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全断面硬岩掘进机轨迹跟踪控制方法研究

全断面硬岩掘进机轨迹跟踪控制方法研究

作者：刘泽辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

全断面硬岩掘进机(TBM)是针对硬岩地质而研发的一种大型挖掘设备。其工作环境复杂,负载随机性大。由此产生的一系列非线性、不确定性等因素严重制约了电液伺服系统控制性能的提升。加之液压系统具有变增益、摩擦、时变参数等本质非线性... 详细信息

全断面硬岩掘进机(TBM)是针对硬岩地质而研发的一种大型挖掘设备。其工作环境复杂,负载随机性大。由此产生的一系列非线性、不确定性等因素严重制约了电液伺服系统控制性能的提升。加之液压系统具有变增益、摩擦、时变参数等本质非线性特性,易受负载与运动等强干扰。以上问题大大地限制了对掘进机性能的开发。而传统的控制器惯于将系统线性化且以稳定性为目的的设计过于保守。全断面硬岩掘进机的轨迹跟踪控制主要涉及姿态调整和推进两方面。推进和姿态调整均以液压系统的驱动来完成。针对推进系统推进速度与负载变化不匹配,提出一种面向模型不确定性的电液伺服系统自适应鲁棒控制器,能够实现对推进速度的平稳控制。另外,对于掘进姿态控制,本文所涉及的掘进机结构不同于传统设计,故建立了位姿系统数学模型,推导出掘进机偏转角度与撑靴动作幅度间关系的具体计算公式,并且综合考虑推进过程中推进力对位子系统的影响。基于此,提出一种基于LuGre摩擦力模型的低速伺服控制器,实现对掘进机掘进姿态的精确控制。对于以上设计,采用AMESim建立液压系统模型,MATLAB设计控制器进行联合仿真。仿真证明,以上控制器可以精确控制系统推进速度以及偏转角度。经实验验证,控制器可以有效提高掘进机推进系统稳定性以及位姿控制的精确性。提高了隧道施工整体效率。

关键词：全断面硬岩掘进机推进系统位姿系统控制器

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全断面硬岩掘进机姿态调整控制系统研究

全断面硬岩掘进机姿态调整控制系统研究

作者：张冰辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

全断面硬岩掘进机是一种专用于硬岩隧道施工工程的全断面掘进设备,它可以实现隧道建设过程中开挖、支护、衬砌、排渣等一次性作业,具有自动化和工厂化性能。综合分析地质条件、地表建筑物、列车运行安全等影响因素,规划理想的隧道设计轴... 详细信息

全断面硬岩掘进机是一种专用于硬岩隧道施工工程的全断面掘进设备,它可以实现隧道建设过程中开挖、支护、衬砌、排渣等一次性作业,具有自动化和工厂化性能。综合分析地质条件、地表建筑物、列车运行安全等影响因素,规划理想的隧道设计轴线,掘进机掘进姿态调整控制技术是掘进机路径纠偏的关键技术,确保掘进机实时掘进路径与设计轴线保持统一性,减少掘进偏差,提高隧道建设质量和掘进效率。针对全断面硬岩掘进机偏差纠偏问题。建立姿态调整的数学模型,寻找掘进机最优回归路径最优的设计方法。通过分析找到了掘进机偏离设计轴线时的最优回归路径的算法,推导出最优回归路径的拐点位置,为得到最优回归路径设计曲线奠定了理论基础。针对全断面硬岩掘进机姿态调整控制算法问题研究。在掘进过程偏离设定隧道时,提出了基于RBF神经网络的盾构姿态自适应PID控制算法达到提高掘进机姿态调整快速性和精确性的目的。推导出掘进机姿态调整过程中位姿转换与撑靴油缸位移及速度之间的关系。采用Matlab与AMESim联合仿真工具建立姿态调整系统的控制模型,仿真证明该控制器能精确控制撑靴油缸伸出速度,使掘进姿态调整到轨迹设计要求。对姿态调整控制方法进行实验验证,对所采集的数据详细分析,掘进机正常掘进时速度和压力在要求的范围内,掘进机实时轨迹和设计轨迹路线能保持统一性,体现了本文姿态调整控制方法的优越性。

关键词：全断面硬岩掘进机姿态调整 RBF神经网络 PID控制算法

全断面硬岩掘进机盘形滚刀及其最优刀间距研究

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全断面硬岩掘进机盘形滚刀及其最优刀间距研究

作者：刘钊华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

全断面硬岩掘进机因其具有快速、优质、经济、安全、环保等施工优点,被广泛应用到隧道工程中。安装在刀盘上的盘形滚刀是全断面隧道掘进机的核心部件,其直接接触并破碎岩石。刀盘上盘形滚刀布置得是否合理,直接影响到全断面硬岩掘进机... 详细信息

全断面硬岩掘进机因其具有快速、优质、经济、安全、环保等施工优点,被广泛应用到隧道工程中。安装在刀盘上的盘形滚刀是全断面隧道掘进机的核心部件,其直接接触并破碎岩石。刀盘上盘形滚刀布置得是否合理,直接影响到全断面硬岩掘进机的破岩效率。盘形滚刀的刀间距是反映滚刀在刀盘上布置规律的重要参数。相邻的两把滚刀之间间距存在一个最优值,即最优刀间距,能保证滚刀破岩过程中破碎单位体积的岩石耗能最小。因此,研究盘形滚刀及其最优刀间距对提高提高滚刀掘进性能和使用寿命,降低建设成本、全断面隧道掘进机工作效率具有重大意义。本文从盘形滚刀实际工况出发,通过ABAQUS软件建立盘形滚刀圆形滚压三维破岩模型,并根据新型盘形滚刀设计理论建立偏楔形盘形滚刀模型。通过正楔形盘形滚刀与偏楔形盘形滚刀破岩仿真结果验证了新型滚刀设计的优越性。建立盘形滚刀圆形滚压破岩模型研究正楔形、偏楔形盘形滚刀最优刀间距,并进行了工程验证,为业内学者在滚刀设计和优化滚刀布置方面提供参考依据。本文主要研究内容如下:(1)应用ABAQUS软件建立17英寸盘形滚刀圆形滚压破岩模型,并验证了模型仿真结果的准确性。根据新型盘形滚刀设计理论建立偏楔形盘形滚刀模型,导入圆形滚压破岩模型后与正楔形盘形滚刀进行对比分析,仿真结果显示偏楔形盘形滚刀在破岩受载方面有明显优势。(2)通过双滚刀圆形滚压破岩仿真模型探究最优刀间距、破岩比能与滚刀安装半径、贯入度之间的关系。并求取在不同滚刀安装半径、贯入度条件下17英寸正楔形盘形滚刀和偏楔形盘形滚刀最优刀间距,总结出了 17英寸盘形滚刀最优刀间距预测公式。(3)根据秦岭隧道工程数据,建立TB880E全断面岩石掘进机刀盘模型,使用17英寸盘形滚刀最优刀间距预测公式重新计算各个滚刀的安装半径并进行滚刀布置,对原始刀盘与重新布置滚刀后的刀盘的掘进参数进行对比分析。

关键词：全断面硬岩掘进机盘形滚刀滚刀破岩刀间距

世界首条立井煤矿全断面硬岩掘进机作业线试验成功

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世界首条立井煤矿全断面硬岩掘进机作业线试验成功

联邦德国德马克公司生产的TVM全断面硬岩掘进机使用概况

中国矿业科学协同创新联盟2015年会暨中国科学院学部咨询项目“建设采矿技术强国”第二次学术研讨会暨第14次全国软岩工程与深部热害冲击地压控制学术大会

日前,世界首条立井煤矿全断面硬岩掘进机(TBM)作业线在淮南矿业集团张集矿1413A高抽巷实现安全贯通,这标志着历时52d的试验取得圆满成功。据统计,该作业线累计进尺700m,平均日进尺13.5m,折合月进尺404m,打破了淮南矿区硬岩单进最高纪录... 详细信息

日前,世界首条立井煤矿全断面硬岩掘进机(TBM)作业线在淮南矿业集团张集矿1413A高抽巷实现安全贯通,这标志着历时52d的试验取得圆满成功。据统计,该作业线累计进尺700m,平均日进尺13.5m,折合月进尺404m,打破了淮南矿区硬岩单进最高纪录。立井煤矿全断面硬岩掘进机作业线,是世界上首次在立井煤矿巷道掘进中使用全断

关键词：作业线全断面硬岩掘进机

来源： cnki会议评论

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发电技术 1990年第2期 48-50页

郑州制造全球最大直径全断面硬岩掘进机在格鲁吉亚开始步进

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郑州制造全球最大直径全断面硬岩掘进机在格鲁吉亚开始步进

郑州日报

作者：王译博孙凯笛

本报讯（记者王译博通讯员孙凯笛）日前，在海拔2000米的高加索山南麓古多里山中，中铁装备集团和中铁隧道局建设者历时三个月的共同努力，郑州制造全球最大直径全断面硬岩掘进机（TBM）“高加索号”顺利完成现场组装，开始向始发洞... 详细信息

本报讯（记者王译博通讯员孙凯笛）日前，在海拔2000米的高加索山南麓古多里山中，中铁装备集团和中铁隧道局建设者历时三个月的共同努力，郑州制造全球最大直径全断面硬岩掘进机（TBM）“高加索号”顺利完成现场组装，开始向始发洞口步进，开启了“一带一路”重点交通建设......

关键词：格鲁吉亚公路隧道全断面硬岩掘进机隧道工程最大直径

来源： cnki报纸评论

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中国首批最大直径全断面硬岩掘进机下线

机械 2010年第3期37卷 85-85页

近日,成都南车隧道装备有限公司为兰渝铁路西秦岭隧道生产的两台直径10.23米的全断面硬岩掘进机竣工下线。这是我国目前生产直径最大的此类设备,

关键词：下线全断面硬岩掘进机西秦岭隧道中华人民共和国最大直径

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我国最大直径全断面硬岩掘进机下线

特种结构 2010年第1期 113-113页

煤矿岩巷TBM掘进随掘地震信号特征及其应用

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工矿自动化 2024年第6期50卷 46-53,60页

作者：党保全郭立全张延喜任永乐李圣林淮河能源集团煤业分公司通防地质技术部安徽淮南232000 安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 淮河能源集团煤业分公司谢桥煤矿安徽淮南236221 福州华虹智能科技股份有限公司福建福州350003

随掘地震超前探测技术可实现探掘平行,为巷道快速智能掘进场景下实时、精准地质保障提供了可能。随掘震源产生的是复杂、变频、连续信号,信号特征认知直接影响数据处理与成像精度,而目前针对岩巷全断面掘进机(TBM)随掘地震信号特征的认... 详细信息

随掘地震超前探测技术可实现探掘平行,为巷道快速智能掘进场景下实时、精准地质保障提供了可能。随掘震源产生的是复杂、变频、连续信号,信号特征认知直接影响数据处理与成像精度,而目前针对岩巷全断面掘进机(TBM)随掘地震信号特征的认知仍不清晰,且暂时还没有针对性开展过信号处理与成像研究工作。针对上述问题,以谢桥煤矿瓦斯治理巷TBM随掘地震超前探测试验为例,分析了刀盘先导信号与岩壁接收信号的时间域、频率域及时频域特征:岩巷TBM随掘地震信号中不同振幅能量成分比例呈现金字塔形,但分布随机,不对称程度较高;机械运转信号能量较大,刀盘先导信号强度是岩壁接收信号的200倍左右;频率域变频特征明显;机械运转信号基础频率较低,刀盘先导信号频率成分主要集中在10~80 Hz与150~200 Hz,主频为36.99 Hz,岩壁接收信号频率成分主要集中在50~200 Hz,主频为137.97 Hz;刀盘先导信号较岩壁接收信号时频域能量团分布更为规则,多次震源激发现象明显,能量团之间的差异性特征表明了多次震源激发时振幅能量与持续时间的随机性。利用脉冲化算法与绕射叠加偏移成像方法对岩巷TBM随掘地震信号进行数据处理与成像试验,结果表明:(1)脉冲化等效单炮记录与利用常规震源得到的超前探测单炮记录特征一致性较强,同相轴清晰且连续性较好,可满足现场探测分析需要。(2)对探测范围内岩体情况的超前预报结果与实际揭露情况一致,说明岩巷TBM随掘地震超前探测可提供有效地质保障。

关键词：煤矿岩巷掘进随掘地震超前探测随掘地震信号全断面硬岩掘进机刀盘先导信号岩壁接收信号绕射叠加偏移成像

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