全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测方法技术

本发明专利技术提供了全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测方法，通过一种应变计优化布置方案，对已有的应变计进行了总体合理性布局，这既能减少应变的数量又能较大限度的了解到连接处紧固螺栓变形情况。另外，提出了一种螺栓变形扩散修正法，来计算连接处紧固螺栓之间变形相互影响下的螺栓实际变形，这实现了对TBM工作时连接位置紧固螺栓应变状态长期实时监测，及时提醒操作人员维护检修，防止TBM连接处紧固螺栓发生疲劳破坏，确保TBM安全可靠地进行工作。

【技术实现步骤摘要】
全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测方法
本专利技术涉及一种全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测方法，属于全断面岩石掘进机地下施工实时监测

技术介绍
随着社会的进步与发展，各行各业自动化程度越来越高，全断面岩石掘进机(TBM)以其速度快效率高的优点，在交通，油气管道等诸多方面得到了广泛应用。全断面岩石掘进机在作业环境较为复杂多变，这就造成了较为强烈的振动，又由于其机身较为庞大，各部分以紧固螺栓进行连接，强烈的振动往往造成连接螺栓处变形严重，甚至造成螺栓断裂，直接影响TBM正常的工作。TBM主机系统主要包含刀盘、盾体、主梁等关键部位(如图1)，刀盘与盾体、盾体与主梁以及主梁之间均是由以紧固螺栓进行连接的，恶劣的掘进条件往往造成剧烈的振动这就导致各部分连接位置紧固螺栓处的剧烈变形，为了防止连接紧固螺栓处变形断裂，必须掌握TBM连接处紧固螺栓的应变情况。建立一套实时监测系统对TBM各部分连接处紧固螺栓的应变情况进行监测，既可以提醒工程施工人员进行及时的检修，避免进一步的破坏，同时可以为保证TBM各部分的可靠工作。由于TBM的工况十分恶劣，对TBM连接处(如图1b、1e)紧固螺栓应变状态的监测极其困难。目前国内外对TBM连接处紧固螺栓的应变的监测尚没有一套完整的方案。虽然也有一些学者或企业对掘进过程中TBM部分变形数据进行采集，由于采集的样本较少，且没有一套合理的后期数据处理方案，这就造成了较大的误差，导致测量结果的不合理和局限性。基于以上情况，本专利技术提出了一种应变计优化布置方案，对已有的应变计进行了总体合理性布局，这既能减少应变的数量又能较大限度的了解到连接处紧固螺栓变形情况。另外，提出了一种螺栓变形扩散修正法，来计算连接处紧固螺栓之间变形相互影响下的螺栓实际变形，从而构建了一套用于TBM连接处螺栓的应变监测系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种TBM连接处螺栓应变的全天候远程监测与预测系统，利用应变计及其无线数据传输系统获取监测数据，实现对TBM主机系统工作时连接处紧固螺栓的应变状态长期实时监测，并利用变形扩散模型来得到测量点实际应变状态，以将TBM的工作状态及时反馈给操作人员，防止TBM连接位置因变形造成的突发故障，来确保TBM安全可靠地工作。本专利技术的技术方案：全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测方法，步骤如下：全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测系统与变形扩散修正法，包含用于测量应变的应变计、放大采集信号的天线、接受无线信号的无线网关、显示测量数据的计算机、应变计优化布置方案及变形扩散修正模型。其特征在于，通过布置在TBM连接处的应变计监测其运行过程中的应变状态，同时基于无线网络协议接受传输应变数据，并通过变形扩散修正模型来计算连接处紧固螺栓之间变形相互影响下的螺栓实际变形。具体的系统包括：应变计优化布置方案；变形扩散修正模型。I、应变计优化布置方案对刀盘连接法兰的应变的测量，由于连接法兰处紧固螺栓较多，导致无法对所有部位进行测量，提出一种连接处应变计优化布置方案，测点的安装方式局部放大图(图2所示)，应变计优化布置方案具体如下：式中：y为应变计添加位置编号；x为应变计编号，1～n；a为形状参数，其取值范围为-329.6～-327.3，随着连接处螺栓数量的增加而增大；b，c为指数参数，它们的取值范围分别为-41.1～-38.5，0.95～1.26，它们随着连接处螺栓数量的增加而减小；d为项参数，其取值范围为3.046～3.17，随着连接处螺栓数量的增加而增大；e为常参数，其取值范围为-3.37～-1.049，随着连接处螺栓数量的增加而增大；模型说明：(1)将连接处的螺栓以每两个紧固螺栓为一组进行编号，并以连接法兰最上方两个螺栓作为第一组，如果是方形法兰，则以上边中点位置的两个螺栓作为第一组，从第一组开始以逆时针进行编号，得到位置编号。(2)当求得的添加位置编号含有小数，则将小数部分进行进位处理。(3)当求得的添加位置编号超出划分位置编号，则采用舍去处理。II、变形扩散修正模型由于连接处紧固螺栓组数目较多，有时会出现螺栓组距离较近的情况，因此各螺栓组的相互影响较为严重，为了充分考虑螺栓组间变形的相互影响，本专利技术提出了一种应变扩散修正模型，通过测量其他部位的应变来计算连接处紧固螺栓组之间变形相互影响下的螺栓实际应变。模型示意图(如图3)，待测螺栓位置ε0的应变值如下：式中：ε0为待测螺栓位置O的应变值；εi为测量点A、B点的应变值；li为A、B测点和O之间的距离；α为区域转化系数，0.9～1.3，随着两个测点之间的距离的增大而增大；τ为修正系数，0.83～1.35，随着两个测点之间的距离的增大而增大；模型说明：由于连接处紧固螺栓组数目较多，各螺栓组距离较近，因此各螺栓组的相互影响较为严重，因此考虑相邻测点的应变的影响，提出了本模型。另外，虽然本模型计算值并不是准确计算值，具有一定的误差，其误差在工程上是可以接受的。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测方法，通过一种应变计优化布置方案，对已有的应变计进行了总体合理性布局，这既能减少应变的数量又能较大限度的了解到连接处紧固螺栓变形情况。另外，提出了一种螺栓变形扩散修正法，来计算连接处紧固螺栓之间变形相互影响下的螺栓实际变形，这实现了对TBM工作时连接位置紧固螺栓应变状态长期实时监测，及时提醒操作人员维护检修，防止TBM连接处紧固螺栓发生疲劳破坏，确保TBM安全可靠地进行工作。附图说明图1是TBM总体图。图2是主梁连接处应变计布置放大图。图3是应变扩算修正模型图。图中：1a刀盘；1b刀盘与盾体连接处；1c盾体；1d主梁；1e主梁连接位置2a应变计A，B为应变测量点；O为待测螺栓应变位置具体实施方式下面结合附图及技术方案详细说明本专利技术的具体实施方式，图1为某工程的TBM示意图，包含刀盘、盾体、主梁等主要部件，TBM刀盘在工作过程中不停地切割岩石，剧烈的振动就会造成连接的振动和变形。全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测系统与变形扩散修正法，包含用于测量应变的应变计、放大采集信号的天线、接受无线信号的无线网关、显示测量数据的计算机、应变计优化布置方案及变形扩散修正模型。其特征在于，通过布置在TBM连接处的应变计监测其运行过程中的应变状态，同时基于无线网络协议接受传输应变数据，并通过变形扩散修正模型来计算连接处紧固螺栓之间变形相互影响下的螺栓实际变形。具体的系统包括：应变计优化布置方案；变形扩散修正模型。I、应变计优化布置方案对刀盘连接法兰的应变的测量，由于连接法兰处紧固螺栓较多，导致无法对所有部位进行测量，提出一种连接处应变计优化布置方案，测点的安装方式局部放大图(图2所示)，应变计优化布置方案具体如下：式中：y为应变计添加位置编号；x为应变计编号，1～n；a为形状参数，其取值范围为-329.6～327.3，随着连接处螺栓数量的增加而增大；b，c为指数参数，它们的取值范围分别为-41.1～-38.5，0.95～1.26，它们随着连接处螺栓数量的增加而减小；d为项参数，其取值范围为3.046～3.17，随着连接处螺栓数量的增加而增大；e为常参数，其取值范围为-3.37～-1.049，随着连接处螺栓数量的增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.应变计优化布置方案对刀盘连接法兰的应变的测量，由于连接法兰处紧固螺栓较多，导致无法对所有部位进行测量，提出一种连接处应变计优化布置方案，应变计优化布置方案具体如下：

【技术特征摘要】
1.应变计优化布置方案对刀盘连接法兰的应变的测量，由于连接法兰处紧固螺栓较多，导致无法对所有部位进行测量，提出一种连接处应变计优化布置方案，应变计优化布置方案具体如下：式中：y为应变计添加位置编号；x为应变计编号，1～n；a为形状参数，其取值范围为-329.6～-327.3，随着连接处螺栓数量的增加而增大；b，c为指数参数，它们的取值范围分别为-41.1～-38.5，0.95～1.26，它们随着连接处螺栓数量的增加而减小；d为项参数，其取值范围为3.046～3.17，随着连接处螺栓数量的增加而增大；e为常参数，其取值范围为-3.37～-1.049，随着连接处螺栓数量的增加而增大。2.布置方案原则：将连接处的螺栓以每两个紧固螺栓为一组进行编号，并以连接法兰最上方两个螺栓作为第一组，如果是方形法兰，则以上边...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱庆东，
申请(专利权)人：鞍山师范学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21