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基本信息
- 項目名稱：
- 基于虛擬儀器的超大直徑泥水平衡式盾構(gòu)機狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 南京長江隧道作為目前國內(nèi)長江流域施工技術(shù)難度最大的工程項目，具有直徑超大、水下壓力高、地質(zhì)條件復(fù)雜、透水性強、覆土超薄、掘進距離長、工程地質(zhì)及水文條件風(fēng)險不可預(yù)測等七大世界級技術(shù)難題，對此巨大的工程，采用盾構(gòu)機進行作業(yè)。 盾構(gòu)機配置設(shè)備數(shù)量多，關(guān)聯(lián)性強，任何一套單獨設(shè)備出現(xiàn)故障都將不同程度地影響掘進進度，關(guān)鍵部位的損壞會導(dǎo)致整臺機器處于停滯甚至癱瘓狀態(tài)。 基于虛擬儀器的超大直徑泥水平衡式盾構(gòu)機狀檢測與故障診斷系統(tǒng)，以微機為基礎(chǔ)，以軟件為核心，通過有關(guān)數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理模塊，加之必要的傳感器，組成盾構(gòu)機監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，能夠?qū)Χ軜?gòu)各主要系統(tǒng)進行全面檢測與診斷。在南京長江隧道14.96m盾構(gòu)機上進行了現(xiàn)場測試，取得了較好效果。 盾構(gòu)機已經(jīng)在地下工程建設(shè)中得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，十一五期間，預(yù)計本系統(tǒng)在國內(nèi)的銷售量應(yīng)能達(dá)到700 ~1000套左右，具有非常廣闊的市場前景，可以帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益。
- 詳細(xì)介紹：
- 南京長江隧道作為目前國內(nèi)長江流域施工技術(shù)難度最大的工程項目，具有直徑超大、水下壓力高、地質(zhì)條件復(fù)雜、透水性強、覆土超薄、掘進距離長、工程地質(zhì)及水文條件風(fēng)險不可預(yù)測等七大世界級技術(shù)難題，因此盾構(gòu)施工面臨巨大風(fēng)險和難度，為保證能隨時掌握盾構(gòu)機工作狀況，對盾構(gòu)機關(guān)鍵設(shè)備進行狀態(tài)檢測與故障診斷，本課題基于虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW設(shè)計開發(fā)了南京長江隧道所用超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了變速箱檢測系統(tǒng)、電機檢測系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)檢測系統(tǒng)、主軸承檢測系統(tǒng)、通用檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)趨勢分析系統(tǒng)、盾構(gòu)信息管理系統(tǒng)、幫助系統(tǒng)等八個子系統(tǒng)，現(xiàn)場使用結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有測試診斷結(jié)果準(zhǔn)確、集成化高、調(diào)試維護方便、性能穩(wěn)定可靠等特點，與傳統(tǒng)設(shè)備相比節(jié)省了人力、物力和財力,對盾構(gòu)機狀態(tài)檢測和故障診斷有較高的實用價值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 開發(fā)目的和基本思路： 1、改變國內(nèi)盾構(gòu)機施工過程中需要國外工程技術(shù)人員全程協(xié)助保證盾構(gòu)機施工安全的尷尬現(xiàn)狀； 2、保證盾構(gòu)機正常運轉(zhuǎn)及地下工程的順利完工； 3、虛擬儀器軟硬件結(jié)合，集成程度高，摒棄傳統(tǒng)儀器弊端； 4、國內(nèi)外對盾構(gòu)機集成化的檢測正處于探索階段，目前能分享的盾構(gòu)機檢測資料很少，為解決實際問題提供幫助。 主要創(chuàng)新點： 1、國內(nèi)外首次將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于超大直徑泥水平衡式盾構(gòu)機狀態(tài)檢測與故障診斷； 2、用虛擬儀器取代了傳統(tǒng)儀器，基于軟件進行數(shù)據(jù)分析處理； 3、對盾構(gòu)機進行集成化的檢測，摒棄傳統(tǒng)的分體檢測。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、設(shè)備故障特征信號的提??； 2、故障特征判據(jù)的建立； 3、盾構(gòu)機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場環(huán)境抗干擾處理。 主要技術(shù)指標(biāo)： 加速度傳感器分別為LC0104和LC0120，頻率范圍分別為0.5-9000Hz和0.35-6000HZ，靈敏度分別為100mV/g和1000mV/g，量程分別為50g和5g,諧振頻率分別為27kHz和18kHz，分辨率分別為0.0002g和0.00002g，抗沖擊分別為1500g和500g。 壓力傳感器： 最大量程 50Mp 數(shù)據(jù)采集卡： 最高采樣率:250kS/s，共40路模擬輸入，輸入電壓范圍為±200mV至±10V，最大精度24位A/D轉(zhuǎn)換。
科學(xué)性、先進性
- 現(xiàn)有盾構(gòu)機檢測系統(tǒng)只能對關(guān)鍵設(shè)備的部分參數(shù)進行檢測，僅此已占用了上千個點位的PLC接口，其他關(guān)鍵設(shè)備、重要設(shè)備參數(shù)就需要配備專業(yè)檢測技術(shù)人員進行檢測，檢測時使用傳統(tǒng)儀器。 傳統(tǒng)的測控儀器由于費用高、技術(shù)更新周期長、系統(tǒng)封閉等原因，越來越不能滿足科技進步的要求。而軟件為核心的虛擬儀器，其功能由用戶自定義，技術(shù)更新快，價格和軟件開發(fā)維護費用低，具有開放性、靈活性、可重復(fù)利用和配置的優(yōu)點。利用LabVIEW軟件開發(fā)的檢測與故障診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)了對盾構(gòu)設(shè)備的狀態(tài)檢測與早期故障診斷，充分地發(fā)揮了虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢，使測試精度、穩(wěn)定性和可靠性都得到了充分保障。 對盾構(gòu)這種大型復(fù)雜設(shè)備的故障診斷，現(xiàn)有檢測系統(tǒng)局限于分體檢測，像本系統(tǒng)這樣的集成化程度高的檢測設(shè)備，目前還未見報道，探索開發(fā)的本系統(tǒng)可以有效地對盾構(gòu)機進行檢測與故障診斷。 參考文獻: [1] 劉宏志.TBM及盾構(gòu)機設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷實用技術(shù)綜述[J].隧道建設(shè),2007,27(6):86-88等。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年5月在北華航天工業(yè)學(xué)院獲“挑戰(zhàn)杯”2009“動感地帶”河北省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎。
作品所處階段
- D 現(xiàn)場應(yīng)用
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 1、實物、產(chǎn)品 2、現(xiàn)場演示 3、圖片 4、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 技術(shù)特點和優(yōu)勢 1 軟件代替硬件，以軟件為核心；2 集成化程度高,易擴展； 3 本系統(tǒng)配備相應(yīng)的傳感器，可以在預(yù)定的位置放置傳感器進行信號采集，之后通過信號調(diào)理模塊將信號送入數(shù)據(jù)采集卡，通過LabVIEW進行分析和處理，可以準(zhǔn)確的分析出故障和潛在的故障。 市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測 盾構(gòu)已經(jīng)在中國地下工程建設(shè)中得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，適用于鐵路隧道、公路隧道、引水隧洞、礦山巷道、城市市政隧道等各種地下工程的施工，我們探索研制的“基于虛擬儀器的超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)”可以應(yīng)用于各種直徑的盾構(gòu)機狀態(tài)檢測與故障診斷中。 若按每臺盾構(gòu)機配一套檢測系統(tǒng)計算，十一五期間，本系統(tǒng)在國內(nèi)的銷售量應(yīng)能達(dá)到700到1000臺左右，具有非常廣闊的市場前景，可以帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益。 通過檢測診斷及時掌握盾構(gòu)機狀態(tài)，以便采取相應(yīng)措施進行預(yù)知維修，提高其完好率及利用率，減小非正常停機及延誤工期造成的損失；還可減少安全事故。
同類課題研究水平概述
- 國外在盾構(gòu)施工過程中，把握盾構(gòu)機狀態(tài)主要依賴機器自身監(jiān)測系統(tǒng)和工作人員經(jīng)驗，被監(jiān)測參量部分設(shè)置上下閾值實現(xiàn)故障報警，如濾芯壓差報警，污水箱液位報警等，而多數(shù)參量只是簡單的反饋、顯示，由操作人員憑經(jīng)驗判斷其狀態(tài)。有些關(guān)鍵的部件僅通過盾構(gòu)機自身反饋，很難判斷其故障狀態(tài)，而檢測主要借助于傳統(tǒng)儀器，人工拿一些手持式設(shè)備對其進行檢測，還有一些開發(fā)好的檢測系統(tǒng)對關(guān)鍵部件檢測，之后提取一些數(shù)據(jù)對其離線分析。而真正意義上可以預(yù)測故障診斷技術(shù)，如油液分析技術(shù)、振動監(jiān)測技術(shù)、紅外測溫技術(shù)，在盾構(gòu)機上未得到普遍應(yīng)用，而集成化程度很高的系統(tǒng)還未見報道。 國內(nèi)各科研院所對盾構(gòu)機的研究主要集中在盾構(gòu)機姿態(tài)測量方法、盾構(gòu)姿態(tài)自動測量系統(tǒng)偏差解算、盾構(gòu)隧道掘進施工輔助系統(tǒng)和導(dǎo)向技術(shù)、以及盾構(gòu)姿態(tài)自動監(jiān)測上，這些方法在施工過程中都取得了一定的成效。此外，秦嶺隧道施工中，也開發(fā)了TBM故障診斷專家系統(tǒng)，但使用的是盾構(gòu)機自帶采集系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)，而集成化的盾構(gòu)機在線狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)，目前還未見報道。
