Обоснование параметров системы управления движением роторного исполнительного органа щитового тоннелепроходческого комплекса

• Автор: Будников, Вадим Борисович
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ АКТУАЛЬНОСТИ ПРОБЛЕМЫ. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Краткий обзор развития щитовых проходческих комплексов
1.2. Анализ современного состояния щитовой проходческой техники
1.3. Анализ средств управления направлением движения щитового ТИК
1.4. Выводы. Постановка цели и задач работы
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
2.1. Анализ процесса движения роторного исполнительного органа
2.2. Математическое описание процесса движения исполнительного органа
2.3. Учет прочностных характеристик горного массива
2.4. Получение координат состояния объекта управления
2.5. Выводы
3. ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ СИНТЕЗА И ВЫЧИСЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАКОНА УПРАВЛЕНИЯ
3.1. Теория аналитического конструирования оптимальных регуляторов
3.2. Методика синтеза и вычисления параметров закона управления
3.3. Устойчивость системы управления
3.4. Выводы
4. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ОРГАНОМ ЩИТОВОГО ТПК
4.1. Синтез системы управления
4.2. Исследование синтезированной системы управления
4.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1. Акт внедрения
Приложение 2. Патент на изобретение
ВВЕДЕНИЕ
Ускорение темпов роста объёмов строительства и освоения подземного пространства обуславливают необходимость повышения точности прокладки тоннелей и инженерных коммуникаций в условиях плотной городской застройки. В значительной степени этим требованиям удовлетворяют щитовые тоннелепроходческие комплексы (ТПК) с исполнительным органом роторного типа, позволяющие безопасно прокладывать тоннели на большие расстояния под горными массивами, морскими заливами и реками, зданиями и сооружениями, а высокотехнологичные высокоточные приборы позволяют осуществлять ведение щита к цели по заданной траектории. Однако отсутствие научно обоснованных методик по выбору параметров высокоточных систем управления движением исполнительных органов таких машин, обеспечивающих достижение высокой точности соблюдения траектории движения с учетом особенностей горногеологических условий при проходке, не позволяет использовать весь их потенциал и ограничивает область применения, что определяет актуальность данной диссертации.
Целью работы является обоснование параметров системы управления движением роторного исполнительного органа щитового тоннелепроходческого комплекса, обеспечивающей высокую точность прохождения тоннеля по заданной трассе в породах с различными прочностными свойствами.
Идея работы заключается в том, что точность прохождения тоннеля по заданной трассе щитовым тоннелепроходческим комплексом достигается реализацией системы управления, построенной на основании теории аналитического конструирования оптимальных регуляторов.
Объект и предмет исследования
Объектом исследования является система управления движением роторного исполнительного органа щитового механизированного тоннелепроходческого комплекса.

Предметом исследования является функционирование системы управления движением исполнительного органа роторного типа щитового ТПК.
Научная новизна исследования:
- разработано математическое описание движения роторного исполнительного органа во взаимодействии с породным массивом, позволяющее рассматривать его перемещение раздельно в нескольких каналах управления;
- на основании теории аналитического конструирования оптимальных регуляторов обоснована методика синтеза и вычисления параметров закона управления движением роторного исполнительного органа щитового ТПК, обеспечивающего высокую точность проходки в породах с различными прочностными свойствами;
- установлены зависимости времени переходных процессов от массы и диаметра исполнительного органа, а также крепости горных пород, обеспечивающие обоснование параметров системы управления движением роторного исполнительного органа щитового ТПК.
Практическая значимость работы
Предложена методика конструирования закона управления движением роторного исполнительного органа щитовых ТПК, обеспечивающего проходку тоннеля с высокой точностью повторения заданной траектории при различных прочностных свойствах горных пород.
Положения, выносимые на защиту:
- движение роторного исполнительного органа щитового ТПК описывается предложенной математической моделью, учитывающей прочностные свойства горных пород, конструктивные параметры комплекса и позволяющей рассматривать его в нескольких каналах управления;
- методика синтеза и определения параметров закона управления движением роторного исполнительного органа щитового ТПК, учитывающего конструктивные параметры исполнительного органа и крепость горных пород и позволяющая рассматривать движение комплекса в нескольких каналах управления;

крепеукладчиком 4. Остальные операции могут выполняться механизмами аналогично ранее описанным комплексам.
II (рисунок 1.13,6). В хвостовой части щита 1 одновременно возводится монолитно-прессованная крепь 3 и сборная крепь 5, причем сборная крепь устанавливается в щите концентрично его оболочке и используется в качестве опалубки при прессовании бетонной смеси. Нагнетание цементно-песчаного раствора за сборную крепь в этом случае исключается. Остальные операции могут выполняться механизмами аналогично ранее описанным комплексам.
“ 1 2 3 4
6 1 3
Рисунок 1.13. Схемы комплексов для строительства тоннелей с комбинированной крепью: а - для случая сборки крепи сзади опалубки; б - для случая использования крепи в качестве опалубки
1.3. Анализ средств управления направлением движения щитового

Для проходки тоннеля в заданном направлении конструкции проходческих щитов должны обеспечивать возможность изменения направления своего движения, а комплексы оборудоваться устройствами для контроля положения щита относительно проектной оси тоннеля и изменения направления его движения. [103]
В управлении направленным движением проходческого щита встречаются два случая. В первом случае, когда тоннель проходят в устойчивых породах, позволяющих образовывать выработку перед ножом щита, задача состоит в