[发明专利]盾构机滚刀载荷监测方法和监测系统

权利要求书

1.盾构机滚刀载荷监测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、通过软件对盾构机滚刀模拟加载，采用两组应变片检测盾构机滚刀受力，数值模拟得到盾构机滚刀在垂直力和滚动力载荷条件下的应变数据；

步骤二、处理步骤一的应变数据得到两组传感器的应变和及应变差数据，然后对上述数据进行线性拟合，以应变和、应变差为自变量，以垂直力Fv、弯矩M为因变量建立二元一次线性方程如式(1)，

计算式(1)中的K和B，其中，K为标定系数矩阵，代表载荷与应变的数值关系，数值为载荷-应变线性回归函数的斜率，B为载荷-应变线性回归函数常数项矩阵，ε为应变矩阵，ε₁₁、ε₁₂分别为应变和值、应变差值；

步骤三、建立电压-应变线性回归函数；

步骤四、在盾构机滚刀实时载荷监测中，根据步骤三所得电压和应变的函数关系，用电压和、电压差表示式(1)中的应变数据，用滚动力Fr表示弯矩M，通过式(2)由电压解耦计算得到盾构机在相应工况下的垂直力Fv和滚动力Fr，

其中，H为系数矩阵，代表载荷与传感器电压的数值关系，数值为载荷-电压线性回归函数的斜率，b为载荷-电压线性回归函数常数项矩阵，U为应变片电压矩阵，U₁₁、U₁₂分别为电压和值、电压差值，A₁、A₂分别为电压-应变线性回归函数的斜率，C₁、C₂分别为电压-应变线性回归函数常数项。

2.根据权利要求1所述的盾构机滚刀载荷监测方法，所述步骤二中，运用MATLB中的cftool功能处理分析传感器的应变和及应变差与垂直力、弯矩之间的函数关系，得到式(1)，将滚刀模拟加载所得的应变数据和已知载荷条件作为式(1)的输入输出，运用线性拟合的方式求得K和B。

3.根据权利要求1所述的盾构机滚刀载荷监测方法，所述步骤三中，通过压力设备对盾构机滚刀进行载荷试验，得到垂直力和滚动力载荷条件下的传感器电压数据，然后将所得电压数据和步骤一中相应载荷下所得的应变数据进行线性拟合，得到应变片的电压-应变线性回归函数。

4.根据权利要求1所述的盾构机滚刀载荷监测方法，所述步骤四中，滚刀的滚动力Fr和弯矩M之间的替换关系为：Fr＝M/2R，其中R为滚刀半径。

5.盾构机滚刀载荷监测系统，其特征在于：包括滚刀应力检测传感器、滚刀应力检测传感器供电模组和滚刀应力信号发射盒，所述滚刀应力检测传感器包括两组嵌装在盾构机滚刀压块上的应变片，所述应变片按照权利要求1-4的监测方法采集盾构机滚刀在相应工况下的电压数据，所述应变片与同样固定在盾构机滚刀压块上的滚刀应力检测传感器供电模组电连接，同时通过安装在滚刀端盖上的滚刀应力信号发射盒向工控机传送电压数据。

6.根据权利要求5所述的盾构机滚刀载荷监测系统，所述应变片粘贴在滚刀压块的中间梁上，并通过电控盒与滚刀应力检测传感器供电模组电连接，通过接头座与滚刀应力信号发射盒通信连接。

7.根据权利要求6所述的盾构机滚刀载荷监测系统，盾构机上每组滚刀上的滚刀应力信号发射盒对应一组滚刀应变信号接收盒，所述工控机通过多通道信号扩展模组与所有滚刀应变信号接收盒通信连接。