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基于ADAMS 的全断面硬岩隧道掘进机主机耦合振动分析 被引量：1
1
作者 王旭龙 朱晔 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2020年第9期1300-1306,共7页
为明确不同工况下TBM主机振动耦合规律,基于Adams软件,依据其结构装配关系和力传递关系,对TBM主机节点进行重新划分,引入非线性弹簧元件对油缸、轴承和齿轮啮合进行非线性等效,建立TBM主机非线性耦合动力学模型,并详细计算结构本身的刚... 为明确不同工况下TBM主机振动耦合规律,基于Adams软件,依据其结构装配关系和力传递关系,对TBM主机节点进行重新划分,引入非线性弹簧元件对油缸、轴承和齿轮啮合进行非线性等效,建立TBM主机非线性耦合动力学模型,并详细计算结构本身的刚度和结构间的非线性连接刚度。根据掘进地质条件,定义了全推力、上软下硬和转弯3种典型刀盘载荷,并对3种载荷下的振动进行分析。结果表明:(1)在全推力工况下,主机关键部件的振动最大,为低频的受迫振动;机头架的振动横向和纵向受到齿轮的耦合作用,在150 Hz左右的频率上存在耦合振动。(2)刀盘轴向最大加速度幅值为2.5g,从刀盘到主梁,机头架的振动衰减了约25%,主梁前段振动衰减了约55%,与已有全推力工况下实测结果相接近,证实了仿真计算的正确性。(3)根据对上软下硬和转弯纠偏2种典型工况的振动规律分析,刀盘的轴向力和速度分别减少约40%和80%。 展开更多
关键词 全断面硬岩隧道掘进机主机 ADAMS 非线性多体动力学 耦合振动 时频分析
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煤矿岩巷全断面掘进机(TBM)及智能化关键技术 被引量：71
2
作者 王杜娟 贺飞 +2 位作者 王勇 荆留杰 赵先发 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期2031-2044,共14页
岩巷掘进技术和装备的发展直接关系到煤矿生产的能力和安全。随着综合机械化采煤技术的迅速发展,回采工作面推进速度越来越快,对巷道掘进速度的要求越来越高。煤矿岩巷掘进技术,经历了钻爆法、综掘法,现在已经发展到第3个阶段TBM工法。... 岩巷掘进技术和装备的发展直接关系到煤矿生产的能力和安全。随着综合机械化采煤技术的迅速发展,回采工作面推进速度越来越快,对巷道掘进速度的要求越来越高。煤矿岩巷掘进技术,经历了钻爆法、综掘法,现在已经发展到第3个阶段TBM工法。传统的钻爆法、综掘法受技术和施工工艺限制,越来越无法满足各重大工程对施工效率、安全性、社会效益、经济收益等提出的更高要求,难以满足煤矿采掘平衡发展。TBM实现高效破岩、连续出渣、快速支护,通风除尘、供排水同步作业。分析了近几年国内煤矿TBM施工案例,提出矿用TBM开发关键技术,TBM针对煤矿井下特殊工程地质条件设计,实现掘锚运同步、及时支护,提高对坡度、围岩适应性,小半径转弯能力,融合千米定向钻机技术,做到逢掘必探,设备、施工规范和组织管理有机融合;提出工序衔接关键在于“探得远,掘得快,支得住,运得出”。分析煤矿巷道特点,提出设备系列化、模块化设计规划,关键部件国产化发展方向。依托大数据分析和云计算平台,按照“以感知为基础,以信息融合为中心,以智能掘进为目标”的原则,规划TBM智能掘进技术体系;开发掘进智能控制软件——TBM-Smart,系统架构划分为数据采集层、数据分析层、实时决策层,包括七大功能模块。分析煤矿行业面临的瓶颈和未来发展,提出矿用TBM向“机械化换人、自动化减人、智能化解放人”方向发展。 展开更多
关键词 煤矿岩巷掘进 全断面硬岩掘进机 掘锚运同步 技术融合 智能化掘进
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全断面硬岩TBM滚刀磨损关键技术分析 被引量：13
3
作者 张珂 王贺 +1 位作者 吴玉厚 赵凯军 《沈阳建筑大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2009年第2期351-354,共4页
目的研究全断面硬岩掘进机(TBM)刀盘上滚刀的相关关键技术,分析破岩机理及滚刀的磨损问题.方法以双护盾TBM刀盘为研究对象,将岩石的硬脆特性与压痕断裂力学相结合,确定破岩机理及影响滚刀磨损的因素.确定滚刀布置原则、运动特性、破岩... 目的研究全断面硬岩掘进机(TBM)刀盘上滚刀的相关关键技术,分析破岩机理及滚刀的磨损问题.方法以双护盾TBM刀盘为研究对象,将岩石的硬脆特性与压痕断裂力学相结合,确定破岩机理及影响滚刀磨损的因素.确定滚刀布置原则、运动特性、破岩机理和滚刀磨损形式及其主要影响因素.结果结果表明,TBM刀盘设计制造要满足耐磨性的要求,滚刀布置要符合空间力系平衡,刀具高度应一致,高度差不应大于15 mm,防止刀盘滚刀会发生大面积磨损.除常规的检测刀具磨损外还要注重掘进过程中的参数观测,一旦发生特殊情况,应及时检测及更换刀具,防止其他刀具也受到损坏.结论刀盘设计要符合耐磨性要求,同时应增强对常规磨损参数检测和掘进参数的观测,控制滚刀磨损量,优化TBM掘进参数,防止大面积刀具磨损发生. 展开更多
关键词 全断面硬岩掘进机 滚刀 磨损 TBM刀盘
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煤矿岩巷TBM掘进随掘地震信号特征及其应用 被引量：1
4
作者 党保全 郭立全 +2 位作者 张延喜 任永乐 李圣林 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第6期46-53,60,共9页
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... 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。 展开更多
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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基于CSM模型的硬岩TBM滚刀磨损预测方法 被引量：30
5
作者 李刚 朱立达 +1 位作者 杨建宇 王宛山 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期32-35,共4页
为解决硬岩TBM在掘进时滚刀磨损检测难的问题,以岩石断裂力学为理论基础,深入分析了TBM滚刀的破岩机理,并基于Colorado school of mincs(CSM)模型提出了一种新的滚刀磨损预测方法。通过滚刀与岩石相互作用的力学模型,利用刀盘比能预测... 为解决硬岩TBM在掘进时滚刀磨损检测难的问题,以岩石断裂力学为理论基础,深入分析了TBM滚刀的破岩机理,并基于Colorado school of mincs(CSM)模型提出了一种新的滚刀磨损预测方法。通过滚刀与岩石相互作用的力学模型,利用刀盘比能预测了滚刀的磨损。结合秦岭隧道工程实例,对滚刀磨损水平进行了量化研究,预测结果与实际情况相符,从而验证了模型的有效性。 展开更多
关键词 全断面硬岩掘进机 滚刀 滚刀磨损 磨损预测模型
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基于ABAQUS的岩石节理特征对滚刀破岩影响研究 被引量：10
6
作者 吴玉厚 田军兴 +4 位作者 孙健 何冬梅 张弛 刘敏 赵海峰 《沈阳建筑大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2015年第3期534-542,共9页
目的研究岩石节理特征对全断面硬岩掘进机(TBM)滚刀破岩的影响,提高滚刀破岩效率.方法利用ABAQUS对含有不同节理特征的岩石进行建模仿真,模拟TBM滚刀切割含有不同节理特征岩石的过程,并观察分析其破碎效果.结果节理岩石破碎后的塑性应... 目的研究岩石节理特征对全断面硬岩掘进机(TBM)滚刀破岩的影响,提高滚刀破岩效率.方法利用ABAQUS对含有不同节理特征的岩石进行建模仿真,模拟TBM滚刀切割含有不同节理特征岩石的过程,并观察分析其破碎效果.结果节理岩石破碎后的塑性应变在节理面处向岩石内部延伸;岩石的节理间距越大,岩石的破碎量越小;在节理间距相同的条件下,节理倾角为60°时,岩石破碎效率最高,而在节理倾角为90°时,岩石破碎效率最低.结论岩石的节理倾角对节理岩石裂纹的扩展有影响,而节理间距为150 mm时对其裂纹的扩展基本没有影响;当节理间距在80~100 mm范围内变化时,节理间距对岩石破碎效率影响较大.研究结果对于理解滚刀破岩机理,优化滚刀布置和提高掘进机刀具破岩效率具有重要意义. 展开更多
关键词 全断面硬岩掘进机 滚刀 破岩机理 节理间距 节理倾角
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典型地层下TBM滚刀刀座系统振动特性实验研究
7
作者 郑永光 杨妹 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期263-270,共8页
在全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀破岩过程中,强冲击载荷下产生的切削应力通过刀座系统传递至刀盘,引起刀座系统剧烈振动,造成螺栓松动断裂甚至滚刀掉落等严重的工程问题。为此,通过开展破岩实验来研究TBM滚刀刀... 在全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀破岩过程中,强冲击载荷下产生的切削应力通过刀座系统传递至刀盘,引起刀座系统剧烈振动,造成螺栓松动断裂甚至滚刀掉落等严重的工程问题。为此,通过开展破岩实验来研究TBM滚刀刀座系统的振动特性。利用多功能刀具切削性能测试实验台开展TBM滚刀切削红砂岩和花岗岩的实验,并采集滚刀破岩过程中的三向载荷和刀轴振动加速度数据。通过对比分析红砂岩和花岗岩地层下滚刀破岩的载荷—时间历程曲线,得到破岩过程中滚刀刀座系统载荷的动态变化特性,以及不同地层下滚刀刀轴的振动响应特性。研究结果可为TBM滚刀刀座系统的减振设计提供理论依据。 展开更多
关键词 全断面硬岩隧道掘进机 滚刀破岩 滚刀刀座系统 载荷特性 振动响应
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基于Optuna-SAM-LSTM模型的TBM刀盘贯入度超前预测
8
作者 刘赫 满轲 +1 位作者 刘晓丽 宋志飞 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第S2期329-341,共13页
为建立高效的全断面硬岩隧道掘进机(TBM)掘进参数预测模型以辅助驾驶员进行参数调整,依托引绰济辽工程数据,先采用3σ准则、奇异值分解等方法对工程数据进行处理,再根据灰色关联度法对模型的输入参数进行筛选,接着将自注意力机制(SAM)... 为建立高效的全断面硬岩隧道掘进机(TBM)掘进参数预测模型以辅助驾驶员进行参数调整,依托引绰济辽工程数据,先采用3σ准则、奇异值分解等方法对工程数据进行处理,再根据灰色关联度法对模型的输入参数进行筛选,接着将自注意力机制(SAM)融入到长短期记忆网络(LSTM)中,并使用Optuna程序对模型训练的最优超参数组合进行搜寻,最后构建出Optuna-SAM-LSTM预测模型。Optuna的10次搜寻试验结果表明:1)模型使用该程序对搜寻得到的超参数组合进行训练均能取得较高的预测精度,且预测结果较为稳定。2)SAM-LSTM模型在对刀盘贯入度进行超前预测时,在未来3个时间步上均展现出高拟合度和低误差;该模型与LSTM、SAM-RNN和RNN模型的预测结果对比显示,SAM-LSTM模型的预测精度显著高于其他3个模型,并且融入自注意力机制的模型预测精度均高于普通模型。3)所提出的Optuna-SAM-LSTM模型在刀盘贯入度的超前预测中表现出色,在实际工程中可为驾驶员留出充足的决策时间来调整参数,以确保TBM施工的安全性和效率。 展开更多
关键词 隧道工程 全断面硬岩隧道掘进机 掘进参数预测 深度学习 Optuna程序 自注意力机制
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TBM液压阀块流道压降特性研究 被引量：6
9
作者 张怀亮 彭玲 周井行 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期34-39,66,共7页
针对全断面硬岩掘进机(TBM)掘进过程中强振动对液压阀块内部流道的影响,建立了基础振动下U型、Z型、V型3种典型流道的流场仿真模型,并通过实验验证了仿真模型的正确性.仿真分析了振动方向和强度对典型流道压降特性的影响规律.研究发现:... 针对全断面硬岩掘进机(TBM)掘进过程中强振动对液压阀块内部流道的影响,建立了基础振动下U型、Z型、V型3种典型流道的流场仿真模型,并通过实验验证了仿真模型的正确性.仿真分析了振动方向和强度对典型流道压降特性的影响规律.研究发现:基础振动下液压阀块流道的压降随时间做周期性波动,压降的波动幅值和平均值随着振动强度的增大而增大;在阀块内布置流道时,U型流道应避免Y方向的振动,Z型流道应避免X方向的振动,V型流道应避免Z方向的振动.研究结果能为基础振动下液压阀块结构的设计提供理论依据. 展开更多
关键词 全断面硬岩掘进机 阀块流道 振动方向 振动强度 压降特性
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极端复杂地质TBM研制及高效施工关键技术 被引量：6
10
作者 秦银平 孙振川 +1 位作者 张兵 赵海雷 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2020年第S02期271-279,共9页
为解决全断面硬岩掘进机在极端复杂地质掘进效率低下的难题,考虑极端复杂地质环境条件和全断面硬岩掘进机技术特点,首先,制定极端复杂地质全断面硬岩掘进机技术指标,研制极端复杂地质全断面硬岩掘进机,提出变截面收敛地层扩挖技术;然后... 为解决全断面硬岩掘进机在极端复杂地质掘进效率低下的难题,考虑极端复杂地质环境条件和全断面硬岩掘进机技术特点,首先,制定极端复杂地质全断面硬岩掘进机技术指标,研制极端复杂地质全断面硬岩掘进机,提出变截面收敛地层扩挖技术;然后,基于破碎围岩地质特征,建立关键参数控制、小导管化学灌浆、管棚注浆、小导洞开挖技术协同作业方法,并应用于解决破碎围岩地层;针对岩渣堆积掘进效率低下的问题,建立机械除渣和皮带机出渣联合清渣模式;最后,通过高黎贡山极端复杂地质掘进验证了本文研究成果。结果表明:1)全断面硬岩掘进机在Ⅱ、Ⅲ级围岩条件具有较高的进尺速度,设备完好率较高;2)Ⅳ、Ⅴ级围岩为主的破碎地层具有较好的适应性,实现刀具磨损一般的情况下最高月进尺达到了438 m,平均月进尺为412 m,表明具有良好的地质适应性。 展开更多
关键词 极端复杂地质 全断面硬岩掘进机 支护系统 软弱破碎地层 关键技术 掘进性能分析 铁路隧道
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