土压平衡盾构机模拟训练方法及平台与流程

本发明属于隧道交通建设盾构机操作仿真领域，具体涉及一种土压平衡盾构机模拟训练方法及平台。

背景技术

盾构机司机为盾构机的操控者，传统盾构机司机培训方式为学员进入隧道盾构现场跟随操作熟练的盾构机司机进行现场学习操作知识，新学员动手操作机会少、学习速度慢，培养周期长。

随着虚拟训练技术的快速发展，利用虚拟技术构建各种训练环境与训练设施，通过3dmax软件可以逼真的构建盾构机各个结构部件以及隧道施工现场环境。把电气控制技术与三维模型运动仿真技术结合对盾构机工作过程进行仿真模拟。同时虚拟训练操作考核不受时间、场地、气候等因素的影响，具有投资小，效率高，可操作性好等特点。

根据目前盾构机司机严重不足的现象，通过构建土压平衡盾构机模拟训练平台用于培训盾构机司机，该平台将能提高盾构机司机培训效率，提高盾构机司机的培养质量。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种土压平衡盾构机模拟训练方法及平台，其方法设计和结构设计合理，能够实现盾构机操作的仿真模拟，并便于快速拆卸移动。

为达到上述目的，所采取的技术方案是：

一种土压平衡盾构机模拟训练方法，包括以下步骤：

依托盾构机结构，构建盾构机和隧道施工三维模型，并在显示屏上显示；

布设与所述盾构机相关动作对应的电气控制元器件，构建操作平台；模拟盾构机的相关动作，并进行模拟控制指令的输入；

由控制系统接收模拟控制指令，并根据逻辑运算控制三维模型的动作，实现盾构机三维模型的仿真运动，并在显示屏上进行动态模拟。

根据本发明的土压平衡盾构机模拟训练方法，优选地，通过3dmax软件进行盾构机和隧道施工三维模型的构建。

根据本发明的土压平衡盾构机模拟训练方法，优选地，在所述操作平台上进行操作指令的输入，由无线发射器进行模拟控制指令的发出，经控制系统的无线接收器接收模拟控制指令，并通过逻辑运算控制盾构机三维模型的相关部件的运动。

根据本发明的土压平衡盾构机模拟训练方法，优选地，还包括管片拼装模拟，具体包括以下步骤：

操控管片拼装模拟遥控器，发出拼装动作指令，由控制系统接收相应拼装动作指令，进而对盾构机三维模型中管片拼装部件进行操控；

在所述显示屏上进行动态模拟。

一种土压平衡盾构机模拟训练平台，包括：机架；操作琴台，用于进行模拟控制指令的发出；盾构机三维模型显示器，其用于盾构机三维模型的动态显示；和操作平台控制柜，其设置在所述机架上，用于接收所述模拟控制指令，并控制盾构机三维模型动作；其中，所述操作琴台设置在所述操作平台控制柜前部，所述盾构机三维模型显示器布设在所述操作平台控制柜的后部，在所述操作平台控制柜的中部设置有盾构机操作系统显示面板。

根据本发明的土压平衡盾构机模拟训练平台，优选地，所述操作琴台和所述盾构机操作系统显示面板均枢接设置在所述操作平台控制柜上。

根据本发明的土压平衡盾构机模拟训练平台，优选地，所述机架包括：后框架；侧框架，其与所述后框架可拆卸连接固定；和定位框架，在所述后框架和侧框架的顶部设置有多个定位孔，在所述后框架和侧框架的底部设置有多个万向轮；所述定位框架底部设置有定位块，所述定位块与所述定位孔对应插接，在所述定位框架上还设置有连接孔，所述操作平台控制柜通过连接螺栓匹配固定设置在所述连接孔上。

根据本发明的土压平衡盾构机模拟训练平台，优选地，所述操作平台控制柜后侧顶部设置有显示器安装架，所述盾构机三维模型显示器对应设置在所述显示器安装架上，所述机架或操作平台控制柜上设置有推手。

根据本发明的土压平衡盾构机模拟训练平台，优选地，还包括无线发射器和无线接收器，所述无线发射器与所述操作琴台连接，并发出模拟控制指令，所述无线接收器与所述操作平台控制柜连接，并接收模拟控制指令。

根据本发明的土压平衡盾构机模拟训练平台，优选地，还包括管片模拟拼装遥控器，所述管片模拟拼装遥控器顶部设置有提手，所述管片模拟拼装遥控器底部设置有急停开关。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本申请能够针对实际的盾构机操控平台进行设计，其操作琴台的布置结构，三维动态演示的盾构机动作模拟，均与实际操作环境一致，从而能够快速高效的培养盾构机操作员熟练的操作技能，便于进一步的熟悉盾构机工作机理和施工情况，提高盾构机操作员的综合素养；本申请对于整个训练平台的设计，满足了功能操作与直观的视觉感受相结合，同时其结构的设计，便于实现运输移动和维护，大大提高了其灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为根据本发明实施例的土压平衡盾构机模拟训练平台的结构示意图，其示出了各部件的位置关系。

图2为根据本发明实施例的土压平衡盾构机模拟训练平台的装配结构示意图，其示出了操作琴台和盾构机操作系统显示面板的拆分结构。

图3为根据本发明实施例的机架的结构示意图，其示出了机架中的各部件的连接结构。

图4为根据本发明实施例的操作琴台的结构示意图。

图5为根据本发明实施例的机架中定位框架的结构示意图，其示出了定位块和连接孔的位置。

图6为根据本发明实施例的管片模拟拼装遥控器的结构示意图，其示出了提手和急停开关的位置。

图中序号：

100为机架、101为后框架、102为侧框架、103为定位框架、104为定位孔、105为连接孔、106为定位块、107为万向轮；

200为操作琴台；

300为盾构机三维模型显示器、301为显示器安装架；

400为操作平台控制柜、401为盾构机操作系统显示面板、402为推手、403为无线接收器；

500为管片模拟拼装遥控器、501为提手、502为急停开关。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术特征和技术效果更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例公开了一种土压平衡盾构机模拟训练方法，包括以下步骤：

依托真实的盾构机结构，通过通过3dmax软件构建盾构机和隧道施工三维模型，并在显示屏上显示；

布设与盾构机相关动作对应的电气控制元器件，构建操作平台；模拟盾构机的相关动作，并进行模拟控制指令的输入；

由控制系统接收模拟控制指令，并根据逻辑运算控制三维模型的动作，实现盾构机三维模型的仿真运动，并在显示屏上进行动态模拟。

其中，在操作平台（操作琴台）上进行操作指令的输入，由无线发射器进行模拟控制指令的发出，经控制系统的无线接收器接收模拟控制指令，并通过逻辑运算控制盾构机三维模型的相关部件的运动。

还可以进行管片拼装模拟，具体包括以下步骤：操控管片拼装模拟遥控器，发出拼装动作指令，由控制系统接收相应拼装动作指令，进而对盾构机三维模型中管片拼装部件进行操控；在显示屏上进行动态模拟管片拼装的过程。

参见图1-图6，本实施例还公开了一种基于上述的模拟训练方法进行设计的土压平衡盾构机模拟训练平台，包括机架100、操作琴台200、盾构机三维模型显示器300和操作平台控制柜400，操作琴台200用于进行模拟控制指令的发出；盾构机三维模型显示器300用于盾构机三维模型的动态显示；操作平台控制柜400设置在机架100上，用于接收模拟控制指令，并控制盾构机三维模型动作；其中，操作琴台200设置在操作平台控制柜400前部，盾构机三维模型显示器布设在操作平台控制柜400的后部，在操作平台控制柜400的中部设置有盾构机操作系统显示面板401。

操作琴台200和盾构机操作系统显示面板401均枢接设置在操作平台控制柜400上，其可以通过合页或者铰接轴进行结构连接，实现操作琴台200和盾构机操作系统显示面板401的开合，便于进行系统维护，同时将操作琴台200和操作平台控制柜400进行模块化设计，便于拆装输送。

具体的，本实施例中为了提高训练平台的灵活性，便于拆卸组装装配，其机架100包括后框架101、侧框架102和定位框架103，侧框架102与后框架101可拆卸连接固定；在后框架101和侧框架102的顶部设置有多个定位孔104，在后框架101和侧框架102的底部设置有多个万向轮107；定位框架103底部设置有定位块106，定位块106与定位孔104对应插接，在定位框架103上还设置有连接孔105，操作平台控制柜400通过连接螺栓匹配固定设置在连接孔105上，其中定位孔104为设置在后框架101和侧框架102各端角处的方管，后框架101和侧框架102之间设置有对应的连接板，通过螺栓连接固定，定位框架103通过角铁焊接而成，在各端角设置定位块106，在角铁上开设连接孔105，用于连接操作平台控制柜400。

其操作平台控制柜400呈l型，操作平台控制柜400后侧顶部设置有显示器安装架301，盾构机三维模型显示器300对应设置在显示器安装架301上，且盾构机三维模型显示器300向前下方倾斜设置，在机架100或操作平台控制柜400上设置有推手402，用于推拉训练平台。

对于信号的传输，本实施例中采用无线发射器和无线接收器403，无线发射器与操作琴台200连接，并发出模拟控制指令，无线接收器403与操作平台控制柜400连接，并接收模拟控制指令。

本实施例中还设置有管片模拟拼装遥控器500，其与真实管片拼装遥控器具有相同的部件和相同的功能，在管片模拟拼装遥控器500顶部设置有提手501，管片模拟拼装遥控器底部设置有急停开关502，根据隧道施工现场管片拼装过程进行三维动画模拟仿真运动，由遥控器发出操作指令，并由无线发射器和无线接收器403进行信号的输送，经过操作平台控制柜400进行逻辑运算，实现三维模型的动作，并显示。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。