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一种TBM滚刀状态监测方法

阅读：787发布：2023-03-11

专利汇可以提供一种TBM滚刀状态监测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种TBM 滚刀状态监测方法，目的是提供一种TBM滚刀状态监测方法，即：通过高精度位置传感器并建立相应坐标系来确定TBM滚刀磨损、破损之后的几何轴线；利用应变片和加速度传感器监测TBM滚刀在工作过程中轴承的圆周力、轴向力、径向力的波动；由几何轴线与力的波动相结合进而精准判断TBM滚刀是否可以继续正常工作。，下面是一种TBM滚刀状态监测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种TBM滚刀状态监测方法，其特征在于：步骤如下：
步骤一：在平行于TBM滚刀的安装轴线方向上且距离TBM滚刀安装轴线的距离为L处布置n个位置传感器，编号分为是i＝1～n，且n个位置传感器对称分布于过TBM滚刀宽度二分之一处的轴截面；
步骤二：在位置传感器布置所在的直线与TBM滚刀的安装轴线这两条直线所在的平面上建立xoy 坐标系，传感器所在的直线为x轴，过TBM滚刀宽度二分之一处的点且垂直于TBM滚刀安装轴线的直线为y轴，则第i个位置传感器的坐标为(xi，0)；
步骤三：x轴与TBM滚刀安装轴线的距离为L，则TBM滚刀的理论几何轴线在所建立的xoy的坐标系中的直线方程为：y＝L；
步骤四：测量每个位置传感器在所对应位置的径向尺寸，在整个圆周上每隔45度测一组数据，一共测8组且编号为j＝1～8，第i个位置传感器在位置j上所测得径向尺寸值记为rij，计算第i个位置的位置传感器所对应位置的径向尺寸的平均值
步骤五：位置传感器在整个圆周上每隔45度处采集一组数据，第i个位置传感器在位置j上所采集的数据记为lij，其中把l1j到lnj数组记为Lj：Lj＝(l1j，l2j，l3j，l4j，l5j，…lij…，lnj)；
步骤六：重复步骤五，测得w组Lj，第i个位置传感器在位置j上第k组的测量值记为lijk，其中k＝1～w；
步骤七：计算lij的平均值
步骤八：第i个位置传感器的横坐标为xi，计算圆周位置j的实际几何轴线在xi的纵坐标yij：则在圆周位置j上所得到的实际几何轴线的估计坐标为(xi，yij)；
步骤九：根据在圆周位置j上所测量并计算得到的坐标点(xi，yij)，利用拉格朗日插值法拟合通过圆周位置j轴截面的几何轴线，其计算公式为：
拟合曲线函数：
步骤十：给定一个允许范围ε，使得|uj-L|≤ε，则TBM滚刀刀圈正常工作，若|uj-L|＞ε则TBM滚刀刀圈严重损坏；
步骤十一：在TBM滚刀安装部位的轴承内圈与轴接触的内壁，沿着圆周均匀贴置四个应变片，分别编号为a、b、c、d，测量轴承的径向力Fr；
步骤十二：在轴承外圈与刀毂接触的端部沿着圆周均匀贴置m个应变片，测量轴承的轴向力Fa；
步骤十三：在轴承外圈安装一个加速度传感器，测量轴承的加速度a，检测轴承圆周力Ft；
步骤十四：将步骤十一、步骤十二贴置的应变片外接于动态应变仪与光线示波器，将步骤十三安装的加速度传感器接入示波器，根据示波器显示的波形来监测盘形滚刀是否可以继续正常工作。
2.根据权利要求1所述的一种TBM滚刀状态监测方法，其特征在于：n取11。
3.根据权利要求1所述的一种TBM滚刀状态监测方法，其特征在于：m＝4，且应变片分别编号为e、f、g、h。

说明书全文

一种TBM滚刀状态监测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种TBM滚刀状态监测方法，属于TBM掘进施工中滚刀在线测量检测与寿命预测的技术领域。

背景技术

[0002] TBM滚刀是一种破碎坚硬岩石的挖掘工具，其作用是切割掌子面岩石并将岩石从掌子面上剥落下来。广泛应用于地下空间工程中的地铁隧道、铁路隧道、引水隧道、地下矿物开采隧洞以及城市地下管网的施工作业。其工作环境极其恶劣，人工检修困难，在工作过程中容易突发性的损坏导致无法正常工作。因此，需要对正在工作的TBM滚刀进行监测与判断是否还能继续正常工作。目前，国内外还没有运用本专利发明方法中的几何轴线法，来监测TBM滚刀在工作过程中突然损坏以至于无法正常继续工作的监测方法。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为提供一种TBM滚刀状态监测方法，通过高精度位置传感器并建立相应坐标系来确定TBM滚刀磨损、破损之后的几何轴线；利用应变片和加速度传感器监测TBM滚刀在工作过程中轴承的轴向力Fa、径向力Fr，圆周力Ft的波动；由几何轴线与力的波动相结合进而精准判断TBM滚刀是否可以继续正常工作。

[0004] 本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

[0005] 步骤一：在平行于TBM滚刀的安装轴线方向上且距离TBM滚刀安装轴线的距离为L处布置n个位置传感器，编号分为是i＝1～n，且n个位置传感器对称分布于过TBM滚刀宽度二分之一处的轴截面；

[0006] 步骤二：在位置传感器布置所在的直线与TBM滚刀的安装轴线这两条直线所在的平面上建立xoy坐标系，传感器所在的直线为x轴，过TBM滚刀宽度二分之一处的点且垂直于TBM滚刀安装轴线的直线为y轴，则第i个位置传感器的坐标为(xi，0)；

[0007] 步骤三：x轴与TBM滚刀安装轴线的距离为L，则TBM滚刀的理论几何轴线在所建立的xoy的坐标系中的直线方程为：y＝L；

[0008] 步骤四：测量每个位置传感器在所对应位置的径向尺寸，在整个圆周上每隔45度测一组数据，一共测8组且编号为j＝1～8，第i个位置传感器在位置j上所测得径向尺寸值记为rij，计算第i个位置的位置传感器所对应位置的径向尺寸的平均值

[0009]

[0010] 步骤五：位置传感器在整个圆周上每隔45度处采集一组数据，第i个位置传感器在位置j上所采集的数据记为lij，其中把l1j到lnj数组记为Lj：Lj＝(l1j，l2j，l3j，l4j，l5j，…lij…，lnj)；

[0011] 步骤六：重复步骤五，测得w组Lj，第i个位置传感器在位置j上第k组的测量值记为lijk，其中k＝1～w；

[0012] 步骤七：计算lij的平均值

[0013] 步骤八：第i个位置传感器的横坐标为xi，计算圆周位置j的实际几何轴线在xi的纵坐标yij：则在圆周位置j上所得到的实际几何轴线的估计坐标为(xi，yij)；

[0014] 步骤九：根据在圆周位置j上所测量并计算得到的坐标点(xi，yij)，利用拉格朗日插值法拟合通过圆周位置j轴截面的几何轴线，其计算公式为：

[0015]

[0016] 拟合曲线函数：

[0017] 步骤十：给定一个允许范围ε，使得|uj-L|≤ε，则TBM滚刀刀圈正常工作，若|uj-L|＞ε则TBM滚刀刀圈严重损坏；

[0018] 步骤十一：在TBM滚刀安装部位的轴承内圈与轴接触的内壁，沿着圆周均匀贴置四个应变片，分别编号为a、b、c、d，测量轴承的径向力Fr；

[0019] 步骤十二：在轴承外圈与刀毂接触的端部沿着圆周均匀贴置m个应变片，测量轴承的轴向力Fa；

[0020] 步骤十三：在轴承外圈安装一个加速度传感器，测量轴承的加速度a，检测轴承圆周力Ft；

[0021] 步骤十四：将步骤十一、步骤十二贴置的应变片与外接于动态应变仪与光线示波器，将步骤十三安装的加速度传感器接入示波器，根据示波器显示的波形来监测盘形滚刀是否可以继续正常工作。

[0022] 本发明还包括这样一些结构特征：

[0023] 1.n取11。

[0024] 2.m＝4，且应变片分别编号为e、f、g、h。

[0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用高精度位置传感器并建立相应的坐标系，测量并计算TBM滚刀的实际几何轴线离散点的坐标，利用拉格朗日插值法和所得的坐标点拟合成一条连续的曲线，这条拟合曲线近似为TBM滚刀的实际几何轴线，由拟合曲线能准确判断TBM滚刀的磨损程度；若利用几何轴线检测不出，则进一步利用应变片和加速度传感器准确的动态监测TBM滚刀在工作过程中是否继续正常工作。附图说明

[0026] 图1是本发明n＝11的位置传感器布置与坐标系xoy位置图；

[0027] 图2是本发明应片贴置在TBM滚刀中主视图；

[0028] 图3是图2的A-A剖面图；

[0029] 图4是图2的B-B剖面图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

[0031] 结合图1至图4，本发明是一种TBM滚刀状态监测方法，包括以下步骤：

[0032] 步骤一：选择n个高精度位置传感器，选用推荐值n＝11时位置传感器如附图“图1”，把选好的位置传感器布置在平行于TBM滚刀的安装轴线方向上，距离TBM滚刀安装轴线的距离为L，且对称分布于过TBM滚刀宽度二分之一处的轴截面,编号为i＝1～n(推荐值为n＝11)。

[0033] 步骤二：设置坐标系如附图“图1”，在位置传感器布置所在的直线与TBM滚刀的安装轴线这两条直线所在的平面上建立xoy坐标系，传感器所在的直线为x轴，过TBM滚刀宽度二分之一处的点且垂直于滚刀安装轴线的直线为y轴，第i个位置传感器的坐标位(xi，0)。

[0034] 步骤三：x轴与TBM滚刀安装轴线的距离为L，则TBM滚刀的理论几何轴线在所建立的xoy的坐标系中的直线方程为：y＝L。

[0035] 步骤四：取标准的、无磨损的TBM滚刀、以及无损坏的安装部位，测量每个传感器在所对应位置的径向尺寸，在整个圆周上每隔45度测一组数据，一共测8组且编号为j＝1～8，第i个位置传感器在位置j上所测得径向尺寸值记为rij，计算第i个位置传感器所对应位置的径向尺寸的平均值

[0036]

[0037] 步骤五：取所需检测的TBM滚刀，位置传感器在整个圆周上每隔45度处采集一组数据，第i个位置传感器在位置j上所采集的数据记为lij，其中把l1j到lnj数组记为Lj：Lj＝(l1j，l2j，l3j，l4j，l5j，…lij…，lnj)。

[0038] 步骤六：重复步骤五，测得w组Lj，第i个位置传感器在位置j上第k组的测量值记为lijk，其中k＝1～w。

[0039] 步骤七：计算lij的平均值

[0040] 步骤八：第i个位置传感器的横坐标为xi，计算圆周位置j的实际几何轴线在xi的纵坐标yij：则在圆周位置j上所得到的实际几何轴线的估计坐标为(xi，yij)。

[0041] 步骤九：根据在圆周位置j上所测量并计算得到的坐标点(xi，yij)，利用拉格朗日插值法拟合通过圆周位置j轴截面的几何轴线，其计算公式为：

[0042]

[0043] 拟合曲线函数：

[0044] 步骤十：几何轴线决定TBM滚刀的工作状态，若几何轴线发生变化，TBM滚刀一定发生变化，所以，通过监测几何轴线，可知TBM滚刀工作状态。综合考虑测量误差、计算误差以及磨损允许的范围，给定一个允许范围ε，若|uj-L|＞ε，则TBM滚刀刀圈严重损坏(进行报警处理)；若|uj-L|≤ε，则TBM滚刀刀圈正常工作，则进一步通过下面的力能参数，来辨识滚刀状态。

[0045] 步骤十一：在TBM滚刀安装部位的轴承内圈与轴接触的内壁，沿着圆周均匀贴置四个应变片，分别编号为a、b、c、d，测量轴承的径向力Fr。

[0046] 步骤十二：在轴承外圈与刀毂接触的端部沿着圆周均匀贴置m个应变片(推荐值为m＝4，分别编号为e、f、g、h)，测量轴承的轴向力Fa。

[0047] 步骤十三：在轴承外圈安装一个加速度传感器，测量轴承的加速度a，根据公式Ft＝ma(m为轴承外圈以及TBM滚刀刀圈、刀毂的质量)检测轴承圆周力Ft。

[0048] 步骤十四：将步骤十一、步骤十二贴置的应变片与外接于动态应变仪与光线示波器，将步骤十三安装的加速度传感器接入示波器，根据示波器显示的波形来监测盘形滚刀是否可以继续正常工作。

[0049] 步骤十四：将步骤十一、步骤十二贴置的应变片与外接于动态应变仪与光线示波器，将步骤十三安装的加速度传感器接入示波器，根据示波器显示的波形来判断TBM滚刀是否正常工作；若轴向力Fa、径向力Fr、圆周力Ft骤变，则TBM滚刀一定有严重损坏的地方，不能继续正常工作；若轴向力Fa、径向力Fr、圆周力Ft骤变，则TBM滚刀属于正常工作的范围。

[0050] 综上，本发明属于测量检测技术领域，具体涉及一种TBM滚刀状态监测方法，其目的是提供一种TBM滚刀状态监测方法，即：通过高精度位置传感器并建立相应坐标系来确定TBM滚刀磨损、破损之后的几何轴线；利用应变片和加速度传感器监测TBM滚刀在工作过程中轴承的若轴向力Fa、径向力Fr、圆周力Ft的波动；由几何轴线与力的波动相结合进而精准判断TBM滚刀是否可以继续正常工作。

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一种TBM滚刀状态监测方法

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