發(fā)布時(shí)間：2020-06-17 00:33

【摘要】：盾構(gòu)機(jī)作為地鐵、隧道建設(shè)的主要工程裝備,其核心部件刀盤液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件復(fù)雜以及各元件使用維護(hù)不當(dāng)?shù)仍?致使該系統(tǒng)故障頻發(fā)。因此,為確保盾構(gòu)掘進(jìn)過程安全可靠運(yùn)行,對(duì)其進(jìn)行及時(shí)有效的故障診斷具有重要意義。本文圍繞天津軌道交通?6450mm土壓平衡盾構(gòu)刀盤液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)展開研究,針對(duì)該系統(tǒng)故障發(fā)生機(jī)理,構(gòu)建Simulink-AMESim盾構(gòu)刀盤液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)恒功率控制聯(lián)合仿真模型;提出了變量加權(quán)主元分析(VW-PCA)故障診斷算法模型與基于差分進(jìn)化算法(Differential Evolution,DE)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相融合的故障診斷算法模型,旨在提高該系統(tǒng)故障診斷的正確率與故障數(shù)據(jù)的處理效率。本文主要完成了以下研究工作:(1)分析了刀盤液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理及其常見故障發(fā)生機(jī)理,通過建立關(guān)鍵系統(tǒng)組成元件的數(shù)學(xué)模型,找出模型參數(shù)改變對(duì)故障特性的影響關(guān)系,為文章通過修改AMESim刀盤液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真模型參數(shù),仿真故障奠定理論基礎(chǔ)。(2)在AMESim軟件環(huán)境下構(gòu)建刀盤液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真模型,同時(shí)選擇在Simulink中搭建驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)恒功率控制模型,從而構(gòu)建Simulink-AMESim盾構(gòu)刀盤液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)恒功率控制聯(lián)合仿真模型。通過修改元件關(guān)鍵參數(shù),仿真各類故障,并選取液壓泵輸出油壓、刀盤轉(zhuǎn)速,粘性摩擦扭矩和軟土層負(fù)載扭矩等8個(gè)故障參數(shù)對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行提取,為文章故障診斷方法的研究提供歷史故障數(shù)據(jù)。(3)建立變量加權(quán)主元分析(VW-PCA)故障診斷算法模型,采用偏F值變量加權(quán)(VW)算法得到每一類故障的加權(quán)向量,對(duì)系統(tǒng)各參數(shù)賦予不同的權(quán)值,從而突顯各參數(shù)對(duì)不同類別故障的影響程度,提高主元分析(PCA)方法的準(zhǔn)確性。(4)對(duì)于變量加權(quán)主元分析(VW-PCA)故障診斷方法僅能對(duì)刀盤液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障發(fā)出報(bào)警,并不能對(duì)具體的故障類型做出識(shí)別,文章在此基礎(chǔ)上提出了基于DE-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法,利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)各故障輸入數(shù)據(jù)到故障類別輸出的非線性映射,同時(shí)采用差分進(jìn)化算法(DE)來提高BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度,提高故障診斷的效率。
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U455.39
【圖文】：

從而導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)系統(tǒng)故障發(fā)生時(shí)，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，傳統(tǒng)手段過于費(fèi)事費(fèi)力，且在排除故障的過程中，盲目的拆卸、解體或者是自行調(diào)整液件，都會(huì)造成故障范圍擴(kuò)大或產(chǎn)生新的次生故障，從而使原有故障更加復(fù)雜化。因此盾構(gòu)刀盤液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，能夠獲取一種有效克服傳統(tǒng)技術(shù)手段的費(fèi)時(shí)費(fèi)力，做到統(tǒng)各元件運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)有效監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)在不拆解的狀態(tài)下，能夠快速有效的確定產(chǎn)生的原因、位置，快速排出故障具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。盾構(gòu)機(jī)簡(jiǎn)介盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)(Shield tunneling machine)是用于隧道掘進(jìn)施工中的專用工程機(jī)械設(shè)備設(shè)備的使用功能包括開挖、切削土體、土體輸送、使用預(yù)制管片完成隧道管壁的拼裝砌和挖掘隧道行進(jìn)路線的測(cè)量導(dǎo)向和糾偏等復(fù)雜功能。盾構(gòu)機(jī)是現(xiàn)代隧道建設(shè)中主施工裝備，相較于傳統(tǒng)的隧道施工技藝，使用盾構(gòu)機(jī)施工的盾構(gòu)法在施工過程中具全可靠、機(jī)械智能化程度高、工期進(jìn)展快、開挖土方量少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，特別是質(zhì)條件苛刻、隧道埋深較大同時(shí)地下水位高的工作環(huán)境時(shí)，只有采用盾構(gòu)機(jī)作為工工的主要施工設(shè)備[9]-[11]。

推進(jìn)、管片拼裝、螺旋輸送機(jī)、后配套等系統(tǒng)[12]-[13]。盾構(gòu)組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-2 所示，其位于盾構(gòu)機(jī)最前端的是刀盤系統(tǒng)，其主要功能是完成開挖面土體的切削與支護(hù)，該系統(tǒng)是一個(gè)典型的低轉(zhuǎn)速、大扭矩，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。在實(shí)際施工工況環(huán)境下，刀盤結(jié)構(gòu)在開口率、安裝的刀具類型等結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)，在面對(duì)不同的土體開挖面需要有著較強(qiáng)的適應(yīng)性。推進(jìn)系統(tǒng)是一組沿著盾構(gòu)機(jī)機(jī)體內(nèi)周向布置液壓缸的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其功能是完成盾構(gòu)機(jī)在施工過程中挖掘前行與掘進(jìn)軌跡的調(diào)整，特點(diǎn)上表現(xiàn)為低速、大推力。管片拼裝系統(tǒng)是一種具有 6 個(gè)自由度的操作機(jī)構(gòu)，其功能上主要完成將預(yù)制好的管片沿著刀盤開挖后形成的隧道壁面進(jìn)行周向拼砌，從而達(dá)到支撐隧道的目的。為了能夠滿足施工隧道在支護(hù)強(qiáng)度、形貌特征與優(yōu)良的密封性能等方面的要求，管片拼裝系統(tǒng)需要有著非常高的施工精度，同時(shí)為了滿足施工的進(jìn)度要求，該系統(tǒng)還需具有較高的速度，優(yōu)良的可靠性。螺旋輸送機(jī)系統(tǒng)是由螺旋輸送機(jī)與輸送皮帶組成，其功能主要是完成將刀盤切削開挖面過程中，產(chǎn)生的渣土輸送到豎井，再由土箱運(yùn)出隧道，同時(shí)還需要控制螺旋輸送機(jī)的輸送速度以維持密封艙艙內(nèi)壓力的穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定開挖面的作用。盾構(gòu)施工作業(yè)就是通過上述多系統(tǒng)之間的相互協(xié)調(diào)動(dòng)作，從而完成盾構(gòu)隧道施工的機(jī)械化作業(yè)。

【參考文獻(xiàn)】

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