Введение к работе
Актуальность темы исследования. Важными элементами подземного строительства являются тоннели (метрополитена, автодорожные, железнодорожные, коммунальные и специальные тоннели), представляющие собой протяженные подземные выработки, закрепляемые по периферии, как правило, обделкой замкнутого очертания. Учитывая все более возрастающую потребность в строительстве тоннелей, усилилась работа по созданию и изготовлению тоннелепроходческого механизированного комплекса.
Любой тоннелепроходческий комплекс включает в себя проходческий щит и представляет собой сложную горную машину, которая должна бесперебойно функционировать в широком диапазоне изменения эксплуатационных параметров. Проблемы проектирования подобных систем решены далеко не полностью. В частности, не решена проблема рационального размещения сенсоров на объекте автоматизации, определения необходимой точности и быстродействия датчиков, а также обработки измерительной информации при выборе параметров управления и поддержании режимов проходки. Указанные обстоятельства определяют актуальность темы диссертации.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» (рег. номер 2.2.1.1/3942), Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (гос. контракт № 02.740.11.0319) и НИР 8.1374.2011, выполняемой в рамках государственного задания «Управление информационными процессами в робототехнических комплексах специального назначения».
Целью диссертационной работы являлось уточнение закономерностей взаимодействия рабочего органа проходческого щита с горным массивом для разработки эффективной функциональной системы управления параметрами и режимами его работы, обеспечивающей автоматизацию технологического процесса проходки и нормальные эргономические условия труда оператора комплекса.
Идея работы заключается в том, что обеспечение комплексной механизации и автоматизации процесса проходки и нормальных эргономических условий труда оператора достигаются в предлагаемых принципах создания программно-аппаратных комплексов.
Основные научные положения работы, выносимые на защиту:
- зависимости, описывающие продольное перемещение и вращение ротора, учитывающие влияние прочностных свойств вмещающих пород проходимой выработки и состояние элементов проходческого щита разработаны на основе математического моделирования;
- зависимости, описывающие управление копир-резцом, учитывающие профиль тоннеля и текущее угловое положение ротора;
- методы построения структурной схемы управления проходкой, объединяющей схемы управления копир-резцом, продольным перемещением ротора и его вращением, отличающееся тем, что управление ведется с применением контроллеров, получающих сигналы от датчиков и выдающих управляющие воздействия на приводы, рассчитанные на ЭВМ.
Новизна основных научных результатов:
- уточнены закономерности внешних и внутренних процессов в рабочем органе проходческого щита от прочности пород проходимой выработки;
- обоснована схема управления, позволяющая обеспечить рациональные параметры и режимы проходки щита;
- разработаны принципы и методы создания средств комплексной механизации и автоматизации процессов в рабочем органе проходческого щита.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использован комплекс методов: теоретической механики, теории механизмов и машин, теории гидропривода, системного анализа и математического моделирования.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами апробации разработанных методов при решении практических задач создания системы управления проходческим щитом тоннелепроходческого механизированного комплекса и внедрением полученных результатов в производство.
Практическое значение работы заключается в создании методики проектирования проходческих щитов тоннелепроходческих механизированных комплексов с системой управления на основе:
- компонентного подхода;
- разработки конфигурации систем и общих принципов управления с применением современных цифровых технологий;
- разработки и реализации одноуровневой системы управления с распределенным сбором и обработкой информации, функционирующей на основе микропроцессорных управляющих устройств и средств вычислительной техники.
Реализация работы. Результаты исследований внедрены в процесс разработки тоннелепроходческого механизированного комплекса КТПМ-5,6 на ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» для строительства метро в г. Санкт-Петербург.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на научных конференциях и семинарах: на 31-ой научной сессии НТО РЭС им. Попова (г. Тула, 2013г.), на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе 6 статей в сборниках, рекомендуемых ВАК.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 147 страницах машинописного текста, состоит из 4 разделов, содержит 50 рисунков, 16 таблиц, заключение, список литературы из 114 наименований, а также имеет 8 приложений.
