[发明专利]一种盾构螺旋输送机的压力测量系统及其计算方法

权利要求书

1.一种盾构螺旋输送机的压力测量系统，其特征在于，包括：

参数模块，用于接收盾构螺旋输送机的结构参数，所述结构参数包括：螺旋叶片厚度、螺旋叶片螺距、螺旋叶片直径、螺旋轴直径和螺旋槽的槽深；

角度模块，用于接收螺旋轴的安装倾斜角度和渣土的输出角度；

密度模块，用于检测渣土的密度；

传感器模块，用于获取盾构螺旋输送机的初始压力和剪切应力；所述剪切应力包括：上螺旋叶片剪切应力、下螺旋叶片剪切应力、螺旋轴剪切应力、螺旋壳体剪切应力；

数据处理模块，分别与所述参数模块、所述角度模块、所述密度模块、所述传感器模块和位置模块连接；所述数据处理模块对所述结构参数进行处理，得到螺旋叶片的叶片螺旋角、螺旋轴的轴螺旋角和螺旋槽的平均螺旋角；所述数据处理模块对所述结构参数、所述叶片螺旋角、所述轴螺旋角、所述平均螺旋角、所述安装倾斜角度、所述输出角度、所述密度、所述初始压力和所述剪切应力进行处理，得到盾构螺旋输送机的压力分布预测模型；

所述压力分布预测模型的公式为：

其中，y为盾构螺旋输送机上所需测量压力的位置与进渣口之间的距离，d为螺旋槽的槽深，P₀为盾构螺旋输送机的初始压力，e为螺旋叶片厚度，s为螺旋叶片螺距，k1和k2为常数，φ为螺旋轴的安装倾斜角度，θ为渣土的输出角度，为叶片螺旋角，为轴螺旋角，为平均螺旋角，(τ_f)_t为上螺旋叶片剪切应力、(τ_f)_b为下螺旋叶片剪切应力、τ_s为螺旋轴剪切应力、τ_c为螺旋壳体剪切应力，ρ为渣土的密度记，g为重力加速度；

位置模块，用于接收盾构螺旋输送机的长度位置信息，并输入到所述压力分布预测模型中进行处理，得到渣土对盾构螺旋输送机的压力。

2.根据权利要求1所述的一种盾构螺旋输送机的压力测量系统的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

通过所述参数模块接收盾构螺旋输送机的结构参数；

利用所述数据处理模块对所述结构参数进行处理，得到螺旋叶片的叶片螺旋角、螺旋轴的轴螺旋角和螺旋槽的平均螺旋角；

通过所述角度模块接收螺旋轴的安装倾斜角度和渣土的输出角度；

通过所述密度模块获取渣土的密度；

通过所述传感器模块获取盾构螺旋输送机的初始压力；

利用所述传感器模块测量盾构螺旋输送机与电机之间的扭矩，得到各个面的扭矩，所述各个面的扭矩等于渣土在盾构螺旋输送机内对应面所受到的剪切应力；所述剪切应力包括：上螺旋叶片剪切应力、下螺旋叶片剪切应力、螺旋轴剪切应力、螺旋壳体剪切应力；

利用所述数据处理模块对所述结构参数、所述叶片螺旋角、所述轴螺旋角、所述平均螺旋角、所述安装倾斜角度、所述输出角度、所述密度、所述初始压力和所述剪切应力进行处理，得到盾构螺旋输送机的压力分布预测模型；

所述压力分布预测模型的公式为：

其中，τ为扭矩；

通过所述位置模块接收盾构螺旋输送机的长度位置信息，并输入到所述压力分布预测模型中进行处理，得到渣土对盾构螺旋输送机的压力。

3.根据权利要求2所述的一种盾构螺旋输送机的压力测量系统的计算方法，其特征在于：通过所述角度模块接收螺旋槽的安装倾斜角度和渣土的输出角度，包括如下步骤：

通过所述角度模块接收螺旋槽的安装倾斜角度；

利用所述角度模块接收电机的运转速度；

利用所述数据处理模块对所述运转速度和所述结构参数进行处理，得到盾构螺旋输送机的实际体积输送率和理论最大体积输送率；

通过所述数据处理模块对所述叶片螺旋角、所述实际体积输送率和所述理论最大体积输送率进行处理，得到渣土的输出角度。

4.根据权利要求2所述的一种盾构螺旋输送机的压力测量系统的计算方法，其特征在于：利用所述数据处理模块对所述结构参数、所述叶片螺旋角、所述轴螺旋角、所述平均螺旋角、所述安装倾斜角度、所述输出角度、所述密度、所述初始压力和所述剪切应力进行处理，得到盾构螺旋输送机的压力分布预测模型，包括如下步骤：

利用所述数据处理模块对所述结构参数进行处理，得到渣土的尺寸与螺旋结构参数间的关系常数；

通过所述数据处理模块对所述关系常数、所述叶片螺旋角、所述轴螺旋角、所述平均螺旋角、所述安装倾斜角度、所述输出角度、所述密度、所述初始压力和所述剪切应力进行处理，得到盾构螺旋输送机的压力分布预测模型。