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。

基于FPGA器件的多边形轴类零件车削刀盘驱动系统

运用齿轮传动原理,在数控机床上增加一个车刀盘,刀盘与工件作相对转动,研究刀尖在工件上的轨迹形成多边形平面的原理,仿真分析影响加工多边形轴类零件的主要参数,分析运用FPGA器件实现多边形轴类零件车削加工刀盘驱动控制,满足多边形平面加工参数,选用光电编码器作为传感器,采用PID算法对其系统进行闭环控制,运用Xilinx FPGA芯片IP核、SN74LVC4245A芯片、MAX3485芯片实现了数据传输、电平转化等功能。最后,选用Verilog语言对FPGA进行设计,利用Vivado软件进行仿真验证,证明代码可行性。

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。

隧道掘进机刀盘结构性能评价研究关键问题分析

刀盘是隧道掘进机的关键部件,刀盘的结构性能会影响隧道掘进机的施工效率、施工成本及施工安全,因此对刀盘结构性能进行综合评价对工程实践具有重要指导意义。文章首先从刀具破岩机理、刀盘布局设计及掘进性能评价三方面对国内外研究现状进行了综述,总结了研究成果及存在的局限性;基于研究现状,提出了刀盘结构性能评价研究需要解决的关键问题。研究认为:需全面考虑刀盘结构参数的影响,进一步完善整个刀盘刀群的破岩机理、刀盘及刀具布局设计,以及掘进性能预测模型。

盾构刀盘驱动液压系统压力冲击吸收特性分析

针对盾构掘进地层复杂、负载冲击大的工况特点,提出一种基于压力反馈和电液比例控制的新型开式刀盘驱动液压系统.通过对元件模型的线性化处理建立泵-马达-蓄能器系统的动态数学模型,分析蓄能器的引入对于系统固有频率的影响.同时利用AMESim中的液压模块化元件与液压元件自主设计库(HCD)联合建模,对刀盘在不同工况的仿真过程中,通过比例方向阀控制蓄能器的不同工作状态来研究更好的冲击吸收效果.结果表明,在不同的负载剧变所带来的压力冲击下,蓄能器在吸收冲击的同时也影响到了系统的稳定性,可以通过电液比例控制蓄能器的工作状态来更好地适应负载的冲击.

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.

成都地铁7号线火神区间盾构选型与关键参数计算分析

盾构选型的合理性和关键参数的准确确定是盾构法工程施工成败的关键。针对成都地铁7号线火车南站至神仙树区间地质和水文特征,结合盾构对不同地层的适应性比较,论证采用土压平衡盾构施工的可行性和必要性。同时就盾构施工可能出现的问题,对盾构各个系统进行选型分析。在盾构推进阻力和刀盘回转阻力计算方法基础上,结合实际的地质参数,计算出该区间内最大的推进阻力为10 659 k N,最大刀盘回转阻力矩为4 072 k N·m;选取合适的储备系数,确定盾构最大推力和刀盘装备扭矩的建议值分别为26 648 k N和6 108 k N·m。最后通过与实际值进行对比,验证了盾构推力和刀盘驱动扭矩理论选型值的准确性。

变转速泵控模拟盾构刀盘驱动系统研究

设计了1.8m土压平衡(EPB)模拟试验盾构的刀盘驱动液压系统,介绍了该液压驱动系统的工作原理和控制方法,该系统采用了变转速泵控技术.通过统计分类的模式识别方法分析了1.8m试验盾构的掘进过程,以盾构掘进的场切深指数(FPI)、扭矩切深指数(TPI)构成了掘进土层状况的特征空间,基于土层识别及刀盘驱动功率效能评价建立了盾构刀盘转速专家控制方法.建立该液压驱动系统的AMESim仿真模型,仿真研究了液压系统的效率、开环和闭环调速性能.试验研究表明,该液压系统开环调速性能稳定,但刀盘转速波动较大.

盾构刀盘驱动多电机同步控制策略研究

为了保障盾构刀盘驱动系统能够稳定运行,刀盘驱动电机之间的同步性能是一个关键因素。针对盾构电机数量多、结构复杂的特点,分析主从控制、并行同步控制和几种耦合控制在盾构驱动电机控制应用中的优缺点,说明并行同步在应用中的合理性;设计一种模糊PID智能控制算法,提出模糊PID控制器与并行同步控制结构相结合的盾构刀盘驱动多电机同步控制策略,应用Matlab/simulink进行建模仿真,对该控制策略和常规的PI控制进行仿真对比。结果证明:所提出的控制策略的动态响应快、实时性能好,在相同的负载突变状况下,该方法具有更强的鲁棒性,能更好地使多电机以设定速度同步运行。

盾构刀盘驱动的电液比例控制系统的设计与实验

设计了一个盾构掘进机的刀盘驱动液压系统,该系统是开式液压系统,应用电液比例控制技术实现了泵排量实时调节.采用二通插装阀技术实现了高压、大流量液压控制系统的集成,使系统具有结构紧凑、成本低的特点.分析了该液压系统是如何实现泵排量的电液比例控制及其在较大变化负载工况下流量的稳定性.模拟盾构掘进实验时,电气控制为开环控制方式,实验表明,在负载变化较大时,系统能准确地实现刀盘的比例调速,系统的能耗低、温升小,因此,该系统能够很好地满足现代盾构的技术要求.

盾构机刀盘变频驱动控制研究

刀盘驱动系统是盾构机重要系统之一,承担着驱动刀盘旋转、切削开挖面和密封舱内土体搅拌的任务.通过对刀盘变频驱动的控制结构、控制方式以及控制过程和相关的控制连锁的介绍,为盾构机刀盘变频驱动控制选择提供参考.

基于AMESim-MATLAB联合仿真的液压盾构刀盘控制策略与特性研究

为提高盾构刀盘液压驱动系统在不同负载工况条件下的能耗利用率,设计一种智能变功率控制模式的刀盘液压驱动系统。以实际生产的某型盾构机为例,建立盾构刀盘液压驱动系统模型。提出采用智能切换功率级别与恒功率控制相结合的策略,运用模糊控制算法实现根据负载变化智能选择相应的功率级别,从而达到节能高效的目的。结合某工程实际施工过程中外载荷的变化数据,采用AMESim与MATLAB两个软件进行联合仿真,比较了传统的恒功率控制与新型智能变功率控制系统在刀盘转速、工作效率方面的异同。结果表明,采用新型智能变功率控制策略的刀盘液压系统效率比现有液压系统提高近10%。

TBM刀盘驱动系统发展及关键技术

全断面岩石隧道掘进机(TBM)是一种先进的现代化隧道施工设备。作为其核心部件的刀盘驱动系统,其性能的优劣直接影响到TBM的掘岩效率和掘岩质量。详细阐述了TBM刀盘驱动系统的工作原理、驱动方案和发展概况;重点介绍了刀盘驱动系统在施工过程中遇到的问题及解决措施;最后探讨了刀盘驱动系统的关键技术及可能的发展方向。

盾构机刀盘变频驱动控制系统研究

针对盾构机的刀盘驱动系统进行了全新的设计。系统选用8台西门子G130系列变频器,采用主从控制方式,重点解决多电机的同步运行问题,实现了多台电机之间的转矩平衡。8台变频器同时响应PLC的转速给定信号,每台变频器分别对各自的电机施加力矩,具备结构简单、运行稳定、电机力矩一致性好和易于维护等优势。在程序结构的设计上,采用了应用接口程序的编写方式,使程序核心部分相对稳定,又有灵活的扩展及操作能力。

多电机变频同步驱动技术在全断面掘进机领域的应用浅析

介绍了多电机变频同步驱动技术在全断面掘进机领域的应用,重点介绍了在刀盘驱动中的实现方式,分析比较了不同控制方式的特点,通过对多电机变频同步驱动的控制结构、控制方式以及设计要点的分析,为全断面掘进机选择多电机变频同步控制方案提供参考。

基于力矩电动机的双摆动铣头设计

简要介绍力矩电动机的结构、基本参数及其选用,给出五轴联动高速雕铣机的总体方案设计以及双摆动高速铣头结构和其关键件的设计,并用Pro/E对设计进行实体建模。

AVN2440DS盾构机使用中的几个问题

结合操作AVN2440DS复合式泥水平衡盾构机的实际,介绍了盾构机的保养计划,重点从熟悉盾构机的结构,对主驱动结构的电路进行分析,并对掘进中常见的问题及处理、配件的国产化等方面进行介绍,以期为盾构机的合理使用,提高掘进速度,降低成本提供参考。

土压平衡盾构机掘进参数的确定

指出盾构掘进参数的正确计算及选定,是确保掘进面稳定、有效控制地表沉降或隆起的最重要组成部分,主要介绍了盾构掘进的理论计算方法,合理制定了盾构施工参数,为盾构隧道掘进施工提供相应的理论依据。

基于正常掘进工况下的TBM刀盘振动限值研究

刀盘作为TBM施工过程中实现破岩功能的关键部件,极端环境极易引起刀盘的剧烈振动,且刀盘的长期剧烈振动会导致结构开裂、失效等问题。因此,以TBM刀盘为研究对象,通过有限元与动力学仿真,确定正常掘进工况下的刀盘振动限值。首先,基于滚刀破岩动态载荷模拟仿真及CSM模型得到不同围岩类别下的滚刀载荷谱,使之作为刀盘外激励;其次,利用Ansys对刀盘进行瞬态动力学仿真,得到刀盘的最大等效应力,再以许用应力进行衡量;最后,利用Adams对TBM主机多自由度动力学模型进行动力学仿真,得到不同岩石类别正常掘进工况下的刀盘振动加速度,从而得到刀盘的振动限值。