軌道工程盾構實物模型

軌道工程盾構實物模型，盾構機仿真實訓平臺

1，模型制作說明:盾構直徑1米，刀盤360度轉動，皮帶機循環轉動，螺旋輸送機轉動（部分透明，可以看到螺旋轉動），管片拼裝機360度轉動，推進油缸可以伸縮，盾尾部分透明，管片運輸車可以來回運動，多媒體操作，可以同時多人操作。 配套設備：配套臺車（6臺）運輸車組（1輛電瓶車，2輛管片運輸車，1輛砂漿車，3輛渣土車）

1.1  盾構機殼體外徑：1000mm內徑：980mm機殼厚度：10mm  長度：1200mm（最終長度根據實際情況可以進行適當調整）采用有機玻璃制作，表面噴2k金屬漆。支撐架采用不銹鋼制作。

1.2  刀盤（含刀具）開挖直徑：1000mm；刀盤型式：面板型；開口率：20-40%。刀頭采用低碳鋼235，滾刀采用45號鋼材，精細研磨發黑處理。188個切削刀頭，64 個滾刀。焊接箱形結構，其上設置刀座、刀具、開口、添加劑注入口及與主軸承連接部件。切刀布置在面板上開口的兩側，滾刀布置面板是刀座。刀盤開口率在30%左右，屬閉胸式。一個帶四根支撐條幅的法蘭板用來連接刀盤和刀盤驅動部分。刀盤驅動旋轉方向：正、反向驅動形式：馬達驅動最大扭矩：1KN.m轉速：0~6r/min。刀盤驅動包含：刀盤主軸承、刀盤支撐、密封、液壓馬達、齒輪箱等。刀盤驅動液壓采用閉式油路容積調速液壓系統，系統由兩個控制型變量泵驅動8個變量液壓馬達。液壓系統中的泵和馬達的控制是通過一個集成的控制模塊實現的，實現了比例控制和恒功率控制。制作選擇步進電機替代液壓缸。中盾和前盾通過法蘭以螺栓連接。59~64HRC。 焊接螺栓由C22制成。 螺栓公差–0.05mm   可用3級油脂（例如：Shell Alvania 3和Esso Beacon 3)。潤滑軸承：滿足模型盾構機掘進及控制的各種需求，包括油脂、儲罐、尾脂泵、閥門、潤滑脂泵、自動潤滑系統  德國力士樂產品。齒輪箱的齒輪油320號。，也可用其他品牌320代替主驅動密封油脂 fuchs Plantogel 2N液壓油，也用shell Tellus VG68盾尾密封油脂，condat  wr90或89    

1.3  螺旋輸送機驅動 最大扭矩：2KN.m.轉動方向：正、反向轉速：0-23r/min.螺旋輸送機由斜盤式變量軸向柱塞馬達驅動， 螺旋輸送機有前后兩個閘門，前者關閉可以使泥土倉和螺旋輸送機隔斷，后者可以在停止掘進或維修時關閉。

1.4  皮帶機循環轉動.采用金屬銅制作，表面是白色。由輸送機本體、進出料口部分組成

    1.5  管片拼裝機 采用金屬銅制作，表面是白色.可以360度轉動。

2.1多媒體操作，可以同時多人操作

2.2 系統集成

2.2.1系統運行要求

實訓現場配備4個操作臺，分為1個教師站和3個學生站，要求在同一個局域網內，教師站軟件和學生站軟件要求自帶實時歷史數據庫，方便實時數據的采集和存儲、仿真數據建模。根據實訓需要，系統可分為兩部分建設：培訓系統、考核系統。

2.2.1.1培訓系統

培訓系統遵循由理論模擬到實戰形式建造，學生在培訓前期接受理論指導和軟件模擬實驗，積累知識和經驗，后期進行系統軟硬件聯調實訓，做到理論、模擬和實踐相結合。

A、軟件模擬培訓方式

在此方式下對學生進行整體培訓，模擬現場主控室，學生站上仿真現場的所有工藝，對工藝現場工藝流程和開車規范模擬操作、運行。整體培訓完畢后學生可分組分工進行模擬操作，系統對每組的操作進行記錄。模擬操作軟件既可以實現分崗位操作，也可以連續崗位操作。教師站除擁有學生站所有功能外，還可以自由切換到任意一個學生站進行監控。

B、軟硬聯調培訓方式

在軟件模擬培訓的基礎上，與下位機連接，通過自控集成系統與現場實物設備進行數據通訊，以達到仿真模擬信號與現場機械信號的傳遞，在學生站的系統上完成的操作命令可以下達到現場裝置使其相應的動作；而在現場裝置上完成現場的閥門操作也可以反饋到系統軟件中，到達貼近真實工業生產的實訓效果。

2.2.1.2考核系統

考核系統軟件應是一整套基于專家系統的組態軟件?？己讼到y軟件的數據來源于軟件模擬系統的“實時歷史數據庫”，知識信息來源于按操作規程和設備等要求組態建立的“知識與操作規程庫”，在以上數據庫與知識庫基礎上，通過“推理機軟件”進行推理評判。該軟件可以對操作人員的操作過程進行全程跟蹤記錄，將操作過程和結果與規程與知識的組態結果進行雙向逐步推理，推理機制采用產生式規則，保證評定操作過程和操作質量的合理性、準確度，從而得出考核成績，并支持成績單的打印。操作評定的各項功能可以由教師站設定和管理。

2.2.2軟件技術要求

2.2.2.1軟件自帶實時歷史數據庫，分布式架構；

A、支持通過RS232、RS422、RS485、以太網等方式和設備進行通訊；

B、支持以OLE、COM/DCOM、動態鏈接庫等多種形式提供外部訪問接口，便于使用單位今后利用各種常用開發工具（如：VC++、VB等）進行二次開發；

C、開放式體系架構，全面支持DDE、OPC、ODBC/SQL、OLE DB、XML、ActiveX等標準。

2.2.2.2功能要求

A、軟件按使用環境分為開發平臺、運行平臺兩部分，項目施工完畢向采購人移交全部兩部分平臺軟件。為便于今后系統改造升級，其中軟件開發平臺應是面向對象的開發環境設計，組態風格可任意設計，同時具備方便的腳本開發環境，提供面向對象編程方式，腳本類型和觸發方式多樣，支持條件動作、數據變化動作、窗口動作、循環動作、數組運算和FOR循環結構。

B、模擬實際生產裝置的運行特性，具有逼真的設備效果。人員逼真的操作環境（仿控制系統和現場操作）、合理的操作流程，即學生站操作軟件。要求精確模型運轉：確保實訓數據運算、傳遞的準確性。具有網絡功能。要具有相對獨立性、開放性和可擴充性。

電器部分要求：

獨立的三菱PLC，要求有一定的質量穩定性，推薦使用多控制點的PLC。60點以上。方便以后調整。每個線路控制節點終端要設置一個保險絲或者單向電路，防止靜電或者浪涌導致的線路傳感器的損壞。

線路使用純銅電線，普通照明電線粗細截面要求≥1.5mm2，功率大于100瓦的電器件要求使用2.5mm2的電線。線路之間整齊，用塑料扣帶鎖好，線路標清走向和使用點。

傳感器、限位模塊，光感模塊使用歐姆龍或者施耐德,西門子.品牌

總電源位置設置一個功率在1000瓦左右的220V穩壓器，防止外接電源對模型內部的損壞。最后的電器原理圖，要求給一張電路走向，開關位置，傳感器位置、型號的說明。

控制機柜

1.    尺寸:900mm寬*2200mm高*600mm深,容積（U）:22,體積(CBM):0.5369

2.     標準配置:

    前門玻璃門，后門鋼板門，6位國標排插組件1套。固定板1塊，風扇組件1套（除600深機柜配2只風扇外，其余配4只），重型腳輪4只，方螺母螺釘20套，支腳4只，內六扳手1只
    標準:
    符合ANSI/EIA RS-310-D、IEC297-2、DIN41491; PART1、DIN41494; PART7、 GB/T3047.2- 92標準;兼容ETSI標準.
    3. 特點:
    國際流行的白色透明鋼化玻璃前門，玻璃上下兩邊絲印黑色網紋;
    前后為圓形通風孔的上下框;可同時安裝腳輪和支腳;結構堅固，最大靜載達800KG(帶支腳）;可關閉的上部、下部多處走線通道，底部大走線孔尺寸可按需調整;可選配安裝底座，達到固定機柜、底部過線、底部送冷風、防鼠的要求 ;可方便拆卸的左右側門和前后門;齊全的可選配件.
    4. 承載:
    靜載800KG(帶支架)
    5. 防護等級:
    IP20
    主要材料:
    SPCC優質冷扎鋼板制作；厚度：方孔條2.0mm，安裝梁1.5mm，其它1.2mm。表面處理:方孔條鍍藍鋅；其余：脫脂、磷化、靜電噴塑.

控制臺

     控制制作4套。制作尺寸1米，高度90公分。制作參考土壓平衡式盾構機的控制界面。

控制內容包括

1．控制過程：液壓馬達驅動刀盤旋轉，同時開啟盾構機推進油缸，將盾構機向前推進，隨著推進油缸的向前推進，刀盤持續旋轉，被切削下來的碴土充滿泥土倉，此時開動螺旋輸送機將切削下來的渣土排送到皮帶輸送機上，后由皮帶輸送機運輸至渣土車的土箱中，再通過豎井運至地面。在操作過程要完全按照流程。
    2．掘進中控制排土量與排土速度
    當泥土倉和螺旋輸送機中的碴土積累到一定數量時，開挖面被切下的渣土經刀槽進入泥土倉的阻力增大，當泥土倉的土壓與開挖面的土壓力和地下水的水壓力相平衡時，開挖面就能保持穩定，開挖面對應的地面部分也不致坍坍或隆起，這時只要保持從螺旋輸送機和泥土倉中輸送出去的渣土量與切削下來的流人泥土倉中的渣土量相平衡時，開挖工作就能順利進行?？梢哉{控螺旋輸送機的轉速。
    3.管片拼裝
    盾構機掘進一環的距離后，拼裝機操作手操作拼裝機拼裝單層襯砌管片，使隧道—次成型。
   盾構機的組成及各組成部分在施工中的作用
    盾構機的最大直徑為1m，總長10m，掘進速度可達8cm／min。
    1.盾體
    盾體主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，，中盾內側的周邊位置裝有30個推進油缸，推進油缸桿上安有塑料撐靴，撐靴頂推在后面已安裝好的管片上，通過控制油缸桿向后伸出可以提供給盾構機向前的掘進力，這30個千斤頂按上下左右被分成A、B、c、D四組，掘進過程中，在操作室中可單獨控制每一組油缸的壓力，這樣盾構機就可以實現左轉、右轉、抬頭、低頭或直行，從而可以使掘進中盾構機的軸線盡量擬合隧道設計軸線。    
    2.刀盤
    刀盤是一個帶有多個進料槽的切削盤體，位于盾構機的最前部，用于切削土體，刀盤的開口率約為28％，，也是盾構機上直徑最大的部分，一個帶四根支撐條幅的法蘭板用來連接刀盤和刀盤驅動部分，刀盤上可根據被切削土質的軟硬而選擇安裝硬巖刀具或軟土刀具，刀盤的外側還裝有一把超挖刀，盾構機在轉向掘進時，可操作超挖刀油缸使超挖刀沿刀盤的徑向方向向外伸出，從而擴大開挖直徑，這樣易于實現盾構機的轉向。
    3.刀盤驅動
    刀盤驅動由螺栓牢固地連接在前盾承壓隔板上的法蘭上，它可以使刀盤在順時針和逆時針兩個方向上實現0-6．1rpm的無級變速。
    4.雙室氣閘
    現以工作人員從常壓的操作環境下進入有壓力的泥土倉為例，來說明雙室氣閘的作用。工作人員甲先從前室進入主室，關閉前室和主室之間的隔離門，按照規定程序給主室加壓，直到主室的壓力和泥土倉的壓力相同時，打開主室和泥土倉之間的閘閥，使兩者之間壓力平衡，這時打開主室和泥土倉之間的隔離門，工作人員甲進入泥土倉。如果這時工作人員乙也需要進入泥土倉工作，乙就可以先進入前室，然后關閉前室和常壓操作環境之間的隔離門，給前室加壓至和主室及泥土倉中的壓力相同，扣開前室和主室之間的閘閥，使兩者之間的壓力平衡，打開主室和前室之間的隔離門，工作人員乙進入主室和泥土倉中。動畫制作演示。

5.管片拼裝機
    現以拼裝頭在正下方位置的情況為例，來說明拼裝機的運動情況。兩個拼裝機行走液壓油缸可以使支撐架、旋轉架、拼裝頭在拼裝機大梁上沿隧道軸線方向移動；安裝在支撐架上的兩個斜盤式軸向柱塞旋轉馬達，通過驅動滾珠軸承的內齒圈可以使旋轉架和拼裝頭沿隧道圓周方向左右旋轉各200度；通過伸縮油缸可以使拼裝頭上升或下降；拼裝頭在油缸的作用下又可以實現在水平方向上的擺動，和在豎直方向上的擺動以及抓緊和放松管片的功能。這樣在拼裝管片時，就可以有六個方向的自由度，從而可以使管片準確就位。拼裝手可以使用有線的或遙控的控制器操作管片拼裝機，用來拼裝管片。我們采用的是1．2m長的通用管片，一環管片由六塊管片組成，它們是三個標準塊、兩塊臨塊和一塊封頂塊。封頂塊可以有十個不同的位置，代表十種不同類型的管環，通過選擇不同類型的管環就可以使成型后的隧道軸線與設計的隧道軸線相擬合。隧道成型后，管環之間及管環的管片之間都裝有密封，用以防水。管片之間及管環之間都由高強度的螺栓連接。模型演示。
    6.排土機構
    盾構機的排土機構主要包括螺旋輸送機和皮帶輸送機。螺旋輸送機由斜盤式變量軸向柱塞馬達驅動，皮帶輸送機由電機驅動。碴土由螺旋輸送機從泥土倉中運輸到皮帶輸送機上，皮帶輸送機再將碴土向后運輸至第四節臺車的尾部，落入等候的碴土車的土箱中，土箱裝滿后，由電瓶車牽引沿軌道運至豎井，龍門吊將士箱吊至地面，并倒人碴土坑中。     螺旋輸送機有前后兩個閘門，前者關閉可以使泥土倉和螺旋輸送機隔斷，后者可以在停止掘進或維修時關閉，在整個盾構機斷電緊急情況下，此閘門也可由蓄能器貯存的能量自動關閉，以防止開挖倉中的水及渣土在壓力作用下進入盾構機。