3D激光扫描技术在凿岩台车隧道施工中的应用与分析

在隧道钻爆法施工中,需要严格控制超欠挖,使隧道实际轮廓尽可能与设计轮廓吻合,从而达到提高施工质量和降低施工成本的目的。通过3D激光扫描仪,智能凿岩台车能够快速、精确地实现定位;应用基于时间漂移原理的脉冲激光测距,获取点云数据,对点云数据处理后,重构隧道三维结构模型;应用切片算法,得到隧道轮廓断面图,得出超欠挖数据等成果。结果表明,在施工过程中,通过对3D激光扫描成果进行分析,能够快速判别引起超欠挖的原因,及时优化钻孔方案与爆破方案,为控制超欠挖提供支持,从而促进隧道施工信息化、智能化的发展,全面提高隧道施工水平。

凿岩台车三角钻臂运动学研究

针对凿岩台车中三角钻臂结构控制困难的问题,提出了一种新的解决方法。首先,建立了三角钻臂的三维模型,运用逼近法和代数法对其进行了正逆运动学求解。其次,基于三角钻臂的几何结构,应用机器人坐标系变换方法,确定了目标点位的空间坐标,并以此计算出三角钻臂两支臂油缸伸缩量的精确表达式。最后,通过仿真实验验证了所提方法的有效性。

西康高铁秦岭太兴山隧道凿岩台车钻爆试验研究

基于凿岩台车应用现状,针对采用凿岩台车钻孔爆破时平均线性超挖量大等问题,选取西康高速铁路(西安—安康)秦岭太兴山隧道左洞进口Ⅲ级围岩段(DK23+075—DK23+155)作为凿岩台车钻爆法试验段。首先针对周边孔外插角大和掏槽孔深度受限情况,将凿岩台车两侧机械臂长度由7.1 m缩短至6.1 m。然后制定了精准钻孔措施。基于与该隧道同等围岩级别地段手风钻钻孔爆破施工经验,经过现场3个循环的凿岩台车钻爆试验,确定掏槽形式为两级斜孔掏槽,把电子雷管起爆时间设置为导爆管雷管奇数段位的起爆时间,按照掏槽孔、辅助孔、内圈孔、周边孔和底板孔的顺序依次起爆。经实施,爆破施工进尺可达3.4~3.6 m,周边孔爆破后炮痕保留率90%以上,断面平均线性超挖量仅19.9 cm。与凿岩台车配套的药卷直径宜在40~45 mm取值。

基于PNN神经网络的凿岩台车电液控制系统故障诊断研究

针对凿岩台车电液控制系统故障诊断效率低的问题,该文提出一种结合故障树分析法和概率神经网络(probabilistic neural network,PNN)的故障诊断方法。首先,基于电液控制系统的结构和工作原理构建其故障树模型;然后通过对故障树模型进行定性分析,确定其最小割集和典型故障种类,以选取的典型故障种类的关键参数构建故障征兆矩阵,通过PNN神经网络对该矩阵进行训练和计算,实现对系统典型故障状态的自动识别。实验结果表明,该文方法的平均诊断时间为1.2 s,平均诊断准确率为80%,能够快速准确地定位系统故障,可满足凿岩台车电液控制系统故障诊断的工程实际需求。

三臂凿岩台车液力机械传动系统的牵引性能

三臂凿岩台车在隧道作业时,路面平整度低、负载波动大,导致牵引性能输出不稳定。在三臂凿岩台车动力总成的基础上,建立了液力机械系统的功率平衡理论与力学平衡方程。进一步,开展了三臂凿岩台车的发动机外特性和液力变矩器原始特性实验,研究了共同工作的输入特性和输出特性。建立了三臂凿岩台车的动力传动系统仿真模型,同时开展了整机牵引性能实验。整车实验与仿真计算对比结果表明:一挡、二挡、三挡最大牵引力误差分别为1.8%,2.4%,1.7%,最大车速误差分别为2.1%,1.9%,2.3%,验证了三臂凿岩台车的牵引性能理论,对复杂工况下工程车辆牵引性能研究具有一定的指导意义。

长大隧道三臂凿岩台车开挖施工应用研究

以衢丽铁路枫树岭隧道为依托,开展隧道开挖施工效率因素分析及长大隧道三臂凿岩台车三种不同开挖工况下的适用性评价研究。结果表明,围岩构造、节理间距、岩体强度和地应力对隧道台阶开挖稳定性产生影响。三臂凿岩台车在长大隧道施工中可用于全断面法、两台阶法和三台阶法开挖,但施工效率不同,在两台阶法中开挖效率较高。

凿岩台车的最优钻进效率研究与应用

为提高山岭隧道施工的凿岩台车钻进效率,围绕凿岩机钻进过程中钻进效率的影响因素进行分析与试验研究。通过研究推进压强、冲击压强及旋转速度等因素的影响,以寻找最优的施工参数组合。通过在不同岩石条件下的多参数测试,采集钻进速度和耗能等数据,并应用最小二乘法、耦合及回归分析等方法对数据进行处理。研究表明:1)推进压强与钻进速度呈线性关系,而冲击压强与钻进速度呈二次抛物线关系。2)推进压强的合理阈值上限为8 MPa,而冲击压强在15~17 MPa为最优。3)旋转速度对钻进速度影响不大,故不需过高设置。

全智能三臂凿岩台车全面推动隧道施工机械化分析

近年来,随着我国社会经济的不断发展,我国陆地交通运输体系变得愈加完善,新建高速公路工程数量增多,很多高速公路施工需要穿越山体,其中,隧道施工成为重点和难点。在过去,隧道施工主要依靠人工操作机械设备并配合纯人工方式展开,作业效率低,人为影响因素多。在智能技术支撑下,全智能三臂凿岩台车应运而生,其可根据系统设计实现智能化施工,极大地减少了人工劳动力的投入,并提高了隧道施工质量。基于此,分析了全智能三臂凿岩台车的系统组成与工作范围,分析设备运行过程控制,结合某案例探究隧道施工方法,旨在保障隧道施工质量、效率、安全。

小汪沟铁矿凿岩台车掘进成本优化分析

为解决金属矿硬岩巷道掘进速度慢的问题,并响应“机械化换人、自动化减人”的号召,越来越多矿井采用凿岩台车替换人工手持风钻提高穿孔效率,从而提升爆破掘进速度,但在具体实施过程中的经济成本是否合理并不可知。以小汪沟铁矿为例,分析对比了该矿井采用人工凿岩和台车凿岩的各项成本,采用最优化理论分析了巷道进尺与掘进成本之间的关系。经过研究发现,凿岩台车每米进尺比人工凿岩节省914.87元;当进尺低于3 269 m时,采用人工凿岩成本更低;当进尺高于3 269 m时,建议采用台车凿岩。

1DM4单臂凿岩台车的设计

针对目前国产凿岩台车的技术水平偏低、可靠性较差,购买国外品牌成本高昂且供货周期长等问题,金川镍钴研究设计院开发设计了1DM4型单臂凿岩台车,通过CAN总线实现车身控制器VCU与底盘控制器TTC60、凿岩控制器TTC580,以及发动机控制器ECU之间的数据传输与交互通信,通过控制器内部程序进行数值运算、逻辑处理来控制相应的执行机构。该产品采用自动打孔技术、自动防卡钎等技术,凿岩效率高、路面适应性好,保证了凿岩台车能安全可靠地进行井下施工作业。

三臂凿岩台车在隧道开挖施工中的应用研究

文章主要研究三臂凿岩台车在隧道开挖施工中的应用。首先,阐述三臂凿岩台车的基本结构和工作原理;其次,探讨其在隧道开挖施工中作用与优势;最后,结合隧道开挖的施工工艺流程,从工作面设计与布孔方案优化、设备安装调试与定位、凿岩作业工艺参数选择等方面,阐述三臂凿岩台车在隧道掘进中的应用要点。研究表明,三臂凿岩台车可以显著提高隧道掘进效率,改善作业环境,推动隧道工程的机械化、自动化发展。

三臂凿岩台车在长大隧道内的施工应用分析研究

在“机械化换人,自动化减人”的施工趋势下,本研究结合衢丽铁路枫树岭隧道某区段的施工条件和工程特点,采用三臂凿岩台车替代传统人工手持风动钻机开挖爆破孔,并对三臂凿岩台车在长大隧道内的施工应用进行分析研究。结果表明,三臂凿岩台车更适合在对大断面硬岩进行开挖,台车单次循环进尺控制在4m左右时,其可最大限度发挥台车优势,施工效率高,爆破后整体成型良好;三臂凿岩台车相较人工手持风钻具有钻孔效率高、能耗低、施工环境安全、噪音污染小等优点,同时能提高整体隧道掘进机机械化施工效率,实现持续高效生产。

二臂凿岩台车钻进施工围岩实时反馈及爆破参数动态调整关键技术研究

针对二臂凿岩台车在施工过程中的围岩掘进问题,本文提出了一种基于实时反馈与动态调整的关键技术研究方案。通过建设试验平台,包括机械系统和控制系统的调试与优化,实现了传感器自动记录钻进参数,并开发了相应的数据处理算法和爆破参数动态调整算法。实验结果表明,该系统能够根据推进速度、电流变化和冲击加速度等参数,实时分析岩石硬度,辅助进行超前地质预报,并根据实时岩石强度指标动态调整爆破图,提高了爆破效率。

基于PLC控制的凿岩台车电气控制系统设计的研究探索

凿岩台车是建设工程中常见的凿岩设备之一,该设备以钻爆法技术为主,多应用于隧道以及地下工程施工当中。在传统隧道工程凿岩台车应用过程中,由于先前国内凿岩台车生产技术并不成熟,因此凿岩台车设备的可靠性非常不稳定且很难满足隧道地下施工作业需求,而国外凿岩台车造价较为昂贵,且设备配件供应周期较长,所以在国内普及应用水平并不高,针对这些情况国内开始加大凿岩台车的研发力度,并开始将可编程控制器(Programmable Controller)技术应用到凿岩台车研发当中,从现状看已经取得理想应用效果。基于此,结合前人经验,就PLC理论基础展开分析,并探究PLC在凿岩台车电气控制系统中的应用,以为凿岩台车国产化提供研究探索渠道。

凿岩台车自动化控制系统的发展、现状及展望

综述了凿岩台车自动控制系统的发展历程,以Atlas最新推出的全电脑控制凿岩台车为例,介绍了台车自动控制系统的现状。提出模块化的软硬件设计,分布式控制,网络服务和三维图形显示技术是凿岩台车计算机控制系统的进一步发展方向。介绍了我国第一台隧道凿岩机器人控制系统,提出了进一步研究的几个关键问题。

对液压凿岩台车在隧道施工中推广应用问题的分析

技术先进的液压凿岩台车在隧道总长为241km的渝怀线上找不到身影,它不被施工单位采用的原因何在?文章阐述了液压凿岩台车使用中的技术问题、施工管理问题,以及当前建设管理机制问题。液压凿岩台车的淡出与其说是技术的退步,不如说是市场经济的使然。作者对液压凿岩台车的应用提出了见解。

基于Vega Prime的凿岩台车仿真模拟训练系统设计

采用Vega Prime在MFC框架下开发了凿岩台车仿真模拟训练系统。搭建了基于PCI总线的交互通信控制平台,并采用多线程技术实现了多采集卡与计算机的同步数据通信。采用并研究了多种软件辅助Creator建模的方法,研究了基于DOF节点的凿岩台车钻臂运动仿真实现方法,实现了系统的实时动态交互。采用主动式3D立体成像原理,研究了在Vega Prime中实现3D立体效果显示的方法,结合3D眼镜实现了系统的立体成像功能。通过运行结果表明系统视景输出稳定逼真,所采用的方法有效。

凿岩台车多关节机械臂的PID位置控制研究

液压凿岩台车在现代隧道掘进施工中发挥了重要作用,现有液压凿岩台车在进行寻找孔位时,需要对6个液压缸和2个液压马达分别进行控制。主要研究了电液比例阀控制液压缸的位置控制系统,以电液比例阀对支臂缸的位置控制为例,其余各个关节控制系统可以以此类推,不进行详细叙述。电液比例阀控制液压缸位置控制系统实际上是一个对液压缸的位移量在钻孔作业中进行实时校正的系统,并对液压缸的期望位移和实际位移产生的偏差进行控制,并在控制环节中添加一个控制器。设计了模糊控制系统的构成,并对模糊PID参数整定的方法与过程进行了论述,然后通过MATLAB的Fuzzy工具箱和SIMULINK模块对电液比例阀控制液压缸的模糊控制器进行设计与仿真。仿真结果显示,在此阀控液压缸控制系统中,模糊PID控制器的抗干扰能力很强,响应速度快,性能也十分稳定。

基于位姿误差补偿的全电脑凿岩台车钎杆定位算法

针对全电脑凿岩台车钻炮孔时钎杆的定位精度要求,从钎杆末端位姿误差补偿角度出发,以DH运动学模型为基础,计算臂架的动态误差和静态误差,建立钎杆定位误差补偿运动学模型;采用多种群遗传算法(MPGA),根据无误差正向运动学逆解所得关节变量(角度和距离)优化各关节值的搜索范围,结合移民算子和人工选择算子进行并行计算,建立基于钎杆运动学误差补偿模型和MPGA求逆解确定关节变量的钎杆定位算法。研究结果表明:基于误差补偿模型进行钎杆定位时,实测钎杆定位误差小于0.1 m,满足工程实际定位要求。

一种三臂凿岩台车孔序规划

文章通过分析单臂工作空间和三臂合作工作空间,综合考虑到钻臂之间存在的可能干涉,将三臂凿岩台车划分为3个独立工作区域和2个协作工作区域,使凿岩台车孔序规划问题简化为3-TSP问题,建立各工作孔位间钻架的移动距离总和最小的优化函数,再运用自适应遗传算法求解TSP问题,得到3个钻臂孔序规划的Hamilton回路,从而实现三臂凿岩台车孔序规划。