一种基于磨损检测的盾构/TBM滚刀转动状态以及弦磨在线检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于磨损检测的盾构/TBM滚刀转动状态以及弦磨在线检测方法，根据所检测到的滚刀状态信号变化特征判断滚刀是否转动，是否出现弦磨及弦磨的状态，其步骤包括：滚刀正常运行磨损状态下，采集和标定得到信号随时间变化曲线a；拟合出滚刀在实际工况中采集信号随时间变化曲线b；分析曲线b变化规律，判断滚刀是否转动；对所述曲线a和曲线b进行相关性分析，判断滚刀是否处于正常磨损；提高采样频率，拟合出采集信号随时间变化的曲线c，判断滚刀是否发生弦磨以及弦磨边数。本发明专利技术在现有磨损检测装置基础上，不增设其他检测装置，通过直接分析所述磨损检测装置采集的信号，判定滚刀转动状态以及是否发生弦磨，检测方法简单可靠。

A method of on-line detecting the rotation state and chord grinding of shield / TBM hob based on wear detection

【技术实现步骤摘要】
一种基于磨损检测的盾构/TBM滚刀转动状态以及弦磨在线检测方法
本专利技术属于隧道施工机械领域，具体涉及一种基于磨损检测的盾构/TBM滚刀转动状态以及弦磨在线检测方法。
技术介绍
全断面隧道掘进机(盾构/TBM)是集机电液自动化于一体，能够实现掘进、移动、出碴和衬砌连续作业的大型掘进装备，因其快速、优质、安全等优点，被广泛应用于水电、铁路、公路、地铁等工程施工。在硬岩地层中掘进时，隧道掘进机主要依靠安装于刀盘的滚刀在强大推力与扭矩作用下将岩石滚压破碎。滚刀破岩时承受较大载荷作用，岩石中硬质耐磨颗粒在载荷作用下，挤压研磨刀圈表面，致使滚刀发生磨损。滚刀的主要磨损形式是正常磨损，但在恶劣地质环境下也会出现较多非正常磨损状态，弦磨是最主要非正常磨损形式，包括单边弦磨和多边弦磨。滚刀正常磨损与弦磨等非正常磨损导致施工过程中需要不断地停机更换刀具。若某把刀具发生弦磨而未及时更换，会导致周围刀具载荷剧烈增加，进而引起临近滚刀的剧烈磨损与失效，因此滚刀的运行状态以及磨损状态直接关系到一个工程的进度和质量。国内在滚刀弦磨检测方面已有少量研究，公开号CN103969139B专利技术专利提出了一种掘进机在线滚刀磨损检测方法，通过安装2个电涡流位移传感器和1个磁电式转速传感器对滚刀正常磨损以及弦偏磨、刃偏磨、刀圈断裂多种非正常磨损状态进行判定和检测；公开号CN104111346B专利技术专利提出了一种盾构滚刀工作及磨损状态在线检测方法，利用1个电涡流传感器和2个硬质合金凸起块对盾构滚刀的转速进行测量，1个电涡流传感器对滚刀的磨损量进行测量，通过对测量的数据进行计算后判断其运动状态及磨损状态；公开号CN103195437B专利技术专利提出了一种在线检测掘进机滚刀刀刃弦磨的装置，利用2个加速度传感器，根据检测到的振动幅值和频率判定滚刀刀刃是否进入弦磨状态。上述专利和方法均存在一定的局限性，如需安装电涡流位移传感器、磁电式转速传感器、加速度传感器等多个检测装置，对各个磨损情况的判定和检测方法相对复杂，不够简明直接；需对所检测的信号进行计算和转化，获得磨损量或转速后才能进行相关判断，处理速度影响实时检测的准确性和时效性；未对多边弦磨状态的具体弦磨边数进行判定等。
技术实现思路
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的目的之一在于提供一种基于磨损检测的盾构/TBM滚刀转动状态以及弦磨在线检测方法，该方法可及时检测出滚刀运行状态以及是否发生单边弦磨和多边弦磨等异常磨损，避免因滚刀发生异常磨损后又未及时更换而导致的更为恶劣的结果。为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种基于磨损检测的盾构/TBM滚刀转动状态以及弦磨在线检测方法，包括如下步骤：S1：安装滚刀磨损检测装置，在滚刀正常运行磨损的状态下，记录所述磨损检测装置采集的信号，然后标定采集的信号随时间变化的曲线a；S2：通过步骤S1所述标定后的磨损检测装置，实时记录滚刀在实际工况破岩状态下的信号，由计算机拟合出所述采集的信号随时间变化的曲线b；S3：对曲线b进行分析，若曲线b处于水平状态且一直保持不变，抑或在长时间处于水平状态后，信号曲线在某一时刻发生变化，而后又继续处于水平状态保持不变，则说明此时滚刀转速为零，处于卡死状态，长期工作下去滚刀与岩石接触的区域必然发生弦磨；若曲线b为其他情况则进行步骤S4分析；S4：对曲线a和曲线b进行相关性分析，求出其相关系数R；若直接观察到曲线b的变化规律与曲线a的变化规律一致，是一条平缓上升或下降的曲线，且求得的相关系数R趋近于1，则说明滚刀此时正常转动，处于正常磨损状态；若直接观察到曲线b的变化规律与曲线a的变化规律不完全相同，但求得的相关系数总体上是一条平缓的曲线，则认为滚刀此时仍处于正常磨损状态的范围；若直接观察到的曲线b的变化规律不再平缓，有明显的波浪型信号，且求出的相关系数R＜Rmin，则说明滚刀此时非正常转动，处于非正常磨损状态，此时进行步骤S5分析，其中Rmin是判断滚刀为正常磨损时的最小相关系数，该系数的初始值大小根据施工地质条件和工程要求确定，并结合实际工况中滚刀正常磨损和非正常失效情况以及弦磨判断精度要求进行修正；S5：在前述步骤的基础上，在提高磨损检测装置采样频率的前提下继续采样，并用计算机拟合出此次采集的信号随时间变化的曲线c，若曲线c含有带折点的波浪型曲线，且呈周期性变化，则说明滚刀此时发生弦磨；弦磨的边数N等于曲线c上单个周期内的波峰或波谷数n，折点为弦磨边开始或结束时的角点。进一步的，在进行步骤S1之前需先求出滚刀在实际工况中的转速ω，然后由公式求出滚刀的转动周期T，所述步骤S1和步骤S2中磨损检测装置采集型号的采样频率ω1和周期T1均相同，且或其中m为正整数。进一步的，所述步骤S5中磨损检测装置采样周期T2满足其中m为正整数。上述技术方案的在线检测方法，所述步骤S1、步骤S2和步骤S5中在拟合曲线之前，需要对采集到的信号通过滤波器进行处理，滤除因为振动变形等其他因素引起的波形变化。本申请所述检测方法是在现有磨损检测装置的基础上，不增设其他装置，通过直接分析所述磨损检测装置采集的滚刀磨损状态实时信号，在线检测判定滚刀转动状态、是否发生弦磨以及弦磨具体状态。与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：本专利技术可以及时检测滚刀的运行状态和弦磨状态，从而及时换刀，减少过早或过晚换刀带来的不必要损失，确保盾构施工的顺利进行，保证工作效率；另外所述检测方法是在现有磨损检测装置的基础上提出的，不增设其他检测装置，避免滚刀刀座因需安装过多检测装置而导致结构复杂和结构稳定性降低；所述检测方法通过直接分析所述磨损检测装置采集的信号，在线检测判定滚刀是否转动、是否发生弦磨以及弦磨具体状态，操作简单可靠，效率高。本专利技术更加具有普适性且更加简单易行，即在已有磨损检测装置的基础上，不增设其他装置，通过直接分析所述磨损检测装置采集的信号，可及时检测出滚刀运行状态以及是否发生单边弦磨和多边弦磨等异常磨损，避免因滚刀发生异常磨损后又未及时更换而导致的更为恶劣的结果。附图说明图1为本专利技术的滚刀和磨损检测装置安装示意图；图2为滚刀单边弦磨示意图；图3为滚刀多边弦磨示意图；其中：1-滚刀；2-刀座；3-磨损检测装置。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种基于磨损检测的盾构/TBM滚刀转动状态以及弦磨在线检测方法，包括如下步骤：S1：安装已有磨损检测装置到刀座上，在滚刀正常运行磨损的状态下，记录所述磨损检测装置采集的信号(所述信号类型由已安装磨损检测装置确定，如电涡流传感器采集的信号为电压信号)与时间信息，然后标定采集的信号随时间变化的曲线a，曲线a是一条平缓上升或下降的曲线；S2：通过步骤S1所述标定后的磨损检测装置，实时记录滚刀在实际工况破岩状态下的信号，由计算机拟合出所述采集的信号随时间变化的曲线b；S3：判断滚刀运动状态：分析步骤S2所述采集的信号随时间变化的曲线b，若曲线b处于水平状态且一直保持不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磨损检测的盾构/TBM滚刀转动状态以及弦磨在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：安装滚刀磨损检测装置，在滚刀正常运行磨损的状态下，记录磨损检测装置采集的信号，然后标定采集的信号随时间变化的曲线a；S2：通过步骤S1所述标定后的磨损检测装置，实时记录滚刀在实际工况破岩状态下的信号，由计算机拟合出采集的信号随时间变化的曲线b；S3：对曲线b进行分析，若曲线b处于水平状态且一直保持不变，抑或在长时间处于水平状态后，信号曲线在某一时刻发生变化，而后又继续处于水平状态保持不变，则说明此时滚刀转速为零，处于卡死状态，长期工作下去滚刀与岩石接触的区域必然发生弦磨；若曲线b为其他情况则进行步骤S4分析；S4：对曲线a和曲线b进行相关性分析，求出其相关系数R；若直接观察到曲线b的变化规律与曲线a的变化规律一致，是一条平缓上升或下降的曲线，且求得的相关系数R趋近于1，则说明滚刀此时正常转动，处于正常磨损状态；若直接观察到曲线b的变化规律与曲线a的变化规律不完全相同，但求得的相关系数

【技术特征摘要】
1.一种基于磨损检测的盾构/TBM滚刀转动状态以及弦磨在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：安装滚刀磨损检测装置，在滚刀正常运行磨损的状态下，记录磨损检测装置采集的信号，然后标定采集的信号随时间变化的曲线a；S2：通过步骤S1所述标定后的磨损检测装置，实时记录滚刀在实际工况破岩状态下的信号，由计算机拟合出采集的信号随时间变化的曲线b；S3：对曲线b进行分析，若曲线b处于水平状态且一直保持不变，抑或在长时间处于水平状态后，信号曲线在某一时刻发生变化，而后又继续处于水平状态保持不变，则说明此时滚刀转速为零，处于卡死状态，长期工作下去滚刀与岩石接触的区域必然发生弦磨；若曲线b为其他情况则进行步骤S4分析；S4：对曲线a和曲线b进行相关性分析，求出其相关系数R；若直接观察到曲线b的变化规律与曲线a的变化规律一致，是一条平缓上升或下降的曲线，且求得的相关系数R趋近于1，则说明滚刀此时正常转动，处于正常磨损状态；若直接观察到曲线b的变化规律与曲线a的变化规律不完全相同，但求得的相关系数总体上是一条平缓的曲线，则认为滚刀此时仍处于正常磨损状态的范围；若直接观察到的曲线b的变化规律不再平缓，有明显的波浪型信号，且求出的相关系数R＜Rmi...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏毅敏，林赉贶，何山，傅杰，杨妹，宁波，兰浩，暨智勇，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43