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专利号: 2020100261168
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种地铁隧道振动和噪声控制方法,所使用的地铁隧道监控防护系统包括防冲减振层Ⅰ(2)、防冲减振层Ⅱ(3)、信号采集收发装置(4)和集中电控装置(5);

所述的防冲减振层Ⅰ(2)固定设置在盾构壳体(1)的内表面上,包括高阻尼减振环(21)和可调阻尼减振器Ⅰ(22),高阻尼减振环(21)的外径尺寸与盾构壳体(1)的内径尺寸配合、且高阻尼减振环(21)与盾构壳体(1)固定安装连接,高阻尼减振环(21)沿其轴向和周向方向上均布设有多个可调阻尼减振器安装孔,可调阻尼减振器Ⅰ(22)固定设置在可调阻尼减振器安装孔内、且可调阻尼减振器Ⅰ(22)的伸缩方向沿高阻尼减振环(21)的径向方向设置;

所述的防冲减振层Ⅱ(3)设置在防冲减振层Ⅰ(2)的内表面上,包括多个与高阻尼减振环(21)同心配合设置的弧形管片(31),弧形管片(31)的弧形内表面上设有减振降噪材料覆层,多个弧形管片(31)沿高阻尼减振环(21)的周向方向均布设置呈圆环形、且弧形管片(31)对应可调阻尼减振器Ⅰ(22)的位置固定安装在可调阻尼减振器Ⅰ(22)的伸缩端上,沿高阻尼减振环(21)的周向方向上相邻的两个弧形管片(31)之间还连接设有可调阻尼减振器Ⅱ(32)、且可调阻尼减振器Ⅱ(32)的伸缩方向沿弧形管片(31)的周向方向设置;

所述的信号采集收发装置(4)包括振动传感器、噪声传感器、信号采集收发控制器、信号采集模块和声波发射模块,振动传感器和噪声传感器均分别沿地铁隧道的走向长度方向均布设置为多个,信号采集收发控制器分别与信号采集模块和声波发射模块电连接,信号采集模块分别与振动传感器、噪声传感器电连接;

所述的集中电控装置(5)包括中央控制计算机、信号采集收发控制回路、数据分析计算回路、阻尼调节控制回路,中央控制计算机分别与信号采集收发控制器、可调阻尼减振器Ⅰ(22)、可调阻尼减振器Ⅱ(32)电连接;

其特征在于,地铁隧道监控防护系统在工作状态时,振动传感器、噪声传感器同时工作并向信号采集收发控制器实时反馈监测数据,信号采集收发控制器实时将采集到的隧道内振动数据、隧道内噪声数据传输至中央控制计算机,中央控制计算机首先根据反馈的隧道内振动数据和隧道内噪声数据分析计算并输出能够吸收振动的最佳阻尼数据和能够抵消噪声波的最佳反相声波数据,然后中央控制计算机根据计算的最佳阻尼数据控制位于列车运行前方的可调阻尼减振器Ⅰ(22)和可调阻尼减振器Ⅱ(32)进行预调整伸缩动作、使防冲减振层Ⅱ(3)的内径尺寸减小或增大至与最佳阻尼数据对应的尺寸,同时中央控制计算机根据计算的最佳反相声波数据控制位于列车运行前方的信号采集收发装置(4)使声波发射模块发射最佳反相声波数据对应的反相声波,列车经过已调整好尺寸的防冲减振层Ⅱ(3)管段时噪声声波被反相声波抵消,同时可调阻尼减振器Ⅰ(22)被压缩进行阻尼动作吸收振动波的动能、可调阻尼减振器Ⅱ(32)被拉伸进行阻尼动作吸收振动波的动能,当防冲减振层Ⅱ(3)贴合在防冲减振层Ⅰ(2)上后,高阻尼减振环(21)被压缩进行阻尼动作吸收振动波的动能。

2.根据权利要求1所述的地铁隧道振动和噪声控制方法,其特征在于,中央控制计算机预置有根据不同列车速度、不同列车重量构建的列车模拟振动模型组;信号采集收发装置(4)还包括分别与信号采集模块电连接的车速传感器、车重传感器,车速传感器、车重传感器均分别沿地铁隧道的走向长度方向均布设置为多个;

地铁隧道监控防护系统在工作状态时,车速传感器、车重传感器同时工作并向信号采集收发控制器实时反馈监测数据,信号采集收发控制器实时将采集到的列车速度数据、列车重量数据传输至中央控制计算机,中央控制计算机根据反馈的列车速度数据、列车重量数据以及内置的列车轨道接缝间隔长度数据、列车轮对数据构建实时列车预测振动模型,并将该实时列车预测振动模型与预置的列车模拟振动模型组进行比对,在列车模拟振动模型组中选择最接近实时列车预测振动模型的列车模拟振动模型作为标准列车模拟振动模型,然后将标准列车模拟振动模型的振动和噪声的幅度、频率数据与振动传感器、噪声传感器反馈的隧道内振动数据、隧道内噪声数据进行优化计算,然后输出振动和噪声的幅度、频率优化数据作为最佳阻尼数据和最佳反相声波数据计算的基础,最终计算并输出最佳阻尼数据和最佳反相声波数据。

3.根据权利要求1所述的地铁隧道振动和噪声控制方法,其特征在于,信号采集收发装置(4)还包括与信号采集模块电连接的列车位置传感器;

预先向中央控制器输入列车车体长度数据和针对列车车体长度数据设定的列车运行区间长度数据,列车运行区间长度数据大于列车车体长度数据,列车运行区间长度数据将整个隧道划分为多个列车运行区间;地铁隧道监控防护系统在工作状态时,列车位置传感器始终工作并向信号采集收发控制器实时反馈监测数据,信号采集收发控制器实时将采集到的列车实时位置数据传输至中央控制计算机,中央控制计算机根据反馈的列车实时位置数据控制列车所在的列车运行区间内的振动传感器、噪声传感器同时工作并向信号采集收发控制器实时反馈监测数据,信号采集收发控制器实时将采集到的隧道内振动数据、隧道内噪声数据传输至中央控制计算机,中央控制计算机分析计算后控制位于列车运行前方的下一列车运行区间内的可调阻尼减振器Ⅰ(22)、可调阻尼减振器Ⅱ(32)、信号采集收发装置(4)的声波发射模块工作,待列车进入下一列车运行区间内时,中央控制计算机控制上一列车运行区间内的可调阻尼减振器Ⅰ(22)、可调阻尼减振器Ⅱ(32)、振动传感器、噪声传感器、信号采集收发装置(4)的声波发射模块停止工作,中央控制计算机同时控制列车所在的列车运行区间内的振动传感器、噪声传感器工作。

4.根据权利要求1或2或3所述的地铁隧道振动和噪声控制方法,其特征在于,盾构壳体(1)的内表面和外表面上、以及可调阻尼减振器Ⅰ(22)和可调阻尼减振器Ⅱ(32)上均设有与信号采集模块电连接的压力传感器;

地铁隧道监控防护系统在工作状态时,压力传感器始终工作并向信号采集收发控制器实时反馈监测数据,信号采集收发控制器实时将采集到的来自盾构壳体(1)外部和内部的压力数据、以及可调阻尼减振器Ⅰ(22)和可调阻尼减振器Ⅱ(32)承受的压力数据传输至中央控制计算机,中央控制计算机根据反馈的压力数据构建隧道模型、并将实时隧道模型与内置的标准隧道模型进行比较,当盾构壳体(1)外部或内部的压力数据、或者可调阻尼减振器Ⅰ(22)承受的压力数据、或者可调阻尼减振器Ⅱ(32)承受的压力数据超出设定范围时,中央控制计算机发出报警信号。

5.根据权利要求1或2或3所述的地铁隧道振动和噪声控制方法,其特征在于,弧形管片(31)上均布设置有多个沿径向方向贯穿弧形管片(31)的消音孔(33),且沿高阻尼减振环(21)的周向方向上相邻的两个弧形管片(31)之间密闭连接;盾构壳体(1)的内表面上设有沿其轴向方向贯通设置的壳体通风凹槽(11),高阻尼减振环(21)上设有沿径向方向贯通高阻尼减振环(21)的减振环通风孔、且减振环通风孔与壳体通风凹槽(11)连通设置;

列车运行过程活塞风冲击弧形管片(31)的部分气流依次流经消音孔(33)、高阻尼减振环(21)的减振环通风孔进入壳体通风凹槽(11),并向列车运行方向的后方流动、经位于列车后方的消音孔(33)重新进入隧道内实现辅助调节隧道内气压场,气流进入消音孔(33)实现消音的同时,气流在防冲减振层Ⅰ(2)与防冲减振层Ⅱ(3)之间产生气垫作用实现辅助阻尼。

6.根据权利要求1或2或3所述的地铁隧道振动和噪声控制方法,其特征在于,弧形管片(31)上设有沿径向方向贯穿弧形管片(31)的管片通风孔;

列车运行过程中活塞风冲击弧形管片(31)的部分气流经管片通风孔和相邻的两个弧形管片(31)之间的间隙进入防冲减振层Ⅰ(2)与防冲减振层Ⅱ(3)之间的间隙,并向列车运行方向的后方流动、经位于列车后方的管片通风孔和相邻的两个弧形管片(31)之间的间隙重新进入隧道内实现辅助调节隧道内气压场,气流在防冲减振层Ⅰ(2)与防冲减振层Ⅱ(3)之间产生气垫作用实现辅助阻尼。