一种盾构机刀盘损伤的判断方法技术

本发明专利技术公开了一种盾构机刀盘损伤的判断方法，该方法包括以下步骤：一、监测装置的布设；二、盾构机运行传感器检测数据的获取；三、根据加速度传感器进行盾构机刀盘损伤的判断；四、根据声发射传感器进行盾构机刀盘损伤的判断；五、根据液压传感器进行盾构机刀盘损伤的判断。本发明专利技术方法步骤简单，设计合理且实现方便，实现对盾构机刀盘损伤的判断，提高了盾构机刀盘损伤的判断的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构机刀盘损伤的判断方法
本专利技术属于盾构机刀盘损伤判断
，尤其是涉及一种盾构机刀盘损伤的判断方法。
技术介绍
盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建(铺设)隧道之“盾”(指支撑性管片)。盾构机是集机械、电气、液压、光学、网络、自控、传感、信息等先进技术于一体的高附加值复杂装备，具有开挖切削土体、输送渣土、管片衬砌、导向纠偏等功能，可靠性要求极高。盾构机作为隧道施工的大型掘进设备，刀具依靠刀盘的旋转作用下进行岩层切削开挖。刀盘是盾构机的核心部件，其结构形式、强度和整体刚度都直接影响到施工开挖的速度和成本，并且出了故障维修处理困难。因此对刀盘损伤进行监测并判断，以避免刀盘损伤造成刀盘故障扩大化是非常重要的。因此，现如今缺少一种盾构机刀盘损伤的判断方法，实现对盾构机刀盘损伤的综合判断，提高了盾构机刀盘损伤的判断的准确性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盾构机刀盘损伤的判断方法，其方法步骤简单，设计合理且实现方便，实现对盾构机刀盘损伤的综合判断，提高了盾构机刀盘损伤的判断的准确性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种盾构机刀盘损伤的判断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、监测装置的布设：步骤101、在盾构机刀盘的各个刀盘辐条上布设加速度传感器；其中，加速度传感器的总数为J1，且J1为正整数；步骤102、在盾构机刀盘的各个刀盘辐条上布设声发射传感器；其中，声发射传感器的数量为J2，且J2为正整数；步骤103、在盾构机刀盘的各个刀盘辐条和盾构机刀盘的中心位置布设液压磨损测头；其中，各个液压磨损测头与液压管路连接，且各个液压管路上设置有压力传感器；其中，压力传感器的数量为J3，且J3为正整数；步骤104、在盾构机的前盾土仓内上部布设摄像头；步骤二、盾构机运行传感器检测数据的获取：步骤201、盾构机刀盘开挖过程中，各个加速度传感器对盾构机刀盘的加速度信号进行检测并发送至数据采集器，各个声发射传感器对盾构机刀盘产生的声发射信号进行检测并发送至数据采集器，各个压力传感器分别对各个液压管路中的压力进行检测并发送至数据采集器；步骤202、数据采集器按照预先设定的采样时间分别对各个加速度传感器检测到的加速度信号、各个声发射传感器检测到的声发射信号、各个压力传感器检测到的压力进行采集并发送至PLC模块；步骤203、PLC模块获取各个加速度传感器各个采样时刻采集到的加速度信号值、各个声发射传感器各个采样时刻采集到的声发射信号值和各个压力传感器各个采样时刻采集到的压力值，并通过通信模块发送至数据处理器；步骤204、数据处理器接收各个加速度传感器各个采样时刻采集到的加速度信号值、各个声发射传感器各个采样时刻采集到的声发射信号值和各个压力传感器各个采样时刻采集到的压力值；步骤三、根据加速度传感器进行盾构机刀盘损伤的判断：步骤301、盾构机刀盘开挖过程中，数据处理器将第j1个加速度传感器第i个采样时刻采集到的加速度信号值记作其中，j1为正整数，且1≤j1≤J1；1≤i≤I，i和I均为正整数，I为采样总数；步骤302、数据处理器以时间为横坐标，以加速度信号值为纵坐标，得到第j1个加速度信号曲线；步骤303、数据处理器对第j1个加速度信号曲线进行模态分析，以判断盾构机刀盘是否可能发生损伤；步骤304、按照步骤301至步骤303所述的方法，对J1个加速度传感器I次采集到的加速度信号值进行判断，当盾构机刀盘可能发生损伤时，执行步骤四；否则，对各个传感器进行第I+1次采集，从步骤三开始重新进行判断；步骤四、根据声发射传感器进行盾构机刀盘损伤的判断：步骤401、盾构机刀盘开挖过程中，数据处理器将第j2个声发射传感器第i个采样时刻采集到的声发射信号值记作其中，j2为正整数，且1≤j2≤J2；步骤402、数据处理器对第j2个声发射传感器I次采集到的声发射信号值的判断，以确认盾构机刀盘是否发生损伤，当确认盾构机刀盘发生损伤时，数据处理器预警；否则，执行步骤五；步骤五、根据液压传感器进行盾构机刀盘损伤的判断：步骤501、盾构机刀盘开挖过程中，数据处理器将第j3个压力传感器第i个采样时刻采集到的压力记作其中，j3均为正整数，1≤j3≤J3，i为正整数；步骤502、数据处理器将第j3个压力传感器第i个采样时刻采集到的压力和预设的压力阈值进行比较，当小于预设的压力阈值时，则与第j3个压力传感器对应的第j3个液压磨损测头发生磨损，说明第j3个液压磨损测头处的盾构机刀盘发生磨损，则确认盾构机刀盘发生损伤时，数据处理器预警；否则，对各个传感器进行第I+1次采集，从步骤三开始重新进行判断；步骤503、数据处理器将第j3个第液压磨损测头距离盾构机刀盘中心处的间距记作盾构机刀盘磨损所处的半径位置。上述的一种盾构机刀盘损伤的判断方法，其特征在于：步骤303中数据处理器对第j1个加速度信号曲线进行模态分析，以判断盾构机刀盘是否发生损伤，具体过程如下：步骤3031、数据处理器调用模态分析模块对第j1个加速度信号曲线进行模态分析，得到第j1个加速度传感器的模态参数；其中，模态参数包括一阶模态参数、二阶模态参数、三阶模态参数和四阶模态参数，一阶模态参数包括一阶固有频率和一阶阻尼比二阶模态参数包括二阶固有频率和二阶阻尼比三阶模态参数包括三阶固有频率和三阶阻尼比四阶模态参数包括四阶固有频率和四阶阻尼比步骤3032、数据处理器将一阶固有频率和预设的一阶固有频率、一阶阻尼比和预设的一阶阻尼比、二阶固有频率和预设的二阶固有频率、二阶阻尼比和预设的二阶阻尼比、三阶固有频率和预设的三阶固有频率、三阶阻尼比和预设的三阶阻尼比、四阶固有频率和预设的四阶固有频率、四阶阻尼比和预设的四阶阻尼比分别进行比较，当一阶固有频率不符合一阶固有频率，一阶阻尼比不符合一阶阻尼比，二阶固有频率不符合二阶固有频率，二阶阻尼比不符合二阶阻尼比，三阶固有频率不符合三阶固有频率，三阶阻尼比不符合三阶阻尼比，四阶固有频率不符合四阶固有频率或者四阶阻尼比不符合四阶阻尼，则说明盾构机刀盘可能损伤；否则，说明盾构机刀盘未损伤。上述的一种盾构机刀盘损伤的判断方法，其特征在于：步骤304中预设的一阶固有频率、预设的一阶阻尼比、预设的二阶固有频率、预设的二阶阻尼比、预设的三阶固有频率、预设的三阶阻尼比、预设的四阶固有频率和预设的四阶阻尼比的获取具体过程如下：步骤3041、数据处理器利用有限元分析软件建立盾构机刀盘三维模型；其中，盾构机刀盘三维模型的材料为结构钢，密度为7850kg/m3,杨氏模量为2.1×1011Pa，泊松比为0.3；步骤3042、数据处理器在有限元分析软件中设定网格划分的单元类型为六面体和四面体，对盾构机刀盘三维模型进行有限元网格划分，生成盾构机刀盘有限元模型；步骤3044、数据处理器在有限元分析软件中分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构机刀盘损伤的判断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、监测装置的布设：/n步骤101、在盾构机刀盘(1)的各个刀盘辐条(1-1)上布设加速度传感器(3)；其中，加速度传感器(3)的总数为J

【技术特征摘要】
1.一种盾构机刀盘损伤的判断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、监测装置的布设：
步骤101、在盾构机刀盘(1)的各个刀盘辐条(1-1)上布设加速度传感器(3)；其中，加速度传感器(3)的总数为J1，且J1为正整数；
步骤102、在盾构机刀盘(1)的各个刀盘辐条(1-1)上布设声发射传感器(4)；其中，声发射传感器(4)的数量为J2，且J2为正整数；
步骤103、在盾构机刀盘的各个刀盘辐条(1-1)和盾构机刀盘(1)的中心位置布设液压磨损测头(6)；其中，各个液压磨损测头(6)与液压管路(7)连接，且各个液压管路(7)上设置有压力传感器(8)；其中，压力传感器(8)的数量为J3，且J3为正整数；
步骤104、在盾构机的前盾土仓(5)内上部布设摄像头(9)；
步骤二、盾构机运行传感器检测数据的获取：
步骤201、盾构机刀盘(1)开挖过程中，各个加速度传感器(3)对盾构机刀盘(1)的加速度信号进行检测并发送至数据采集器(12)，各个声发射传感器(4)对盾构机刀盘(1)产生的声发射信号进行检测并发送至数据采集器(12)，各个压力传感器(8)分别对各个液压管路(7)中的压力进行检测并发送至数据采集器(12)；
步骤202、数据采集器(12)按照预先设定的采样时间分别对各个加速度传感器(3)检测到的加速度信号、各个声发射传感器(4)检测到的声发射信号、各个压力传感器(8)检测到的压力进行采集并发送至PLC模块(13)；
步骤203、PLC模块(13)获取各个加速度传感器(3)各个采样时刻采集到的加速度信号值、各个声发射传感器(4)各个采样时刻采集到的声发射信号值和各个压力传感器(8)各个采样时刻采集到的压力值，并通过通信模块(14)发送至数据处理器(15)；
步骤204、数据处理器(15)接收各个加速度传感器(3)各个采样时刻采集到的加速度信号值、各个声发射传感器(4)各个采样时刻采集到的声发射信号值和各个压力传感器(8)各个采样时刻采集到的压力值；
步骤三、根据加速度传感器进行盾构机刀盘损伤的判断：
步骤301、盾构机刀盘(1)开挖过程中，数据处理器(15)将第j1个加速度传感器第i个采样时刻采集到的加速度信号值记作fj1(i)；其中，j1为正整数，且1≤j1≤J1；1≤i≤I，i和I均为正整数，I为采样总数；
步骤302、数据处理器(15)以时间为横坐标，以加速度信号值为纵坐标，得到第j1个加速度信号曲线；
步骤303、数据处理器(15)对第j1个加速度信号曲线进行模态分析，以判断盾构机刀盘(1)是否可能发生损伤；
步骤304、按照步骤301至步骤303所述的方法，对J1个加速度传感器I次采集到的加速度信号值进行判断，当盾构机刀盘(1)可能发生损伤时，执行步骤四；否则，对各个传感器进行第I+1次采集，从步骤三开始重新进行判断；
步骤四、根据声发射传感器进行盾构机刀盘损伤的判断：
步骤401、盾构机刀盘(1)开挖过程中，数据处理器(15)将第j2个声发射传感器第i个采样时刻采集到的声发射信号值记作Aj2(i)；其中，j2为正整数，且1≤j2≤J2；
步骤402、数据处理器(15)对第j2个声发射传感器I次采集到的声发射信号值的判断，以确认盾构机刀盘(1)是否发生损伤，当确认盾构机刀盘(1)发生损伤时，数据处理器(15)预警；否则，执行步骤五；
步骤五、根据液压传感器进行盾构机刀盘损伤的判断：
步骤501、盾构机刀盘(1)开挖过程中，数据处理器(15)将第j3个压力传感器第i个采样时刻采集到的压力记作其中，j3均为正整数，1≤j3≤J3，i为正整数；
步骤502、数据处理器(15)将第j3个压力传感器第i个采样时刻采集到的压力和预设的压力阈值进行比较，当小于预设的压力阈值时，则与第j3个压力传感器对应的第j3个液压磨损测头发生磨损，说明第j3个液压磨损测头处的盾构机刀盘发生磨损，则确认盾构机刀盘(1)发生损伤时，数据处理器(15)预警；否则，对各个传感器进行第I+1次采集，从步骤三开始重新进行判断；
步骤503、数据处理器(15)将第j3个第液压磨损测头距离盾构机刀盘(1)中心处的间距记作盾构机刀盘磨损所处的半径位置。


2.按照权利要求1所述的一种盾构机刀盘损伤的判断方法，其特征在于：步骤303中数据处理器(15)对第j1个加速度信号曲线进行模态分析，以判断盾构机刀盘(1)是否发生损伤，具体过程如下：
步骤3031、数据处理器(15)调用模态分析模块对第j1个加速度信号曲线进行模态分析，得到第j1个加速度传感器的模态参数；其中，模态参数包括一阶模态参数、二阶模态参数、三阶模态参数和四阶模态参数，一阶模态参数包括一阶固有频率和一阶阻尼比二阶模态参数包括二阶固有频率和二阶阻尼比三阶模态参数包括三阶固有频率和三阶阻尼比四阶模态参数包括四阶固有频率和四阶阻尼比
步骤3032、数据处理器(15)将一阶固有频率和预设的一阶固有频率、一阶阻尼比和预设的一阶阻尼比、二阶固有频率和预设的二阶固有频率、二阶阻尼比和预设的二阶阻尼比、三阶固有频率和预设的三阶固有频率、三阶阻尼比和预设的三阶阻尼比、四阶固有频率和预设的四阶固有频率、四阶阻尼比和预设的四阶阻尼比分别进行比较，当一阶固有频率不符合一阶固有频率，一阶阻尼比不符合一阶阻尼比，二阶固有频率不符合二阶固有频率，二阶阻尼比不符合二阶阻尼比，三阶固有频率不符合三阶固有频率，三阶阻尼比不符合三阶阻尼比，四阶固有频率不符合四阶固有频率或者四阶阻尼比不符合四阶阻尼，则说明盾构机刀盘(1)可能损伤；否则，说明盾构机刀盘(1)未损伤。


3.按照权利要求2所述的一种盾构机刀盘损伤的判断方法，其特征在于：步骤304中预设的一阶固有频率、预设的一阶阻尼比、预设的二阶固有频率、预设的二阶阻尼比、预设的三阶固有频率、预设的三阶阻尼比、预设的四阶固有频率和预设的四阶阻尼比的获取具体过程如下：
步骤3041、数据处理器(15)利用有限元分析软件建立盾构机刀盘三维模型；其中，盾构机刀盘三维模型的材料为结构钢，密度为7850kg/m3,杨氏模量为2.1×1011Pa，泊松比为0.3；
步骤3042、数据处理器(15)在有限元分析软件中设定网格划分的单元类型为六面体和四面体，对盾构机刀盘三维模型进行有限元网格划分，生成盾构机刀盘有限元模型；
步骤3044、数据处理器(15)在有限元分析软件中分析类型选择模态分析；
步骤3045、数据处理器(15)在有限元分析软件中设置边界条件；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文远，贺卫国，张宏智，杨永强，田黎明，董晓龙，程琦，赵军军，刘永强，王勇，
申请(专利权)人：中铁一局集团有限公司，中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61