Energy saving analysis of segment positioning in shield tunneling machine considering assembling path optimization

A motion parameter optimization method based on the objective of minimizing the total energy consumption in segment positioning was proposed for segment erector of shield tunneling machine. The segment positioning process was decomposed into rotation, lifting and sliding actions in deriving the energy calculation model of segment erection. The work of gravity was taken into account in the mathematical modeling of energy consumed by each actuator. In order to investigate the relationship between the work done by the actuator and the path moved along by the segment, the upward and downward directions as well as the operating quadrant of the segment erector were defined. Piecewise nonlinear function of energy was presented, of which the result is determined by closely coupled components as working parameters and some intermediate variables. Finally, the effectiveness of the optimization method was proved by conducting a case study with a segment erector for the tunnel with a diameter of 3 m and drawing comparisons between different assembling paths. The results show that the energy required by assembling a ring of segments along the optimized moving path can be reduced up to 5%. The method proposed in this work definitely provides an effective energy saving solution for shield tunneling machine.     

PLC在模拟盾构推进液压系统中的应用

研制了以可编程控制器(PLC)为核心的模拟盾构机推进液压部分的控制系统。对系统的工作原理、硬件结构、软件组成等作了介绍,实现了对推进液压系统的运动控制,达到了预定的控制要求。     

盾构推进系统同步控制仿真与试验研究

阐述了盾构推进液压系统工作原理。采用AMESim和MATLAB仿真软件对推进液压系统同步协调控制进行了仿真分析,同时采用PLC编译了主从式同步PID控制程序,并在盾构模拟试验台上进行了同步推进试验研究,比较了两种不同负载下的同步试验情况。仿真和试验结果表明：采用主从式同步PID控制策略能够达到很好的同步效果,同步精度可达±3mm,能较好地满足盾构在不同地质情况下同步推进控制的基本要求。
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基于XGBoost的隧道掘进机操作参数智能决策系统设计

为了实现隧道施工的同质化,提出基于极端梯度提升算法（XGBoost）预测模型的隧道掘进机（TBM）操作参数的智能决策方法. 定义场操作系数指数（FOI）作为替代传统场切深指数（FPI）的围岩级别特征参数,使用XGBoost算法建立预测模型以实现对FOI的预测,对围岩级别进行预测、判断. 通过对优秀司机在特定FOI下TBM操作参数的选择,建立专家模型实现FOI与特定TBM操作参数的关联,实现TBM操作参数的智能决策. 使用引松工程的现场数据进行对比实验,结果表明,设计的TBM操作参数的智能决策系统能够实现对优秀的TBM司机操作参数决策的复现,相比于以FPI为特征参数的传统智能决策系统,新系统的推进速度和刀盘转速两部分的平均相对误差分别下降8.84 %和7.97 %.     

新型捣固装置及其仿真研究

针对现有捣固装置捣固镐振幅不可调及捣固臂工作不独立而造成装置维修不便等问题,提出一种新型捣固装置,该装置采用16套液压激振机构分别激振16对捣固镐,各捣固臂工作相互独立.对捣固臂机构进行受力分析,并且基于虚拟样机技术及仿真软件平台Pro/E,创建装置模型,进行仿真研究.研究表明:捣固镐振幅和频率随液压缸行程和运动频率的...     

参数自整定模糊PID控制器在大型液压源温控系统中的应用

为满足某大功率、大流量的液压油源系统油温的高精度控制要求,针对液压系统温度场大时滞、非线性、时变性的特点,设计了参数自整定模糊PID控制器,使用SIMULINK结合MATLAB中的FUZZY工具箱进行仿真研究,结果表明,该控制器用来控制液压源的温度是十分有效的。     

液压油体积弹性模量综合测试实验台的设计及研究

设计了一种集成了温度调节控制系统、液压油抽真空除气系统的液压油体积弹性模量综合测试实验台,该实验台实现了对油液弹性模量值的在线与自动化测量,可对液压系统的油温进行控制,并可对油液进行抽真空除气,以提高油液的弹性模量.实验结果表明,该实验台可有效地对油液的弹性模量值进行测量并改进提高,可用于对油液的体积弹性模量值与油温、压力、含气量之间的理论关系进行研究.     

低摩擦活塞式蓄压器和气缸的设计及实验研究

为了满足某闭式液压系统的需要,对系统中的活塞式蓄压器和气缸进行了低摩擦结构设计,活塞的主密封由一道格莱圈加一道PTFE材料的低摩擦支撑环组成。实验表明,气缸和活塞式蓄压器组件的总启动压力在0.02MPa以内,活塞式蓄压器平均泄漏量为0.068 2mL/min,能够满足系统的性能要求。     

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%.     

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.