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一种高比刚度盾构机刀盘面板结构拓扑重构设计

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西安交通大学学报 2023年第6期57卷 86-94页

作者：孙鹏飞尹鹏刘宏磊陈小明李宝童洪军西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

为提高盾构机刀盘面板结构的承载能力,提出了一种考虑应力约束的高比刚度结构拓扑优化方法。首先,将多孔面板结构的开口率和强度作为约束条件,采用p范数将所有单元的局部应力凝聚为一个全局应力约束,限制多孔面板结构的最大全局应力,并... 详细信息

为提高盾构机刀盘面板结构的承载能力,提出了一种考虑应力约束的高比刚度结构拓扑优化方法。首先,将多孔面板结构的开口率和强度作为约束条件,采用p范数将所有单元的局部应力凝聚为一个全局应力约束,限制多孔面板结构的最大全局应力,并以多孔面板结构的全局刚度最大化为优化目标,构建考虑最大全局应力的多约束拓扑优化模型;其次,通过移动渐近线优化算法求解该模型,获得多孔面板结构的优化拓扑构型;然后,采用水平集方法提取优化构型的清晰拓扑边界,并通过几何重构获取多孔面板结构模型;最后,以某型盾构机为例,设计了多孔面板结构,并开展了静力学有限元仿真分析。仿真结果表明:在相同开口率条件下,相较于原有结构,所设计多孔面板结构的刚度和强度分别提升了7%和19.8%,承载能力得到了显著提高。所提出的方法能有效应用于盾构机面板结构的拓扑重构设计,丰富了盾构机刀盘面板结构的设计理论。

关键词：拓扑优化盾构机刀盘面板应力约束高比刚度

适用于狭小空间的盾构机换刀机器人设计与分析

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铁道科学与工程学报 2023年第8期20卷 3081-3092页

作者：姜礼杰王一新孙颜明杨航贾连辉中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016 浙江大学机械工程学院浙江杭州310027

针对盾构法施工过程中人工换刀效率低、危险性大、成本高的问题,提出一种基于机器人作业的自动化换刀方案。首先,分析换刀机器人作业环境和功能需求,设计一种新型8自由度机器人结构,并基于静力学计算和仿真,验证机器人整体结构的强度和... 详细信息

针对盾构法施工过程中人工换刀效率低、危险性大、成本高的问题,提出一种基于机器人作业的自动化换刀方案。首先,分析换刀机器人作业环境和功能需求,设计一种新型8自由度机器人结构,并基于静力学计算和仿真,验证机器人整体结构的强度和刚度满足设计要求;然后,基于D-H参数法建立机器人连杆坐标系,获得换刀机器人正运动学模型,基于位姿分离方法、迭代法和最短行程原则获得该8自由度机器人最优逆解;其次,为避免机器人换刀作业过程的冲击,采用5次多项式进行换刀机器人轨迹规划;最后,搭建换刀机器人仿真平台,并进行机器人逆运动学算法验证、工作空间计算和运动轨迹仿真。结果表明:所提逆运动学算法的误差优于10×10^(-6),精度较高,满足换刀精度要求;换刀机器人实现某一开挖直径8960 mm土压平衡盾构机87.6%的刀盘覆盖率和82.1%滚刀的更换,满足换刀范围要求;基于5次多项式轨迹规划算法,各关节运动平稳、无冲击,机器人出舱时间为70 s,作业过程未与舱体发生碰撞,验证了方案的可行性,并为换刀机器人智能控制奠定基础。

关键词：盾构机换刀机器人机构设计建模仿真

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盾构机长时间停机风险分析及规避研究

建筑技术开发 2024年第4期51卷 129-131页

作者：梁长辉中铁十四局集团有限公司济南250101

在盾构隧道施工过程中,由于各方面原因,盾构机可能出现长时间停机,而长时间停机容易造成盾构机沉陷、铰接油缸回缩困难、复推困难等问题。为规避这些风险,以某工程为例,通过分析停机风险,从停机准备工作、停机流程、停机期间工作等方面... 详细信息

在盾构隧道施工过程中,由于各方面原因,盾构机可能出现长时间停机,而长时间停机容易造成盾构机沉陷、铰接油缸回缩困难、复推困难等问题。为规避这些风险,以某工程为例,通过分析停机风险,从停机准备工作、停机流程、停机期间工作等方面,总结正常掘进停机过程中的风险规避措施,并从机内措施、监控测量措施等方面介绍二次组装停机过程中的风险规避措施。实践表明,施工中各类措施行之有效,保证了工程项目顺利施工。

关键词：盾构隧道盾构机停机风险

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盾构机施工法在地铁隧道施工中的应用

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2024年第2期 181-184页

作者：王继东张辽刘成才吴登辉温书涵郑州工程技术学院土木工程学院河南郑州450054 郑州理工职业学院河南郑州451150

近年来,随着我国城镇化进程的不断推进,城市规模越来越大,交通拥堵日趋严重,交通事故也越来越多。为解决这种城市交通问题,地铁交通建设事业快速发展。由于城市人口密集、空间有限、地质复杂、环境恶劣等原因,且为了不影响居民正常工作... 详细信息

近年来,随着我国城镇化进程的不断推进,城市规模越来越大,交通拥堵日趋严重,交通事故也越来越多。为解决这种城市交通问题,地铁交通建设事业快速发展。由于城市人口密集、空间有限、地质复杂、环境恶劣等原因,且为了不影响居民正常工作和生活,传统的明挖施工方法显然不能满足地铁隧道施工的实际需要。盾构机法、掘进机法等新的、先进的暗挖施工方法越来越多地在地铁隧道施工中得到应用,本文详细介绍了盾构机施工法在地铁隧道施工中的应用。

关键词：地铁隧道盾构机施工法

盾构机穿越地下连续墙引起既有车站振动的实测与分析

维普期刊数据库评论

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森林工程 2023年第3期39卷 161-171页

作者：周洋肖鹏飞冯志耀刘奥林杨泽斌王树英南宁轨道交通集团有限责任公司南宁530000 中南大学土木工程学院长沙410075

为探明盾构机穿越既有车站地下连续墙诱发的车站结构振动响应规律,通过现场实测的方法,监测盾构刀盘切削地连墙过程中引起的振动,并对振动影响进行评价。研究结果表明,停机状态下,背景振动的主频为30.8 Hz,磨墙过程中,刀盘产生振动主频... 详细信息

为探明盾构机穿越既有车站地下连续墙诱发的车站结构振动响应规律,通过现场实测的方法,监测盾构刀盘切削地连墙过程中引起的振动,并对振动影响进行评价。研究结果表明,停机状态下,背景振动的主频为30.8 Hz,磨墙过程中,刀盘产生振动主频为89.3 Hz,相比于背景振动,磨墙产生的振动加速度峰值和有效值至少增加一个数量级;振动波传递至车站显著衰减,加速度峰值最大衰减率能达到近98.35%;除了31.5 Hz,车站测点各频段的最大振级均小于规范控制值;盾构穿墙引起车站结构振动速度为1.3 mm/s,小于国内外规范给定的标准值。

关键词：盾构隧道盾构机振动下穿地下连续墙现场实测

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盾构机唇形密封流固热耦合仿真研究

润滑与密封 2023年第3期48卷 48-54页

作者：纪佳馨苏世东项冲郭飞中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580 清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084

盾构机主驱动唇形密封性能直接影响整台盾构机的施工效率。盾构机主驱动唇封密封介质为润滑脂,工作时唇口温度可达50~60℃,为更好地预测唇封的密封性能,考虑润滑脂流变特性、唇口温度对流场分析、密封材料的影响,建立盾构机唇形密封流... 详细信息

盾构机主驱动唇形密封性能直接影响整台盾构机的施工效率。盾构机主驱动唇封密封介质为润滑脂,工作时唇口温度可达50~60℃,为更好地预测唇封的密封性能,考虑润滑脂流变特性、唇口温度对流场分析、密封材料的影响,建立盾构机唇形密封流固热耦合仿真模型。利用流速分离法推导润滑脂二维雷诺方程,采用赫兹接触模型计算粗糙峰接触压力,结合有限元软件开展热力耦合分析,实现唇封温度场及摩擦力矩、泄漏率等关键性能参数的定量预测。结果表明:考虑温度场后唇封最大接触压力减小,接触宽度增大,摩擦力矩减小。温度对唇封应力应变状态及密封性能产生较大影响,这对盾构机主驱动唇形密封设计具有一定指导作用。

关键词：盾构机唇形密封润滑脂唇口温度流固热耦合

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盾构机机械类故障诊断研究进展综述

控制工程 2022年第2期29卷 238-245页

作者：刘宣宇王子文邵诚王玉栋丛秋梅辽宁石油化工大学信息与控制工程学院辽宁抚顺113001 大连理工大学先进控制技术研究所辽宁大连116024 中庆建设有限责任公司吉林长春130000

盾构机在运行过程中不可避免地会发生故障,这些故障中以机械类故障较为常见,对盾构机进行状态监测与故障诊断是保证其掘进作业安全、高效的重要手段。详细论述了盾构机刀具磨损、轴承、液压等常见机械类故障及相应的诊断方法,分析了各... 详细信息

盾构机在运行过程中不可避免地会发生故障,这些故障中以机械类故障较为常见,对盾构机进行状态监测与故障诊断是保证其掘进作业安全、高效的重要手段。详细论述了盾构机刀具磨损、轴承、液压等常见机械类故障及相应的诊断方法,分析了各类故障诊断存在的问题并提出了相应的解决方案。最后对盾构机机械类故障诊断技术进行了建议与展望,并指出在故障诊断系统生态技术框架下,实现盾构机机械类故障诊断的信息化和智能化将会是盾构机未来的发展目标。

关键词：盾构机故障诊断机械类故障智能化

盾构机数据采集系统的变差分系数波场模拟研究

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地球物理学进展 2023年第6期38卷 2734-2746页

作者：王伟翟法智高星尤加春中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 浙江省地球物理技术应用研究所有限公司杭州310005 成都理工大学地球物理学院成都610059

超前地质预报是隧道施工过程中必不可少的一项工作.在隧道开挖过程中,了解隧道掘进面之前的地质情况对保证施工安全和调整施工工艺等具有重要意义.本文结合城市地下空间开发中地铁建设中盾构机施工工艺的特点,提出采用环形地质超前预报... 详细信息

超前地质预报是隧道施工过程中必不可少的一项工作.在隧道开挖过程中,了解隧道掘进面之前的地质情况对保证施工安全和调整施工工艺等具有重要意义.本文结合城市地下空间开发中地铁建设中盾构机施工工艺的特点,提出采用环形地质超前预报的地震反射波数据采集方法.为了进一步分析该采集系统的数据特点,本文提出利用三维声波方程的变差分系数有限差分方法分析了垂直断面构造和复杂断面构造中波场的传播规律.得益于变差分系数有限差分方法的应用,在复杂波场模拟中能更好地压制波场频散,提高计算精度.本文发现由于激发点位置的不同,设计环形接收方式采集的地震反射波对简单的垂直断面构造的响应也存在一定差异.对复杂断面构造,与经典双曲线走时曲线相比,采用环形接收方法记录的倾斜断面的走时有其自身特点.本文对盾构机环形采集方法的波场传播规律进行了研究,研究结果实际生产中的速度反演和波形分析具有指导意义.

关键词：盾构机波场模拟变差分系数复杂断面构造

基于自主纠偏算法的隧洞盾构机施工掘进姿态控制方法

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西昌学院学报(自然科学版) 2024年第2期 70-75页

作者：邓波中铁十八局集团第五工程有限公司

隧洞盾构机掘进施工过程中，单一的姿态调节参数保持固定不变，使得构机施工轴线偏差较大。因此，提出基于自主纠偏算法的隧洞盾构机施工掘进姿态控制方法。运用三角网格算法，对隧洞施工空间环境地图进行剖分处理，建立掘进空间栅格地... 详细信息

隧洞盾构机掘进施工过程中，单一的姿态调节参数保持固定不变，使得构机施工轴线偏差较大。因此，提出基于自主纠偏算法的隧洞盾构机施工掘进姿态控制方法。运用三角网格算法，对隧洞施工空间环境地图进行剖分处理，建立掘进空间栅格地图；在栅格地图中分析每个盾构单环掘进的线性位移过程，获取盾构机施工掘进具体姿态。与期望施工掘进姿态进行对比，计算出当前盾构机施工位姿偏差，结合PID控制算法和BP神经网络，设计新型自主纠偏算法，根据实时位姿偏差，自适应调整姿态调节参数，实现盾构机施工姿态纠偏控制。算例测试结果表明：新研究控制方法应用后，盾构机施工的轴线偏差不超过10 mm，满足了掘进姿态控制标准要求。

关键词：自主纠偏盾构机栅格地图掘进姿态 PID 神经网络