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RBF神经网络整定PID的电液比例系统位置控制研究

针对凿岩机械臂的电液比例系统位置控制精度问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络整定PID的电液比例系统位置控制方法。首先,在AMESim中搭建了阀控非对称液压缸的电液比例系统简化模型,设置了各个模块的参数;然后,利用MATLAB/Simulink搭建了系统闭环控制模型,通过不断更新RBF网络模型并修正PID参数,实现了基于RBF神经网络整定PID的电液比例系统位置控制目的;结合AMESim搭建的电液比例系统模型和Simulink下搭建的控制器进行了联合仿真;最后,基于凿岩台车机械臂实验平台,进行了电液比例系统位置控制实验。仿真结果表明:在受到外部干扰的情况下,RBF神经网络整定PID控制系统能够在0.3 s内控制活塞杆重新运行至目标位置,平均响应时间为1.5 s,位置精度误差不超过5 mm。实验结果表明:与常规PID控制方法相比,RBF神经网络整定PID控制活塞杆位置精度误差降低了75%,位置精度误差在工程实际要求的10 mm范围以内,因此,RBF神经网络整定PID算法可以有效提高电液比例系统的位置控制精度,满足凿岩机械臂实际工作中对电液比例系统位置精度的控制要求。

基于Matlab的8R机械臂运动学分析与仿真

为了使凿岩机械臂快速精确到达预定姿态,文章以8R机械臂为研究对象,基于改进D-H方法建立其关节坐标系并推导出凿岩机械臂的运动学方程,在Matlab中利用工具箱函数通过编程建立其运动学模型,通过代入位姿角度验证求解的正逆运动学的准确性。利用蒙特卡洛算法模拟机械臂实际工作空间并对机械臂不同位形间的关节角度进行轨迹规划仿真,仿真出的工作空间图形和路径点位形处的关节位置、速度、加速度曲线结果都能满足机械臂进行凿岩的工作需求,为后面机械臂的孔序规划和动力学分析奠定了基础。

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。

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。

基于ARM的可远程操控的凿岩机性能测试系统设计

凿岩机械和气动工具的性能检测是凿岩机和气动工具产品研制、开发、生产和产品升级的关键技术手段之一。随着凿岩机械行业的技术进步,凿岩机性能检测系统也需要配备更多的技术功能,本文介绍的基于ARM的可远程操控的凿岩机性能测试系统,其工作可靠性高,除能实现凿岩机性能参数的自动采集和处理,还具备远程控制功能,能完全满足现阶段凿岩机性能测试的需要。

基于凿岩台车钻进参数的岩石强度预测模型研究

为及时、准确、全面获取掌子面岩石单轴饱和抗压强度,并为推进隧道智能化建造、实现围岩级别动态变更提供重要依据,依托池黄高铁2标段岭上村隧道工程,获取42组掌子面以及4组岩石相似材料的凿岩台车钻进参数和岩石强度数据。在对凿岩台车的破岩过程进行分析后,选取冲击压力、推进压力、回转压力、钻进速率共4项指标作为预测模型的输入参数,分别建立单因素回归、多元非线性回归和LSSVM算法的岩石强度预测模型。模型预测结果表明:1)单因素预测模型中采用钻进速率作为输入参数具有最高的预测精度,预测值与实际值的相关系数为0.9458;2)采用多因素预测模型后,其预测准确率进一步提高,相关系数达到0.9745;3)LSSVM算法模型的预测值与实际值的相关系数为0.9838,其预测准确率与多元非线性回归相当,均可用于实际工程中的岩石强度预测。

软弱围岩隧道钻爆法机械化施工关键技术及装备

为实现软弱围岩大断面隧道钻爆法机械化施工,依托渝昆高速铁路(重庆—昆明)来福隧道,对凿岩钻孔与拱架安装施工工艺进行了研究。通过加长臂改造改进了凿岩台车,以适应软弱围岩条件下台阶法钻爆开挖隧道。通过增加托举装置的延长杆,改进了三臂拱架安装台车;结合“一长两短”的上台阶初期支护钢拱架设计方案,实现了拱顶初期支护钢铰接+三臂拱架安装的施工工艺。通过现场试验,采用改进后的凿岩台车施工,与传统人工手持风枪凿岩相比,两台阶与三台阶断面钻孔作业,施工效率分别提升89%、90%;采用改进后的拱架安装台车施工,与传统人工配合机械安装拱架相比,Ⅳ、Ⅴ级围岩段施工效率分别提升72%、81%。可见,采用改进后的凿岩台车和拱架安装台车机械化施工不仅可以提高施工效率,还可以降低施工风险。该套施工设备可在类似工程推广应用。

硬岩隧道掘进多臂协同钻孔技术研究

为实现硬岩隧道掘进机械化施工,提高三臂凿岩台车应用于硬岩隧道掘进时的施工效率,对三臂凿岩台车钻孔定位精度、多臂协同钻孔路径优化进行了研究分析。首先,基于D-H法建立三臂凿岩台车运动学模型,通过蒙特卡洛法得到三臂凿岩台车的有效工作空间,采用RBF神经网络算法实现钻臂钻孔的精确定位;其次,以钻臂末端移动距离最短和钻臂运动过程中各关节变量之和最小作为优化目标,提出一种改进遗传算法对三臂凿岩台车进行孔序优化,并与蚁群优化算法和自适应遗传算法两种现有孔序规划算法进行对比;最后,以两种不同方案钻孔顺序和所划分工作空间对多钻臂协同钻孔碰撞干涉进行仿真数值模拟分析。数值模拟结果表明:(1)3个钻臂的钻孔定位误差最大为2.94 mm,误差控制在3%以内;(2)与两种现有孔序规划算法相比,以钻臂末端移动距离最短作为优化目标时,3个钻臂末端行驶的总距离分别缩短了5.39 m和10.84 m,以关节变量之和最小作为优化目标时,3个钻臂的各关节变量之和分别减少了2.76 rad、5.34 rad;(3)以最短距离所得钻孔顺序进行钻孔作业时,中间钻臂与左右钻臂之间最短距离分别为984.6、580.8 mm,各钻臂之间不会发生碰撞干涉,以关节变量最小孔序方案钻孔作业时,综合钻臂结构尺寸及安全性,中间钻臂与左钻臂之间最短距离为193.5 mm,可能发生碰撞。综上,RBF神经网络算法可以实现钻孔精确定位,依据距离最短为优化目标所得孔序方案施工时可以提高三臂凿岩台车掘进效率,为硬岩隧道掘进施工提供了理论支撑。

路基土石方机械破碎设备选型研究

近年来应用广泛的挖掘机岩石臂是风化石、页岩、红砂岩和石灰岩等挖掘破碎的利器。较于传统的破碎锤及爆破作业,具有高效率、低成本的特点。以仪陇县宜居县城建设PPP项目迎宾大道路基土石方开挖施工为例,对在30 MPa以内的石方机械破碎方案进行比选,为同类工程土石方施工方案比选及机械设备选型提供借鉴。

八自由度凿岩台车钻臂运动学分析

为研究八自由度凿岩台车钻臂的运动特性,采用改进型D-H参数(Modified Denavit-Hartenberg,MDH)法建立八自由度凿岩台车钻臂的运动学理论模型,推导其机械臂末端的位姿,运用MATLAB软件建立八自由度凿岩台车钻臂的运动学仿真模型,仿真研究机械臂在关节空间中的轨迹规划,得到机械臂各关节的位移、速度和加速度随时间的变化规律,采用蒙特卡洛法求解机械臂的工作空间绘制工作空间的云图,为后续机械臂的运动控制提供依据。

三臂凿岩台车钻臂协同钻孔防碰撞路径规划研究

针对三臂凿岩台车3个钻臂协同钻孔时,由于路径规划不合理导致钻臂碰撞干涉,造成设备损坏、影响掘进施工效率的问题,提出一种基于改进人工势场法的钻臂协同钻孔防碰撞路径规划方法。首先,采用改进的D-H法建立三臂凿岩台车钻臂运动学模型,采用包络盒法对钻臂结构进行合理简化,建立碰撞检测数学模型;其次,对传统势场法中的势场函数进行重建,将势能引入钻臂各关节,保证势场可以约束钻臂的运动姿态;最后,以188孔位隧道掌子面为例,钻臂依据优化后的钻孔顺序进行作业,基于此对钻臂进行防碰撞路径规划仿真实验。仿真结果表明:1)基于距离最短钻孔顺序时中间钻臂与左右钻臂之间的最短距离分别为984.6、580.8 mm,均未发生碰撞干涉;2)基于关节变量最小钻孔顺序时中间钻臂与左右钻臂之间的最短距离分别为193.5、580.8 mm,此时考虑施工安全性及钻臂结构尺寸存在碰撞风险,故应选取距离最短钻孔顺序进行钻孔施工,以实现三臂凿岩台车多钻臂协同钻孔作业。

公路隧道三臂凿岩台车应用阶段性及改善措施探讨

对三臂凿岩台车在不同隧道开挖阶段应用情况进行了分析,探讨了其在不同阶段的应用要点及存在问题。结合某实际项目工程,从不同开挖阶段出发,分析了人工开挖和应用三臂凿岩台车进行机械开挖的经济性差异,并在此基础上针对三臂凿岩台车机械开挖提出了改进措施,以提高其经济性。

基于ANSYS的三臂凿岩台车便拆式吊篮仿真设计

在钻爆法隧道作业过程中,三臂凿岩台车开挖的效率直接影响到整个施工的工期及成本。现有的辅助作业吊篮存在结构复杂、质量过大等问题,导致安装拆卸不便,造成施工周期增长及成本增加。设计一种三臂凿岩台车便拆式吊篮,通过Solidworks建立理论模型,采用ANSYS Workbench进行静力学分析,在满足结构强度的条件下开展轻量化设计。优化后的吊篮单体质量低于89 kg,且最大效应力和变形量均满足设计要求,具有结构简单、安全性高、质量小、便于制造等特点。新设计的吊篮可安装在推进梁上,可多人同时进行装药,提高了装药效率。设计思路可以为同类型设计提供相应理论参考。

三臂凿岩台车自调节气雾排渣技术在长大深埋隧道中的应用研究

随着隧道施工机械化的不断提升,三臂凿岩台车被广泛应用,其钻孔方式采用高压风高压水进行钻进、排渣,而对于缺水地区,或遇水不稳定岩层,无法直接采用三臂凿岩台车钻孔施工。通过优化三臂凿岩台车水路及电路系统,进行自调节气雾排渣,既能节约成本,又能适应不同环境、不同围岩下的隧道钻爆作业。

隧道支护设备机械臂运动学分析

隧道建设中隧道支护为关键工序,针对需求国内大量公司研究所进行了其设备的研发,隧道内工况的复杂性,在产品设计好后需要验证其是否能满足施工和结构上的合理性,本次的产品结构新颖特殊集成多个功能,其操作控制难度高,故需要对其进行运动学分析。利用MOD_DH法确定两个工作系统的参数、坐标系建立正运动学方程,为灵活适应需求两个工作系统都为冗余机械臂,使用传统解析法求解逆运动学分析上存在困难,故本次利用遗传算法结合粒子群算法并加以改进,更好地满足逆运动学求解需求,利于蒙特卡洛和拉丁超立方抽样法进行设备工作空间的求解,然后在Matlab中进行仿真,结果表明该设备满足施工要求,但两个功能组不能同时工作,为后续的控制和结构改进提供了理论基础。

凿岩机器人钻臂定位控制交叉精英反向粒子群算法

在利用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)进行凿岩机器人钻臂定位过程中,存在收敛速度慢和易于陷入局部最优解等问题.为此,提出一种交叉精英反向粒子群优化算法(crossover elite opposition-based particle swarm optimization,CEOPSO)并给出算法的流程.建立凿岩机器人钻臂运动学模型并对其逆向运动学进行求解.将交叉算子引入EOPSO中,采用自适应惯性权重和交叉概率参数控制技术,在维护粒子个体与最优解之间信息交换的基础上,增加粒子个体之间的信息交换,提高算法的全局搜索能力和钻臂定位效率.仿真结果表明,CEOPSO的平均位置误差和平均姿态误差均小于PSO和EOPSO算法,且迭代过程平稳,可以有效提高凿岩机器人钻臂的定位控制性能.

凿岩机器人钻臂定位误差补偿控制交叉精英反向粒子群优化算法

为提高凿岩机器人钻臂末端(钎头)的定位精度,在利用粒子群优化(PSO)算法对关节变量误差进行补偿时,存在收敛速度慢、容易过早陷入局部最优解等问题,为此,提出一种交叉精英反向粒子群优化算法(CEOPSO)并给出算法流程。针对影响误差的两个主要因素,采用五参数D-H方法建立钻臂的参数误差模型,在形变关节后引入一个虚拟关节,推导出钻臂的形变误差模型。将交叉算子引入到EOPSO算法中,同时进行自适应惯性权重和交叉概率参数控制,不仅维持了粒子个体与最优解之间的信息交换,而且增加了粒子个体之间的信息交换。对比仿真结果表明,在误差补偿控制过程中,CEOPSO算法具有更优越的最优关节补偿值搜索收敛速度和求解稳定性,提高了凿岩机器人钻臂的定位控制性能。

新型煤矿用液压钻车的研制

介绍了一种新型煤矿用履带式全液压钻车的整体设计、结构布局、钻臂等主要部件的设计思路。该新型钻车采用履带车载结构,全液压驱动,具有自动换钎、防卡钎装置,可以在狭窄的巷道里自由通行,到达钻孔位置,并进行全方位钻孔,可满足煤矿井下各种施工要求,具有广阔的市场前景。

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。