[发明专利]基于碴片形貌的盾构滚刀磨耗监测装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于碴片形貌的盾构滚刀磨耗监测装置及方法，包括：步骤1，获取电脑中已知的盾构工程案例并构建数据库；步骤2，采用GRNN神经网络分析数据库中的滚刀结构参数、工程地质参数、盾构掘进参数、碴片形貌参数和温度参数与滚刀磨损量的映射关系，得到映射关系分析结果；步骤3，基于数据库、GRNN神经网络和映射关系分析结果构建滚刀磨耗预测系统并设定滚刀磨损量报警阈值。本发明通过实际的工程地质参数和滚刀结构参数和实时的掘进参数和碴片参数，能够实时预测滚刀的磨损状态，在预测的滚刀的磨损状态达到设定阈值时提供报警功能，并可以根据不同的工程通过闭环反馈自适应调节提高滚刀磨耗的精确预测。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种基于碴片形貌的盾构滚刀磨耗监测装置及方法。

背景技术

随着国内外隧道掘进机广泛应用，盾构法施工在隧道施工中已经逐渐成为一种主要施工方法。对于盾构法施工而言，盾构滚刀作为主要的破岩工具。适用于各类岩石地层、卵砾石地层及软硬复合地层，在各种掘进机中广泛使用。

由于掘进过程中岩石的不确定性、地层的复杂性，导致刀具受力变化的动态性和刀具磨损形式的不确定性。经长时间切削岩石，滚刀发生非正常磨损或正常磨损到一定程度，就需要更换，由此必然影响盾构掘进效率和施工成本。

实践表明，岩碴形状尺寸及其粒径分布是复杂围岩条件和机械掘进性能的间接反馈，通过碴片参数和盾构的运行参数可预测刀具磨损状态。目前。仅凭施工人员的经验判断是否需要进仓换刀，判断准确性因人而异，很可能因为判断失误而引发重大事故发生。因此，需要提供一种基于碴片形貌的盾构滚刀磨耗监测方法。

发明内容

本发明提供了一种基于碴片形貌的盾构滚刀磨耗监测装置及方法，其目的是为了解决传统的施工方法无法精确准确预测当前滚刀的磨耗量，无法满足盾构智能化安全高效掘进的需求的问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种基于碴片形貌的盾构滚刀磨耗监测装置，包括：

数据采集箱，所述数据采集箱设置在盾构机传送带的一侧；

工控机，所述工控机设置在所述数据采集箱的一侧，所述工控机的第一端与所述数据采集箱的第一端电连接，所述工控的第二端与电脑电连接；

桁架，所述桁架的第一端架设在盾构机传送带上，所述桁架的第二端架设在地面上；

照明装置，所述照明装置设置有两个，两个所述照明装置对称设置在所述桁架的两端上，两个所述照明装置均与所述桁架可拆卸连接；

摄像机，所述摄像机设置在所述桁架的顶端，所述摄像机与所述桁架可拆卸连接，所述摄像机与所述数据采集箱的第二端电连接；

红外测温仪，所述红外测温仪设置在所述桁架的顶端，所述红外测温仪与所述桁架可拆卸连接，所述红外测温仪与所述数据采集箱的第三端电连接。

本发明的实施例还提供了一种基于碴片形貌的盾构滚刀磨耗监测方法，包括：

步骤1，获取电脑中已知的盾构工程案例并构建数据库；

步骤2，采用GRNN神经网络分析数据库中的滚刀结构参数、工程地质参数、盾构掘进参数、碴片形貌参数和温度参数与滚刀磨损量的映射关系，得到映射关系分析结果；

步骤3，基于数据库、GRNN神经网络和映射关系分析结果构建滚刀磨耗预测系统并设定滚刀磨损量报警阈值；

步骤4，采集当前盾构机施工前的滚刀结构参数和工程地质参数并输入滚刀磨耗预测系统；

步骤5，实时采集当前盾构机施工时的盾构掘进参数、碴片形貌参数和温度参数并输入滚刀磨耗预测系统中；