管片拼装机抓取和拼装智能化研究

发布时间：2021-11-09 10:07

　　管片拼装机作为盾构机的核心部件之一,其工作效率对盾构隧道施工进度和施工质量有很大影响。鉴于管片拼装机操作人员依靠肉眼识别和主观判断进行作业,造成管片抓取效率低、拼装质量难以保证,本文提出一种仿形法管片拼装机智能化抓取及拼装算法。通过测量系统检测相关参数,推导出拼装机运动状态公式及相应微调系统油缸行程公式,进而实现管片拼装机抓取和拼装姿态调整自动化、精准化。通过MATLAB软件对该算法进行数值仿真,验证了其准确性。 

【文章来源】：铁道建筑. 2020,60(08)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

管片拼装机整体结构

管片拼装机安装在盾构机的盾尾。通过平移油缸、提升油缸和回转驱动分别实现管片沿隧道轴向、径向和周向的运动，即拼装头初调定位。管片拼装头分为吸盘式和扣头螺栓式，本文主要研究扣头螺栓式拼装头的定位。扣头螺栓式拼装头上安装有俯仰油缸和偏转油缸，见图2。结合两侧提升油缸的不同步动作可以分别实现管片的俯仰、偏转以及横摇，即管片的微调定位。管片拼装机的平移、回转、提升、俯仰、偏转和横摇动作分别对应拼装头的6个自由度动作[8]。本文坐标方位一律按图2的坐标系确定，竖直向上方向为z轴正向，向前开挖轴线方向为y轴正向，并根据右手法则确定x轴正向。

管片拼装机在抓取管片前各油缸位于初始状态，见图3。在激光测距仪A接收到管片信号时确定管片进入抓取区域，管片拼装机开始移动至抓取区域。管片拼装机抓取装置安装了激光测距仪B,C,D（参见图2），其中B和C对称位于抓取头前端两侧，测距仪B和D位于抓取头沿y轴同一方向位置。根据各测距仪数据的变化确定管片拼装机抓取头行程及微调路线，最终实现管片抓取。管片拼装机抓取头在准确抓取管片后，开始进行拼装动作，根据管片错缝拼装工艺流程及相邻管片拼装点位置可以得到拼装管片时的初调定位参数，即管片拼装机各个油缸的待调整参数。管片拼装机根据初调定位参数控制平移、回转、提升机构将管片移动至预定位置[9]。考虑到测距仪测量误差，根据管片拼装机各方位测距仪数据的变化实时确定管片拼装机抓取头行程及微调路线，最终实现待拼装管片与已拼装管片间的精准定位。图4给出了智能拼装机仿形法抓取及拼装总体工艺流程。

【参考文献】：
期刊论文
[1]盾构管片拼装机原理及结构分析[J]. 李岩,祖妍.  现代制造技术与装备. 2017(06)
[2]兰州地铁黄河隧道设计难点及方案论证[J]. 王飞.  铁道工程学报. 2014(08)
[3]盾构管片拼装机国内外研究现状[J]. 张碧,赵海峰,杨涛,何恩光.  矿山机械. 2014(04)
[4]六自由度盾构管片拼装机机构设计[J]. 钱晓刚,高峰,郭为忠.  机械设计与研究. 2008(01)
[5]盾构隧道管片拼装技术[J]. 王林民.  山西建筑. 2007(01)
[6]盾构管片拼装机设计研究[J]. 管会生,黄松和,徐济平.  矿山机械. 2005(03)

硕士论文
[1]盾构机管片拼装机器人与视觉系统研究[D]. 李穗婷.华南理工大学 2018
[2]新型全自动管片拼装机系统动力特性仿真与研究[D]. 李珊珊.沈阳航空航天大学 2011
[3]TBM后配套管片自动拼装机设计及研究[D]. 魏要强.武汉大学 2005
[4]隧道管片自动拼装机的虚拟样机及其仿真[D]. 程燕.武汉大学 2005



本文编号：3485126