘强度刚度与刀盘支撑筋位置之间的映射关系,采用多目标优化方法进行了有效求解,得到了等效应力和变形最小时的最优支撑筋截面直径参数。     

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.     

面向性能退化的数控机床服役可靠性评估方法

针对数控机床可靠性评估依赖于寿命分布模型和试验信息(或者实际使用数据),且数控装备日益复杂,零部件、子系统繁多,难以准确评价数控装备可靠性,提出一种面向性能退化的数控装备服役可靠性评估方法。该方法首先通过Lloyd算法将性能退化数据矢量化,进而通过隐马尔科夫模型和查普曼-柯尔莫哥洛夫方程(Chapman-Kolmogorov,C-K)微分方程,实现利用离散数据对连续性能退化过程的建模,最终实现对数控装备服役可靠性的评估。将所提方法应用于某型铣床和滚柱直线导轨副的服役可靠性评估,评估结果更精确。通过验证可以得出该方法的可行性和有效性,可以广泛应用于数控装备服役可靠性评估。     

砂质板岩地层下小断面盾构刀盘结构设计方法

刀盘设计合理性与地质适应性是盾构机顺利施工的前提,结合砂质板岩地层条件、刀盘结构及刀盘载荷计算模型对中国石化新疆煤制天然气外输管道(新粤浙)穿越长江隧道工程中所用盾构机刀盘进行结构设计,考虑刀高差影响,忽略刮刀对刀盘载荷影响,获得刀盘推力及转矩,并与工程实测数据进行对比,结果吻合度较高,证明所用载荷计算方法具有较高准确性。建立刀盘有限元模型,对刀盘进行静力学分析,由静力学分析结果:最大应力为189.5 MPa,出现在在刀盘面板与支撑环连接处;最大变形量为1.7545 mm,出现在刀盘中心双联滚刀安装区域,可知刀盘力学性能满足要求。研究结果可为砂质板岩地层盾构刀盘设计提供一定参考。     

复合地层中大直径盾构刀盘刀具的选型与优化

近年来大直径盾构施工技术飞速发展,国内各大城市大直径盾构隧道工程相继开工建设,大直径盾构施工有着很大的发展前景。在实际的施工过程中大直径盾构机刀盘刀具的选型至关重要,很多工地由于刀盘刀具的选型不适合该工程,在掘进中出现了很大的困难,带来严重的经济损失,甚至出现人身伤亡事故。本文结合广深港狮子洋隧道盾构刀盘刀具的选型与优化,说明刀盘刀具对复杂地层的适应性等方面的重要性以及刀盘刀具优化的各种方法。