盾构／TBM专用振动监测传感器VM-BOX的研发

传统的盾构/TBM振动监测采用常规的手持式振动仪,需要专业技术人员定期到设备上进行监测以获取振动数据。由于无法获取连续振动数据,进而无法对设备状态发展趋势进行合理的分析和预判,因而不能及时有效地指导设备管理。采用逻辑控制方法和信号筛分技术,研制一种盾构/TBM专用的振动监测传感器,可安装在盾构/TBM内部关键部件上,采集其在工作过程中的振动和温度数据,实现以下功能： 1）对设备振动数据进行远程实时在线监测; 2）对设备故障进行精确化管理; 3）对设备发展趋势进行预估。     

基于物联网技术的盾构油液在线监测系统研究

为预防盾构故障、降低施工风险,通过长期对盾构检测数据积累和运行状态的研究,研制一套适用于盾构的油液在线监测系统,能够对主轴承润滑油、液压油的黏度、水分和激光颗粒度等指标进行实时监测和远程监测,分析和判断盾构的性能状态,确保盾构顺利施工。在盾构上安装该系统进行试验,系统采集的数据与离线检测的数据基本一致,部分数据最大偏差3.62%,能够反映出盾构运行的真实状态,数据的稳定性和准确性也能满足使用需求。盾构油液在线监测系统的成功研制可为今后盾构管理工作的自动化、网络化、智能化奠定基础。     

基于互联网的状态监测技术在盾构维护保养中的应用

为解决盾构因结构复杂、系统众多、核心零部件缺乏状态监测、当前维护保养水平低等引起的设备维护保养难题,以盾构的主轴承、主驱动减速机、液压系统等核心零部件及系统为监测对象,对油液离线、油液在线、振动、电流频谱和红外成像等状态监测技术在盾构智能维护与健康管理中的应用进行研究,开发实验室信息管理系统,通过互联网将状态监测仪器及技术、管理、维修人员等纳入统一的管理与交流平台,构建状态监测与故障诊断知识库,逐步实现盾构的智能维护,为盾构的维护保养与健康管理提供参考。     

基于传感技术的盾构在线状态监测系统

为解决盾构监测与调试时出现的问题,保证盾构在工作过程中的安全、稳定、可靠,采用传感监测技术,监测盾构关键部件各测点的振动速度和温度,并结合通讯技术将实时监测的数据传输至控制器进行分析处理,实现盾构机械的在线监测,并对监测系统进行试验。试验结果表明： 各测点的振动速度为1~1.5 mm/s、温度为20~48 ℃,满足盾构正常运行状态的要求,系统各项指标符合盾构在线监测系统的设计要求。     

盾构监控系统人机界面组态开发

为实现对盾构各系统集中监视、控制、数据存储、故障报警、界面多语言切换等功能,采用NET框架下C#自主开发的方式,开发出盾构上位机监控系统。首先简要介绍系统的开发环境和运行的软硬件环境,然后按软件部分系统逻辑分层顺序,分别从以下3个方面进行详细描述:1)底层负责与PLC通讯的OPC协议;2)自定义控件、组合显示界面、报警界面,曲线图界面及注浆界面的多语言切换;3)数据存储格式、海量数据的形象化统计分析。主要研究结论如下:1)系统经过中铁号百余台盾构的实际应用证明设计符合盾构监控要求,界面友好、稳定可靠;2)系统虽为盾构量身定做,但其人机界面软件部分包含了组态软件的大部分功能,进行功能扩展后可以移植到其他工业控制系统。     

盾构监控数据实时报表系统开发

为解决施工管理人员分析盾构原始历史数据困难问题,设计了一套盾构监控数据实时报表系统,实现在盾构一环掘进完成后,及时分析该环盾构运行参数和统计该环重要材料的消耗。分别从系统总体框架、历史数据分析、关键应用技术等方面对系统进行研究,最终实现从盾构海量历史数据中自动选择、过滤、统计、计算数据,并以环数为单位生成报表文件。系统在中铁系列盾构中的应用证明： 施工人员或业主通过报表文件可以方便有效地了解施工状态和设备状态等信息,相较于手动检索原始数据,管理成本大大减少。     

大直径泥水盾构针对长距离施工的优化

大直径泥水盾构在复杂砂卵石地层中长距离掘进施工,盾构经常会受到刀盘刀具磨损严重、进排浆管及阀磨损严重、破碎机及泥舱门故障和突发事件等因素影响而导致停机,从而降低了盾构设备的性能,严重时将直接威胁施工安全。为了优化盾构设计、方便检修及降低施工风险,对北京某项目12 m级泥水盾构在施工过程中出现的问题,通过对刀盘刀具、泥水循环系统、破碎机和泥浆门、电气系统、监控检测系统等的优化,提高了设备的利用率和施工效率,降低了施工风险和施工成本,确保了人员和设备的安全。     

基于VW-PCA的盾构刀盘驱动液压系统故障诊断

为提高盾构刀盘液压系统故障诊断的快速性和准确性,引入权值向量来改进传统主元分析法（PCA）,并推导变量加权主元分析法（VW-PCA）公式。通过AMESim仿真软件建立6 450 mm土压平衡盾构刀盘驱动液压系统模型,选取12个测试变量,模拟仿真6种故障状态; 运用仿真故障数据得到每一类故障的加权向量,建立变量加权主元分析模型（VW-PCA）,并使用该模型对测试故障样本进行研究。结果表明： 变量加权(VW) 能够增强各系统变量对不同故障类型的贡献程度,变量加权主元模型（VW-PCA）能够显著提高系统诊断的正确率,最大可提高50%以上。     

基于Redis盾构远程监控系统设计

为解决B/S模式的盾构远程监控系统随着处理数据量加大出现数据库负载过大、网页显示延迟等问题,基于B/S模式和Redis缓存技术设计盾构远程监控系统,系统包括数据层、应用层和展示层3部分。在数据层中使用Redis缓存数据,使系统具有高效的数据处理能力,并搭建Redis集群以实现高容灾和高可用性; 应用层和展示层采用分模块方式设计,可降低系统耦合度,简化开发流程。     

机器人和电机预测性维护在焊装线上的研发与应用

基于传感器、数据采集、大数据分析、云服务技术,使设备状态监测的预测性维护更为便利,维护成本更低。通过采集机器人监控数据、工艺数据、事件与报警数据,采集关键设备上的电机状态信息、故障信息、振动分析数据,建立预测性维护模型,实现对设备健康度的实时监控和评估,更为准确地预计故障发生的时间,以便维护人员准确及时做出应对措施。     

基于超声波的盾构切刀磨损无线检测系统研究

刀具磨损检测已经成为盾构法施工隧道的关键技术之一,也是施工遇到的最大难题之一。为实现实时探查复杂地质条件下刀具磨损情况,掌握刀具磨损变化规律,及时更换刀具,减少盾构被迫停机次数,加快施工进度,结合超声波检测技术及无线通讯技术,研发一套盾构切刀磨损检测系统。现场应用证明:1)系统检测结果与实际测量结果一致性较好,超声波检测技术可用于盾构刀具磨损检测;2)433 MHz频段无线通讯技术传输信号准确、可靠,可用于盾构刀具在线实时测量;3)检测系统运行状态稳定,其方案设计合理,具有抗振、抗干扰和防水的性能。     

大直径泥水盾构常压刀盘温度在线监测系统设计与应用———以杭州望江路过江隧道工程为例

在盾构施工过程中,刀盘温度的异常升高会导致刀盘磨损加剧,甚至造成刀盘变形,严重影响盾构施工及安全。为了实时监 测盾构刀盘温度,避免刀盘温度过高所带来的危害,以杭州市望江路过江隧道工程为依托,建立一套大直径泥水盾构常压刀盘温度 在线监测系统,结合无线传输技术,利用安装在刀盘背面的传感器收集刀盘温度数据,并对数据进行整理和分析。结果表明: 1)该 系统能避免信号屏蔽和泥水盾构掘进的干扰,长时间稳定监测刀盘温度; 2)盾构单环掘进时,刀盘温度呈周期性变化,与盾构工作 流程相匹配; 3)盾构连续掘进时,掘进产生的热量会在刀盘上稳定积累,使得刀盘温度曲线的峰值持续升高; 4)在刀盘温度异常升 高时,通过向刀盘注入分散剂,并观察刀盘温度变化,可以对刀盘形成泥饼和前方地质突变2 种情况进行区分。本文设计的刀盘温 度在线监测系统可以用于分析刀盘情况、判断地质变化和调节掘进参数。     

土压平衡盾构施工风险监控系统及参数预警研究

为提高土压平衡盾构施工过程中的风险管控力度,增加盾构施工参数控制的精细化程度,做到盾构施工参数异常自动预警,设计并研发一种基于B/S构架的盾构施工风险监控系统。首先,对土压平衡盾构施工过程中的安全风险管控需求进行总结,建立系统的基本构架,确定系统的基本功能;其次,对盾构施工参数自动预警进行研究,提出参数预警的判断准则及判断方法,并将参数预警整合于盾构风险监控系统中,实现施工参数的自动预警;最后,通过缜密的算法及合理的界面设计完成风险监控系统的研发。系统的主要功能包括： 盾构参数监控、参数分析、参数预警、风险管控、施工管理等。     

北京地铁8号线盾构施工引起周围古旧平房振动响应的数值模拟研究

以北京地铁8号线二期盾构施工工程为研究背景,针对典型工况,首先利用盾构作业面现场测试,得到盾构施工振动振源的时程曲线,并分析其频幅特性;其次对盾构施工引起的建筑物的振动响应进行现场测试。在此基础上,利用Z_soil有限元分析软件,考虑隧道结构-周围土层-建筑物的动力相互作用,以实测振源时程作为荷载输入,建立盾构施工引起周围建筑物振动响应的三维动力有限元分析模型;结合现场测试的成果,分析地铁隧道盾构施工引起的周围建筑物的振动响应规律。主要结论如下： 1）盾构施工引起的横断面上的建筑物振动响应,随距隧道中心距离的增加而呈现出衰减的趋势,但又表现出一定的波动性; 2）振动对于作业面向前的建筑物的影响较其对于作业面向后的影响要大。