小口径地下管道掘进机纠偏系统的设计与研究
发布时间：2020-12-15 22:56
随着我国城市化进程的加快,城市基础设施的不断完善与发展,基础设施建设开始从地表空间向地下空间转移,利用小口径地下管道掘进机可以实现地下管道的挖掘。为保证掘进机能够正确、高效、稳定的工作,本文对口径为500 mm的小口径地下管道掘进机的纠偏系统进行设计与研究。首先,对总体纠偏方案进行设计,主要包括:纠偏系统执行机构、位姿测量系统和纠偏系统工作流程的设计。提出一种适用于小口径地下管道掘进机的内部纠偏模式、纠偏油缸“+”字型双向铰接方式布置的方案以及外置式激光位姿测量系统。其次,为了提高纠偏系统的测量精度,在对当前的基于边缘检测和灰度分布检测方法的研究基础上,提出一种基于改进圆拟合的激光光斑定中算法,并通过仿真实验验证了基于改进圆拟合的激光光斑定中算法相较于Hough变化法、圆拟合法具有更高的精度,提高了掘进机水平方位角与俯仰角的测量精度。再次,对小口径地下管道掘进机的纠偏轨迹进行设计。依次设计“圆弧-圆弧”、“圆弧-阿基米德螺线-圆弧”、“圆弧-直线-圆弧”三种平面纠偏轨迹路线,通过理论计算表明“圆弧-直线-圆弧”轨迹路线具有最短的纠偏位移。以此为基础,设计出三维空间中掘进机的纠偏轨迹路线...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
外部纠偏示意图
第二种是在非开挖设备内部布置纠偏油缸作为执行机构,以纠偏油缸后底座为基准,通过纠偏油缸的动作,首先调整非开挖设备前端的姿态,当前端回到预定路线时,然后调整非开挖设备后端的姿态,使整个机身达到与预定路线重合的目的,进而实现整个纠偏的过程。如中国铁建重工ZTE3730型号的掘进机采用内部纠偏模式,非开挖设备内部纠偏示意图如图2.2所示。非开挖设备两种纠偏方式优缺点对比如表2-1所示。可知内部纠偏的方式能够做到实时调整掘进机前进方向,通过对非开挖设备切削系统、尾盾的分步驱动,减少纠偏过程中的纠偏力矩,从而减少能量损耗,节约资源。因此,选用内部纠偏模式为本文所设计的小口径地下管道掘进机的纠偏方案。
小口径地下管道掘进机纠偏油缸的数量和结构尺寸与纠偏油缸在掘进机内的安装形式有关,纠偏油缸安装形式主要有两种,分别为“#”字型安装与“+”字型安装,如图2.3所示[13]。以“#”字型方式四周布置时,掘进机顶部与底部分别有两组纠偏油缸,相当于左侧与右侧同时共有两组油缸,纠偏时纠偏油缸受力更为均匀,但一侧纠偏油缸易出现载荷集中的现象。当纠偏油缸按照“+”字型方式进行布置时,传统的方式是以顶部纠偏油缸为支点,底部纠偏油缸与两侧纠偏油缸为受力点,伸出长度分别为L与L/2,出现受力不均匀的现象。由于重力作用的原因,底部的土压力较大,底部纠偏油缸受力最大,中部两组纠偏油缸受力适中,故底部纠偏油缸需要提供较大的扭矩,容易发生故障。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊自整定PID算法的划片机DD马达位置控制[J]. 刘涛,周虎,高金杰,苏炳望,周强. 制造业自动化. 2019(12)
[2]盾构机铰接系统浅析[J]. 高丙欢,任洁. 现代制造技术与装备. 2018(09)
[3]基于光纤陀螺的顶管纠偏控制系统[J]. 吕庆洲,翟华,万文松,王晓,唐飞飞,唐素文. 机床与液压. 2017(20)
[4]Coupling Leveling Control Based on Fuzzy PID for Synchronous Loading System of Load-Bearing Test Bed[J]. ZUO Duquan,QIAN Lixia,YANG Tianen,CUI Xiaojin,LUO Qiang. Chinese Journal of Electronics. 2017(06)
[5]基于MATLAB-AMESim的电液伺服系统模糊PID控制[J]. 付甜甜,朱玉川,顾亚军. 机床与液压. 2016(20)
[6]基于改进圆拟合算法的激光光斑中心检测[J]. 吴泽楷,李恭强,王文涛,杨雪,唐晓军,姜东升. 激光与红外. 2016(03)
[7]基于Ziegler-Nichols法则的PID控制器参数整定[J]. 东方. 自动化与仪器仪表. 2015(07)
[8]微型隧道技术的发展现状及趋势[J]. 仇和兵,王兴,王凯,赵举,朱洪亮. 机械制造. 2015(05)
[9]盾构机自动纠偏控制系统设计[J]. 李月强,陈青山,潘志康. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2014(04)
[10]基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究[J]. 龚国芳,洪开荣,周天宇,侯典清,王林涛. 隧道建设. 2014(07)
博士论文
[1]大型装备装配位姿视觉检测的关键技术研究[D]. 杨博文.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]地铁隧道盾构智能纠偏优化控制研究[D]. 李洋.长安大学 2019
[2]全断面硬岩掘进机姿态调整控制系统研究[D]. 张冰.辽宁工程技术大学 2018
[3]地下管道挖掘机切削刀盘、刀具的设计与研究[D]. 王影杰.长春工业大学 2017
[4]基于模糊滑模算法的四缸等温锻造液压机同步控制方法研究[D]. 韩金运.合肥工业大学 2017
[5]电液伺服系统参数鲁棒控制方法的设计与仿真[D]. 冯业恒.电子科技大学 2017
[6]小直径土压平衡盾构机关键部件设计[D]. 李周男.石家庄铁道大学 2016
[7]鲁棒控制液压伺服系统的仿真研究[D]. 刘景成.辽宁科技大学 2016
[8]地下管道挖掘机结构设计与研究[D]. 刘洪萤.长春工业大学 2015
[9]双向锁定可控冲击矛的结构参数优化与分析[D]. 武国峰.吉林大学 2015
[10]土压平衡顶管机液压驱动系统研究[D]. 谢赛南.安徽理工大学 2014
本文编号：2919041
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
外部纠偏示意图
第二种是在非开挖设备内部布置纠偏油缸作为执行机构,以纠偏油缸后底座为基准,通过纠偏油缸的动作,首先调整非开挖设备前端的姿态,当前端回到预定路线时,然后调整非开挖设备后端的姿态,使整个机身达到与预定路线重合的目的,进而实现整个纠偏的过程。如中国铁建重工ZTE3730型号的掘进机采用内部纠偏模式,非开挖设备内部纠偏示意图如图2.2所示。非开挖设备两种纠偏方式优缺点对比如表2-1所示。可知内部纠偏的方式能够做到实时调整掘进机前进方向,通过对非开挖设备切削系统、尾盾的分步驱动,减少纠偏过程中的纠偏力矩,从而减少能量损耗,节约资源。因此,选用内部纠偏模式为本文所设计的小口径地下管道掘进机的纠偏方案。
小口径地下管道掘进机纠偏油缸的数量和结构尺寸与纠偏油缸在掘进机内的安装形式有关,纠偏油缸安装形式主要有两种,分别为“#”字型安装与“+”字型安装,如图2.3所示[13]。以“#”字型方式四周布置时,掘进机顶部与底部分别有两组纠偏油缸,相当于左侧与右侧同时共有两组油缸,纠偏时纠偏油缸受力更为均匀,但一侧纠偏油缸易出现载荷集中的现象。当纠偏油缸按照“+”字型方式进行布置时,传统的方式是以顶部纠偏油缸为支点,底部纠偏油缸与两侧纠偏油缸为受力点,伸出长度分别为L与L/2,出现受力不均匀的现象。由于重力作用的原因,底部的土压力较大,底部纠偏油缸受力最大,中部两组纠偏油缸受力适中,故底部纠偏油缸需要提供较大的扭矩,容易发生故障。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊自整定PID算法的划片机DD马达位置控制[J]. 刘涛,周虎,高金杰,苏炳望,周强. 制造业自动化. 2019(12)
[2]盾构机铰接系统浅析[J]. 高丙欢,任洁. 现代制造技术与装备. 2018(09)
[3]基于光纤陀螺的顶管纠偏控制系统[J]. 吕庆洲,翟华,万文松,王晓,唐飞飞,唐素文. 机床与液压. 2017(20)
[4]Coupling Leveling Control Based on Fuzzy PID for Synchronous Loading System of Load-Bearing Test Bed[J]. ZUO Duquan,QIAN Lixia,YANG Tianen,CUI Xiaojin,LUO Qiang. Chinese Journal of Electronics. 2017(06)
[5]基于MATLAB-AMESim的电液伺服系统模糊PID控制[J]. 付甜甜,朱玉川,顾亚军. 机床与液压. 2016(20)
[6]基于改进圆拟合算法的激光光斑中心检测[J]. 吴泽楷,李恭强,王文涛,杨雪,唐晓军,姜东升. 激光与红外. 2016(03)
[7]基于Ziegler-Nichols法则的PID控制器参数整定[J]. 东方. 自动化与仪器仪表. 2015(07)
[8]微型隧道技术的发展现状及趋势[J]. 仇和兵,王兴,王凯,赵举,朱洪亮. 机械制造. 2015(05)
[9]盾构机自动纠偏控制系统设计[J]. 李月强,陈青山,潘志康. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2014(04)
[10]基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究[J]. 龚国芳,洪开荣,周天宇,侯典清,王林涛. 隧道建设. 2014(07)
博士论文
[1]大型装备装配位姿视觉检测的关键技术研究[D]. 杨博文.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]地铁隧道盾构智能纠偏优化控制研究[D]. 李洋.长安大学 2019
[2]全断面硬岩掘进机姿态调整控制系统研究[D]. 张冰.辽宁工程技术大学 2018
[3]地下管道挖掘机切削刀盘、刀具的设计与研究[D]. 王影杰.长春工业大学 2017
[4]基于模糊滑模算法的四缸等温锻造液压机同步控制方法研究[D]. 韩金运.合肥工业大学 2017
[5]电液伺服系统参数鲁棒控制方法的设计与仿真[D]. 冯业恒.电子科技大学 2017
[6]小直径土压平衡盾构机关键部件设计[D]. 李周男.石家庄铁道大学 2016
[7]鲁棒控制液压伺服系统的仿真研究[D]. 刘景成.辽宁科技大学 2016
[8]地下管道挖掘机结构设计与研究[D]. 刘洪萤.长春工业大学 2015
[9]双向锁定可控冲击矛的结构参数优化与分析[D]. 武国峰.吉林大学 2015
[10]土压平衡顶管机液压驱动系统研究[D]. 谢赛南.安徽理工大学 2014
本文编号：2919041
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