دوشنبه, 02 شهریور 1394 ساعت 17:30

مقاله تشخیص و بهینه سازی مصرف انرژی از طریق دستگاه های تونل پوسته ای با استفاده از یک آنالیز مرکب مکانیکی و رگرسیون

نوشته شده توسط 
این مورد را ارزیابی کنید
(0 رای‌ها)
مقاله تشخیص و بهینه سازی مصرف انرژی از طریق دستگاه های تونل پوسته ای  با استفاده از یک آنالیز مرکب مکانیکی و رگرسیون

ادامه مطلب را مطالعه کنید

 

تشخیص و بهینه سازی مصرف انرژی از طریق دستگاه های تونل پوسته ای

 با استفاده از یک آنالیز مرکب مکانیکی و رگرسیون

چکیده

این مقاله یک روش تشخیص و بهینه سازی را برای مصرف انرژی یک دستگاه تونل پسته ای معرفی می کنند. انرژی ویژه، تعریف شده با عنوان انرژی مصرفی برای استخراج یک حجم واحد از زمین معیار خوبی از اثربخشی کار یک دستگاه پوسته ای می باشد. یک مدل از انرژی ویژه با استفاده از یک آنالیز مکانیکی قبل از انجام آنالیز رگرسیون داده های درون سایت ایجاد شد. آنالیز مکانیکی سیستم پوسته زمینی مسأله چند پارمتری غیرطولی را بیان کرده و سپس فرآیند رگرسیون چندگانه غیرطولی با استفاده از داده های درون سایت یک پروژه متروی ویژه در کشور چین انجام شد.که تناسب خوب بین داده های ثبت شده و نتایج پیگیری شده از طریق مدل با استفاده از آزمایش داده ها بدست می آید. نهایتاً تأثیر برش عمق در هر تبدیل بر انرژی ویژه بحث شد. رده های مطلوب عمق برش تحت شرایط متفاوت زمین شناسی در بهبود اثربخشی تونل سازی مهیا شدند.

1) مقدمه

یک دستگاه تونل پوسته ای قطعه بزرگی از تجهیزات ساخت مورد استفاده در تونل سازی می باشد. از آن بطور گسترده ای در ساخت با شرایط پیچیده زمین شناسی استفاده می شود.  کارآیی استخراج دستگاه یک مسأله غیرطولی بوده و به عوامل مختلفی بستگی دارد که با یکدیگر جفت می شوند.  بنابراین یک مدل قابل اجرا موثر برای محاسبه مصرف انرژی در طول استخراج لازم می باشد آنچنان اساسی بهینه سازی طرح دستگاه در رسیدن به کارایی بالا در کل شرایط می باشد.

مطالعات گوناگونی متمرکز بر مصرف انرژی و کارآیی دستگاه ها وجود دارد. بعنوان مثال برناردو کالیامباکوز (2004) مدلی از یک میزان پیشرفت TBM را با توجه به شرایط زمین شناسی از طریق کاربرد شبکه های مصنوعی توسعه دادند.

گریما (2000) اجرای TBM را با استفاده از یک روش neuro-fuzzy آنالیز کرد. زمانی که انرژی ویژه کندن سنگ ابتدا بعنوان شاخصی از کارآیی مکانیکی طی فرآیند کار با سنگ ارائه شد توجه زیادی به این ناحیه جلب شد.

انرژی ویژه یک برش دهنده صفحه برش عرضی در سنگ با استفاده از روش منطقی Fuzzy پیشگویی شد (آکاروگلا 2008). تأثیر پرورش دهنده واقع بر انرژی ویژه در آزمایشات برش صفحه آزمایشگاهی بررسی شد. رابطه بین انرژی ویژه و میزان نفوذ از طریق آزمایشات کندن سنگ کشف شد. بنابراین مطالعات در اصل بر کارآیی شکست سنگ توسط یک برش دهنده تمرکز کرده اند تلاش کمی در پیشرفت کارآیی دستگاه اختصاصی یافته است بنابراین این مقاله هدف در انتشار مدل کارآیی دستگاه و یافت روش هایی برای کاهش مصرف انرژی در مدل تونل سازی دارد فرآیند استخراج یک دستگاه با جفت سازی چند پارامتری غیر طولی بوده و تحت تأثیر عوامل نامشخص و تصادفی زیادی می باشد. متناوباً بسیار مشکل است که یک مدل مصرف انرژی جامع و دقیق از کل دستگاه با توجه به روش آنالیز مکانیکی بدست آورد.

در سالهای اخیر روش های جدید بهبود فرآیند مدلسازی بدلیل تراکم تدریجی داده های درون سایت از پروژه های تونل سازی با استفاده از دستگاه ها و توسعه سریع تکنولوژی استخراج داده ها توسعه یافته اند. این روش ها می توانند قوانین ارزشمندی را از بسیاری سناریوهای مهندسی استخراج کنند و نتایج را سریعاً می توان برای اجرا در تجربه مهندسی به یک بازدهی مفید تبدیل کند. بعنوان مثال نفوذپیری TBM در شرایط سخت کار با یک سیستم طبقه بندی توسعه یافته بررسی شد. روش گرسیون چندگانه غیرطولی که نتفاوت از رگرسیون غیر طولی مرسوم می باشد دریافت مدل بیان کننده رابطه بین متغیر وابسته و یک سری متغیرهای غیروابسته استفاده می گردد. از آن بطور گسترده ای در مسائل مهندسی پیچیده استفاده می گردد بنابراین هنوز مسائلی در بکارگیری این روش وجود دارد.

ابتدا، بطورکلی یافت یک مدل که شامل تأثیر کامل کل عوامل گرو ساده نمی باشد. بعنوان مثال یک مدل رگسیون طولی بین شاخص نفوذپذیری زمینه ای و پارامترهای ویژه سنگ اجرا شد (حمیدی، 2010). دوم، تعادل ابعادی اهمیت زیادی در دلسازی و طراحی دارد. تضمین می گردد که ضرایب نامشخص در مدل بدون بعد می باشد بنابراین مدلی می تواند کارآیی گسترده تری داشته باشد بنابراین هر مطالعه ای که از روش رگرسیون چندگانه غیرطولی استفاده کند تعادل بعنوان مثال میزان نفوذ، قدرت فشردگی تک محوری سنگ همه بطور یکسان در آنالیز رگرسیون یاگیز(2008). بدون بیان تفاوت بعدی بیان آنها بکار گرفته شد مشکلات بالا را می توان از طریق ارائه یک آنالیز مکغانیکی حل کرد که بر مکانیسم آنالیز رگرسیون تمرکز دارد. یک آنالیز مکانیکی دریافت نمونه بیان رگرسیون چندگانه غیرطولی مفید مب یاشد در این تجلی بدست آمده را می توان بصورت ابعادی تعدیل کرد و عوامل بیشتری را القا کرد. این مزایای این روشها را ترکیب کرده و تضمین می کند که مدل عملی، موثر و قابل اجرا می باشد.

در این مقاله یک روش دقیقتر در تحقیق مصرف انرژی دستگاه پیشنهاد می گردد و اثربخشی کار آن را بهبود می بخشد .

ما در ابتدا انرژی ویژه ای را در طول استخراج تعریف کرده و نشان می دهیم کدام عوامل بر مصرف انرژی تأثیرگذارند. پس یک مدل در پیشگویی مصرف انرژی بر اساس یک آنالیز مکانیکی فرآیند استخراج و آنالیز رگرسیون چندگانه غیر طولی داده های داخل سایت از یک پروزه متروسازی در کشور چین منتشر می گردد. بیان انرژی ویژه ارائه شده در این مقاله تأثیر کامل حرکت بار شرایط زمین شناسی و موقعیت کار را ارائه کرد. بعلاوه این مدل با استفاده از یک گروه داده های مستقل درون سایت تأئید می شود. نهایتاً تأثیر عمق برش در شرایط متفاوت زمین شناسی بر انرژی ویژه با استفاده از بیان انرژی ویژه بحث شده و پیشنهادات مختلف اجرا در بهبود کارآیی استخراج دستگاه مهیا می گردد.

 

2. مصرف انرژی در طول استخراج پوسته

کارآیی بالا در استخراج پوسته مهم است کارآیی بعنوان سرعت تونل سازی با هر مقدار انرژی تعریف می شود. کارآیی استخراج تحت تأثیر عوامل گوناگون مانند بار حرکتی، شرایط زمین شناسی و موقعیت کار می باشد.

در طول تونل سازی دستگاه با انرژی گشتاور حرکت داده می شود. این انرژی مصرف شده مدام دستگاه را به جلوحرکت می دهد وگشتاوری سر برش رابرای حرکت زمین می چرخاند. بعلاوه بار از طریق پارامتر های زمین شناسی و کاربردی مشخص می گردد. انرژی ویژه تعریف شده بعنوان مصرف انرژی استخراج واحداز زمین شاخص منطقی در بیان کارایی پوسته می باشد و می توان اینگونه نوشت که:

معادله (1)

 ES (kg/m3) یک انرژی ویژه t(lnm), (kn)f انرژی گشتاور و حرکتی دستگاه می باشد،  ((m/rev به عمق برش اختصاص دارند ( این یک پارامتر مهم تاثیر گذار بر سرعت پیشرفت و سرعت گردش سر برش می باشد) و (m) D قطر سربرش است. طبق معادله (1) انرژی ویژه در اصل بستکی به حرت بار و عمق نفوذ دارد. بادها تحت تاثیر پارامتر های زمین شناسی و کاربرد می باشد بنابراین آن پارامترها بد لیل واکنش پیچیده پوسیته زمین در طول استخرج مستقل نمی باشد بنابارین مهم است سیستم مکانیکی پوسته زمین را در بیان دقیق تاثیر پارامترهای کلیدی انرژی ویژه مهم است.

3) مدل تشخیص برای انرژی ویژه

1-3 آنالیز مکانیکی استخراج پوسته

در طول فرایند تونل سازی دستگاه زمین اطراف آن یک سیستم مکانیکی جفتی بدلیل واکنش پیچیده بین آنها نشان می دهند بنابراین یک آنالیز از ویژگی های مکانیکی سیستم کمک کرده تا نکانیسم تونل سازی و تاثیر پارامتر های گوناگون بر مصرف انرژی نشان داده شوند.

شکل 1 آنالیزمکانیکی کار دستگاه را در زمین نشان می دهد. طبق معادله تعادل بارهای حرکتی ترکیبی از تعدادی بخش ها می باشد.

نیروی thrust در اصل شامل نیروی اصطکام بین سطح پوسته و زمین (f) فشار زمین بر سطح استخراج f2 و حرکت نیرو بین سر برش زمین حفر شده در طول فرایند F3 می شو د بعلاوه نیروی گشتاور و ر اصل شامل گشتاور بین سطح جانبی و سر برش t1 ف افزایش نیروی گشتاور در t2 نیروی گشتاور حاصل از شکست و نیروی برش بین سربرش و زمین t3 می شود. اجزای باز، که از نواجی گونانگون می آیند با ویژگی های مربوط به آنها تغییر می کنند. بعضی اجزا در طول استخراج نسبتاً ثابت بو ده و می توان بدون داشتن رابطه با پارامتر های کاربردی مانند اصطکاک پوسته زمین f1 ثابت می باشند. اجزای یگر از طریق دانش پیچیده بین سر برش و زمین سطح کندن مشخص می گردند. بنابارین انها با استفاده با تنظیمات کاربرد همچون نیروی گشتاور حاصل از واکنش سر برش زمین t3 تغییر می کند.برا اساس آنالیز مکانیکی بالا بارهای پوسته به بارهای خراجی و بارهای کاربردی در این مقاله تقسیم می گردند. بار های خارجی که مربوط به پارامتر های زمین شناسی می گردند قطر پوسته ومرز خارجی در طول کندن نسبتاً ثابت می باشند. بنابراین آنها را می توان مستقل از پارامتر های کاربر دی مورد توجه قرار داد از سوی دیگر بارهای کاربردی دینامیک و مستقیماً مربوط به واکنش بین سر برش و زمین سطح کندن می باشد. بنابراین آنها از طرق پارامتر های کاربردی زمین شناسی مشخص می گردند. طبقه بندی بارهای خارجی و کاربدی روشهای متفاوتی رابیان می کنند که پارامتر ها بر بار ها تاثیر می گذارندو بسیار مهم است که مساله چند پارامتری غیر طولی کندن پوسته بسیار مفید می باشد.

2-3 انرژی ویژه مدلسازی در طول کندن

انرژی ویژه یک دستگاه کار رابطه نزدیکی با بار حرکتی دارد و بار از طریق شرایط زمین شناسی و حالت کار مشخص می گردد و این نیاز دارد که مدل بار ابتدا ساخته شو د. براساس آنالیز مکانیکی فرایند کندن و طبقه بندی بار، بار خارجی و مدل بار کاربردی جداگانه در این مقاله ابتدا ساخته می شوند. بار کاربردی واکنش اصطکاکی وبرش را بین سر برش وزمین کنده شده حین تونل سازی بازتاب می کند. در نتیجه پارامتر های کاربردی زمین شناسی شاخص های مهم بار کار می باشد. بار خارجی به کل اجزای بار دیگر بجز همگذاری بین جلوی سر برش وزمین بر می گردد. بنابراین با این حالت کار هیچ چیز انجام نمی شود اما در اصل با شرایط زمین شناسی قطر پوسته حدود بالایی تغییر می کند. بنابراین گروهی از مدلهای بار چند اسمی را می توان براساس تعدی ل مکانیکی و تعدیل بعد پارامتر ها بدست آورد. ابتدا آنالیز مکانیکی بالا برای فرایند کار دستگاه به تشخیص پارامتر های کلیدی در مدل بار کمک می کند. بار کاربردی در اصل تحت تاثیر ظرفیت تحمل زمین (kn)، عمق برش  (mm/rev) می باشد. بار خارجی از ظرفیت تحمل زمین تاثیر پذیرد. فشار (mpo) تاثیر مرز خارجی و قطر دستگاه را مشخص می کنند. دوم، معادلات باید بعد تعدیل یافتهای باشند که ضرایب نامشخص در مدل را بدون بعد تضمین می کند و این به تشخیص روش کار این پارامتر ها بر روی بار کمک می کند. بعلاوه نماید بین بارها و قطر پوسته (هیدل 1996) مورد پذیرش گسترده در زمینه طراحی پوسته وساخت آن شده است این منبع مهمی در تشخیص روشنی می دهد که قطر پوسته بر بارها در فرایند مدلسازی تاثیر می گذراد. متناوباً مدلها بار اینگونه بدست می آیند.

معادله (2)

که t(knm), f(kn) نیروهای گشتاور و thrast برای حرکت دستگاه te, fe اجزای بار خارجی t0, f0 اجرای بار کاربردی می باشد. W(kpa) ظرفیت تحمل بار زمین بوده که شرایط زمین شناسی را بازتاب می کند (mm/rev)  عمق برش، p(mpa) فشار و D(M) قطر پوسته می باشد. بعلاوه C, B,A ضرایب بدون بعد مشخص شده از طریق آنالیز رگرسیون داده های درون سایت می باشد.

طبق معادلات (2) و (3) زمانی که یک دستگاه زمین نرمتری را بکند (مربوط به ظرفیت تحمل بار کمتر) شرابط بار کاهش خواهد یافت تحت شرایط زمین شناسی یکنواخت سرعت پیشرفت بیشتر یا سرعت چرخش کمتر بزرگتر از بار می باشد. (مربوط به عمق برش بیشتر ).

بعلاوه بار زمانی که دستگاه در زمین عمیقتر باشد بالا می رود (مربوط به فشار بیشتر).

بر اساس آنالیز بالا با تلاش در حل مساله بار غیر طولی عبارت انرژی ویژه می توان با قراردادن مدل بار در عبارت انرژی ویژه در بخش 2 معادله (1) حرکت داد. (معادله 4)

که ES(KY/M3) انرژی ویژه دستگاه GE, FE, CE, BE, AE ضرایب مشخص شده با آنالیز داده های داخل سایت می باشند. فرایند مدلسازی در این مقاله در شکل 2 آمده است. این مدل غیر طولی می تواند تاثیر سه نوع پارامتر هسته ای را بر انرژی ویژه شامل بار، پارامترهای زمین شناسی و کاربردی بیان کند. بنابراین قراردادن اساس آنالیز اجرای پوسته ای برای این مدل پیشنهادات مفیدی در بهبود کارایی تونل سازی می دهد و سرعت پیشرفت و سرعت چرخش مهمترین پارامتر های کاربردی در طول تونل سازی بود. باید آنها را به عنوان شرایط زمین شناسی تعدیل کرد  در نتیجه تنظیم و تعدیل عمق برش مهمترین مساله حل شده برای تونل سازی است.

4. طراحی عملکرد بهینه سازی کارایی

برای تشخیص ضرایب بدون بعد یک آنالیز بیشتر از مدل مصرف انرژی با داده های درون سایت از پایگاه داده های پروژه انجام می گردد. یک دستگاه تبدیل فشار زمین با قطر m3/6 در این پروژه استفاده شد. شرایط زمین شناسی در اصل شامل خاک، خاک رس، سیلت و شن سیلتی با مرز m15-10 می شود. یک برش عرضی زمین شناسی، در شکل 3 آمده است. ظرفیت تحمل بار زمین مورد استفاده در این آنالیز از حفره ها ارزیابی شد. دستگاه حسگرهایی را نصب کرده و پارامترهای کاربردی را می توان به طور خودکار در طول کار آن ثبت کرد. کل این کنترل پارامترهای کاربردی و گزارش تحقیقاتی زمین شناسی حرفه ای موارد داده هایی را برای این تحقیق مهیا سازند. داده های 316 رینگ در آنالیز رگرسیون استفاده می گردند. گروه دیگری داده های مستقل شامل 260 رینگ برای آزمایش مدل درنظر گرفته می شود.

جدول 1 آمار توصیفی اساسی برای سری داده های استفاده شده نشان دهد. با استفاده از یک SPSS پکیج آماری برای تکمیل رگرسیون داده ها مدل بار را می توان به صورت زیر مشخص کرد.      معادله 5 و 6 و 7

عبارت بالا تاثیر انواع متفاوت پارامترها پرانرژی  دیزه را بیان می کند انرژی ویژه رابطه مثبتی با ظرفیت بارز زمین شناسی و یک ارتباط پیچیده قوی با عمق برش دارد. شکل 4 مقایسه بین داده های محاسبه شد و داده های ثبت شده در سایت از انرژی ویژه برای داده های 316 رینگ می باشد که بسیار موافق می باشند. به علاوه نموداری از شفافیت بین پیشگویی های مدل و داده های آزمایشگاهی در شکل 5 آمده است. انرژی ویژه مدرن سایت ویژه محاسبه شده با ورود داده های درون سایت در معادله (1) می باشد.

در تایید اعتبار مدل انرژی ویژه گروه دیگر داده ها از 260 رینگ پروژه مترو پیشگویی می کرد. این گروه داده های درون سایت با شرایط مشابه زمین شناسی مستقل بوجود بوده و در آنالیز رگرسیون استفاده نمی گردد. دقت نتایج پیشگویی توسط نمودار در رابطه  عرضی در شکل 6 داده می شوند. یک نمودار آماری برای آزمایش داده ها نیز در شکل 7 آمده است. نتایج بیان می کنند که مدل انرژی ویژه براساس آنالیز مکانیک و رگرسیون داده های درون سایت را می توان در پیشگویی و آنالیز اجرای دستگاه به کار گرفت. رابطه بین انرژی ویژه و عمق برش تحت شرایط متفاوت زمینی در شکل 8 ، آمده اند. در طول تونل سازی اولیه پوسته با عمق برش کم پیش می رود اما انرژی ویژه زیادی دارد. یک افزایش کم عمق برش در این زمان انرژی ویژه را سریعاً کاهش خواهد داد. با افزایش عمق برش انرژی ویژه کنترل افت کرده تا به حداقل نقطه بیشترین کارایی برسد. انرژی ویژه سپس افزایش می یابد. به علاوه انرژی ویژه زمانی سریعتر افزایش می یابد که دستگاه زمین سفت تر را بکند. بنابراین یک رده مطلوب برای برش عمق وجود دارد که مستقیماً با شرایط زمین شناسی رابطه وجود دارد. افزایش عمق برش کارایی حرکت را کاهش خواهد دارد.

نتیجه گیری

تشخیص و بهینه سازی مصرف انرژی برای یک دستگاه در این مقاله با استفاده از روش آنالیز مکانیکی و رگرسیون بررسی می گردد. انرژی ویژه ای که کارایی تونل سازی را بازتاب می کند رابطه جفتی با بار حرکتی، شرایط زمین شناسی و موقعیت کار دارد. مدل تشخیصی برای انرژی ویژه از طریق آنالیز مکانیکی فرایند آنالیز رگرسیون چندگانه غیرطولی داده های درون سایت از یک پروژه مترو انتشار می گردد. تعدیل مکانیکی و تعدیل ابعادی در فرایند مدلسازی مورد توجهند. آزمایش براساس داده های مستقل نشان دهد ه مدل پیشنهادی این مقاله یک روش علمی  مفید در پیشگویی مصرف انرژی می باشد. این همچنین تاثیر عوامل مهم بر انرژی ویژه را بیان می کند که آنالیز بیشتری را نشان می دهد که انرژی ویژه ابتدا افت کرده و عمق برش بالا می رود. می توان نتیجه گرفت که عمق برش مربوط به کارایی بالای تونل سازی در شرایط ویژه وجود دارد. این کار منبع مهمی در طراحی دستگاه و تعدیل تونل سازی می باشد و دقت مساله غیرطول چند عامل را بهبود می بخشد.

 

بازدید 534 بار آخرین ویرایش در دوشنبه, 02 شهریور 1394 ساعت 17:30

نظر دادن

از پر شدن تمامی موارد الزامی ستاره‌دار (*) اطمینان حاصل کنید. کد HTML مجاز نیست.