基于深度残差网络的机床减速器故障诊断研究

为了进一步提高对机床不同故障的分类准确率,设计了一种深度残差网络。通过对机床振动试验台信号预处理优化网络结果,并进行故障诊断对比分析。研究结果表明:当行数比列数更少时,随着两者差异增加,模型分类准确率显著降低;当行数超过列数后,模型达到了更高的分类准确率并保持相对稳定的状态。CNN网络比浅层模型LeNet表现出了更强识别性能。ShortCut结构具备明显优越性,有助于网络具备更强识别能力。该研究有助于提高减速器的运行效率,可将其拓宽到其他机械传动领域,具有很好的应用价值。

考虑温度效应的盾构刀盘黏附试验及堵塞防治

土压平衡盾构在黏性地层掘进时易产生刀盘结泥饼、堵塞等问题,不仅会导致排渣不畅降低掘进效率,并且频繁的开仓处理会增加工程风险,而掘进会产生大量热量影响土体黏附性。采用自主研发的刀盘旋转黏附试验系统,探究刀盘温度与含水率、黏土含量、黏土类型等因素联合作用下刀盘黏附效果,并分析了泡沫剂、抗黏剂在不同掺入比下堵塞防治效果。研究结果表明:温度升高会使得旋转扭矩与刀盘表面的土体黏附量降低,但会加速黏土硬化;土体含水率、黏土含量对于扭矩影响趋势相反,但对黏附量影响规律相同,随着土体含水率或黏土含量增加,黏附量先增加后降低,含水率在20%、黏土含量在30%时黏附性最强;膨润土比高岭土黏附性更强;土体含水率、黏土含量与黏土类型对于黏附量的影响可以使用稠度指数进行表征,随着稠度增加黏附量会出现先增加后降低的趋势,稠度指数在0.50~0.75时土体黏附性最强,低稠度指数土体对温度敏感性更强;单独添加泡沫剂会降低土体黏附量,但在注入比为70%时,仍存在大量土体黏附;使用泡沫剂+抗黏剂联合改良在注入比为50%时改良效果较好,继续增加注入比对土体改良效果影响较小。研究成果对于评估黏性地层土压平衡盾构掘进堵塞风险与黏性土渣土改良方案选择具有一定的指导意义。

暗挖扩大端内弃壳解体接收盾构关键技术研究

使用盾构法在城市中心修建地铁时,常面临地面空间不足,无法提供充足的工程场地进行常规盾构接收的问题,因此在预接收地点修建暗挖横通道+暗挖扩大端的辅助结构,进行盾构解体接收成为主流方案,但暗挖扩大端的修建尺寸并无清晰参考。以北京地铁19号线为例,分析了暗挖扩大端宽度和高度的设计问题,并针对弃壳接收和部分弃壳两种方案,对暗挖扩大端的最小设计尺寸做了规定,即高度应包含开挖垫层、盾构直径和吊装空间三部分,其中吊装空间至少应为1.5~2m;当采用弃壳接收时,暗挖扩大端宽度与刀盘直径和刀盘分块暂存方式有关。提出了一种新的适用于暗挖扩大端内狭小场地的刀盘拆解方案,能够显著减小占地面积,同时设计了一种适用于洞内拆解主驱动的专用滑移辅助工装,提高了拆解过程的安全性。

盾构掘进过程刀盘与土层相互作用受力分析

以沈阳地铁1号线东延线农业大学站—东三环站区间盾构掘进施工为研究背景,运用离散元软件EDEM及机械建模软件3Dmax建立盾构刀盘及复合地层模型,模拟盾构机在复杂土层向前掘进的运动过程,通过设置参数,改变不同的刀盘转速、盾构推进速度,研究它们对盾构刀盘的扭矩、切向力、法向力等受力变化影响。研究结果表明:在一定范围内,随着转速的提高,盾构刀盘所受的扭矩、法向力、切向力有所增加。在一定范围内,随着推进速度的提高,盾构刀盘所受的扭矩、法向力、切向力也有所增加。通过受力分析,选择合适的刀盘转速及合适的推进速度,可以有效提高工程施工安全。

大直径盾构机刀盘分块组装分析研究

针对大直径盾构机刀盘存在体积大、质量重及运输困难等诸多问题,采用分块运输再进行径向和周向组装焊接。论文着力解决了运输超宽超重、焊接形变、壳体直径及圆度偏差大、错边量偏差大及施工工期长等一系列难题。通过对刀盘分块优化对比、刀盘组装测量定位、焊接工艺优化等多方面展开研究,降低刀盘拼装质量风险和施工成本。

盘形滚刀盾构切削桥桩刀盘荷载研究

钢筋混凝土的材料力学性质与天然岩土体差别很大,为了研究盾构掘进过程中滚刀切削钢筋混凝土的切削特性,对滚刀侵入钢筋混凝土的过程进行受力分析.首先,通过三维仿真模拟得出单把滚刀在不同贯入度下切削钢筋与混凝土时的法向力与切向力,再通过滚刀切削钢筋混凝土室内实验验证了法向力的准确性.然后,基于荷载叠加原理,提出一种针对切桩过程的推力和扭矩刀盘荷载计算模型,通过依托工程实际切桩荷载验证了刀盘荷载计算模型的适用性.对比结果表明,本文模型所计算出的推力、扭矩荷载值与实际切桩的推力、扭矩荷载值误差分别小于10%与20%,结合实际切桩荷载分析得出滚刀切桩的荷载影响主要是推力.研究结果可为今后类似盾构切削工程中掘进面荷载计算以及单刀选型与配置等提供参考.

富水砂卵石地层下衡盾泥带压开仓换刀技术及应用

研究基于沈阳地铁某区间盾构工程,深入探讨了衡盾泥带压开仓技术在富水砂卵石地层下的应用,旨在研究复杂地质条件下,盾构机更换专用刀具时采用的施工技术及其效果。通过数据分析方法,详细考察了泥膜稳定时间和开仓次数与建立泥膜次数的相关性。结果表明,随着建立泥膜次数的增加,阀开度的突变趋势愈发明显。基于此,提出了在建立泥膜后需密切关注阀开度的变化,并及时应对突变情况。此外,总结了在该地层条件下安全可控的开仓流程,显著提高了施工安全性和效率。研究成果可为未来类似复杂地层条件下的盾构施工提供了宝贵经验和实用指导。

岩溶地区土压平衡盾构机主要掘进参数研究

为研究岩溶地区土压平衡盾构机主要掘进参数的控制问题,依托贵阳轨道交通3号线一期工程中具有代表性的四皂区间(四方河站—皂角井站)盾构施工项目,统计分析盾构机的总推力、刀盘扭矩、掘进速度、土仓压力4个主要掘进参数,并采用数理统计方法研究参数的相关性及影响因素。结果表明:在岩溶地区,土压平衡盾构机主要掘进参数的实际控制值符合正态分布规律;受特殊地质条件影响,各参数的相关性较弱。研究成果可为类似隧道工程提供参考。

砂性地层下类矩形盾构机刀盘布置方案研究

类矩形盾构机的切削断面形状并非中心回转对称,如何根据不同的地质条件选择适合的刀盘布置方案是类矩形盾构机研制的难点。依托杭州市轨道交通四季青站工程项目,对比在黏土地层与砂性地层2种施工条件下,类矩形盾构机的施工参数,发现盾构机在砂性地层中所受的推力、扭矩均较大,且存在较大冲击。原偏心多轴驱动仿形刀盘的结构形式,无法满足砂性地层中的施工工况。针对性地研究设计1种刀盘布置方案,采用2个X形大刀盘+2个可伸缩式圆形辅刀盘的组合切削形式,并增加带伸缩功能的辅刀盘驱动、切削盲区处壳体结构、土体改良等关键功能。该刀盘布置方案的研究与实践对提高类矩形盾构机的地层适应性有着重要意义。

复合常压刀盘掘进措施应用研究

文章结合广州海珠湾隧道工程超大直径泥水平衡盾构机掘进实例,分析了复合常压刀盘在复杂红层地质的工程难点及应对措施,重点分析了刀盘结泥饼、滞排、排浆泵及采石箱堵塞,以及刀具磨损严重等问题产生的原因,对出现的问题提出相应解决措施并讨论了其应用效果,为后续在类似典型地层中的盾构施工提供参考和借鉴。

大直径常压刀盘泥水平衡盾构掘进防滞排技术

大直径常压刀盘泥水平衡盾构掘进施工过程中易出现刀盘结泥饼、仓内滞排、卸渣槽堵塞、刀盘扭矩大、掘进速度慢等问题,严重时还会影响施工进度,对施工安全造成威胁。为此以佛莞城际狮子洋隧道工程为例,从泥浆指标控制、刀盘冲刷系统优化、掘进参数控制、刀筒刀具优化等方面,提出大直径泥水平衡盾构在复合地层条件下掘进的防滞排对策。

基于聚合代理模型的土压平衡盾构刀盘轻量化设计方法

针对现有盾构刀盘轻量化设计计算成本高、多依赖经验的不足,提出一种基于聚合代理模型的土压平衡盾构刀盘轻量化设计方法。通过熵权TOPSIS综合贡献度分析筛选出对刀盘质量、最大变形和最大应力影响显著的结构参数作为设计变量,采用加权径向基函数模型、Kriging模型和支持向量回归模型的聚合代理模型来拟合设计变量与最大变形和最大应力约束响应间的隐式关系。在上述基础上构建了土压平衡盾构刀盘轻量化设计模型,并以序列二次规划算法进行优化求解。有限元仿真实验结果表明,所提出的轻量化设计方法实现土压平衡盾构刀盘减重7.44%,且能满足刀盘应力和变形要求,轻量化效果良好。

砂卵石层盾构开挖面失稳分析及双参数掘进控制

为探究砂卵石层盾构施工的开挖面失稳过程和支护力设定方法,针对成都地铁盾构掘进施工超挖失稳实例,开展了三维工程离散元(EDEM)分析,对不同支护力分布形式的极限支护力和开挖面稳定性进行分析。进而结合盾构施工超挖失稳区段的掘进参数,考虑盾构机整体机械性能配置,提出了开挖面稳定性双参数控制建议值。结果表明,开挖面失稳位置与支护力分布形式有关,开挖面处于极限状态时,盾构上方0.75 D(D为隧道直径)范围内产生土拱效应,当支护力逐渐减小至0.1 P_(0)(P_(0)为初始静止状态支护力)时,失稳区发展到地面;盾构掘进时应保持土仓适当欠压,并降低刀盘转速,为可能遇到的大粒径漂石和土仓压力控制预留足够的富余扭矩。

不同开口率下盾构机刀盘与开挖面相互作用试验研究

开口率是盾构机刀盘的重要结构参数,其大小直接关系到刀盘与开挖面的相互作用。通过设计1∶10的模型试验,实现了刀盘开口率可调及渣土实时称量,从而间接地实现了对土舱饱满度的控制。试验研究分析表明:在实际出土率与理论出土率相等的条件下,增大刀盘开口率可减小刀盘面而与开挖面的接触面,从而减小刀盘扭矩,刀盘开口率增大了10%,刀盘扭矩减小约5.8%;在相同的出土率时,刀盘的开口率对地表最大沉降影响不显著;而在土舱近似满舱状态下,刀盘空隙上的渣土对开挖面可起的支护作用。

富水漂卵石地层土压盾构高效施工技术研究

土压平衡盾构机在富水漂卵石地层中掘进存在刀盘刀具磨损严重,螺旋机轴易卡停断裂,渣土易离析喷涌,推进效率低下等问题。以成都轨道交通6号线工程为依托,采用刀盘刀具适应性改造,螺旋机耐磨技术改造,泡沫膨润土混合液渣土改良,“超前排渣、扭矩控制、泡沫动平衡”等措施。经实践,刀具的更换里程明显延长,可达到全区间1082 m不换刀连续推进;螺旋机发生断轴后,修复时间由10 d缩短为3 d;采用混合注入的渣土改良方式,将刀盘扭矩降低了31%,螺旋机扭矩降低了49%,有效减少了卡停和喷涌情况;采用的掘进技术明显提高了施工进度,减少了停机风险。研究结果表明,采用的技术措施解决了土压平衡盾构机在此种地层中的施工难题,提高了施工效率,降低了工程风险。

基于有限元的盾构机刀盘强度分析

利用有限元分析的方法分别对改造前、改造后的盾构机刀盘进行强度分析,根据分析结果,改造前刀盘最大等效应力为147.97 MPa,最大变形为1.76 mm;改造后刀盘最大等效应力为150.79 MPa,最大变形为1.85 mm;改造前后刀盘最大等效应力均出现在刀盘牛腿与刀盘面板结构焊接处;刀盘改造后最大等效应力增加了2.82 MPa,增加率为1.9%,最大变形增加了0.09 mm,增加率为5.1%;改造后盾构机刀盘强度及刚度均满足施工需求。

地铁盾构下穿桥梁的保护措施及影响性分析

以地铁盾构下穿市政桥梁工程为背景,介绍桥梁保护专项措施并对下穿施工的影响性进行分析评价。通过实施河道围堰、桩基托换及刀盘改造等专项措施,保障下穿工程顺利实施。采用MIDAS/GTS软件建立三维有限元模型,分析下穿施工对地表沉降及桥台、基础和隧道变形等的影响,结果表明:双线隧道施工引起地表沉降的分布符合沉降槽规律,注浆加固体的存在使地表沉降分布出现高平台,最大地表沉降量相应减小;盾构下穿主要引起桥台受弯及各段桥台间的错位,桥台各项位移指标满足规范控制要求;扩大基础和桩基总体发生沉降,沉降量控制在10 mm以内;隧道发生拱顶沉降及拱底隆起,在断桩集中荷载及水土压力作用下,隧道衬砌满足承载力及正常使用要求。

基于AMESim的盾构刀盘容积调速系统仿真研究

液压系统是驱动盾构机刀盘转动的核心,由电动机、变量泵、变量马达等元件组成。盾构机作为目前地铁施工的主流设备,面对复杂多变的地质条件,刀盘容积调速系统如何减小由系统输入扰动导致的马达转速扰动,使刀盘稳定运行,是值得研究的关键问题。讨论了一种PID+前馈补偿控制方法,通过对系统数学模型的分析,建立了AMESim刀盘容积调速系统仿真模型,并通过实验得到了系统转速特性曲线。结果表明,PID+前馈补偿方法相比于常规PID控制方法,将马达转速的瞬态误差减小了13%,调整时间缩短了1.5 s。研究结果对刀盘稳定运行具有重要的意义。

盾构隧道近距离下穿既有车站变形控制技术

北京地铁12号线苏州桥站—人民大学站区间盾构隧道施工近距离下穿既有4号线人民大学站,新建盾构区间隧道与既有车站最近距离为2.86 m,且盾构施工时会切削废弃钢筋混凝土桩基,施工难度大、风险高,在北京地区内实属罕见。为了保证施工过程中既有线路的运营安全,采用数值模拟方法对既有车站变形进行分析并确定既有车站各结构在施工期间的变形预警值、报警值。以下穿区间前50 m作为试验段,从而确定合理的盾构参数。通过附加先行刀的方式实现了对盾构机刀盘的升级改造,提高了盾构机切削钢筋的效率,确保了盾构施工工期的按时完成。同时采用同步注浆与穿越后补注浆措施最终保证了轨道结构变形满足变形控制要求。

砂卵石地层盾构刀盘扭矩计算方法及其影响因素研究

针对南京市地铁建设过程中砂卵石地层中盾构刀盘频繁调停问题,结合南京市宁和城际铁路02标项目部盾构区间,分析了砂卵石地层土压平衡式盾构施工难点,通过区间土体改良情况得出其对刀盘扭矩的影响范围,为盾构施工给出合理性的意见与建议。