【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及掘進機掘進軌跡控制，具體為一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法。
技術介紹
1、隧道掘進機簡稱tbm，是一種用于開鑿地下隧道的機械設備，tbm利用強大的機械動力和精準的控制系統，將土壤或巖石快速挖掘并運送出去，同時鋪設隧道的襯砌結構，確保隧道的穩定性和安全性，隧道掘進機廣泛應用于地鐵、鐵路、道路、管道等基礎設施建設中，是現代隧道建設的重要工具，tbm配備了刀盤，刀盤上裝有高強度的切削工具，可以有效切割不同硬度的土壤和巖石，掘掘進過程中，tbm在其后部同時安裝預制的襯砌環，確保隧道的完整性和穩定性，防止塌方，因此對隧道掘進機進行軌跡控制是確保隧道建設質量、安全和效率的關鍵，精準的軌跡控制可以有效降低施工時間，減少因偏差而產生的重新挖掘、修正等額外施工成本，從而提升整體施工效率。
2、目前在進行掘進機掘進軌跡控制時，軌跡調整大多情況依賴于操作人員的經驗和判斷，操作人員根據實時觀察和傳統方法手動調整掘進機的軌跡，這種方法增加了操作復雜性和人為錯誤的風險。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，具備通過進行目標設定與規劃，確定隧道的設計軌跡、深度及掘進速度，收集地質勘探數據，明確地下土壤類型和構造，通過傳感器和監測設備實時收集掘進狀態數據，包括地層壓力、土壤濕度、溫度、振動以及掘進機姿態數據，中央計算系統對采集的數據進行實時處理，計算當前掘進位置和設計軌跡之間的偏差gjpc與軌跡曲率gjql，識別潛在的偏離軌跡與遇到的障礙
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，包括以下步驟：
3、s1、進行目標設定與規劃，確定隧道的設計軌跡、深度及掘進速度，收集地質勘探數據，明確地下土壤類型和構造；
4、s2、通過傳感器和監測設備實時收集掘進狀態數據，包括地層壓力、土壤濕度、溫度、振動以及掘進機姿態數據；
5、s3、中央計算系統對采集的數據進行實時處理，計算當前掘進位置和設計軌跡之間的偏差gjpc與軌跡曲率gjql，識別潛在的偏離軌跡與遇到的障礙；
6、s4、進行軌跡調整與控制，計算掘進機扭矩wjnj、掘進機當前的功率jjgl、掘進機推力wjtl，根據上述數值優化掘進機推進速度，并計算預計掘進效率sjxl，優化掘進過程中的能量消耗，基于偏差和曲率的計算結果，生成隧道掘進機掘進軌跡調整指令sdtl傳輸至掘進機控制單元；
7、s5、掘進機控制單元在收到隧道掘進機掘進軌跡調整指令sdtl時，自動對隧道掘進機掘進軌跡進行控制調整。
8、優選的，所述s2通過高精度的壓力傳感器、土壤濕度傳感器、溫度傳感器以及振動傳感器采集數據，并通過nb-iot無線通信技術將數據傳輸至中心數據庫，實現遠程監測。
9、優選的，所述s3計算當前掘進位置和設計軌跡之間的偏差gjpc的公式如下所示：
10、
11、公式中，gjpc表示當前掘進位置和設計軌跡之間的偏差，xcu、ycu以及zcu表示當前掘進機在三維坐標系中的實際位置，xde、yde以及zde表示設計軌跡在三維坐標系中的期望位置。
12、優選的，所述s3計算軌跡曲率gjql的公式如下所示：
13、
14、公式中，gjql表示軌跡曲率，x′y″表示切線在x方向的變化與y方向加速度之間的關系，y′x‘’表示切線在y方向的變化與x方向加速度之間的關系，x′2+y′2表示曲線在某一點的切線速度的平方，反映了單位參數變化下，曲線在該點的整體速度，取平方根后再求三次方，得到的是切線速度的模的三次方，在調整曲率的量級上提供了支撐。
15、優選的，所述s4計算掘進機扭矩wjnj的公式如下所示：
16、wjnj＝yxqx*czjl
17、公式中，wjnj表示掘進機扭矩，yxqx表示施加在刀頭上的有效切削力，czjl表示刀頭與轉軸之間的垂直距離。
18、優選的，所述s4計算掘進機當前的功率jjgl的公式如下所示：
19、jjgl＝wjnj*jsdz
20、公式中，jjgl表示掘進機當前的功率，wjnj表示掘進機扭矩，jsdz表示角速度，即物體繞其軸轉動的速率。
21、優選的，所述s4計算掘進機推力wjtl的公式如下所示：
22、wjtl＝ct*qxmj*psoil
23、公式中，wjtl表示掘進機推力，ct表示切削系數，qxmj表示切削面積，psoil表示土壤壓力。
24、優選的，所述s4優化掘進機推進速度的公式如下所示：
25、
26、公式中，voptimal表示掘進機最佳推進速度，djnl表示電機輸出的總能量，wjtl表示掘進機推力。
27、優選的，所述s4計算預計掘進效率sjxl的公式如下所示：
28、
29、公式中，sjxl表示預計掘進效率，voptimal表示掘進機最佳推進速度，dist表示掘進過程中實際推進的距離，peffort表示完成掘進所消耗的功。
30、優選的，所述s4基于偏差和曲率的計算結果，生成隧道掘進機掘進軌跡調整指令sdtl，公式如下所示：
31、δθ＝ra*gjpc+rb*gjql
32、δv＝rc*gjpc
33、公式中，δθ表示需要調整的方向角度的指令，δv表示調整掘進機移動速度的指令，gjpc表示當前掘進位置和設計軌跡之間的偏差，gjql表示軌跡曲率，ra表示調整角度對偏差的敏感系數，rb表示調整角度對曲率的敏感系數，rc表示調整速度對偏差的敏感系數。
34、與現有技術相比，本專利技術提供了一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，具備以下有益效果：
35、本專利技術通過進行目標設定與規劃，確定隧道的設計軌跡、深度及掘進速度，收集地質勘探數據，明確地下土壤類型和構造，通過傳感器和監測設備實時收集掘進狀態數據，包括地層壓力、土壤濕度、溫度、振動以及掘進機姿態數據，中央計算系統對采集的數據進行實時處理，計算當前掘進位置和設計軌跡之間的偏差gjpc與軌跡曲率gjql，識別潛在的偏離軌跡與遇到的障礙，進行軌跡調整與控制，計算掘進機扭矩wjnj、掘進機當前的功率jjgl、掘進機推力wjtl，根據上述數值優化掘進機推進速度，并計算預計掘進效率sjxl，優化掘進過程本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于：所述S2通過高精度的壓力傳感器、土壤濕度傳感器、溫度傳感器以及振動傳感器采集數據，并通過NB-IoT無線通信技術將數據傳輸至中心數據庫，實現遠程監測。
3.根據權利要求2所述的一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于：所述S3計算當前掘進位置和設計軌跡之間的偏差Gjpc的公式如下所示：
4.根據權利要求3所述的一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于：所述S3計算軌跡曲率Gjql的公式如下所示：
5.根據權利要求4所述的一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于：所述S4計算掘進機扭矩Wjnj的公式如下所示：
6.根據權利要求5所述的一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于：所述S4計算掘進機當前的功率Jjgl的公式如下所示：
7.根據權利要求6所述的一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于：所述S4計算掘進機推力Wjtl的公式如下所示：
8.根據權利要求7所
9.根據權利要求8所述的一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于：所述S4計算預計掘進效率Sjxl的公式如下所示：
10.根據權利要求9所述的一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于：所述S4基于偏差和曲率的計算結果，生成隧道掘進機掘進軌跡調整指令Sdtl，公式如下所示：
...【技術特征摘要】
1.一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于：所述s2通過高精度的壓力傳感器、土壤濕度傳感器、溫度傳感器以及振動傳感器采集數據，并通過nb-iot無線通信技術將數據傳輸至中心數據庫，實現遠程監測。
3.根據權利要求2所述的一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于：所述s3計算當前掘進位置和設計軌跡之間的偏差gjpc的公式如下所示：
4.根據權利要求3所述的一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于：所述s3計算軌跡曲率gjql的公式如下所示：
5.根據權利要求4所述的一種隧道掘進機掘進軌跡控制方法，其特征在于：所述s4計算掘進機扭矩wjnj的公式如下所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉永勝，李鳳遠，任穎瑩，韓偉鋒，萬雪鈺，郭衛社，張合沛，陳橋，何蒙蒙，陳瑞祥，石凱麗，江南，
申請(專利權)人：盾構及掘進技術國家重點實驗室，
類型：發明
國別省市：
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