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長江流域施工技術難度最大的工程項目，具有直徑超大、水下壓力高、地質條件復雜、透水性強、覆土超薄、掘進距離長、工程地質及水文條件風險不可預測等七大世界級技術難題，對此巨大的工程，采用盾構機進行作業(yè)。 盾構機配置設備數量多，關聯性強，任何一套單獨設備出現故障都將不同程度地影響掘進進度，關鍵部位的損壞會導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機狀檢測與故障診斷系統(tǒng)，以微機為基礎，以軟件為核心，通過有關數據采集卡、信號調理模塊，加之必要的傳感器，組成盾構機監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，能夠對盾構各主要系統(tǒng)進行全面檢測與診斷。在南京長江隧道14.96m盾構機上進行了現場測試，取得了較好效果。 盾構機已經在地下工程建設中得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用，十一五期間，預計本系統(tǒng)在國內的銷售量應能達到700 ~1000套左右，具有非常廣闊的市場前景，可以帶來較大的經濟效益和社會效益。
- 詳細介紹：
- 南京長江隧道作為目前國內長江流域施工技術難度最大的工程項目，具有直徑超大、水下壓力高、地質條件復雜、透水性強、覆土超薄、掘進距離長、工程地質及水文條件風險不可預測等七大世界級技術難題，因此盾構施工面臨巨大風險和難度，為保證能隨時掌握盾構機工作狀況，對盾構機關鍵設備進行狀態(tài)檢測與故障診斷，本課題基于虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW設計開發(fā)了南京長江隧道所用超大直徑泥水平衡盾構機狀態(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)、數據趨勢分析系統(tǒng)、盾構信息管理系統(tǒng)、幫助系統(tǒng)等八個子系統(tǒng)，現場使用結果表明：該系統(tǒng)具有測試診斷結果準確、集成化高、調試維護方便、性能穩(wěn)定可靠等特點，與傳統(tǒng)設備相比節(jié)省了人力、物力和財力,對盾構機狀態(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
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 開發(fā)目的和基本思路： 1、改變國內盾構機施工過程中需要國外工程技術人員全程協(xié)助保證盾構機施工安全的尷尬現狀； 2、保證盾構機正常運轉及地下工程的順利完工； 3、虛擬儀器軟硬件結合，集成程度高，摒棄傳統(tǒng)儀器弊端； 4、國內外對盾構機集成化的檢測正處于探索階段，目前能分享的盾構機檢測資料很少，為解決實際問題提供幫助。 主要創(chuàng)新點： 1、國內外首次將虛擬儀器技術應用于超大直徑泥水平衡式盾構機狀態(tài)檢測與故障診斷； 2、用虛擬儀器取代了傳統(tǒng)儀器，基于軟件進行數據分析處理； 3、對盾構機進行集成化的檢測，摒棄傳統(tǒng)的分體檢測。 技術關鍵： 1、設備故障特征信號的提取； 2、故障特征判據的建立； 3、盾構機結構復雜，現場環(huán)境抗干擾處理。 主要技術指標： 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 數據采集卡： 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轉換。
科學性、先進性
- 現有盾構機檢測系統(tǒng)只能對關鍵設備的部分參數進行檢測，僅此已占用了上千個點位的PLC接口，其他關鍵設備、重要設備參數就需要配備專業(yè)檢測技術人員進行檢測，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)，實現了對盾構設備的狀態(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。 對盾構這種大型復雜設備的故障診斷，現有檢測系統(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)可以有效地對盾構機進行檢測與故障診斷。 參考文獻: [1] 劉宏志.TBM及盾構機設備狀態(tài)檢測與故障診斷實用技術綜述[J].隧道建設,2007,27(6):86-88等。
獲獎情況及鑒定結果
- 2009年5月在北華航天工業(yè)學院獲“挑戰(zhàn)杯”2009“動感地帶”河北省大學生課外學術科技作品競賽特等獎。
作品所處階段
- D 現場應用
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 1、實物、產品 2、現場演示 3、圖片 4、錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 技術特點和優(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)配備相應的傳感器，可以在預定的位置放置傳感器進行信號采集，之后通過信號調理模塊將信號送入數據采集卡，通過LabVIEW進行分析和處理，可以準確的分析出故障和潛在的故障。 市場分析和經濟效益預測 盾構已經在中國地下工程建設中得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用，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機狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)”可以應用于各種直徑的盾構機狀態(tài)檢測與故障診斷中。 若按每臺盾構機配一套檢測系統(tǒng)計算，十一五期間，本系統(tǒng)在國內的銷售量應能達到700到1000臺左右，具有非常廣闊的市場前景，可以帶來較大的經濟效益和社會效益。 通過檢測診斷及時掌握盾構機狀態(tài)，以便采取相應措施進行預知維修，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
- 國外在盾構施工過程中，把握盾構機狀態(tài)主要依賴機器自身監(jiān)測系統(tǒng)和工作人員經驗，被監(jiān)測參量部分設置上下閾值實現故障報警，如濾芯壓差報警，污水箱液位報警等，而多數參量只是簡單的反饋、顯示，由操作人員憑經驗判斷其狀態(tài)。有些關鍵的部件僅通過盾構機自身反饋，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備對其進行檢測，還有一些開發(fā)好的檢測系統(tǒng)對關鍵部件檢測，之后提取一些數據對其離線分析。而真正意義上可以預測故障診斷技術，如油液分析技術、振動監(jiān)測技術、紅外測溫技術，在盾構機上未得到普遍應用，而集成化程度很高的系統(tǒng)還未見報道。 國內各科研院所對盾構機的研究主要集中在盾構機姿態(tài)測量方法、盾構姿態(tài)自動測量系統(tǒng)偏差解算、盾構隧道掘進施工輔助系統(tǒng)和導向技術、以及盾構姿態(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)，但使用的是盾構機自帶采集系統(tǒng)所采集的數據，而集成化的盾構機在線狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)，目前還未見報道。
