本發(fā)明涉及隧道掘進(jìn)設(shè)備，具體為一種硬巖管線頂盾機(jī)。
背景技術(shù)：
1、硬巖管線頂盾機(jī)是一種專用于硬巖地層中管道鋪設(shè)的非開挖施工設(shè)備，主要應(yīng)用于市政、能源、水利等領(lǐng)域的管線穿越工程。傳統(tǒng)頂管技術(shù)在硬巖地層中面臨掘進(jìn)效率低、刀具磨損快、施工精度不足等問題，而常規(guī)盾構(gòu)機(jī)雖適用于復(fù)雜地質(zhì)，但成本高且靈活性較差。硬巖管線頂盾機(jī)結(jié)合了頂管技術(shù)與盾構(gòu)技術(shù)的優(yōu)勢，通過優(yōu)化刀盤設(shè)計(jì)、集成液壓頂進(jìn)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)導(dǎo)向控制，實(shí)現(xiàn)了硬巖地層的高效破碎與精準(zhǔn)頂進(jìn)。
2、但是機(jī)器在使用時(shí)，傳統(tǒng)的控制臺通常采用固定高度設(shè)計(jì)，無法根據(jù)不同操作人員的身高進(jìn)行調(diào)節(jié)，導(dǎo)致長時(shí)間作業(yè)時(shí)舒適性差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種硬巖管線頂盾機(jī)，解決了傳統(tǒng)的控制臺通常采用固定高度設(shè)計(jì)，無法根據(jù)不同操作人員的身高進(jìn)行調(diào)節(jié)，導(dǎo)致長時(shí)間作業(yè)時(shí)舒適性差的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種硬巖管線頂盾機(jī)，包括主機(jī)體，所述主機(jī)體的外壁設(shè)置有推進(jìn)機(jī)構(gòu)，所述主機(jī)體的外壁設(shè)置有刀盤組件，所述主機(jī)體的內(nèi)部設(shè)置有輔助裝置并且位于刀盤組件的后方，所述主機(jī)體的內(nèi)壁設(shè)置有傳送組件，所述傳送組件位于輔助裝置的下方，所述主機(jī)體的內(nèi)部設(shè)置有組裝組件，所述主機(jī)體的外壁設(shè)置有機(jī)房，所述機(jī)房的內(nèi)部固定連接有支撐支架，所述支撐支架的外壁固定連接有電機(jī)，所述電機(jī)的輸出端設(shè)置連接有螺紋桿，所述螺紋桿的外壁螺紋連接有螺紋塊，所述螺紋塊的外壁兩側(cè)均轉(zhuǎn)動(dòng)連接有連接桿，所述連接桿的內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接有轉(zhuǎn)動(dòng)支架，所述轉(zhuǎn)動(dòng)支架的外壁固定連接有控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)的外壁設(shè)置有控制面板，所述控制系統(tǒng)的外壁設(shè)置有磁鐵石。
3、通過采用上述技術(shù)方案，首先將主機(jī)體安裝在需要工作的后方，再將刀盤組件和主機(jī)體進(jìn)行連接，通過推動(dòng)機(jī)構(gòu)的推動(dòng)并且伴隨刀盤組件的旋轉(zhuǎn)，持續(xù)向內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，刀盤組件位于主機(jī)體的前端，由多個(gè)高強(qiáng)度合金鋼制成的滾刀組成，每個(gè)滾刀均可獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)不同硬度的地層，輔助裝置包括泥漿泵站和通風(fēng)設(shè)備，分別用于處理掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的廢渣和保持良好的工作環(huán)境，每一次的向前推動(dòng)，通過組裝組件將管道進(jìn)行運(yùn)輸，根據(jù)調(diào)試員身高的不同，啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)螺紋桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其中螺紋桿設(shè)置的為兩段反向螺紋，并且螺紋塊的下表面與支撐支架相貼合，使得兩側(cè)的螺紋塊只能相向?qū)χ谐示€性移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)連接桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，向上頂升轉(zhuǎn)動(dòng)支架，進(jìn)而同步帶動(dòng)控制系統(tǒng)和控制面板進(jìn)行移動(dòng)，其中控制面板可以直觀的對整體設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行表達(dá)，通過磁鐵石與控制系統(tǒng)的相互吸引，將紙質(zhì)資料固定在控制面板的旁邊，方便進(jìn)行觀察，從而達(dá)到可以根據(jù)調(diào)試員的身高不同進(jìn)行調(diào)節(jié)控制面板的高度，使得調(diào)試員在使用時(shí)更加舒適的效果。
4、優(yōu)選的，所述輔助裝置包括泥漿泵站和通風(fēng)設(shè)備，分別用于處理掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的廢渣。
5、優(yōu)選的，所述輔助裝置的泥漿泵站配備智能粘度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可根據(jù)巖屑粒徑自動(dòng)調(diào)整泥漿稠度，調(diào)節(jié)范圍為25-60cp，調(diào)節(jié)精度為±2cp。
6、優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)包括：
7、地質(zhì)感知模塊：用于實(shí)時(shí)探測和分析掘進(jìn)前方地質(zhì)狀況；
8、智能掘進(jìn)模塊：用于實(shí)現(xiàn)巖層的自適應(yīng)破碎和推進(jìn)控制；
9、管道鋪設(shè)模塊：用于完成管道的同步運(yùn)輸和精準(zhǔn)對接；
10、中央控制模塊：用于系統(tǒng)的集中監(jiān)控和智能決策。
11、優(yōu)選的，所述地質(zhì)感知模塊包括：
12、雷達(dá)探測單元：用于發(fā)射和接收電磁波信號，探測刀盤組件前方的巖層結(jié)構(gòu)和裂隙分布；
13、巖性分析單元：用于處理雷達(dá)回波信號，通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別巖性類型；
14、所述卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為：
15、y=softmax(w_2·relu(w_1·x+b_1)+b_2)
16、其中：x∈r^(128×128)為輸入雷達(dá)圖像，w_1∈r^(256×16384)為第一層權(quán)重，b_1∈r^256為偏置項(xiàng)，w_2∈r^(5×256)為輸出層權(quán)重，b_2∈r^5為輸出偏置，輸出y表示五種典型巖性的概率分布；
17、數(shù)據(jù)融合單元：用于整合多源地質(zhì)數(shù)據(jù)，建立三維地質(zhì)模型，預(yù)測掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域；
18、所述三維建模采用多尺度克里金插值算法進(jìn)行三維地質(zhì)建模，以地質(zhì)雷達(dá)探測數(shù)據(jù)為主數(shù)據(jù)源，生成三維體素模型。
19、優(yōu)選的，所述智能掘進(jìn)模塊包括：
20、刀盤控制單元：用于調(diào)節(jié)滾刀轉(zhuǎn)速和切削參數(shù)，采用模糊pid算法優(yōu)化切削效率；
21、所述模糊pid算法公式為：
22、δk_p=η_p·(?e/?k_p)·e·δe；
23、δk_i=η_i·(?e/?k_i)·e·∫edt；
24、δk_d=η_d·(?e/?k_d)·e·de/dt，其中：η_p,η_i,η_d為學(xué)習(xí)率，e為轉(zhuǎn)速誤差，δe為誤差變化率，?e/?k為靈敏度系數(shù)；
25、推進(jìn)調(diào)節(jié)單元：用于根據(jù)巖性變化自動(dòng)調(diào)整推進(jìn)力和速度，保持最佳掘進(jìn)狀態(tài)；
26、姿態(tài)校準(zhǔn)單元：用于監(jiān)測設(shè)備空間位姿，通過卡爾曼濾波算法消除測量誤差。
27、優(yōu)選的，所述管道鋪設(shè)模塊包括：
28、管節(jié)輸送單元：用于自動(dòng)運(yùn)輸和定位管節(jié)；
29、自動(dòng)對接單元：用于控制管節(jié)間的對接，通過力位混合控制確保密封性能；
30、所述立位混合控制算法為：
31、f_d=k_p·(x_d-x)+k_v·(v_d-v)+f_e
32、其中：f_d為期望輸出力，x_d,v_d為期望位置和速度，x,v為實(shí)際測量值，f_e為環(huán)境作用力估計(jì)，k_p,k_v為剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)
33、密封檢測單元：用于檢測管道連接質(zhì)量，采用氣壓測試和超聲波掃描雙重驗(yàn)證。
34、優(yōu)選的，所述中央控制模塊包括：
35、邊緣計(jì)算單元：用于實(shí)時(shí)處理傳感器數(shù)據(jù)，執(zhí)行本地化控制算法；
36、數(shù)字孿生單元：用于構(gòu)建虛擬仿真模型，實(shí)現(xiàn)施工過程的可視化監(jiān)控；
37、所述構(gòu)建虛擬仿真模型的方法包括：
38、宏觀尺度：m_macro=f(σ,e,ν)；
39、細(xì)觀尺度：m_meso=g(d,n,φ)；
40、微觀尺度：m_micro=h(ε,ρ,c)；
41、其中：σ為應(yīng)力場，e為彈性模量，ν為泊松比，d為損傷變量，n為孔隙率，φ為結(jié)構(gòu)面方向，ε為應(yīng)變率，ρ為密度，c為內(nèi)聚力
42、安全防護(hù)單元：用于識別系統(tǒng)異常狀態(tài)，觸發(fā)分級預(yù)警和保護(hù)機(jī)制。
43、優(yōu)選的，所述安全防護(hù)單元采用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，公式如下：
44、v(s)=e[σγ^tr_t|s_0=s]；
45、其中：γ∈(0,1)為折扣因子，r_t為t時(shí)刻的即時(shí)獎(jiǎng)勵(lì)，策略更新采用梯度上升法：δθ=α·?_θlogπ_θ(a|s)·q^π(s,a)，α為學(xué)習(xí)率，π_θ為策略函數(shù)，q^π為動(dòng)作價(jià)值函數(shù)。
46、優(yōu)選的，各模塊間通過標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口通信，數(shù)據(jù)包格式為：
47、packet={header,module_id,data_field,crc}
48、其中，header包含時(shí)間戳和協(xié)議版本，data_field采用tlv編碼格式。
49、本發(fā)明提供了一種硬巖管線頂盾機(jī)。具備以下有益效果：
50、1、本發(fā)明通過啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)螺紋桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)兩側(cè)的螺紋塊相向?qū)χ幸苿?dòng)，從而帶動(dòng)連接桿旋轉(zhuǎn)的同時(shí)頂升轉(zhuǎn)動(dòng)支架，進(jìn)而帶動(dòng)控制系統(tǒng)和控制面板移動(dòng)，以適應(yīng)不同調(diào)試員的身高使用，配合磁鐵石的使用，提升該設(shè)備的操作便捷性。
51、2、本發(fā)明通過智能地質(zhì)感知系統(tǒng)通過多源數(shù)據(jù)融合和三維建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對掘進(jìn)前方地質(zhì)狀況的精確預(yù)測，提升巖層的識別準(zhǔn)確率，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，相比傳統(tǒng)方法提高了17%的探測精度，為安全施工提供了可靠保障。
52、3、本發(fā)明通過采用自適應(yīng)模糊pid算法和卡爾曼濾波技術(shù)，使設(shè)備在復(fù)雜地質(zhì)條件下仍能保持穩(wěn)定推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能的施工目標(biāo)。
53、4、本發(fā)明通過多尺度數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的虛擬仿真模型，實(shí)現(xiàn)了施工過程的可視化監(jiān)控和精確模擬，使故障預(yù)測準(zhǔn)確率提升的同時(shí)降低設(shè)備維護(hù)成本，為工程管理提供了智能化決策支持。