煤矿巷道类矩形全断面掘进机切割机构设计及仿真分析

为解决我国煤矿巷道领域类矩形隧道全断面一次掘进成型及快速掘进难题,针对宽6 m、高4.2 m的类矩形隧道,开展全断面掘进机切割机构研究。通过分析多种隧道成型技术方案特点,确定了一种由左右三臂刀盘和上下截割滚筒组成的切割机构技术方案;结合煤矿巷道实际需求,设计了类矩形隧道成型形状;开发设计了刀盘、截割滚筒结构,进行了截齿选用、布置;采用Solid-Works软件分别建立了三臂刀盘和截割滚筒三维模型,利用ANSYS软件分别对三臂刀盘和截割滚筒做了模态分析和静力学分析。结果表明:1)采用圆形刀盘与截割滚筒组合式切割机构,能够实现全断面类矩形隧道的掘进成型;2)切割机构能够满足强度及刚度的要求且不会发生共振现象;3)实际煤矿巷道掘进应用表明,切割机构具有较高的掘进效率,在煤矿巷道类矩形隧道领域具有较好的应用前景。

数据挖掘技术在全断面掘进机故障诊断中的应用

分析了全断面掘进机复杂的故障机理和运行参数,研究了将粗糙集和决策树应用到数据挖掘中的方法.以全断面掘进机刀盘的一些实时数据为例,采用MATLAB 7.0对数据进行离散化处理,结合粗糙集属性约简的算法对故障样本进行冗余属性的约简;然后,利用决策树算法对约简后的故障样本集进行规则提取,利用数据挖掘工具Clementine实现了C4.5算法和改进的C4.5算法,对其结果进行了对比分析;最后,运用VB编程对全断面掘进机采集的部分数据进行测试,结果表明该融合算法是一种快速、有效、可靠的故障检测与诊断的新途径.

全断面掘进机综合试验机刀盘有限元分析

为验证全断面掘进机综合试验机的刀盘是否满足掘进实验要求,运用有限元分析软件Ansys对刀盘在正常工况下的受力特性进行分析,分析结果表明刀盘最大Mises应力偏大,据此提出了相应的修改方案,然后对修改后的刀盘在正常工况、静启动脱困工况以及最大推力推挤工况下的受力特性进行分析,得出刀盘Mises应力图和结构变形图,结果表明刀盘应力集中的部位位于牛腿与辐条的连接处、幅板与辐条的连接处以及辐条与刀盘外壁的连接处,修改后的刀盘的强度和刚度满足掘进实验要求。

一种基于PLC的全断面硬岩掘进机控制系统设计

基于PLC设计了一套全断面硬岩掘进机的控制系统,介绍了该系统的硬件组成结构,软件结构,以及针对复杂程序的输入、输出结构的调整方式,并且为其设计了一款方便直观的人机交互界面,简单介绍了刀盘驱动系统的控制逻辑和实现方式。

基于CBR和RBR的全断面掘进机故障诊断专家系统研究

为了充分利用全断面掘进机(TBM)故障诊断的经验和领域知识,系统采用基于案例推理(CBR)和规则推理(RBR)结合的推理机制进行诊断,建立了诊断模型.介绍了采用基于欧氏距离相似度法进行二次检索相似度计算、用矩阵描述基于传统的权重最近邻法检索过程的CBR故障诊断模型,以及采用改进型规则存储方法存储规则、正向推理机制进行推理的RBR故障诊断模型.采用施工过程的历史数据对诊断模型进行了实例分析.结果显示,采用集成诊断方法能够提高诊断效率和准确性,进而可提高施工效率,也为进一步研究智能型TBM奠定了基础.

全断面掘进机关键部件特征参数预处理研究

首先介绍了全断面掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)主要系统部件的状态参数,通过分析TBM特征参数时间序列的变化趋势,确定了采用灰色预测和神经网络预测相结合的方法对TBM关键部件状态特征参数的变化趋势进行预测,建立了基于灰色理论和神经网络的全断面掘进机状态特征参数预测模型。通过实例计算,给出了预测模型的改进措施。经过改进的预测模型,能够保证设备达到1级预测精度,预测10小时后的设备运行情况。最后,介绍了开发的全断面掘进机故障诊断系统中参数预测的部分,使得预测结果更直接地呈现在操作者面前,具有很好的指导意义。

基于数字样机技术的全断面掘进机关键部件的动态仿真分析

针对全断面掘进机的关键部件设计理论不够完善、制造工艺不够合理等问题,在设计阶段采用数字样机技术对其进行动态仿真。通过对刀盘系统和管片拼装机进行运动学和动力学仿真,在数字样机上分析其运动规律、进行机构干涉检查以及评估驱动力和扭矩大小,为不同地质条件下的刀具布置和选型提供参考。采用基于数字样机技术的有限元方法进行模态和强度仿真分析,获得关键部件的各阶振型图和应力变化规律,为关键部件的动态优化设计提供依据。

基于Web的全断面掘进机虚拟装配系统开发

针对全断面掘进机研制需要大量经验知识、缺乏装配过程优化指导、研制周期过长等实际问题,使用数字化样机虚拟装配技术,以产品装配工艺为中心,在原有产品信息模型和装配模型基础上,使用网络数据传输技术和Vrml语言,开发了基于Web的具有交互功能虚拟装配系统。该系统能使设计人员和用户开展具有交互性质的可视化虚拟装配设计,可有效地分析产品装配过程中合理性和可操作性的影响,根据由此得到的数据进行整体结构优化设计。

基于BP神经网络的全断面岩石隧道掘进机刀具系统故障预测研究

目的研究滚刀故障机理并实现对全断面岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)刀具系统的故障预测,分析滚刀故障对系统驱动端参数的影响,提高刀盘掘进效率。方法基于Adams软件建立驱动系统动力学模型并进行仿真分析;提出并建立具有5-12-5形式网络结构的TBM刀具系统故障预测BP神经网络模型;利用MATLAB软件对不同磨损程度的滚刀状态预测进行建模仿真;采用GA-BP算法对该模型实现优化。结果滚刀磨损加剧后,刀盘推力平均增加2.3%,驱动扭矩平均增加8.4%,刀盘转速减小12.2%,掘进速度平均下降4.7%;应用GA-BP算法的神经网络诊断模型的诊断误差曲线相对平稳,模型训练的均方误差为0.00034216。结论驱动设备参数与滚刀故障之间存在对应关系,各特征参数均受到不同程度影响;基于GA-BP算法的神经网络预测模型诊断误差最小,训练过程仅需40次迭代便可达到网络性能要求,收敛速度显著提高,可用于检测TBM刀具系统在不同磨损程度下的状态类型。

基于UDEC的隧道掘进机滚刀破岩数值模拟研究

现今全断面隧道掘进机(TBM)施工方法在长大深埋隧道工程中已被广泛采用,对滚刀破岩关键技术的进一步认识具有重要的工程价值。为了研究滚刀破岩机制,分析刀圈断面形态、岩石强度和节理角度对其的影响,运用UDEC方法建立了滚刀贯切岩石的二维数值系列模型,对TBM滚刀破岩过程进行了仿真。分析表明:滚刀破岩是滚刀下岩石拉破坏和剪破坏的综合反映,拉破坏是裂纹萌生与扩展的主要驱动机制;刃宽较大的平刀与刃角较大的楔刀破岩效果较好;平刀与楔刀在软岩中破岩效果相近,平刀在硬岩施工中比楔刀的破岩效果好;滚刀对节理角度为30°～60°的岩石破坏效果较好,由于楔刀的"劈裂"作用,楔刀比平刀更适合用于贯切含有节理的岩石。

掘进机综合试验台监控系统的设计与应用

为了完成国家重点实验室的课题试验,需要对各种非标信号进行实时采集,经过数据分析处理后,为盾构机的设计、生产以及施工提供科学依据。该监控系统在设计上通过多传感器数据融合、网络分段、结构化编程。将底层数据处理变换后,实现各种测量数据的远程采集,并实时地进入到后台数据库。目前本监控系统已应用于全断面掘进机国家重点实验室,可很好地完成各种数据的监控。

类矩形全断面煤矿巷道掘进机研制与应用

针对我国煤矿巷道采掘失衡问题,开展类矩形全断面煤矿巷道掘进机关键技术研究,重点研究了类矩形巷道全断面切割技术、连续掘进技术、快速装运技术、倒车技术、自动定位技术、组合式电液控制技术和除尘技术,并根据大柳塔煤矿运顺巷道宽6m,高4.2m的类矩形煤矿巷道快速掘进需求,研制了1台型号为QMJ4260的类矩形全断面煤矿巷道掘进机,实现了煤矿巷道的全断面一次截割成型,实现了快速掘进的目标。

南水北调西线TBM掘进下隧洞围岩损伤研究

为研究隧洞掘进机(tunnel boring machine,TBM)掘进下隧洞围岩的损伤特征,选取南水北调西线工程为背景工程,针对隧洞围岩TBM掘进后的损伤进行了系统的研究与分析。根据板岩在室内试验中表现出来的脆性和屈服后强度特性,提出了以黏聚力弱化-摩擦角强化(cohesion weakening and frictional strengthening,CWFS)脆性模型为基础考虑岩体屈服后损伤的本构模型,通过VC++编译dll动态链接库,并将其植入FLAC3D程序中。应用神经网络和遗传方法等优化算法对本构模型中的参数进行了反演分析,并以室内三轴压缩试验为依据,对该本构模型进行了验证。结果表明,提出的考虑损伤的CWFS模型可以较好地反映板岩的弹性特征、屈服后的强化特征、脆性破坏特征和破坏后残余强度特征。以该模型为基础,模拟了南水北调西线隧洞在TBM掘进条件下隧洞围岩的变形特性、应力发展规律及其损伤演化特征,并与基于Mohr-Coulomb本构关系的计算结果进行了对比分析。提出的考虑损伤的CWFS模型能更好地反映隧洞掘进后围岩损伤特征,即损伤沿着弱势区域发展的规律。

用S120实现盾构机刀盘主从控制的自动切换

为了减少盾构机的故障停机时间,提高生产效率,设计了以S7-300做控制器、S120为执行器的多机驱动的盾构机刀盘控制系统。描述了刀盘驱动对于电机控制的具体要求,并论述了通过控制分组,如何利用S120实现盾构机刀盘的主从控制、以及主从控制方式下传动的负荷平衡分配,阐述了如何用S120实现主从控制的自动切换。系统投入运行后,控制效果良好,实现了盾构机刀盘主从控制的自动切换,证明上述方法能很好地满足盾构机应用的要求。

砂卵石地层微型土压平衡盾构机刀盘刀具布置方法研究

刀盘是微型土压平衡盾构机的关键部件,刀盘刀具类型、数量及合理布置决定着盾构设备的破岩能力,直接影响刀具使用寿命、盾构设备的掘进速度和掘进距离。根据北京某砂卵石地层的地质特点,确定了刀盘刀具的选型与选材;依据刀具磨损的等寿命原则和阿基米德螺旋线布置方法确定了主切削刀和先行刀的布置曲线与刀具数量。直径为3m的微型土压平衡盾构机,在砂卵石地层中,刀盘布置主切削刀数量为38把,先行刀数量为15把,先行刀超前主切削刀的超前量为30mm。通过ANSYS软件对刀盘的力学性能进行了分析,结果表明刀盘受力与变形状况良好,满足设计要求。

企业国家重点实验室发展中的问题与对策研究

企业是国家财富增长的主要贡献者,依托企业设立的国家重点实验室在研究内容、管理制度、技术成果等方面与依托高校院所的国家重点实验室有很大区别。作为新兴事物,企业国家重点实验室应该坚持科研效用最大化、可持续性研究的原则,科学有效地解决发展中遇到的各种问题,从而推动企业成为技术创新研究的主体。

微型土压平衡盾构机刀盘开口率对排土率的影响

刀盘开口率是刀盘设计的关键参数,是决定盾构机是否稳定掘进的关键参数之一.在充分理解刀盘与开挖面相互作用的基础上,分析了开口率对排土率的影响,并推导出最大排土率与最小排土率的计算方法.根据该计算方法,研究了不同直径的刀盘在砂砾石地层掘进时,排土率随开口率变化的情况.分析结果表明：在砂砾石地层中直径为3m的刀盘开口率取值为70％～85％时有利于开挖面的稳定.

引洮供水工程双护盾TBM卡机事故分析与解决方案

在施工安排合理的情况下,从地质及设备因素上分析引洮工程双护盾TBM施工卡机事故发生的原因,总结卡机事故的预防措施,可为双护盾选型和施工提供借鉴。

制造企业国家重点实验室发展中的问题与对策

制造业作为国家财富增长的主要贡献者,其领域内的企业国家重点实验室应该将基础应用研究、验证性实验研究、成套装备集成研究作为主要研究方向。同时,作为新兴事物,实验室发展中也遇到了管理定位模糊、人员配置不合理、缺乏可持续性研究内容等问题。因此,需要从建立管理委员会,完善适于企业的项目人负责制以及凝练实验室研究目标等方面着手,建立一个长远、有效地科研管理机制,坚持科研效用最大化、不做无用功原则,让实验室成为推动企业成为技术创新主体的源动力。

浅析NHI/NFM膨润土气垫式泥水盾构机泥水系统

阐述了NHI/NFM膨润土气垫式泥水盾构机工作原理及泥水循环系统,论述了泥水循环系统的不同工作模式,为泥水盾构机的设计提供了重要的参考。