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长水机场下穿隧道悬臂掘进机施工路径规划及围岩损伤特征分析
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作者 薛亚东 张庆雨 +3 位作者 郭永发 丁文云 杨进京 康殿海 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第6期1076-1089,共14页
针对大断面机场下穿隧道施工中爆破法扰动围岩的技术难题,以渝昆高铁长水机场隧道为依托,提出基于悬臂掘进机法的低扰动施工路径规划与围岩损伤演化分析方法。基于FLAC3D软件构建三维数值模型,采用分块多步开挖法模拟悬臂掘进机渐进开... 针对大断面机场下穿隧道施工中爆破法扰动围岩的技术难题,以渝昆高铁长水机场隧道为依托,提出基于悬臂掘进机法的低扰动施工路径规划与围岩损伤演化分析方法。基于FLAC3D软件构建三维数值模型,采用分块多步开挖法模拟悬臂掘进机渐进开挖过程,通过渐进释放围岩荷载,精确表征机械开挖的低扰动特性。结合现场松动圈测试与孔内光学摄像,构建数值模拟与工程实测的交叉验证机制,重点分析悬臂掘进机施工路径及Ⅲ—Ⅴ级围岩条件下位移场、应力场及塑性区的时变特性。研究表明:1)分块多步开挖法可有效模拟悬臂掘进机渐进式开挖特性,数值模拟结果与现场测试数据吻合度高,证实了该方法的科学性及适应性。2)相比于常规掘进路径,分块掘进路径可降低Ⅴ级围岩的拱顶沉降21.7%,有效控制围岩变形。3)围岩损伤特征呈现显著等级相关性,Ⅲ、Ⅳ级围岩损伤集中于隧道轮廓附近,塑性区以拉伸破坏为主;而Ⅴ级围岩损伤范围扩大,剪切破坏占比显著增加。 展开更多
关键词 悬臂掘进机 场下穿隧道 围岩损伤 松动圈测试 数值模拟 路径规划
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基于悬臂掘进机施工的高铁隧道结构受力变形特征研究
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作者 杨可德 丁祖德 +3 位作者 缪庆杰 杨进京 丁文云 郭永发 《材料导报》 北大核心 2025年第S1期293-299,共7页
目前针对隧道悬臂掘进机法施工过程中支护结构受力变形特性的研究较少。为了确保施工顺利实施及安全,有必要对隧道悬臂掘进机引起结构响应的机理进行研究。本工作依托渝昆高铁长水机场隧道工程开展了基于悬臂掘进机台阶法开挖条件下隧... 目前针对隧道悬臂掘进机法施工过程中支护结构受力变形特性的研究较少。为了确保施工顺利实施及安全,有必要对隧道悬臂掘进机引起结构响应的机理进行研究。本工作依托渝昆高铁长水机场隧道工程开展了基于悬臂掘进机台阶法开挖条件下隧道典型断面结构变形及受力的现场监测,分析了隧道结构受力变形随时间的演化特征和空间分布规律。结果表明:隧道拱顶沉降和周边位移时程曲线总体表现为四个发展阶段,变形主要发生在上台阶开挖阶段,该阶段隧道平均的拱顶沉降及周边位移量分别约占总变形量的58%和55%,主要影响范围分别为13 m和30 m。围岩压力和钢架应力随时间的发展总体表现为急剧增大、增速放缓和趋于稳定的三阶段变化规律,在空间上呈“上大下小”的分布特征,围岩压力最大值为0.203 MPa,钢架应力最大值为130.7 MPa,均出现在左拱肩位置。层间接触压力和二衬应变随时间大体经历了迅速增长、减小和逐渐平稳三个变化过程,层间接触压力在空间上呈“下大上小,左大右小”的分布形态,最大值为0.32 MPa,出现在左墙脚;二衬内外侧各测点混凝土均处于受压状态,最大压应变为325.16με,位于二衬外侧右边墙位置。本工作的研究结果可为隧道后续施工和支护方案优化提供依据,也可为类似条件下隧道工程施工、监测和进一步的理论研究提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 高铁隧道 悬臂掘进机 现场监测 围岩变形 支护受力特征
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悬臂掘进机隧道拉线位姿测量方法
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作者 孙森震 荆留杰 +1 位作者 李广云 张晓平 《测绘通报》 北大核心 2025年第5期138-144,151,共8页
动态位姿测量是悬臂掘进机智能化作业的关键技术,针对悬臂掘进机隧道作业高粉尘的场景特点,本文提出了一种拉线动态位姿测量方法。该方法使用拉线装置连接车体上6个固定点与隧道中的固定点,通过测量固定点之间拉线的距离求解车体在隧道... 动态位姿测量是悬臂掘进机智能化作业的关键技术,针对悬臂掘进机隧道作业高粉尘的场景特点,本文提出了一种拉线动态位姿测量方法。该方法使用拉线装置连接车体上6个固定点与隧道中的固定点,通过测量固定点之间拉线的距离求解车体在隧道中的三维位姿信息。针对该拉线测量方法,提出一种基于矩阵奇异值分解的迭代计算方法,并通过仿真计算和试验测试。结果表明,该方法满足了隧道悬臂掘进机位姿测量精度要求,为特殊环境中大型目标高精度动态位姿测量提供了一种参考方法。 展开更多
关键词 高粉尘 悬臂掘进机 拉线测量 动态位姿 迭代算法
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下穿机场隧道悬臂掘进机开挖引起的地表沉降规律研究
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作者 冯上泽 丁祖德 +3 位作者 郭永发 丁文云 刘正初 王畅羽 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第S2期319-328,共10页
为研究高铁隧道悬臂掘进机法施工过程中机场区地表沉降变化特征,以渝昆高铁下穿长水机场隧道工程为例,结合隧道下穿机场区地表位移的实时自动监测数据,深入分析悬臂掘进机法施工引起的机场区地表横向和纵向沉降规律。结果表明:1)地表沉... 为研究高铁隧道悬臂掘进机法施工过程中机场区地表沉降变化特征,以渝昆高铁下穿长水机场隧道工程为例,结合隧道下穿机场区地表位移的实时自动监测数据,深入分析悬臂掘进机法施工引起的机场区地表横向和纵向沉降规律。结果表明:1)地表沉降时程变化整体表现为平稳波动、快速发展、趋于稳定3个阶段,地表沉降的快速增加主要集中在上台阶通过监测点后至下台阶通过监测点前的时间段内;2)修正Peck公式能较好地表征悬臂掘进机施工引起的地表横向沉降分布特征,地表最终沉降为7.3~25.0 mm,地层损失率为0.16%~1.01%,横向影响范围为4.0D~5.3D(D为隧道开挖跨度),最不利区域集中在隧道两侧各1.3D,需重点监测;3)受上侧既有机场货运通道斜交、隐伏溶洞以及岩石产状等不均匀地质条件的影响,部分断面的地表沉降槽分布整体向右侧偏移;4)不同开挖阶段引起的地层损失及地表沉降量有明显差异,上、下台阶和仰拱开挖阶段引起的地层损失率依次减小,引起的地表沉降量分别占总沉降的81.3%、17.0%和1.7%;5)纵向沉降规律表明,地表纵向最终沉降曲线呈现先增大后减小的变化趋势,隧道开挖引起的地表沉降纵向影响范围为3.2D~6.0D,具体表现为开挖面前方1.3D~2.3D和后方1.4D~3.9D。 展开更多
关键词 高铁隧道 悬臂掘进机 地表沉降 地层损失率 影响范围
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悬臂掘进机法在挤压性围岩隧道中的适应性研究——以木寨岭公路隧道为例 被引量:1
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作者 唐绍武 郭新新 +1 位作者 于家武 龙文华 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第1期163-171,共9页
为探明悬臂掘进机法应用于挤压性围岩隧道的可行性与具体效果,以木寨岭公路隧道为依托,首先开展基于工程地质条件的悬臂掘进机法适用性分析;其次,结合工程实施条件,对悬臂掘进机进行选型,并设计2台阶悬臂掘进开挖方案;最后,依托工程试验... 为探明悬臂掘进机法应用于挤压性围岩隧道的可行性与具体效果,以木寨岭公路隧道为依托,首先开展基于工程地质条件的悬臂掘进机法适用性分析;其次,结合工程实施条件,对悬臂掘进机进行选型,并设计2台阶悬臂掘进开挖方案;最后,依托工程试验段,重点从施工效能和实施效果2方面,开展2台阶悬臂掘进机法和3台阶钻爆法开挖的对比研究。研究结论如下:1)综合对岩石强度、开挖断面和工效3个因素进行分析,悬臂掘进机选型应重点考虑切割面积和切割功率。2)木寨岭公路隧道围岩按能否较好适应于悬臂掘进机法开挖,可划分为2类6种。3)对比3台阶钻爆法开挖的施工效能,2台阶悬臂掘进机法的施工进度提高20%,平均超挖减少150 mm,用工量减少5~10人,喷混凝土超耗量减少57%。4)对比3台阶钻爆法开挖的围岩位移、压力、拱架应力和锚索轴力,2台阶悬臂掘进机法中围岩压力减小0.01~0.11 MPa;围岩位移和拱架应力最终量值无明显变化,但分布更均匀、更快趋于恒值;锚索平均轴力增大39 kN。 展开更多
关键词 挤压性围岩隧道 悬臂掘进机 钻爆法 现场试验
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悬臂掘进机巷道断面自动成形控制运动学分析 被引量:20
6
作者 田劼 汪胜陆 +2 位作者 张立涛 王建民 吴淼 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2007年第8期86-88,共3页
煤巷悬臂掘进机正向大型化,智能化方向发展。断面自动成形控制是在截割过程中控制掘进机悬臂带动截割头运动,按设定的工艺流程切割出规整断面,减少无用掘进量和充填量。以EBZ -150型悬臂掘进机为例,主要进行巷道断面自动成形控制的运动... 煤巷悬臂掘进机正向大型化,智能化方向发展。断面自动成形控制是在截割过程中控制掘进机悬臂带动截割头运动,按设定的工艺流程切割出规整断面,减少无用掘进量和充填量。以EBZ -150型悬臂掘进机为例,主要进行巷道断面自动成形控制的运动学分析,通过截割头空间位置及其机构实现的几何分析,建立截割头空间位置坐标与油缸伸缩量之间的关系;简要阐述通过可编程控制器实现断面自动成形控制的思路,为巷道断面自动成形控制的进一步研究奠定基础。 展开更多
关键词 悬臂掘进机 自动成形控制 可编程控制器
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悬臂掘进机巷道自动截割成形控制方法的探索 被引量:10
7
作者 田劼 杨阳 +3 位作者 陈国强 庄德玉 李睿 吴淼 《煤炭工程》 北大核心 2008年第12期83-85,共3页
文章以EBZ-150型掘进机为研究对象,进行自动截割成形控制方法的探索。首先对摆动机构进行工作分析,明确悬臂运动关系;然后论述了自动截割成形控制方案,并强调在掘进机定位的基础上才能实现巷道断面自动截割成形控制。该方面的研究不仅... 文章以EBZ-150型掘进机为研究对象,进行自动截割成形控制方法的探索。首先对摆动机构进行工作分析,明确悬臂运动关系;然后论述了自动截割成形控制方案,并强调在掘进机定位的基础上才能实现巷道断面自动截割成形控制。该方面的研究不仅顺应大型煤矿机械的发展趋势,而且有助于提高掘进机安全、有效工作,并为实现无人掘进奠定一定的实践基础。 展开更多
关键词 悬臂掘进机 自动定位 断面自动成形 截割调速
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基于Power Panel和PCC的悬臂掘进机新型电控系统设计 被引量:6
8
作者 高娟 王苏彧 +6 位作者 李睿 朱信平 高峰 杜毅博 穆晶 田劼 吴淼 《工矿自动化》 2011年第4期6-10,共5页
分析了掘进机电控系统的功能需求;提出了一种以Power Panel和PCC为控制器的悬臂掘进机新型电控系统的设计方案,详细介绍了该新型电控系统的软、硬件设计和实现方法。该新型电控系统以PCC为下位机、Power Panel为上位机,具备巷道断面自... 分析了掘进机电控系统的功能需求;提出了一种以Power Panel和PCC为控制器的悬臂掘进机新型电控系统的设计方案,详细介绍了该新型电控系统的软、硬件设计和实现方法。该新型电控系统以PCC为下位机、Power Panel为上位机,具备巷道断面自动成形功能、截割臂恒功率自动牵引调速功能、机身位姿自动检测功能、定向掘进功能及全功能遥控,实现了巷道自动截割与定向掘进系统的计算机控制,为悬臂掘进机的自动化和智能化奠定了基础。实际运行结果表明,该系统控制效果良好。 展开更多
关键词 悬臂掘进机 电控系统 远程控制 PCC 巷道断面自动成形 截割臂自动牵引 身位姿自动检测 定向掘进
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浏阳河隧道悬臂掘进机铣挖工艺研究 被引量:21
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作者 项志敏 袁仁爱 罗田郎 《铁道标准设计》 2008年第4期81-83,共3页
悬臂掘进机是铣挖法施工工艺的一种。为了研究悬臂掘进机在浏阳河隧道施工中的铣挖工艺,在理论研究的基础上,借鉴装配式铣挖机施工工艺研究成果,运用工程地质类比、现场工艺试验等手段,对悬臂掘进机铣挖工艺进行优化,形成适应于大断面... 悬臂掘进机是铣挖法施工工艺的一种。为了研究悬臂掘进机在浏阳河隧道施工中的铣挖工艺,在理论研究的基础上,借鉴装配式铣挖机施工工艺研究成果,运用工程地质类比、现场工艺试验等手段,对悬臂掘进机铣挖工艺进行优化,形成适应于大断面隧道施工的悬臂掘进机铣挖工艺;同时,对悬臂掘进机设备配套及适应性进行分析。 展开更多
关键词 铁路隧道 悬臂掘进机 铣挖法 施工工艺
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高原铁路某隧道松散堆积体中悬臂掘进机法的应用 被引量:2
10
作者 李志军 刘广志 +3 位作者 周毅 刘维正 于京波 陈桥 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2022年第S02期363-371,共9页
为解决松散堆积体隧道支护变形大、爆破开挖风险高的问题,依托高原铁路某隧道进口段,采用悬臂掘进机两台阶法对松散堆积体软弱围岩进行开挖施工。结合左右线各约60 m长的开挖试验段,总结悬臂掘进机的开挖方案、施工进度、质量控制、安... 为解决松散堆积体隧道支护变形大、爆破开挖风险高的问题,依托高原铁路某隧道进口段,采用悬臂掘进机两台阶法对松散堆积体软弱围岩进行开挖施工。结合左右线各约60 m长的开挖试验段,总结悬臂掘进机的开挖方案、施工进度、质量控制、安全环保等施工能力,并将其与局部爆破、挖机+破碎锤方法在变形控制和技术经济指标方面进行对比,分析悬臂掘进机的适用性。结果表明:1)采用悬臂掘进机施工的隧道拱顶累计沉降量为20 mm、周边收敛为15 mm、线性超挖值为10~15 cm,均明显低于爆破和挖机带破碎锤方法的结果;2)用悬臂掘进机施工每循环进尺1.2 m作业可节约2.5 h,Ⅵ级围岩进度可达到30 m/月,且洞内噪声较小、颗粒物质量浓度较低;3)悬臂掘进机在洞口段堆积体以及Ⅴ、Ⅵ级和Ⅳ级偏软围岩具有较好的适应性,且适用于台阶法高度4.0~7.5 m、宽度5.5~8.5 m的断面开挖。 展开更多
关键词 悬臂掘进机 高原铁路隧道 洞口 松散堆积体 掘进适用性
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悬臂掘进机在滇西红层隧道中的应用研究 被引量:19
11
作者 朱廷宇 王唤龙 +2 位作者 宋智来 罗茂林 张磊 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2021年第3期458-466,共9页
为解决滇西红层隧道支护变形风险高、单线小断面铁路隧道由于空间受限施工速度慢等问题,结合滇西红层以紫红色泥岩、砂岩为主,节理裂隙较发育,围岩强度适中等工程地质特征,依托大瑞铁路秀岭隧道进口平导,在滇西红层小断面隧道中引入悬... 为解决滇西红层隧道支护变形风险高、单线小断面铁路隧道由于空间受限施工速度慢等问题,结合滇西红层以紫红色泥岩、砂岩为主,节理裂隙较发育,围岩强度适中等工程地质特征,依托大瑞铁路秀岭隧道进口平导,在滇西红层小断面隧道中引入悬臂掘进机施工,通过在适应性、设计参数等方面的深入研究,并与钻爆法在投资、施工进度、安全质量等方面进行对比分析,证明悬臂掘进机在滇西红层地区具有较好的适应性,具备较高的推广应用价值。应用研究结果表明:(1)悬臂掘进机适用于围岩强度适中、围岩(较)破碎、节理裂隙(较)发育以及地下水不(弱)发育的隧道;(2)悬臂掘进机对滇西红层围岩扰动小,初期支护可取消系统锚杆,并可以加大钢架间距;(3)悬臂掘进机在滇西红层隧道施工中进度优势明显,特别对于Ⅳ级围岩,进度较钻爆法提高了近67%;(4)悬臂掘进机早期资金投入较钻爆法高,且各级围岩条件下悬臂掘进机开挖单价为钻爆法的4~5倍。 展开更多
关键词 悬臂掘进机 滇西红层隧道 适应性 设计参数 钻爆法
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基于掘进性能的悬臂掘进机施工围岩分级方法 被引量:13
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作者 王祥 赵祎睿 +2 位作者 宋战平 赵克明 苏婉莹 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2022年第S01期197-204,共8页
准确划分悬臂掘进机施工围岩对其广泛应用具有重要意义,传统施工围岩分级大都是基于围岩稳定性建立的,而悬臂掘进机具有施工复杂性、动态性和非线性的特点,导致传统施工围岩分级并不适用,因此本文建立了一套基于掘进性能的悬臂掘进机施... 准确划分悬臂掘进机施工围岩对其广泛应用具有重要意义,传统施工围岩分级大都是基于围岩稳定性建立的,而悬臂掘进机具有施工复杂性、动态性和非线性的特点,导致传统施工围岩分级并不适用,因此本文建立了一套基于掘进性能的悬臂掘进机施工围岩分级方法。首先,以贵阳地铁1号线为工程背景,分别对前进速度的时间衰减规律及影响悬臂掘进机利用率的主要地质因素进行分析,建立地层适应性分级评分方法;其次,在已有的Q分级系统基础上,提出悬臂掘进机围岩适应性分级的BQ_(机)模型,采取钻掘指数RPI和刀具寿命指数CLI对模型进行修正,建立施工可掘进性分级评分方法;最后,综合考虑施工围岩地层适应性评分方法和可掘进性评分方法,以前进速度AR为指标,建立基于掘进性能的悬臂掘进机施工围岩分级方法。结果表明,本文建立的悬臂掘进机施工围岩分级方法可以实现前进速度AR的预测,从而有效预测掘进性能、节约隧道开挖成本、提高施工效率,为建立具有普适性的悬臂掘进机施工围岩分级方法提供科学参考。 展开更多
关键词 悬臂掘进机 BQ_()模型 围岩分级 掘进性能 地层适应性
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新乌鞘岭隧道软岩大变形悬臂掘进机施工控制技术研究 被引量:20
13
作者 陈善民 王全胜 +1 位作者 辛维克 贾大鹏 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2022年第4期720-729,共10页
为解决新乌鞘岭隧道8号、9号、10号斜井工区正洞在千枚岩、板岩等软弱破碎岩体前期施工中出现的掌子面频繁溜塌、初期支护开裂、变形扭曲等问题,在对地质预报、监控量测和围岩松动圈等数据分析以及三台阶钻爆法施工支护存在的问题研究... 为解决新乌鞘岭隧道8号、9号、10号斜井工区正洞在千枚岩、板岩等软弱破碎岩体前期施工中出现的掌子面频繁溜塌、初期支护开裂、变形扭曲等问题,在对地质预报、监控量测和围岩松动圈等数据分析以及三台阶钻爆法施工支护存在的问题研究的基础上,采用现场试验的方法,研究玻璃纤维锚杆超前加固、超前大管棚支护、悬臂掘进机预留核心土两台阶机械法开挖工法、合理预留变形量以及增强初期支护的锁脚锚固、桁架结构加强初期支护纵向连接、径向注浆加固围岩等措施。经现场应用表明:1)对于高地应力软弱围岩隧道,采用预留核心土两台阶大断面悬臂掘进机铣挖法施工技术是可行的,结合超前加固、支护结构补强等措施后,支护结构累计变形较前期减小一半以上,支护结构变形可控。2)采用悬臂掘进机开挖,隧道平均线性超挖量可控制在15 cm以内,相比钻爆法喷射混凝土平均超挖率由120%减小至60%,工序循环时间减少3 h左右,月施工进度由25~35 m提升至50~60 m。3)高地应力软岩大变形控制应在合理工法、合适设备、合理预留变形量和具有一定抵抗变形能力的支护结构之间找到平衡点。 展开更多
关键词 铁路隧道 软岩大变形 变形控制 铣挖法 悬臂掘进机
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悬臂掘进机在铁路隧道施工中的应用探讨 被引量:24
14
作者 雷升祥 尹宜成 《铁道工程学报》 EI 2001年第1期97-103,116,共8页
本文对悬臂掘进机的优势、在铁路隧道施工中的可行性以及其在铁路隧道施工中的开挖方案、机械化配套方式、施工中的辅助工艺进行了分析并提出了具体实现方式 ,并对钻爆法与悬臂掘进机法进行了技术经济比较 。
关键词 悬臂掘进机 铁路隧道 施工方案
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悬臂掘进机自动导向和定位技术探索 被引量:30
15
作者 田原 《工矿自动化》 2010年第8期26-29,共4页
介绍了掘进机自动导向和定位技术,分析和比较了基于全站仪、陀螺仪、电子罗盘、激光导向仪和视觉检测等的掘进机自动导向和定位技术的原理和特点,得出了如下结论:(1)基于陀螺仪和电子罗盘的自动导向和定位技术可实现自主导航,其它方法... 介绍了掘进机自动导向和定位技术,分析和比较了基于全站仪、陀螺仪、电子罗盘、激光导向仪和视觉检测等的掘进机自动导向和定位技术的原理和特点,得出了如下结论:(1)基于陀螺仪和电子罗盘的自动导向和定位技术可实现自主导航,其它方法则需要给定参考坐标系;(2)以倾角仪作为俯仰角和横滚角检测传感器的装备技术更适合于水平巷道导向;(3)以巷道指向激光为参照系的方法更易于同煤矿现有自动导向和定位方式相结合。 展开更多
关键词 悬臂掘进 自动导向 定位 全站仪 陀螺仪 电子罗盘 激光导向仪 视觉检测
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基于多传感器混合体系的悬臂式掘进机截割可视化系统研究
16
作者 温承永 应宗权 +1 位作者 王东 谢骏 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第1期209-218,共10页
针对输水隧洞悬臂式掘进机截割施工中粉尘污染严重、操作时存在视野盲区、隧洞超欠挖量难以控制的问题,首先,通过增设多种传感器对悬臂式掘进机进行数字化功能升级,按照传感器子系统、PLC子系统、通讯子系统及信息可视化子系统等功能模... 针对输水隧洞悬臂式掘进机截割施工中粉尘污染严重、操作时存在视野盲区、隧洞超欠挖量难以控制的问题,首先,通过增设多种传感器对悬臂式掘进机进行数字化功能升级,按照传感器子系统、PLC子系统、通讯子系统及信息可视化子系统等功能模块搭建截割可视化系统,为操作手提供可视化施工窗口;然后,基于D-H法创建悬臂式掘进机的运动学模型,通过多参数坐标解析方程式对悬臂式掘进机各种站位姿态下的截割目标点进行精准空间坐标解析;最后,从施工便利性及工况适应性的角度出发,提出轴线偏位正向标定法和逆向标定法2种掘进机轴线偏位补偿方法,并在掌子面上布置激光示教点进行标定测试,结果显示逆向标定方法的误差在2 cm以内,可实现不同洞壁条件下掘进机的精准定位。在隧洞内开展截割头空间轨迹识别试验,通过比较试验点距离的激光测量值和手持端软件的计算值可知,该截割可视化系统误差在3.5 cm以内,手持端平板截割目标的运动响应延迟率最高为0.2 s。 展开更多
关键词 输水隧洞 悬臂掘进 可视化系统 坐标解析 截割头 空间轨迹
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基于改进粒子群算法的悬臂式掘进机轨迹跟踪控制方法
17
作者 任玉灿 张东辉 《中国矿业》 北大核心 2025年第5期144-151,共8页
悬臂式掘进机轨迹控制可以被视为一种解空间内的独立寻优问题。但地下工作环境复杂多变,掘进机在行进过程中可能会遇到各种不确定因素,易在求解复杂优化问题时陷入局部最优解,导致最优解求解效果不佳,影响掘进机轨迹的跟踪控制效果。为... 悬臂式掘进机轨迹控制可以被视为一种解空间内的独立寻优问题。但地下工作环境复杂多变,掘进机在行进过程中可能会遇到各种不确定因素,易在求解复杂优化问题时陷入局部最优解,导致最优解求解效果不佳,影响掘进机轨迹的跟踪控制效果。为了提高轨迹跟踪控制的精确性和稳定性,确保掘进效率和作业安全,本研究提出一种基于改进粒子群算法的悬臂式掘进机轨迹跟踪控制方法。通过跟踪悬臂式掘进机的当前行进状态,得到实际位姿和期望位姿间的偏差。在此基础上,利用粒子群算法调整掘进机机身的移动速度和转向角速度,实现对掘进机行进过程中位姿偏差的补偿,通过位姿偏差补偿实现掘进机的轨迹跟踪控制。在这一过程中,为避免粒子群算法陷入局部最优解,利用小生境进化策略优化粒子的适应度,将粒子划分为不同的子群体(小生境),通过缩小搜索范围的方式使算法更快地收敛到最优解,以此来提高轨迹跟踪控制的效果。通过模拟实验验证该方法的控制效果,经实验发现:应用该方法控制后,悬臂式掘进机在不同位置的方向角值和对应的期望角度值基本一致,实际转向角速度值和期望值基本相同,悬臂式掘进机在X轴和Y轴上的移动轨迹和期望轨迹吻合,说明该方法对掘进机的方向角和转向角速度的控制效果较好,轨迹跟踪控制的性能较高。 展开更多
关键词 改进粒子群算法 悬臂掘进 轨迹跟踪控制 小生境进化策略 位姿偏差补偿
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基于改进滑模控制的悬臂式掘进机轨迹跟踪技术 被引量:1
18
作者 张旭辉 李语阳 +3 位作者 杨文娟 张超 郑西利 麻兵 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期491-501,共11页
针对传统滑模控制在悬臂式掘进机轨迹跟踪中存在全局收敛速度慢、抖振显著等不足,提出了一种基于新型趋近律的改进滑模控制方法。通过在传统指数趋近律基础上引入掘进机机身的横向偏差、航向角偏差以及幂次趋近项,实现了掘进机轨迹偏差... 针对传统滑模控制在悬臂式掘进机轨迹跟踪中存在全局收敛速度慢、抖振显著等不足,提出了一种基于新型趋近律的改进滑模控制方法。通过在传统指数趋近律基础上引入掘进机机身的横向偏差、航向角偏差以及幂次趋近项,实现了掘进机轨迹偏差的快速收敛以及抖振的削弱;同时,采用边界层法进一步抑制抖振,解决了趋近律中符号函数乘积项易引起抖振的问题。分析了新型趋近律的存在性、可达性以及稳定性,并推导了干扰稳态误差的区间。考虑掘进机的不确定扰动,对传统滑模控制与改进滑模控制方法进行了仿真对比。结果表明,改进滑模控制的控制精度、收敛速度及抗干扰能力均优于传统滑模控制。最后,通过搭建实验平台测试了掘进机轨迹跟踪控制系统的性能,验证了改进滑模控制方法的可行性和有效性。研究结果可为煤矿井下恶劣环境中采掘装备的智能控制提供重要参考。 展开更多
关键词 悬臂掘进 新型趋近律 轨迹跟踪 滑模控制
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基于PSO-SVR算法的悬臂式掘进机工作性能预测 被引量:1
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作者 傅鹤林 赵一博 +3 位作者 王立志 郭弘宇 李鲒 邓皇适 《铁道工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期92-98,共7页
研究目的:悬臂式掘进机作为铣挖法中不可或缺的机械设备,其工作性能常受到围岩特征和机械设备等条件的制约。为预测悬臂式掘进机工作性能,本文以瞬时切割速率ICR作为评价指标,综合考虑围岩因素和机械设备因素,通过不同算法预测ICR,优选... 研究目的:悬臂式掘进机作为铣挖法中不可或缺的机械设备,其工作性能常受到围岩特征和机械设备等条件的制约。为预测悬臂式掘进机工作性能,本文以瞬时切割速率ICR作为评价指标,综合考虑围岩因素和机械设备因素,通过不同算法预测ICR,优选出基于粒子群优化的支持向量机算法(PSO-SVR),并据此建立了ICR预测系统,从而快速高效地预测铣挖隧道掘进机工作性能和施工速度。研究结论:(1)利用已开挖的铣挖法隧道数据作为训练样本,通过5种算法预测ICR,其中粒子群优化的支持向量机算法预测精度最佳;(2)通过粒子群优化算法搜寻最优惩罚系数C和核函数系数g,能有效避免陷入局部最优解问题,并显著提高模型预测精度和泛化能力;(3)十折交叉验证结果表明,PSO-SVR算法具有较好的鲁棒性,且鲁棒性高于其他4种算法;(4)依托赣州蓉江隧道工程,PSO-SVR模型可准确预测悬臂式掘进机瞬时切割速率和施工速度,预测精度显著高于经验公式和其他算法,可为铣挖机械设备选型以及铣挖隧道施工速度预测提供参考。 展开更多
关键词 悬臂掘进 瞬时切割速率 工作性能预测 粒子群算法 支持向量
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基于卷积神经网络和模糊PID的掘进机截割控制系统研究 被引量:1
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作者 李英娜 崔彦平 +2 位作者 安博烁 刘百健 靳建伟 《工矿自动化》 北大核心 2025年第1期61-70,137,共11页
针对悬臂式掘进机在掘进过程中面对煤岩硬度复杂变化时适应性不足、系统稳定性低等问题,提出一种基于卷积神经网络(CNN)及模糊PID的掘进机截割控制系统,该系统包括巷道断面成形特性和智能截割控制策略2个部分,其中掘进机智能截割控制策... 针对悬臂式掘进机在掘进过程中面对煤岩硬度复杂变化时适应性不足、系统稳定性低等问题,提出一种基于卷积神经网络(CNN)及模糊PID的掘进机截割控制系统,该系统包括巷道断面成形特性和智能截割控制策略2个部分,其中掘进机智能截割控制策略由CNN煤岩硬度动态感知模块和截割臂摆速模糊PID控制模块组成。提出一种有效的截割路径,使截割头沿规划路径从上至下进行煤岩截割,以提高断面完整性,减小掘进方向的误差。采用CNN煤岩硬度动态感知模块分析采集的截割电动机电流、截割臂振动加速度、回转油缸压力数据信息,以感知煤岩特性;采用截割臂摆速模糊PID控制模块对感知后的数据进行模糊化与解模糊化处理,输出相应控制参数信号;电液比例阀根据接收到的信号控制液压油的流量和压力,通过阀控液压缸控制截割臂摆速,实现截割臂摆速的自适应控制。现场实验结果表明:当掘进机截割较软介质与煤时,截割臂以高摆速工作;当掘进机截割复杂岩层时,摆速随截割信号的增大而降低,截割信号在0~1之间变动;当掘进机截割较硬岩层时,截割载荷信号接近1,截割臂的摆速降低至0。 展开更多
关键词 悬臂掘进 智能截割 截割臂摆速 截割路径 模糊PID控制 煤岩硬度动态感知 卷积神经网络
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