盾构姿态控制研究

盾构姿态控制的好坏与盾构隧道施工质量的优劣是密切相关的,为了研究盾构推进过程中盾构姿态控制的关键因素,并掌握其与盾构姿态调整的对应关系,为盾构推进过程中盾构姿态控制提供理论依据,通过对某工程施工过程中大量实测数据的整理,得出盾构掘进过程中姿态变化的规律;通过数学关系的推导,得到推力油缸行程差和盾构切口竖向偏差量之间的对应关系,并将工程项目中实测的推力油缸行程差与盾构切口竖向偏差量数据相对照。研究表明： 盾构推进过程中切口始终处于不断调整之中;推得油缸行程与偏差量的对应关系和实际情况非常吻合;通过推得的推力油缸行程与盾构姿态相互关系,以期为施工优化提供依据。     

基于参数智能化采集的盾构管片自动选型算法研究

为解决人工管片选型给盾构姿态和成型管片质量带来的隐患，将成熟的人工管片选型经验逻辑和合理简化计算模型根植于管片自动选型决策算法的内核，以影响管片选型的施工参数为研究对象，提出综合考虑盾尾间隙、推进油缸行程差和盾构趋势的管片选型计算方法和决策算法，预先考虑各影响因素实际施工中所有可能出现的取值范围以及不同施工工况下的权重变化。该软件首次针对大直径盾构特点开发8组盾尾间隙和6组油缸行程的算法，借助盾尾间隙智能化测量和监控屏幕参数图像识别技术，实现通用型管片选型参数智能化采集。在盾构隧道施工中配套使用，经多个项目现场验证和应用，管片选型算法合理，契合现场施工要求，起到规范或代替人工管片选型施工、保障成型隧道质量和盾构掘进姿态的作用。     

基于超声波测距技术的盾构盾尾间隙测量系统研制

盾构施工环境恶劣,为解决人工测量存在安全隐患和采用视觉、激光等间接测量的准确率较低问题,采用超声波传感器设计非接触内嵌式测距模块,研究嵌入式超声波传感器的测距单元、信号处理的采集单元、盾尾间隙测量的显示单元及测量系统工作流程。试验验证和工业性测试结果证明该测量系统精准度较高,满足生产需要,可为K 块的选型提供依据,同时为智能调整盾构姿态提供数据支撑,且有助于盾构的管片自动选型和智能纠偏。     

盾构施工阶段管片衬砌结构受力分析研究

为了解盾构管片衬砌结构的受力特性,解决盾构衬砌结构受力的数值分析难点,首先采用ANSYS分析系统对衬砌管片接头力学建立计算模型,通过模拟载荷试验确定管片接头刚度系数,进而利用销钉单元对衬砌管片按梁-弹簧计算模型进行分析,根据管片接头力学处理方式不同,与惯用计算方法和修正惯用计算方法的结果进行对比,最后对盾构在辅助油缸推力作用下管片的纵向受力进行三维模拟,对均匀施加油缸推力和偏心施加油缸推力进行分析对比,研究成果可对盾构衬砌管片设计提供依据。     

以CAD平台及三坐标测量机为核心的汽车车体形貌自动检测与评价

本文从车体ＣＡＤ设计模型出发，自动确定测量点集，编制坐标测量机执行程序驱动坐标测量机沿优化列干涉路径进行测量，并在ＣＡＤ环境中对测量结果进行处理，比较理想数据与实际数据，从而得到车体开貌和尺寸误差。该结果可对改进车体设计模型和制造过程提供依据，将设计与制造过程连接起来。     

盾构推进系统设计

分析了盾构推进系统的设计需要满足的功能要求,对盾构设计推力进行了详细的计算,结合盾构的结构及尺寸,确定了推进油缸的规格参数、外形尺寸和数量,分析了推进油缸的布置方式以及与管片间的匹配适应关系,阐述了盾构推进系统的控制。通过研究,掌握了盾构推进系统的设计方法,为盾构的施工提供参考。     

管片钢筋骨架自动焊接技术的设计与应用

为解决当前盾构管片钢筋骨架焊接主要以人工焊接为主，存在劳动强度高、焊接环境差、焊接质量不稳定、焊接效率低下等问题，提出采用自动焊接的方式取代人工焊接。结合自动焊接技术在其他领域中的应用现状，就实现钢筋骨架自动焊接需要解决的具体问题进行分析，基于2步法，同时配套自动焊接生产线及工装夹具设计，即先完成钢筋网片自动焊接，再基于钢筋网片实现整个钢筋骨架的自动焊接。考虑到装备的经济性和灵活性，采用CO2气体保护焊焊接方式。结果表明： 1）钢筋骨架自动焊接系统具有对电力系统要求不高、产品焊接质量均匀可控、系统安全可靠等特点； 2）钢筋骨架自动焊接技术改变了钢筋骨架制作以人工焊接为主的传统加工方式，改善了工人的劳动环境和劳动强度，提高了盾构管片钢筋骨架的焊接质量。     

油气悬架整车的振动状态观测器设计

针对油气悬架阻尼实时控制中的车身振动状态测量问题,建立了油气悬架整车7自由度振动模型的状态方程,并基于该状态方程设计了油气悬架整车振动状态观测器。该状态观测器以油气悬架油缸压力为输入,以悬架动行程误差作为反馈,通过设计观测器的反馈增益,使得观测器状态能够跟踪被观测车辆的真实状态。状态观测值与试验测试值的对比表明,所设计的状态观测器能够有效观测出油气悬架车辆的振动状态。     

斜井隧道双模式盾构推进油缸布局优化研究

盾构推进油缸的布局合理性关系到隧道管片拼装质量,在斜井隧道施工中则更为突出。以煤矿斜井双模式盾构为例,通过分析不同掘进模式和工况下推进油缸布局优化条件以及根据单个管片受力均匀、管片环整体受力平衡及各分区推力均方差最小的优化原则,完成推进油缸的位置及分区优化。推进油缸布局优化后,各管片受力均匀,衬砌环整体受力平衡,各分区推力相近,有利于避免管片被压溃,研究结果对盾构推进系统的选型和设计有指导作用。     

一种适应2种分度管片的盾构推进油缸布置优化方案

针对当前国内最常用的6 m直径地铁管片,盾构在不同城市施工存在因管片分度不同需要改造推进系统的问题,设计一种同时满足22.5°和36°2种分度管片的盾构推进油缸布置方案。优化设计后的推进油缸布置形式提高了单台盾构在不同城市地铁隧道施工的适应性,减少了盾构改造投入和时间,对控制地铁施工直接设备投入具有实际意义。     

坐标变换技术用于碰撞试验中车身标志点的测量

提出一种基于已知3点在两个坐标系中坐标值,实现两坐标系之间坐标变换的测量方法,扩大了测量仪器的测量范围,提高了测量速度。将这种方法用于实车碰撞试验过程中,碰撞前后的一些车身标志点的测量,对实验结果进行误差分析,找出影响测量误差的因素,并提出解决方案,通过多次实验反复验证均取得较好的结果,从而验证了此方法的可行性。     

基于气电转换的发动机缸体在线测量系统

工业计算机控制的发动机缸体测量系统是由气动测量芯轴和差压式测量回路等组成,系统采用气电转换技术,在线自动测量发动机缸孔和主轴承孔并分组打号,满足了生产现场高精度测量的要求。     

基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究

针对盾构掘进过程中姿态主要依赖操作人员施工经验手工调整、掘进轨迹精度主要依赖人员熟练性的情况,提出基于双闭环反馈自动控制盾构掘进轨迹的方法,通过主反馈实现掘进斜度的实时更新,局部反馈实现液压缸的速度控制。分析表明,局部反馈精度决定了预调偏差大小,在掘进轨迹控制中至为关键,因此以球铰支撑推进系统为例分析单环掘进前后液压缸的几何关系,推导左右推进液压缸速度关于掘进斜度、掘进速度的数学解析式,采用AMESim和MATLAB联合仿真工具搭建了推进速度控制的模糊PID模型,仿真分析非均载荷下推进液压缸的速度控制,并以盾构模拟推进试验台为例进行推进速度控制试验。结果表明： 基于模糊PID控制策略的推进液压缸速度控制可实现较准确的盾构掘进轨迹,为盾构失准问题的进一步解决提供了理论基础和现实依据。     

柴油机气缸盖与气缸套温度场测试系统

以某柴油机气缸盖和气缸套温度场分布规律为研究对象,设计了基于热电偶测温法的温度测试系统,测试时将热电偶铆入被测点,获取了多种工况下气缸盖和气缸套上多个测点的温度变化规律,准确可靠的测试数据为柴油机的设计、改进和验收及可靠性研究提供依据.     

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。     

基于同块同压原则的盾构推拼同步技术模型试验研究

为解决长距离隧道单台盾构掘进施工工期过长问题，以上海市域铁路机场联络线3标盾构区间为示范应用工程，在不改变盾构驾驶人员操作习惯的前提下，研发一种对盾构推进油缸压力进行闭环主动控制的推拼同步施工技术，以维持推进系统稳定的总顶推力矢量。同时，给出基于同块同压原则缺失顶力的再分配计算方法，并通过构建相似比为1/2的大型试验平台对成套技术进行试验验证。试验结果表明： 原型盾构推进系统总顶推力误差控制为±4%； 盾构姿态水平和垂直偏差控制为±12 mm； 盾构推进速度控制为设定速度的（-6，+6） mm/min； 管片结构抗压安全系数达2.13。     

浅埋小间距矩形顶管掘进姿态控制技术探讨

为解决采用结构分割转换工法（CC工法）建造的某地下停车场小间距隧道群矩形顶管施工中顶管机出现栽头及掘进姿态控制困难的问题，结合项目施工过程的姿态监控数据，对产生栽头及姿态偏差的原因进行理论分析，提出相应的控制技术，并采取现场试验的方法进行效果验证。结果表明： 1）顶管机栽头现象的原因主要有顶管机体重心偏差、漏浆、姿态预留不够、后靠不稳； 2）通过设备和管节定位处理、洞门密封处理、增加始发姿态预留量、后靠稳定性控制等措施可有效防止顶管机栽头； 3）始发阶段采取洞门预留、破除等控制措施，掘进阶段控制掘进速度并辅以“E”型导向槽进行轴线控制等措施，可有效控制顶管机顶进姿态； 4）通过采取调整铰接油缸行程差、主推油缸行程差及姿态偏差方向的土压等姿态纠偏技术措施，取得了良好的施工效果。