急曲线隧道盾构超挖量及铰接角的理论算法

为提高盾构机开挖急曲线隧道的能力,应准确预估超挖刀的伸出长度与范围、铰接角等几何作业参数。目前上述参数仅基于盾构与隧道设计轴线的平面几何关系确定,无法适应三维复合曲线隧道的施工要求。基于空间向量分析理论,提出三维复合曲线隧道超挖刀长度与范围、铰接角的理论算法,并基于Fortran语言实现算法的求解。对实际隧道工程盾构的几何作业参数进行了模拟,通过模拟值与实测数据的对比,验证了理论算法的有效性。结果表明:铰接角的实测值与模拟值整体拟合较好,当盾构机在曲线段掘进时,铰接角的实测值略大于模拟值,是由于实际施工中以刀盘的中心点拟合隧道设计轴线为纠偏目标,与理论算法中以管片拼装中心点拟合隧道轴线的理想掘进状态存在差异;模拟的超挖刀范围窄于实测范围,而超挖刀伸出长度的模拟值比实测值略大,存在的微小差异来自于理论算法假定盾构机不挤压地层且周围地层不变形,而实际施工中地层存在一定的变形量。

考虑盾构铰接作用的小半径曲线隧道开挖诱发地层沉降分析

目前针对小半径曲线隧道开挖诱发地层沉降的理论研究均将盾构机视为一个连续的整体,未考虑盾构机铰接装置带来的影响,由此不能正确评估小曲率盾构开挖路径变化带来的超挖效应等。首先,根据盾构机铰接位置以及盾构机与小曲率隧道开挖路径的几何位置关系,得到了小曲率隧道开挖过程中不同盾构铰接位置超挖量及盾构铰接角计算公式;其次,基于镜像法及Mindlin解,求解了铰接盾构施工时因超挖地层损失、盾尾地层损失、开挖面不均匀推力、盾壳不均匀摩擦力及盾尾处注浆压力等共同影响的地层沉降;最后,采用工程监测数据与理论解进行对比验证,得到较好的一致性。此外,针对隧道转弯半径、前盾长度、盾构铰接角及超挖量等进行了参数分析。分析结果表明:不考虑盾构铰接装置的影响将过高估计地层损失而导致地层沉降预测值偏大。随着转弯半径的减小,前盾长度、盾构铰接角及超挖量的增加,地层沉降增大,但其值变化均对开挖面前方沉降影响较小,对开挖面后方沉降影响较大。在开挖面后方,随着与开挖面距离的增大,当转弯半径取值较小,前盾长度、盾构铰接角及超挖量取值较大时,纵向地表沉降呈先增大后减小趋势。

主动铰接型盾构机自动导向系统测量与姿态精密解算方法

主动铰接型盾构机在曲线隧道开挖中应用广泛,其盾构姿态的精密解算是盾构机自动导向系统的核心功能,也是盾构掘进中进行盾构机实时纠偏的前提和基础。国内外盾构机自动导向系统提供商对自身盾构姿态计算原理和方法保密的现状,给盾构机姿态人工复核和盾构施工带来了较大困难。本文在研究两款国产盾构机和日本演算工坊棱镜法自动导向系统的基础上,利用立体几何和空间投影变换原理,提出了主动铰接型盾构机姿态精密解算方法,给出详细推导计算公式。通过对多台盾构机在不同隧道线型内多组姿态坐标数据的计算和对比,验证了该盾构姿态精密解算方法的正确性。

基于多目标PID的拖挂式房车差动制动控制系统设计

为了保证拖挂式房车制动时具有良好的横摆稳定性及行驶路径,提出以房车铰接角和横摆角速度为控制目标的差动制动控制方法.考虑电磁制动器机电耦合特性,建立了基于线性六自由度的牵引车房车转向制动力学模型;建立拖挂式房车稳态行驶时铰接角模型,引入多目标PID加权控制算法和多目标PID协调控制算法,应用差值制动控制横摆力矩的原理,使房车铰接角和横摆角速度准确跟随目标期望值,实现房车制动时具有良好的横摆稳定性及行驶路径.基于TruckSim与Simulink的联合,进行了脉冲、阶跃转向工况下的仿真试验.仿真结果表明,提出的加权控制和协调控制均能保证拖挂式房车在制动时具有良好的行驶路径及横摆稳定性;相比于无差动制动,这两者使房车相对横摆角减小约25%;相比于以横摆角速度为目标的差动制动,这两者使房车的行驶路径偏差减小约20%.

基于双自适应无迹卡尔曼滤波的半挂车状态估计

针对半挂车辆状态估计过程中测量噪声不确定、累计误差影响严重、初值敏感等问题,提出一种适用于半挂车铰接角、车速等多个状态量估计的双自适应无迹卡尔曼滤波算法(FFUKF).基于搭建的半挂汽车12自由度非线性动力学模型和轮胎模型,通过测量的轮速与车辆加速度等信息,首先利用模糊控制自适应调整滑移率容差,综合判断每个车轮的稳定状态,通过轮速估算出一种车速;与此同时,模糊控制自适应调整测量噪声,利用无迹卡尔曼算法,依据动力学估计出铰接角和另一种车速;然后通过卡尔曼滤波算法融合两种方法估计的结果,实现车辆的纵向、侧向速度、横摆角速度和挂车与牵引车铰接角的实时估计.最后在Simulink/TruckSim联合仿真环境下进行多工况仿真试验,验证所提出的双自适应无迹卡尔曼估计算法(FFUKF)有较强的适应性、稳定性和鲁棒性,相比普通模糊自适应无迹卡尔曼(FUKF)有更高的估计精度,能有效克服累计误差,即便在估计初始值不准和有ABS控制输入的情况,仍可以较精确地对车速和铰接角进行实时估计.

基于模型预测的中置轴汽车列车横摆控制研究

为提高中置轴汽车列车转向工况下的横摆稳定性,该文提出以牵引车的横摆角速度和铰接角为控制目标,以横摆力偶矩增量为控制变量,包含了基于模型预测控制(Model predictive control,MPC)的横摆力偶矩决策层及基于轮胎纵向力剩余极限的制动力分配层两部分的控制策略。对组合式车辆展开系统动力学分析,建立了简化车辆动力学模型及轮胎模型,搭建了Simulink-Trucksim联合仿真平台,基于预设的参考路径对该文提出的控制策略进行仿真验证。结果表明,该文提出的控制方法有效地提升了中置轴汽车列车转向行驶时的横摆稳定性。

基于盾构法的长距离地铁隧道施工轴线纠偏方法研究

目前,铰接式盾构已成为修建曲线隧道的常用方法,要操纵铰接式盾构机,必须熟悉千斤顶、仿形刀和铰接机构 3 种装置的操作方法,但由于这3种装置在进行盾构掘进时具有很高的共线性,很难同时获得唯一的操作参数。为此,文章提出一种在一定约束条件下,根据几何条件确定仿形刀长度和铰接角度的数值方法,并给出该方法在三维复合定线中的应用实例及模拟分析结果。模拟结果分析表明,从几何条件的角度出发,该方法能合理地给出铰接角度 θ 的范围和仿形刀的长度范围。

基于差动制动的单拖挂汽车列车道路跟踪控制

对汽车列车的运动特点进行了研究,建立了考虑铰接角的单拖挂汽车列车驾驶员模型;对挂车制动时车辆运动状态的变化进行了分析,设计了基于差动控制的道路跟踪控制器,建立了基于Simulink和Trucksim的联合仿真模型,验证了双移线工况下模型的路径跟随性和行驶稳定性。结果表明:基于差动制动的单拖挂汽车列车道路跟踪控制器,与单点最优预瞄驾驶员模型控制器和考虑铰接角的驾驶员模型控制器相比,转向过程更加平稳,提高了路径跟踪能力,降低了侧向加速度峰值,提高了行驶稳定性。