[发明专利]盾构机刀具监测系统

说明书

本发明提供一种盾构机刀具检测系统包括：监测传感器、中继接收器、解码接收器及上位机软件。安装在盾构机刀具内的监测传感器，通过粒子与偕波分析采集特征数据，并通过无线传输方式将采集的特征数据传输给中继接收器。中继接收器以无线方式接收监测传感器传输来的监测数据，并把接收的监测数据以无线传输方式传输给操控室的解码接收器。解码接收器以无线方式接收多个中继接收器传输来的监测数据，并把接收的监测数据以有线传输方式通过处理器传输给上位机软件。上位机软件以有线方式接收解码接收器传输来的监测数据并进行解码处理，解码处理后的数据在上位机软件中实时显示多个监测传感器采集的盾构机刀具温度、转速及磨损的瞬时及全时数据。

技术领域

本发明涉及盾构设备技术领域，具体涉及盾构机的刀具监测系统。

背景技术

随着我国经济的快速发展、基础设施建设和城市轨道交通需求的持续增长，盾构机已成为地铁及跨海越江隧道等工程建设中不可缺少的施工设备。盾构机在掘进过程中，刀盘系统直接与岩土体相互作用，具有切削岩土体与支护掌子面的功能。盾构机的土压舱与泥水舱在正常施工过程中是有压舱的，刀盘刀具的工作状态处于非监测状态，只能依靠现场操作员凭借经验施工。盾构施工过程中会遇到不同的地质条件，如砂卵石地层、复合地层等，刀具极易磨损，从而影响设备工作性能，刀具磨损到一定程度时应及时更换，否则会加重周围滚刀的载荷，加速磨损，甚至造成整个刀盘的损坏。越来越多的隧道位于江河湖海的下方，承受了较高的水压力，受周边环境的影响，盾构刀盘换刀更加困难并具有一定的危险性，需要提前进行换刀规划，因此对盾构机刀盘工作状态及刀具磨损程度的监测提出了更高的要求。

刀具磨损检测方法主要有开舱检测法、阈值检测法、异味添加剂法、掘进参数分析法、岩渣形状分析法和实时监测法等。

开舱检测法，是检测刀具磨损情况最直接、最有效的方法，但带压开舱检测通常耗时较长，不仅会影响施工进度，而且还存在较高的安全风险。

阈值检测法，是单一设定值检测。

异味添加剂法，适合在TBM(隧道掘进机)中应用，在盾构中的应用大打折扣，只能反应单个刀的破坏。

掘进参数分析法，通过分析盾构机工作的掘进速度和负载扭矩，推算出刀具的磨损量，因盾构机的施工工况不同，推进设备的推力、土体参数、土舱压力也不尽相同，很难应用到实际工程中刀具磨损估算。

岩渣形状分析法，主要用于对切削后的岩渣进行分析，新旧刀具切削土体产生的岩渣块形状、大小、切口断面和断裂棱角有所不同，据此判断刀具的磨损情况，由于岩渣形状受到的影响因素多，故此种方法难以实用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盾构机刀具检测系统，用于盾构机刀具施工过程中对温度、转速及刀具磨损情况的数据监测，并通过无线传输方式将监测数据传送给上位机解码，并在上位机软件系统中进行实时显示，以供操作人员结合地层条件与盾构施工参数综合判定盾构机刀具的工作状态。

本发明提供一种盾构机刀具检测系统，包括监测传感器、中继接收器、解码接收器及上位机软件，在盾构机施工过程中，安装在盾构机刀具内的监测传感器，通过粒子与偕波分析采集特征数据，并通过无线传输方式将采集的特征数据传输给中继接收器，安装在盾构机刀箱内侧的中继接收器，以无线方式接收监测传感器传输来的监测数据，并把接收的监测数据以无线传输方式传输给操控室的解码接收器，安装在操控室的解码接收器，以无线方式接收多个中继接收器传输来的监测数据，并把接收的监测数据以有线传输方式，通过处理器传输给上位机软件，安装在操控室内处理器中的上位机软件，以有线方式接收解码接收器传输来的监测数据，用非线性非平稳数据划分成不同频段节点数据的方式，分解成为有限个平稳的主能量及分能量数据，对相应的特征分别从时域、频域、时频域提取数据特征，并利用核主元分析对原始高维特征进行特征降维，去除冗余信息，精简后的信息，构建识别模型库并用集成模态分解算法解码模型库信息，解码处理后的数据在上位机软件中实时显示多个监测传感器采集的盾构机刀具温度、转速及磨损的瞬时及全时数据。