自动纠偏技术

自动纠偏技术（精选7篇）

自动纠偏技术 篇1

1 前言

传统上, 掘进机行走作业主要利用手动方式进行纠偏操作业, 掘进机操作人员均是通过手动调节掘进机左右行走液压马达的方式实现纠偏作业, 将掘进机的位姿调整为预定值。手动纠偏作业存在着劳动强度大、作业环境恶劣以及地质构造差异与作业人员技术水平不同导致的巷道欠挖和超挖等弊端。而自动纠偏技术能够让操作人员实现对掘进机纠偏作业的远程操作, 不需要在进入到工作环境恶劣的第一线;同时, 借助于计算机的高速逻辑处理能力, 掘进机的工作效率也获得了大幅度的提升, 防止了因为地质构造问题、操作人员水平因素造成的巷道成型不规范的问题。

2 悬臂式掘进机自动纠偏技术及其实现方法

2.1 悬臂式掘进机位姿信息的检测

掘进机不论是行走过程中还是在断面截割作业过程中, 掘进机的中心轴线均不可避免地与巷道中心线出现相互偏离的问题。悬臂式掘进机的位姿信息除了包括三维空间坐标 (x, y, z) 之外, 还应该包括掘进机的位姿信息 (ɑ, β, γ, a) 。其中, ɑ表示悬臂式掘进机的方位角、β表示悬臂式掘进机的俯仰角、γ表示悬臂式掘进机的横滚角、a表示中心偏距 (即悬臂式掘进机机身中心点和巷道设计中心线的偏距) 。

悬臂式掘进机的工作环境的照明严重不足、作业环境十分恶劣, 如果想要对掘进机的位姿信息进行精确地检测, 则具有很大的难度。并且在航道内部, 不能够使用GPS (全球定位系统) , 并作业环境的粉尘数量巨大, 无法直接运用视觉导航设备, 所以激光指向仪便成为了掘进机进行掘进作业方向指引的重要的设备。有效的测量方案是自动化掘进作业的关键保障, 利用该测量方案测算获得掘进机的位姿信息 (ɑ, β, γ, a) 。掘进机在采用激光指向仪时常常根据激光指向仪的指定方向沿着顶板或者底板向前进, 所以, 悬臂式掘进机的自动化纠偏不需要控制其三围空间信息坐标 (x, y, z) 。由此我们知道, 悬臂式掘进机的位姿信息是进行自动化纠偏的重点和难点。由于掘进机的位姿检测直接决定了自动化纠偏效果和巷道成型质量, 为了获得更加精确的位姿参数, 本文以综合采用超声波测距传感器 (三个) 和双轴倾角传感器 (一个) 并结合相应的解算方法来获取掘进机的位姿信息。其中, 超声波测距传感器负责探测悬臂式掘进机的方位角ɑ和中心偏距a;双轴倾角传感器负责探测悬臂式掘进机的俯仰角β以及悬臂式掘进机的横滚角γ;而后结合解算获得相应信息。获得所需信息之后, 便能够掌握参考位姿与实际位姿之间的偏差问题, 而后利用纠偏控制器依照特定的控制策略, 将其转变成为悬臂式掘进机能够识别的电磁阀开关信息与控制脉冲信号, 最终实现掘进机位姿的自动化纠正。

巷道两边的距离特点以及悬臂式掘进机的结构特点均告诉我们, 综合采用超声波测距传感器 (三个) 和双轴倾角传感器 (一个) 能够准确地获得掘进机的位姿参数, 该参数成为了掘进机实现自动化纠偏的关键参考。但是同样需要指出的是, 上述控制方法要求航道的两帮具有良好的平整度, 不能够出现超挖或者欠挖的问题, 所以, 在实际的使用过程中需要注意该问题。

2.2 悬臂式掘进机行走结构分析

对于悬臂式掘进机而言, 行走系统是一个非常关键的部件, 它负责为掘进机整体的前进、后退、拐弯以及钻进截割的进给运动等多种运动形式。待获取掘进机的位姿参数之后, 掘进机行走系统便可以根据特定的纠偏指令执行运动。分析掘进机的行走系统有利于我们准确控制掘进机依照参考轨迹运动。

3 悬臂式掘进机纠偏控制策略的实现途径

悬臂式掘进机的纠偏控制策略通过机载工业控制计算机和PLC实现, PLC产生的控制指令经PLVC、电液比例阀控制行走部的左右液压马达, 驱动掘进机的驱动轮实现纠偏功能。纠偏控制策略主要由掘进机纠偏程序、角度范围调整子程序、掘进机中心调整子程序、方位角纠偏子程序等实现。

PLC采集超声波测距仪测量值计算掘进机位姿信息中的方位角ɑ和中心偏距a, 依据不同方位角ɑ和中心偏距a, 采用不同的控制策略。当掘进机方位角a超过该限定值时, 如果调用掘进机中心调整子程序, 则掘进机可能碰撞巷道煤帮, 因此需要首先把掘进的方位角调整到一定的范围之内。当掘进机方位角调整到限定值内后, 依据中心偏距的不同情况调用不同子程序完成掘进机的纠偏。当巷道地质条件较为复杂时, 调整掘进机机身中心轴线与巷道中心线重合将会出现较大的难度, 且用时较长, 影响掘进速度, 因此在设计程序时允许有一定的距离偏差。当掘进出现距离偏差时, 根据机身与巷道的相对位置情况, 可以分为机身位于巷道中心左侧左偏、机身位于巷道中心左侧右偏、机身位于巷道中心线右侧右偏、机身位于巷道中心线右侧左偏。

4 结束语

掘进机采用自动纠偏技术具有三点重要意义:首先, 自动化纠偏技术实现了操作人员对掘进机的远程化操控, 有利于实现少人/无人化的掘进机操作模式;其次, 自动化纠偏技术对于提高我国煤炭掘进机的自动化水平具有重要意义;最后, 自动化纠偏技术能够有效改善工人的工作环境, 降低工人的劳动强度, 特别在煤与瓦斯突出的矿井, 该技术的应用对安全快速高效掘进具有重要意义。

摘要：悬臂式掘进机的自动纠偏技术有效解决了传统手动纠偏方式存在的劳动强度大、作业环境恶劣以及地质构造差异与作业人员技术水平不同导致的巷道欠挖和超挖问题。在本文中, 笔者就悬臂式掘进机自动纠偏技术的相关问题进行了分析和探讨。

关键词：悬臂式掘进机,自动纠偏技术,位姿检测,行走系统

参考文献

[1]刘俊, 付敬奇, 董新平.数据融合在目标识别中的应用[J].传感器技术, 2001, (06) .

[2]张立新, 扬建宁.油缸活塞杆的位置测量[J].传感器技术, 2003, (02) .

[3]王增才, 富强.自然γ射线穿透煤层及支架顶梁衰减规律[J].辽宁工程技术大学学报, 2006, (06) .

皮带自动纠偏装置设计 篇2

带式运输机广泛应用于煤炭、电力、化工、机械、轻工业等行业的物料传输系统中。它具有很多优点:输送量大;输送物料种类繁多;适应性强, 能适应多种输送线路;运行平稳、效率高、寿命长、成本低。这些优点使皮带运输机成为了连续输送机中的主干力量[1]。运输机的皮带, 在运行过程中, 经常会发生跑偏的现象。跑偏后, 皮带会磨损, 甚至断裂, 影响皮带运输机的安全稳定运行, 生产的连续性受到破坏。

本文在分析皮带跑偏成因的基础上, 设计了一种液压控制的皮带自动纠偏装置, 可有效解决皮带跑偏问题, 保证带式运输机安全高效运行。

1 皮带跑偏的原因分析

总结分析皮带跑偏的原因, 大致可分为以下几种:

1.1 安装不当

安装施工时, 机头、机尾以及中间支架的中心应该在一条直线上[1]。实际上, 严格在一条直线上很难保证;其次, 在长期运行后, 环境变化及机械振动等因素也会使直线性更差。

另外一个安装问题是皮带接头的处理[2]。接头要平整, 使拉力均衡。

第三点是托辊的安装, 托辊的安装位置必须保证与皮带中心线垂直且与水平面平行, 这样皮带所受合力方向与皮带运行方向平行, 横向所受合力大小就为零, 皮带此时便无跑偏现象[2]。否则, 就会引起皮带跑偏。

1.2 负载或外部冲击

皮带横断面上, 各部分的载料量差异过大, 或者物料落到皮带上时, 发生较大的冲击, 也会使皮带受力不均, 从而跑偏。

1.3 其它原因

除了上述两大类原因外, 滚筒和托辊沾染杂物, 会顶起皮带, 也可导致跑偏[3]。机器润滑、老化等因素, 也对跑偏有影响。

不论是哪种具体原因, 皮带跑偏往往表现为皮带张力不均衡。如果能使皮带张力均衡, 就可以抑制跑偏。

2 自动纠偏装置设计

自动纠偏装置由液压及传动机构、跑偏检测、压力控制3个主要部分组成。液压机构的结构及安装位置如图1所示, 液压机构推动传动杆, 顶在动力滚筒轴上。当液压机构压力增大时, 可以推动动力滚筒轴向前移动, 使这一侧的皮带张力变大;反之, 液压机构压力减小时, 可使这一侧的皮带张力变小。通过控制液压机构的压力, 就可以控制皮带左右两侧的张力, 使之均衡, 避免跑偏[5]。

纠偏装置的控制系统选用西门子公司的S7-200系列可编程控制器[4]。为了检测皮带位置, 在皮带两边嵌入一些钢钉, 在支架上每边设置3个电磁接近开关, 由中心向外排列, 依次表示跑偏程度为轻微, 中等, 严重[6]。控制电路如图2所示。

由图可见, 控制器需要6路DI, 3路DO。因此可以选择最简单的CPU222即可, 它具有8路DI及6路DO, 满足要求且有一定余量, 不需要扩展模块。如果原有皮带控制系统或其它, 可以把这部分并入原系统, 不需要单独再增加控制器。

假设液压装置安装在皮带机左侧。SK1、SK2和SK3是左侧电磁接近开关, 当皮带向左侧跑偏时, 先触发SK1, 此时应减小液压机构正向压力, 使动力滚筒后移, 减小左侧张力。如果触发SK2, 说明跑偏较严重, 应继续减小液压机构正向压力。当皮带跑偏严重时, 触发SK3, 装置发出报警信号, 同时停车, 以免发生严重事故。SK4-SK6作用与SK1-SK3相同, 检测右侧的跑偏情况。

3 总结

本文设计了一种皮带跑偏自动检测及纠正装置。装置的控制器采用可靠性高的PLC, 与手动机构相比, 一般可以做到不停机调整。皮带严重跑偏时能够及时发出警报, 并做停机等处理, 有效避免皮带跑偏所带来的风险。该装置对减轻工作人员负担, 提高生产效率有积极的作用。

参考文献

[1]雍俊.矿井连续皮带输送机皮带跑偏原因分析[J].科技视界, 2012, 10:130-131.

[2]苏明.煤矿皮带跑偏的预防和处理[J].工业设计, 2011, 12.

[3]卫娟红.皮带跑偏原因分析及解决方案[J].现代商贸工业, 2010, 11:340.

[4]孙耀明.PLC在矿山皮带传输控制中的应用[J].冶金动力, 2009, 4:122-124.

[5]温亚珍.小型自动皮带纠偏机构设计[J].自动化应用, 2011, 5:83, 86.

自动纠偏技术 篇3

桥式抓斗卸船机的卸船流程为:抓斗抓取船舱物料→抓斗提升到一定高度→小车水平移动到料斗上方→抓斗在料斗正上方打开→物料通过格珊进入料斗, 从料斗再落到振动给料器内→再由振动给料器将物料连续均匀地送到给料皮带机上→给料皮带机把物料输送至地面皮带机的转接塔内。如此反复, 完成卸船机的卸料任务。

矿石码头上的卸船机能否正常放料, 落料调节板的调节起着重要的作用。一般来说, 只要物料落在卸船机皮带输送机的中线位置, 落料调节板就不用发生动作。但是, 由于物料的水分、密度、粘度等物理特性不同;同时, 因卸船机料斗高度、料斗下方输送皮带间距的限制, 卸船机的下料斗与输送皮带必须有一定的偏角, 所以要在下料斗处加落料调节板。这样通过调节落料调节板, 才能使物料落在输送皮带的中线上, 并且减小对输送皮带的冲击力。

二、带式输送机简介

带式输送机也叫带式运输机, 是一种通用性的连续运输机械。由电动机作为动力, 胶带作为输送带, 利用摩擦力连续传送货物的机械。英国于1868年出产了世界上第一条带式输送机, 之后, 它被广泛应用于工业各领域。随着机械制造、化工生产和冶金工业的技术进步, 带式输送机也在不断提高和完善, 由最初的车间内部的小距离物料输送, 发展到在企业内部、企业之间甚至各个城市间的大范围长距离的物料搬运, 成为物料搬运系统自动化、机械化的重要组成部分。

皮带输送机组具有输送效率高的特点, 它在专业化的港口码头中的应用非常广泛, 可作为大宗散装物料的一种十分有效的输送手段。皮带机在使用过程中, 作为一种比较成熟的产品, 一般性能指标都比较稳定, 常见的主要问题是皮带跑偏。减少进而消除皮带跑偏, 可以提高生产作业效率, 增强皮带运行的安全性和稳定性。在某些情况下, 对于高粘度、大水分的矿粉的输送, 因为生产现场的条件和被运物料的原因, 发生皮带跑偏现象后, 只是依靠传统的机械自动调偏机构已不能满足实际需要。

(一) 皮带机的跑偏原因。

从根源上说, 皮带跑偏是因为皮带的横向受力的合力大于零引起的。引起皮带机的跑偏有很多因素, 总体上要从以下四个方面入手:一是皮带机的设计、二是皮带机的制造、三是皮带机的安装、四是皮带机的维护。皮带两侧一边松一边紧, 皮带会偏向紧的一边;皮带两侧一边高一边低, 皮带会偏向高的一边;皮带的托辊支架一头靠前一头靠后, 皮带会偏向靠后的一侧。总起来, 就是“皮带跑偏有三找, 找松紧、找高低、找前后”。

(二) 皮带机跑偏的调整方法。

国内很少采用液压驱动来进行纠正皮带机的跑偏, 一般都是采用托辊的前倾以及防跑偏托辊来进行纠正。

根据皮带跑偏的不同原因, 一般有以下几种调整方式:一是输送带的安装存在问题, 就得调整传动、改向二滚筒二侧的张紧力, 从而实现纠偏, 要是依然跑偏, 就得重接皮带接头。二是滚筒或托辊粘料引起跑偏。皮带机在运行过程中, 因物料有一定的粘性, 滚筒、托辊就会粘上一些物料使其筒径局部变大, 皮带两侧松紧不一, 从而引起皮带跑偏。通过在改向滚筒处加装清扫器, 以减少滚筒粘料, 从而降低跑偏几率。三是皮带磨损老化引起跑偏。皮带经过长时期的使用, 使其磨损老化造成拉伸变形, 皮带拉伸力下降, 致使皮带松弛引起皮带跑偏, 这种情况只能更换磨损皮带来解决跑偏问题。四是皮带转载时落料位置偏移造成皮带跑偏。皮带转载时落料的位置对皮带的正常运行有很大的影响, 尤其是两条皮带机水平投影垂直时, 引起皮带跑偏的影响最为明显。为此可增加挡料板阻挡物料, 改变物料下落方向和位置, 从而调整皮带跑偏。

三、给料输送皮带的纠偏方案

(一) 唐山港矿石码头卸船机给料输送皮带跑偏的原因分析。

由于该码头卸船机给料输送皮带装有防跑偏托辊, 通过一些机械结构的调整, 对于水分小、粘度低的矿粉, 皮带跑偏的现象一般可自动消除。但对水分大、粘度高的矿粉, 跑偏现象若不及时人工干预手动调整, 皮带会一直跑偏直至触碰跑偏限位开关造成停机。此时查看卸船机分叉漏斗就会发现调料板上积有较多矿粉, 造成皮带落料点偏移, 引起皮带跑偏。

(二) 唐山港矿石码头卸船机给料输送皮带跑偏的手动纠正。

卸船机分叉漏斗内有调料板, 通过改变调料板角度, 对卸船机漏斗落料点进行调整。有如下调整皮带跑偏流程:中控室工控机发现皮带跑偏→联系皮带巡视查看确认→确认引起跑偏的卸船机→中控发出调整命令→巡视现场手动调节调料板→皮带恢复正常。

(三) 唐山港矿石码头卸船机给料输送皮带跑偏的自动纠正。

在皮带上加装皮带跑偏检测装置, 皮带跑偏的检测装置选用磁感应传感器, 保护装置选用两级跑偏开关, 皮带跑偏时碰到跑偏触杆, 使触杆偏转, 发出跑偏信号。当跑偏触杆偏转15°时, 开关发出一级跑偏信号;当跑偏触杆偏转至30°时, 开关发出二级跑偏信号报警。当皮带跑偏时, 检测装置把跑偏信号发送到中控室, 中控计算机运行算法程序作出判断, 发出控制信号给卸船机调料板驱动电机, 调料板改变角度, 卸船机落料点调正, 皮带恢复正常。

采用自动控制方式将手动调偏过程自动化, 检测与控制, 关键在检测, 重点在控制, 困难是跑偏调整具有时滞性, 跑偏控制的一些优化算法。如何针对皮带跑偏量, 给出调料板角度动作多大的变化量, 是解决这一跑偏问题的难点和关键所在, 为此引入模糊控制的方法解决这一问题。

模糊控制的控制精度较差, 将模糊控制与PID控制相结合, 构成模糊PID的开关切换控制。当偏差较大时, 用模糊控制调整;偏差较小时, 用传统的PID控制调整。给大小偏差的临界值设定一个阀值, 实现两种控制模式的转换。与单一的PID控制和模糊控制相比较, 模糊PID的开关控制方式有更快的动态响应和更小的超调, 而且还有更好的稳态性能。设计模糊控制规则时, 采用以下两点原则:第一, 当偏差和偏差变化量的积大于零时, 要增大控制量, 减小系统偏差。第二, 当偏差和偏差变化量的积小于零时, 此时的系统有减小偏差量的趋势, 所以应该取较小的控制量, 在保证不超调的情况下, 尽快地消除偏差。总之, 控制量选择原则为:偏差较大, 则要快速消除误差;偏差较小, 则要防止超调, 重点保障系统的稳定性。

参考文献

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社, 2001

[2]邵杰, 初学导.基于PLC的模糊控制变频调速系统[J].电气时代, 2005, 10 (1) :2~3

[3]梅晓榕.自动化控制原理[M].北京:科学出版社, 2006

自动纠偏技术 篇4

调试时, 发现两台电动机启动后, 电流差值较大, 这是因为管带机的现场环境 (随山体、地势转弯或起伏) 及负载分布造成电流差值;另外, 即使是同一制造厂家同一批次生产的同规格的电动机或者变频器, 其制造上的质量也会存在差异, 导致电流差值, 操作员的手动调速很难对现场诸多影响因素进行精准控制, 因此采用如图1所示的电流纠偏措施来实现对两台电动机的转速调节。

如图1所示电流纠偏PID控制原理示意, 上位机给定两电动机频率信号, 分别通过各自的AO通道加载到各自的变频器输入端作为两电动机的频率给定信号, 电动机运行后, 分别将两电动机运行电流和这两台电动机运行电流的平均值进行比较, 其差值大于5A时, 经PID内部运算计算出频率分别相对于每台电动机电流的变化量, 分别叠加到上位机的给定频率信号作为各自电动机新的频率控制信号, 从而改变电动机电流, 使两台电动机的电流分别尽量靠近两台电动机运行电流的平均值, 达到两台电动机电流的均衡。例如, 上位机给定30Hz, 两台电动机以30Hz运行, 1号电动机电流240A, 2号电动机电流234A, 经DCS计算得出平均电流为237A, 则1号电动机电流偏差3A, PID内部数据处理使1号电动机减1Hz运行, 叠加到上位机给定信号, 即以29Hz运行;同理2号电动机电流偏差使频率增加1Hz运行, 叠加到上位机给定信号, 即以31Hz运行, 通过改变转速调节电流, 实现两台电动机电流信号的纠偏。

在设计时要注意以下几点:

1) PID调节器中的调节死区设置为±0.5Hz, 即频率给定与反馈偏差小于0.5Hz时, PID调节器输出不变化, 以避免管带机频繁加减速导致负荷频繁变化造成系统紊乱。

2) 为减小PID系统调节惯性的输出, 对给定频率进行速率增减限制, 每分钟频率变化量不超过2Hz。

自动纠偏技术 篇5

成品卷烟的烟支钢印品质向来是广大消费者评判产品外在质量的重要因素之一[1],由于早期的PROTOS 70卷接机组没有配备烟支钢印检测系统[2],导致卷接机在生产过程中,由于速度变化(机台加速或减速),导纸轮磨损及机械配合间隙误差,皮带松紧度变化,吸丝带打滑等原因,造成卷烟纸在运行过程中长度发生改变,影响切刀端口相对于钢印的位置,产生水松纸与钢印的位置偏移,从而生产出上下烟等不良烟支,需要检测剔除出来。目前都是采用人工抽检,发现位置有偏移时,通过手动调节MAX电气面板上的旋钮来纠偏。本设计是以机器视觉来取代人工抽检,以电子调节代替MAX电气面板上的旋钮,实现了100%实时在线检测和自动调节。

2 烟草卷接机组钢印自动纠偏系统设计

2.1 系统简介

烟草卷接机组钢印在线监测及自动纠偏系统拓扑结构图如图1所示。本系统是以PROTOS 70烟草卷接机组为应用背景,通过CCD系统实时拍摄被检测产品图像,送入影像控制系统,实现图像信号的内部逻辑运算、分析、处理、图像存储,通过工控机监控实时图片,并进行数据统计分析,实现系统与机组的同步处理,对不良产品剔除,实现钢印位置调整,连续告警停机的功能。本文针对钢印自动纠偏系统进行了研究,设计实现了能自动剔除“长、短”、“上、下”等不良烟的功能,并对纠偏原理和电气连接进行了详细的阐述。

2.2 纠偏原理

烟草卷接机示意图如图2所示。在卷烟生产过程中,由于运行中因第一、第二导纸辊直径和压纸辊的压力误差导致卷烟纸张紧力变化,布带打滑影响卷烟纸的前进速度,供纸盘运行不稳定时影响卷烟纸的张力,机械磨损影响设备的运行精度等因素,导致设备生产出如图3的不良烟支。

“上、下”烟反映的是烟支钢印离水松纸的距离,当钢印印刷位置至第一切刀时,纸带长度改变,此情况下双倍长烟被切开,会产生一支钢印上和另一支钢印下的“上、下”烟。

“长、短”烟反映的是烟支的整体长度,当切刀与烟条速度不一致时形成,尤其是布带与烟条打滑时。此情况下双倍长烟支切开时,烟支与切刀位置变化将产生“长、短”烟。

如果在切口处通过视觉系统拍摄烟支图像,检测其中钢印与烟支端面的距离,该位置能正确检测前段工序所产生的钢印偏移量;如果超限则控制机组的调整装置,可达到钢印自动纠偏功能。

2.2.1 检测原理

在烟支的下方设计一参考板,并固定在喇叭口座上,参考板随喇叭口运动,当切刀没离开烟支时,参考板左端面的位置可代表烟支端面的位置。图像拍摄后得到的烟支钢印与参考板的距离,计算出钢印到端面的距离。

当切刀切入烟支时,同步传感器(光电)产生一同步脉冲触发CCD拍照;此时钢印与参考板的位置信息通过影像系统进行分析。

考虑到除尘与空间的局限,在选型上选择小型CCD,并将CCD、镜头置入一半密封腔体内,将高压空气注入密封腔内形成一正压腔,调整其压力使得既能满足除尘效果,又不影响烟支的运动轨迹。另外在腔体的出气口设计一密封盖,有高压空气时密封盖打开,否则关闭,达到停机时的除尘处理。

检测示意图如图4所示。

2.2.2 控制原理

2.2.2. 1 机组控制原理

机组控制原理如图5所示。M12通过A21、A22的通断实现左右旋转,压轮的位移量通过继电器A21、A22的导通时间来控制。

2.2.2. 2 系统控制原理

纠偏原理如图6所示。通过手动/自动开关P1切断PLC对A21、A22的控制,让纠偏系统作用。纠偏模块输出DC24控制信号驱动A21、A22从而实现电机M12的左右旋转。当电机偏移量超限时通过K1反馈信号给纠偏调整模块,起到限位作用。

2.3 系统设计

在上述原理的指导下,对PROTOS 70烟草卷接机进行了电气系统、气路系统、同步信号、电源、开机、停机、剔除、纠偏控制接线等方面的改造,电气示意图如图7。

系统通过同步信号触发CCD拍照,对获取的图像进行分析,并将结果保存在内存中,如果距离超限,系统立即启动纠偏控制,调整压轮位置;当该烟支到达剔除阀时,判断该烟支的分析结果,如果不合格,系统打开剔除阀将该烟支剔除;当出现连续不合格烟支数达到设定值时,系统输出停机控制信号,卷机机组停机,节省了物料的消耗。

3 运行效果

实际运行界面如图8所示,图中纠偏步长设定范围1～20支,当前设定值为7支。纠偏时长设定范围为30～100ms,当前设定值为50ms。钢印左偏及右偏实时数据显示如图9所示。

结果表明,本系统应用在广东中烟工业公司韶关卷烟厂PROTOS 70烟草卷接机上,达到了设计的要求。

4 结束语

运行结果表明,该系统实现了钢印自动纠偏的功能,有效预防了批量的品质事故发生,节省原材料的损耗,提高生产效率,减少工人的劳动强度,而且还可以在钢印印刷后增加一个CCD,同时实现由于油墨的变化或钢印的磨损而产生的钢印的模糊、残缺、油墨过浓过淡、套色钢印的相对位置不良烟支的在线检测功能。

摘要：以PROTOS 70烟草卷接机为应用背景,设计和实现了一种由CCD摄像机和工控机组成的钢印自动纠偏系统。结果表明,该系统不但提高了烟支的品质,还可以预防批量品质事故发生,节省原材料的损耗,提高生产效率,减少工人的劳动强度。

关键词：烟草卷接机,钢印,自动纠偏

参考文献

[1]朱洪武,夏双杰,吴益民.烟草行业烟支钢印在线检测中的视觉技术应用[J].上海计量测试,2009(2):23-25.

复合地层盾构纠偏技术研究 篇6

成都地铁7号线八里小区站至东区医院站区间隧道右线长1171.529m, 最小左转平曲线半径450m, 最大坡度28.912‰, 区间呈“V”形节能坡设计, 区间隧道中心线间距9.45~15m, 隧道顶埋深10.34~20.33m。隧道衬砌采用外径6m, 厚30cm, 宽1.5m C50钢筋混凝土管片错缝拼装而成。

1.1 凌云阁大酒店现状

该酒店为7层钢筋混凝土结构, 酒店长度27.07m, 宽13.69m, 建筑面积为6023.92m2。建成于1997年, 基础为φ600机械冲击桩基础, 桩长13m, 主筋为准20@200, 桩底位于<3-8-2>中密卵石土。右线下穿长度28m (670~689环, 共19环) , 桩底与隧道顶部垂直距离约1.3m。

1.2 工程水文及地质情况

地下水无承压水存在, 主要为赋存于黏土层之上的上层滞水、第四系孔隙水和基岩裂隙水, 工程周边范围无较大地表径流存在。水位高度在地表以下7~10m。隧道上方覆土主要为:<1-2>人工杂填土、<3-1-2>粘土、<3-8-2>中密卵石土、局部含有<3-5-2>透镜状中砂层;隧道断面范围主要有:<3-5-2>透镜状中砂层、<5-1-2>强风化泥岩、<5-1-3>中风化泥岩;下卧层主要为:<5-1-3>中风化泥岩。

2 盾构上漂过程描述

八~东区间右线盾构机在2014年11月25日掘进至643环后, 停机等待41d。

2015年1月6日复推发现, 盾构姿态不受控, 在将上下千斤顶油压差调至极限状况下, 盾首姿态仍然以30mm/环左右的速度向上偏离轴线。虽采取了增设千斤顶、“地坦克”减小掘进速度等措施, 但效果不明显。掘进至648环时, 盾构垂直姿态偏差为 (盾首:165mm, 盾尾:203mm) 。此段位于全断面砂卵石层中。

2015年1月14日, 因盾构姿态控制较差, 经讨论, 将40号滚刀 (边缘滚刀) 换成开挖直径为6404mm的超挖刀, 并将9#~36#滚刀全部拆除。换刀完成后, 于1月19日试掘进完成第649环, 盾构姿态继续上偏, 但趋势有所减小。

2015年1月25日, 由于盾构即将穿越凌云阁酒店, 为减小超挖对建筑物的不良影响, 遂取消超挖刀。

取消超挖刀后, 千斤顶上下油压差达到极限状态时 (约320bar) , 盾构姿态能保持慢速回归设计轴线。由于在纠偏过程中, 管片破损、错台、漏水严重, 遂减小纠偏速率, 一直掘进至669环。

掘进至670环时, 盾构轴线趋势变化为-10mm/m左右, 盾构姿态再次不受控制, 盾首以8mm/环的速率向上偏离轴线。直到掘进至675环后, 于1月31日暂停施工。

2月13日下午14时继续掘进第677环 (同步浆液换为惰性浆液) , 掘进过程中, 将盾构机下部千斤顶停用, 盾构垂直姿态变化为盾首/中盾:39/63mm, 变化量为盾首/中盾:7/3mm。盾首变化速度为16.7mm/m。垂直趋向变化为-5.6mm/m。

盾构机上下千斤顶油压差已经达到极限值时, 盾构姿态仍会不断向上偏离设计轴线, 盾构轴线垂直趋势不断增大 (盾首向上倾斜) 。将盾构下部千斤顶停用以后, 盾构姿态仍得不到有效控制, 但盾构姿态偏差变化量减小, 盾首上升的速率减小。通过停用盾构下部的千斤顶, 可以起到一定的作用, 但还不能有效地控制盾构姿态“上漂”。

3 纠偏措施

3.1 纠偏管理措施

(1) 严格方案评审:就纠偏措施, 先后组织6次专家咨询会, 邀请了全国范围内知名的专家学者, 提出了一系列的意见建议, 对专家提出的意见认真总结分析, 落实到现场管理过程中。

(2) 严控措施落实:为切实将方案落实到实处, 在每次复推前和换刀前, 均组织了条件验收, 该阶段累计进行了6次条件验收, 严格把控措施到位情况。

(3) 加强信息反馈:为指导推进过程中的参数控制, 参建各方均建立了现场值班表, 24h安排人员现场盯控。

3.2 纠偏技术措施

(1) 加密地质补勘:为了解掌握真实地质情况, 项目在盾构机停机前方进行了加密地质补勘工作, 进一步探明隧道范围内地质分布情况。

(2) 增设扩挖刀。4月1日至4月3日进行了盾构换刀作业, 将最外侧40#单刃滚刀更换为超挖3cm的撕裂刀 (考虑位于房子正下方) , 开挖能力由原来的6304mm变化为6364mm, 同时对刀具进行了检查和更换, 对刀箱和刀盘开口进行了清理。

(3) 管片选型:为进一步控制盾构推进过程中向下趋势的形成, 调整选用1.2m环宽管片, 及时对盾构间隙及管片超前量进行调整。

(4) 盾构上部增加辅助油缸:在推进过程中, 使用辅助油缸增加向下压力, 推进过程中, 考虑管片的受力能力, 单个油缸加力至100t。

(5) 盾构上部油缸增加靴板:在推进过程中, 在上部油缸与管片间增加5cm厚靴板及楔形板, 减小上部千斤顶行程, 减小向上分力, 增大与管片接触面积。

(6) 收放铰接和加大上下油压差:考虑到初始阶段铰接压力在240bar左右, 为减少为铰接的约束, 考虑管片选型阶段以调整盾尾间隙为主, 从693环开始铰接压力已下降100bar以下;为保证向下趋势的形成, 上部千斤顶的油压基本位置在340bar左右, 下部基本控制在20~40bar左右, 压差300bar左右。同时将6~14号油缸电磁阀拔除, 仅保留11号油缸。

(7) 渣土改良方面:由于掘进速度较慢, 因此将泡沫原液从3%增加至4%, 并适当增加泡沫流量。渣样基本成流塑状。

(8) 钻孔碎化盾构背土:在恢复推进前钻孔碎化盾构背土, 并在探孔内注入液压油, 用以润滑上部盾尾, 降低盾壳摩阻力。

(9) 盾构机重心前端配重:采用铅块在盾构机前盾增加35t配重, 增大盾构机前盾重量, 便于盾构机向下趋势加大。

4 纠偏情况

4.1 第一阶段纠偏情况

(1) 677~686环, 对应里程4105.511~4094.913, 该段掘进长度10.598m, 该阶段盾构切口垂直姿态从44mm上升至106mm, 上升速率5.85mm/m;盾尾从63mm上升至187mm, 上升速率11.7mm/m, 前后点上升速率基本一致, 后端稍快。该阶段掘进符合增设扩挖刀后姿态理论变化趋势, 扩挖超过盾构重心前, 趋势变化基本保持线型变化。

(2) 686~698环, 对应里程4094.913~4079.56, 该段掘进长度15.353m, 该阶段盾构切口垂直姿态在96~116mm之间波动, 盾尾在178~193.6mm之间波动, 该阶段盾构垂直姿态基本保持平稳, 存在小幅波动。

4.2 第二阶段纠偏情况

为验证第一阶段纠偏措施的效果, 在停机位置处进行开仓换刀作业。更换刀具12把, 其中39#、40#刀具更换为超挖5cm的撕裂刀, 更换单刃滚刀8把, 更换中心滚刀2把。刀具磨损主要为偏磨。

699环至725环推进期间, 维持原有措施不变情况下进行推进, 盾构姿态由开始的高偏:前/后127.18mm/204.79mm变化到前/后0.22mm/74.64mm (相对应坡度28.912‰) 。通过该阶段的纠偏, 盾构姿态基本趋于正常。

5 房屋沉降情况

凌云阁酒店最大沉降-10.27mm, 后续通过地面注浆和隧道内二次注浆, 基本稳定在-8mm左右, 未突破沉降控制值-20mm。具体监测数据变化如图2。

6 结论

(1) 停机地点的选择:造成八东区间直接原因为停机点的选择不当和停机后采取的措施不当, 停机位置选择在全断面膨胀岩的地质条件下, 浆液将盾尾包裹, 虽采用惰性浆液, 但随着时间的推移, 浆液强度逐渐上涨, 且该处泥岩具有一定的膨胀性, 加剧了浆液对盾体的握裹力, 从而导致盾体背土现象的发生。

另一方面停机点较靠近穿越建筑物, 发现异常后可处置的空间和时间有限, 不能采取有效直接的方法, 且面临风险较大。因此对长时间停机的地点必须严格进行论证, 同时在停机期间应注入膨润土和惰性浆液润滑盾体。

(2) 增设超挖刀的利弊:从本次纠偏情况进行分析, 增加超挖刀为最直接、最有效的方法, 可在短时间内起到纠偏的效果, 但对超挖量的大小和超挖刀具的方式还有待考证。特别是穿越建筑物期间, 盾构纠偏与建筑物的沉降是个矛盾体。从本次情况看, 在原有基础上超挖3cm基本能够维持建筑沉降在1cm以内, 超挖5cm能够在短期内看到纠偏的效果。

(3) 推进速度的选择:在纠偏阶段, 刀具磨损较大, 与推进速度息息相关, 在纠偏阶段速度基本维持在1cm/min以内, 滚刀刀具的磨损均较大, 建议将速度控制在1.5cm/min左右。

(4) 上下油压差及趋势的选择:为保持盾构向下趋势的形成, 上下油压差基本保持在280bar左右, 同时必要时拔出下部油缸的电磁阀, 如此情况下才能向下纠偏, 但同时带来的后果就是上部管片破裂较多, 下部管片环缝较大, 给施工质量带来一定的影响。就具体趋势而言, 从整体推进过程分析, 趋势在维持-18mm/m以下时, 姿态才能逐渐下行。

(5) 管片姿态的稳定:为保证管片在脱出盾尾后不出现大的上浮量, 采用5道槽钢拉紧装置, 使所有的管片形成整体, 同时在脱出盾尾后3环即开始二次注浆, 保证及时填充上部空隙。

参考文献

[1]竺维彬, 鞠世健.地铁盾构施工风险源及典型事故的研究[M].广州:暨南大学出版社, 2009.

[2]张凤祥, 朱合华, 傅德明.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社, 2004.

[3]杨书江.富水砂卵石地层盾构施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2011.

[4]《地下铁道设计规范》 (GB50157-2003) .

高压配电线路铁塔带电纠偏技术 篇7

至今,国内外对普通建筑物纠偏加固积累了一定经验,但对于高压配电线路铁塔加固纠偏研究还很有限,加固纠偏技术应用的相关报道很少。由于高压配电线路铁塔属高耸结构,铁塔的材料、结构、受力情况及基础形式与普通建筑物有很大的不同,因此有必要对高压配电线路铁塔加固纠偏技术开展相关研究。

本文结合厦门电业局所辖110 kV高压配电线路倾斜铁塔加固纠偏工程实例,探讨高压配电线路倾斜铁塔带电纠偏相关技术,并介绍实施的具体过程。

1 工程概况

厦门电业局所辖110 kV钟贞Ⅰ、Ⅱ回线路是由220 kV钟山变电站向110 kV贞庵变电站供电的两回同塔架设的高压配电线路,也是向厦门海沧台商投资区提供电能的重要线路,承担着重要用户的供电负荷。该线路10号塔位于海沧出口加工区内,由于该铁塔所处位置地质条件比较复杂,2005年,线路维护人员在巡视中发现铁塔挂线合成绝缘子倾斜严重,经测量分析,发现绝缘子串倾斜是铁塔基础地基发生不均匀沉降导致铁塔塔身倾斜引起,测量显示基础沉降值达142 mm,铁塔偏斜值达1 047 mm、偏斜率达24.35‰(测量结果见表1),已大大超过运行规程的有关规定。通过进一步对铁塔的跟踪监测,发现铁塔偏斜数值不断增大,且有进一步发展的趋势。如不及时处理,铁塔基础和塔身结构的稳定性将遭受破坏,存在倒塔断线的重大事故隐患,直接威胁海沧地区电网的安全供电。

按常规做法,解决这一问题应另选塔位,重做铁塔基础进行线路改建。经现场勘察,该塔所处地形特殊,前为排洪渠、后为公路,难以选择新铁塔基础的合适位置,而且即便有塔位可选择,将同塔架设双回110 kV同时停电,将造成110 kV贞庵变电站全站停电,同时,也影响T接在110 kV钟贞Ⅰ、Ⅱ回线路上的 110 kV温厝变电站、110 kV石化变电站的供电可靠性,直接影响台商投资区正常的供电服务。因此,另选塔位进行线路改建的方法基本不可行。为解决上述问题,厦门电业局决定成立课题组,组织进行技术攻关,经查阅国内外相关问题的资料,综合考虑认为,在不影响线路正常供电的情况下,进行铁塔基础带电原位加固纠编,是消除线路重大安全隐患的最佳选择。

2006年1月对铁塔场地进行岩土工程勘察,钻孔地质各土层特征如下。

1) 素填土①:

浅黄色、褐灰色,稍湿-湿,结构松散,填料成分以粉质黏性土为主,底部为原塔施工时换填的中砂,属新近回填而成,该层在场区均有揭露,厚度5.80~6.80 m;

2) 淤泥②:

呈灰黑色,湿,流塑状,触变、污手,含些腐殖质,具腥臭味;该层在Ⅳ腿附近缺失(ZK3孔未揭露),其埋深为5.80~6.50 m,厚度2.10~3.20 m;

3) 粉质黏土③:

褐灰色、青灰色,呈可塑~硬塑状,成分以黏、粉粒为主,砂砾含量为10%左右,黏性强,属冲洪积而成;该层在场区均有揭露,其埋深6.80~9.00 m,厚度7.80~10.10 m;

4) 残积砂质黏性土④:

系花岗岩风化残积而成,呈浅黄色、褐黄色、灰白色,湿,可塑状~硬塑状,主要由长石风化的黏粉粒、石英砂粒及少量云母碎屑组成,石英砂粒含量约15%,具遇水易崩解、软化的特点;该层在场区均有揭露,其埋深16.80~17.00 m,揭露厚度1.15~3.15 m,属中等压缩性土,工程性能较好。

2 铁塔倾斜原因分析

根据上述工程场地地质条件分析认为,淤泥②层在Ⅳ腿附近缺失,也就是说地基软弱下卧层分布不均匀是铁塔倾斜的主要原因。

3 加固纠偏指导思想和设计方案

参照一般建筑物纠偏加固工程实践经验,针对高压配电线路铁塔制定如下加固纠偏指导思想和原则。

1) 指导思想。

加固纠偏全过程中应确保:①4塔腿底部始终在一个平面上;②在不停电的条件下实施纠偏全过程,铁塔不用更换改建;③原4个基础的受力条件要发生改变,但基础尽量不受破坏;④纠偏以顶升调平为主。

2) 基本设计原则。

首先设置一个刚度、强度都足够大的桩顶平面框架梁,与原基础连在一起(方法是在原基础上植筋)。然后在框架梁上设锚杆静压桩孔,依次压入250 mm×250 mm的方桩,使上部铁塔荷载向框架梁和静压桩上转移,实施静压桩加固托换。为达到使框架梁顶升调平的目的,各静压桩顶上要设置维持压入荷载的装置,进行顶升作业;在顶升中,对原三个下沉的基础Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ的底部所形成的空隙,需用水泥浆灌满;在纠偏完成后,上部铁塔和导线荷载全部由平面框架梁和锚杆静压桩群承担。

3) 加固纠偏方案简介。

根据加固纠偏指导思想和基本设计原则,制订了静压桩托换加固和顶升法纠偏相结合的加固纠偏方案。加固纠偏框图见图1。

4 加固纠偏施工过程

1) 原位设置平面框架梁,以确保纠偏全过程中4塔腿底部始终在一个平面上,减小塔脚次应力,框架梁尺寸2 000 mm×1 000 mm。框架梁初始状态设置为非水平,南低北高,与塔基已下沉的情况一致。纠偏前各独立小基础顶部1 m×1 m墩基顶南北两个端点间高差达20 mm,与整个塔身的倾斜率基本一致。纠偏复位后方使框架梁恢复到原来的水平位置。因此框架梁的初始顶面设置为与现在4个1 m×1 m墩基顶面齐平。纠倾到位时,所有原有基础和新增框架梁将全部处于水平位置。实施情况见图2。

2) 在新建基础预留锚杆静压桩孔,进行地基锚杆静压桩加固托换。锚杆静压桩的压桩力以满足能将刚性框架抬升调平至完全水平位置的需要为准,同时不能大于500 kN(桩的尺寸为250 mm×250 mm方桩),以保证桩身强度不被破坏。因此,桩群的施工流程必须采取信息化施工原则,即轮流进行微调的操作型式,不能操之过急。考虑到桩数可能不足,难以纠偏到位这一非常规因素,在框架梁南侧(塔基下沉侧)多留了两个压桩孔,以供万一需补桩用。

3) 采用顶升法对原三个下沉的基础Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ进行纠偏,使塔脚回复在一个水平面上。

4) 为了整个加固纠偏工程始终保持绝对安全的状态,原有基础必须与框架梁同步顶升移动,不受破坏或削弱。塔基底下产生的空隙用灌浆方法及时填补。

5) 顶升机构为液压式千斤顶,置放在已压入的锚杆静压桩顶部中心位置,在框架梁顶面该桩桩位处设置带传感器的荷载维持装置,20个桩位静压桩先行压入孔内到位。然后在维持荷载阶段,用带传感器的荷载维持装置塞到反力架空档内,抽出液压式千斤顶,使荷载转移到荷载维持装置上去。纠偏到位后,直接将微膨胀细粒混凝土灌入桩孔的内腔。经7~8 d凝固后,即可拆除加荷框架和4根锚杆交叉焊上∏形钢筋,然后浇上高强混凝土。

6) 纠偏前对铁塔塔身主材的螺栓进行检查紧固,并在侧面安装2组防绳,纠偏过程中进行应变测量分析,以确保纠偏过程铁塔塔身绝对安全。

7) 纠偏进度历时:2006年11月1日开始进场施工,12月9日开始进入顶升纠偏工序,12月14日纠偏工作顺利完成。

8) 纠偏效果:2006年12月15日分别对基础四腿水平、顺线路及横线路方向进行了测量,测量数据如表2、表3。数据显示纠偏后四腿已基本在同一水平面上,顺线路方向偏斜值为2.3 cm,偏斜率为0.53‰, 横线路方向偏斜值0.7 cm,偏斜率为0.16‰,符合规程中关于铁塔偏斜率<10‰的要求。纠偏效果良好。

5 结语

高压配电线路铁塔属高耸结构,不同于一般建筑物,加固纠偏有其特殊性。该高压配电线路铁塔纠偏加固方案于2005年8月开始实施,纠偏过程不需对线路停电,历时40 d,成功将该铁塔纠偏,从施工后期沉降监测结果可以看出,加固纠偏方案竣工后第2个月沉降速率已小于0.015 mm/d,基本趋于稳定,这表明加固纠偏方案是成功的。项目的实施,不仅节约了工程造价,节省了土地资源,而且避免了长时间的停电,取得很好的经济效益和社会效益。整个项目的研究和实施周到、严密,研究成果提出的整套纠偏技术对今后高压配电线路铁塔的加固和纠偏有很好的指导意义。

摘要：结合厦门电业局110kV高压配电线路的工程实例探讨线路倾斜铁塔带电加固纠偏技术。针对铁塔倾斜的具体原因,确定铁塔加固纠偏的原则,介绍了加固纠偏的施工过程及要点。加固纠偏效果明显,提出的整套纠偏技术有一定的参数价值。