顶管掘进机纠偏控制系统的设计与研究.pdf

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1、顶管掘进机纠偏控制系统的设计与研究冰顾杨上海市城市排水有限公司上海200233摘要：随着地下顶管设计直径的增大，以及项进距离增长，对项管施工的精度也提出了更高的要求。为此，针对实际工程特点，对该工程所用顶管的自动纠偏系统，进行了参数设计，运动学仿真校核，并制定了一套自动纠偏控制系统，最终实现了长距离项管的自动纠偏控制，取得了理想的施工效果。关键词：顶管掘进机测量机器人自动测量自动纠偏控制系统中圈分类号：TU94文献标识码：B文章编号：1004—1001(2014)04—0438—03DesignandResearchonDeviationRectific

2、ationControlSystemofPipe-JackingMachineGuYangShanghaiMunicipalSewerageCo．，Ltd．Shanghai200233近年来，地下大直径项管施工技术代替了传统的施1I3纠偏油缸推力的确定工方法，在我国得到了广泛应用。但随着项管直径越做越顶进过程中机头往上偏的工况为最恶劣工况，所需大，顶进距离越来越长，对施工精度的要求也越来越高。纠偏力最大，除了克服土荷重及水压形成的力以外，还须上海市污水治理项目白龙港片区南输送干线工程项目采用克服自重。所以本机选定机头往上偏的工况为基准来决定顶管施工设计直

3、径达4680mm，是目前世界上直径最大的油缸的推力。油缸的布置方法为井字形均匀布置，并假设顶管项目⋯。经工前分析，顶管的顶进方向进行纠偏仍然4组(8台)油缸均衡受力。由于覆土较深有土拱作用和纠是本项目施工的最关键问题囝。偏过程只是对部分土的1次压缩过程。故纠偏过程中仅在现在，顶管机的纠偏控制还主要用手工完成，即定时机头前上方表面有分布阻力，根据施工现场土质和经验，对机头空间位置进行测量，通过操控换向阀使X、y方向相这个分布力在150kN／m左右。应的纠偏油缸伸或缩，最终实现机头纠偏，但其缺点是如图1所示，A为最下一组油缸，它在往外推时，机头随意l生较大。

4、本文依托白龙港污水治理项目，针对该项目是以0点支点转动，机壳是轴向受力情况。径向则按中心顶管特点，对顶管的自动纠偏控制系统进行了研究。角12O。垂直投影至水平面均布受力。故投影面的合力为：f=Dcos30~L．P(1)1顶管工程纠偏系统参数的确定式中：一投影面上所受的合力(kN)；1．1长径比确定经验分布力，为150kN／m；长径比是指顶管机前壳体长度与外径的比值，长径比卜机壳长度为4m；的大小会影响纠偏过程的灵敏度，它的选取需根据施工的D一项管外径(m)。地质情况、顶进速度、顶管机外径等因素综合考虑。本机根据施工现场土质及以往经验，选取长径比为1．25

5、。1．2纠偏角度纠偏过程中，机头前后壳体间会形成大于或小于18O。的角度，极易引起地面的沉降或隆起，应尽量采用小纠偏角度，根据经验通常采用纠偏角度为土(2—2．5)。。F———A图1纠偏系统受力简图注：本项目为上海市科委资助项目，编号为11231202400。作者简介：顾杨(1965一)，男，本科，高级工程师。根据式(1)纠偏时，680mm顶管机12O。投影面上通讯地址：上海市徐汇区宜山路1121号(200233)。收稿日期：2014·01—09所受的合力，为：f=2432kN。488l建筑施工第36卷第4期系统仍基于传统的连续支导线测量方法。由于顶管施

6、[一n日，仃、[一nd，仃d、[一n，门、[一力d自，，7d即基工中整个管节都在向前移动和不能直接测到顶管机中心位本论域，考虑到顶管口径、实际土质及控制的方便性，输置，因此根据不同类型项管机、不同直径大小、不同曲率入输出语言变量各定义5个模糊子集：负大(NB)、负小线型顶管施工特性，逐级设站，最后一站尽量安置在离顶(NS)、零(ZO)、正小(PS)和正大(PB)。其中每一管机50m范围。个语言变量对应一个模糊子集。论域及量化因子见表1。根据项管机头设定目标点(P，P)三维坐标的实测模糊控制的规则为：“ifEanddE，thenU”，U通过值，结合倾斜仪传

7、感器自动传给的数据，采用通过三维向换向阀最终对应的是纠偏油缸的伸缩量。根据模糊子集，量归算法，得到顶管机中心点坐标，然后运用常规测量偏可得出25条控制规则：差计算方法求解，最后得出机头姿态偏差数据结果

8、8]。IfE．NBanddE=NB，thenU=PB2．3系统的工作流程IfE_NBanddE=NS，thenU=PB：系统基本工作流程如图5所示。ffNBanddE=ZO，thenU=PS；控制规则如表1所示。表1模糊控制规则表dEUNBNSZOPSPBNBPBPBPSZoNSNSPBPSPSZONSEZOPBPSZONSNBPSPSZoNSNSNBPB

9、PSZoNSNBNB4结语图5顶管机姿态导向系统运行流程本文依托上海白龙港管道的