CN108534722A - 一种tbm滚刀状态监测方法 - Google Patents

一种tbm滚刀状态监测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108534722A
CN108534722A CN201810211581.1A CN201810211581A CN108534722A CN 108534722 A CN108534722 A CN 108534722A CN 201810211581 A CN201810211581 A CN 201810211581A CN 108534722 A CN108534722 A CN 108534722A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tbm hob
axis
position sensor
tbm
hob
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810211581.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108534722B (zh
Inventor
张忠林
常盛
周辉
朱勇
吴志强
付彬
李惠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201810211581.1A priority Critical patent/CN108534722B/zh
Publication of CN108534722A publication Critical patent/CN108534722A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108534722B publication Critical patent/CN108534722B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/56—Investigating resistance to wear or abrasion

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供一种TBM滚刀状态监测方法，目的是提供一种TBM滚刀状态监测方法，即：通过高精度位置传感器并建立相应坐标系来确定TBM滚刀磨损、破损之后的几何轴线；利用应变片和加速度传感器监测TBM滚刀在工作过程中轴承的圆周力、轴向力、径向力的波动；由几何轴线与力的波动相结合进而精准判断TBM滚刀是否可以继续正常工作。

Description

一种TBM滚刀状态监测方法
技术领域
本发明涉及一种TBM滚刀状态监测方法，属于TBM掘进施工中滚刀在线测量检测与寿命预测的技术领域。
背景技术
TBM滚刀是一种破碎坚硬岩石的挖掘工具，其作用是切割掌子面岩石并将岩石从掌子面上剥落下来。广泛应用于地下空间工程中的地铁隧道、铁路隧道、引水隧道、地下矿物开采隧洞以及城市地下管网的施工作业。其工作环境极其恶劣，人工检修困难，在工作过程中容易突发性的损坏导致无法正常工作。因此，需要对正在工作的TBM滚刀进行监测与判断是否还能继续正常工作。目前，国内外还没有运用本专利发明方法中的几何轴线法，来监测TBM滚刀在工作过程中突然损坏以至于无法正常继续工作的监测方法。
发明内容
本发明的目的是为提供一种TBM滚刀状态监测方法，通过高精度位置传感器并建立相应坐标系来确定TBM滚刀磨损、破损之后的几何轴线；利用应变片和加速度传感器监测TBM滚刀在工作过程中轴承的轴向力Fa、径向力Fr，圆周力Ft的波动；由几何轴线与力的波动相结合进而精准判断TBM滚刀是否可以继续正常工作。
本发明的目的是这样实现的：步骤如下：
步骤一：在平行于TBM滚刀的安装轴线方向上且距离TBM滚刀安装轴线的距离为L处布置n个位置传感器，编号分为是i＝1～n，且n个位置传感器对称分布于过TBM滚刀宽度二分之一处的轴截面；
步骤二：在位置传感器布置所在的直线与TBM滚刀的安装轴线这两条直线所在的平面上建立xoy坐标系，传感器所在的直线为x轴，过TBM滚刀宽度二分之一处的点且垂直于TBM滚刀安装轴线的直线为y轴，则第i个位置传感器的坐标为(xi，0)；
步骤三：x轴与TBM滚刀安装轴线的距离为L，则TBM滚刀的理论几何轴线在所建立的xoy的坐标系中的直线方程为：y＝L；
步骤四：测量每个位置传感器在所对应位置的径向尺寸，在整个圆周上每隔45度测一组数据，一共测8组且编号为j＝1～8，第i个位置传感器在位置j上所测得径向尺寸值记为rij，计算第i个位置的位置传感器所对应位置的径向尺寸的平均值
步骤五：位置传感器在整个圆周上每隔45度处采集一组数据，第i个位置传感器在位置j上所采集的数据记为lij，其中把l1j到lnj数组记为Lj：Lj＝(l1j，l2j，l3j，l4j，l5j，…lij…，lnj)；
步骤六：重复步骤五，测得w组Lj，第i个位置传感器在位置j上第k组的测量值记为lijk，其中k＝1～w；
步骤七：计算lij的平均值
步骤八：第i个位置传感器的横坐标为xi，计算圆周位置j的实际几何轴线在xi的纵坐标yij：则在圆周位置j上所得到的实际几何轴线的估计坐标为(xi，yij)；
步骤九：根据在圆周位置j上所测量并计算得到的坐标点(xi，yij)，利用拉格朗日插值法拟合通过圆周位置j轴截面的几何轴线，其计算公式为：
拟合曲线函数：
步骤十：给定一个允许范围ε，使得|uj-L|≤ε，则TBM滚刀刀圈正常工作，若|uj-L|＞ε则TBM滚刀刀圈严重损坏；
步骤十一：在TBM滚刀安装部位的轴承内圈与轴接触的内壁，沿着圆周均匀贴置四个应变片，分别编号为a、b、c、d，测量轴承的径向力Fr；
步骤十二：在轴承外圈与刀毂接触的端部沿着圆周均匀贴置m个应变片，测量轴承的轴向力Fa；
步骤十三：在轴承外圈安装一个加速度传感器，测量轴承的加速度a，检测轴承圆周力Ft；
步骤十四：将步骤十一、步骤十二贴置的应变片与外接于动态应变仪与光线示波器，将步骤十三安装的加速度传感器接入示波器，根据示波器显示的波形来监测盘形滚刀是否可以继续正常工作。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.n取11。
2.m＝4，且应变片分别编号为e、f、g、h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用高精度位置传感器并建立相应的坐标系，测量并计算TBM滚刀的实际几何轴线离散点的坐标，利用拉格朗日插值法和所得的坐标点拟合成一条连续的曲线，这条拟合曲线近似为TBM滚刀的实际几何轴线，由拟合曲线能准确判断TBM滚刀的磨损程度；若利用几何轴线检测不出，则进一步利用应变片和加速度传感器准确的动态监测TBM滚刀在工作过程中是否继续正常工作。
附图说明
图1是本发明n＝11的位置传感器布置与坐标系xoy位置图；
图2是本发明应片贴置在TBM滚刀中主视图；
图3是图2的A-A剖面图；
图4是图2的B-B剖面图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图4，本发明是一种TBM滚刀状态监测方法，包括以下步骤：
步骤一：选择n个高精度位置传感器，选用推荐值n＝11时位置传感器如附图“图1”，把选好的位置传感器布置在平行于TBM滚刀的安装轴线方向上，距离TBM滚刀安装轴线的距离为L，且对称分布于过TBM滚刀宽度二分之一处的轴截面,编号为i＝1～n(推荐值为n＝11)。
步骤二：设置坐标系如附图“图1”，在位置传感器布置所在的直线与TBM滚刀的安装轴线这两条直线所在的平面上建立xoy坐标系，传感器所在的直线为x轴，过TBM滚刀宽度二分之一处的点且垂直于滚刀安装轴线的直线为y轴，第i个位置传感器的坐标位(xi，0)。
步骤三：x轴与TBM滚刀安装轴线的距离为L，则TBM滚刀的理论几何轴线在所建立的xoy的坐标系中的直线方程为：y＝L。
步骤四：取标准的、无磨损的TBM滚刀、以及无损坏的安装部位，测量每个传感器在所对应位置的径向尺寸，在整个圆周上每隔45度测一组数据，一共测8组且编号为j＝1～8，第i个位置传感器在位置j上所测得径向尺寸值记为rij，计算第i个位置传感器所对应位置的径向尺寸的平均值
步骤五：取所需检测的TBM滚刀，位置传感器在整个圆周上每隔45度处采集一组数据，第i个位置传感器在位置j上所采集的数据记为lij，其中把l1j到lnj数组记为Lj：Lj＝(l1j，l2j，l3j，l4j，l5j，…lij…，lnj)。
步骤六：重复步骤五，测得w组Lj，第i个位置传感器在位置j上第k组的测量值记为lijk，其中k＝1～w。
步骤七：计算lij的平均值
步骤八：第i个位置传感器的横坐标为xi，计算圆周位置j的实际几何轴线在xi的纵坐标yij：则在圆周位置j上所得到的实际几何轴线的估计坐标为(xi，yij)。
步骤九：根据在圆周位置j上所测量并计算得到的坐标点(xi，yij)，利用拉格朗日插值法拟合通过圆周位置j轴截面的几何轴线，其计算公式为：
拟合曲线函数：
步骤十：几何轴线决定TBM滚刀的工作状态，若几何轴线发生变化，TBM滚刀一定发生变化，所以，通过监测几何轴线，可知TBM滚刀工作状态。综合考虑测量误差、计算误差以及磨损允许的范围，给定一个允许范围ε，若|uj-L|＞ε，则TBM滚刀刀圈严重损坏(进行报警处理)；若|uj-L|≤ε，则TBM滚刀刀圈正常工作，则进一步通过下面的力能参数，来辨识滚刀状态。
步骤十一：在TBM滚刀安装部位的轴承内圈与轴接触的内壁，沿着圆周均匀贴置四个应变片，分别编号为a、b、c、d，测量轴承的径向力Fr。
步骤十二：在轴承外圈与刀毂接触的端部沿着圆周均匀贴置m个应变片(推荐值为m＝4，分别编号为e、f、g、h)，测量轴承的轴向力Fa。
步骤十三：在轴承外圈安装一个加速度传感器，测量轴承的加速度a，根据公式Ft＝ma(m为轴承外圈以及TBM滚刀刀圈、刀毂的质量)检测轴承圆周力Ft。
步骤十四：将步骤十一、步骤十二贴置的应变片与外接于动态应变仪与光线示波器，将步骤十三安装的加速度传感器接入示波器，根据示波器显示的波形来监测盘形滚刀是否可以继续正常工作。
步骤十四：将步骤十一、步骤十二贴置的应变片与外接于动态应变仪与光线示波器，将步骤十三安装的加速度传感器接入示波器，根据示波器显示的波形来判断TBM滚刀是否正常工作；若轴向力Fa、径向力Fr、圆周力Ft骤变，则TBM滚刀一定有严重损坏的地方，不能继续正常工作；若轴向力Fa、径向力Fr、圆周力Ft骤变，则TBM滚刀属于正常工作的范围。
综上，本发明属于测量检测技术领域，具体涉及一种TBM滚刀状态监测方法，其目的是提供一种TBM滚刀状态监测方法，即：通过高精度位置传感器并建立相应坐标系来确定TBM滚刀磨损、破损之后的几何轴线；利用应变片和加速度传感器监测TBM滚刀在工作过程中轴承的若轴向力Fa、径向力Fr、圆周力Ft的波动；由几何轴线与力的波动相结合进而精准判断TBM滚刀是否可以继续正常工作。

Claims (3)

1.一种TBM滚刀状态监测方法，其特征在于：步骤如下：
步骤一：在平行于TBM滚刀的安装轴线方向上且距离TBM滚刀安装轴线的距离为L处布置n个位置传感器，编号分为是i＝1～n，且n个位置传感器对称分布于过TBM滚刀宽度二分之一处的轴截面；
步骤二：在位置传感器布置所在的直线与TBM滚刀的安装轴线这两条直线所在的平面上建立xoy坐标系，传感器所在的直线为x轴，过TBM滚刀宽度二分之一处的点且垂直于TBM滚刀安装轴线的直线为y轴，则第i个位置传感器的坐标为(xi，0)；
步骤三：x轴与TBM滚刀安装轴线的距离为L，则TBM滚刀的理论几何轴线在所建立的xoy的坐标系中的直线方程为：y＝L；
步骤四：测量每个位置传感器在所对应位置的径向尺寸，在整个圆周上每隔45度测一组数据，一共测8组且编号为j＝1～8，第i个位置传感器在位置j上所测得径向尺寸值记为rij，计算第i个位置的位置传感器所对应位置的径向尺寸的平均值
步骤五：位置传感器在整个圆周上每隔45度处采集一组数据，第i个位置传感器在位置j上所采集的数据记为lij，其中把l1j到lnj数组记为Lj：Lj＝(l1j，l2j，l3j，l4j，l5j，…lij…，lnj)；
步骤六：重复步骤五，测得w组Lj，第i个位置传感器在位置j上第k组的测量值记为lijk，其中k＝1～w；
步骤七：计算lij的平均值
步骤八：第i个位置传感器的横坐标为xi，计算圆周位置j的实际几何轴线在xi的纵坐标yij：则在圆周位置j上所得到的实际几何轴线的估计坐标为(xi，yij)；
步骤九：根据在圆周位置j上所测量并计算得到的坐标点(xi，yij)，利用拉格朗日插值法拟合通过圆周位置j轴截面的几何轴线，其计算公式为：
拟合曲线函数：
步骤十：给定一个允许范围ε，使得|uj-L|≤ε，则TBM滚刀刀圈正常工作，若|uj-L|＞ε则TBM滚刀刀圈严重损坏；
步骤十一：在TBM滚刀安装部位的轴承内圈与轴接触的内壁，沿着圆周均匀贴置四个应变片，分别编号为a、b、c、d，测量轴承的径向力Fr；
步骤十二：在轴承外圈与刀毂接触的端部沿着圆周均匀贴置m个应变片，测量轴承的轴向力Fa；
步骤十三：在轴承外圈安装一个加速度传感器，测量轴承的加速度a，检测轴承圆周力Ft；
步骤十四：将步骤十一、步骤十二贴置的应变片与外接于动态应变仪与光线示波器，将步骤十三安装的加速度传感器接入示波器，根据示波器显示的波形来监测盘形滚刀是否可以继续正常工作。
2.根据权利要求1所述的一种TBM滚刀状态监测方法，其特征在于：n取11。
3.根据权利要求1所述的一种TBM滚刀状态监测方法，其特征在于：m＝4，且应变片分别编号为e、f、g、h。
CN201810211581.1A 2018-03-15 2018-03-15 一种tbm滚刀状态监测方法 Active CN108534722B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810211581.1A CN108534722B (zh) 2018-03-15 2018-03-15 一种tbm滚刀状态监测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810211581.1A CN108534722B (zh) 2018-03-15 2018-03-15 一种tbm滚刀状态监测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108534722A true CN108534722A (zh) 2018-09-14
CN108534722B CN108534722B (zh) 2019-11-12

Family

ID=63483558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810211581.1A Active CN108534722B (zh) 2018-03-15 2018-03-15 一种tbm滚刀状态监测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108534722B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5553487A (en) * 1992-11-12 1996-09-10 Digital Instruments, Inc. Methods of operating atomic force microscopes to measure friction
CN101198800A (zh) * 2005-06-15 2008-06-11 Zf腓特烈港股份公司 具有传感器装置的球窝关节以及用于磨损测量的方法
CN103969139A (zh) * 2014-04-30 2014-08-06 大连理工大学 一种掘进机在线滚刀磨损检测方法
CN104653193A (zh) * 2014-12-22 2015-05-27 天津大学 基于能量原理的tbm盘形滚刀受力预测方法
KR20160066616A (ko) * 2014-12-02 2016-06-13 현대건설주식회사 Ｔｂｍ 디스크 커터 분석시스템 및 분석방법
CN106944680A (zh) * 2017-03-28 2017-07-14 重庆大学 一种盘类齿轮成型磨齿自适应加工方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5553487A (en) * 1992-11-12 1996-09-10 Digital Instruments, Inc. Methods of operating atomic force microscopes to measure friction
CN101198800A (zh) * 2005-06-15 2008-06-11 Zf腓特烈港股份公司 具有传感器装置的球窝关节以及用于磨损测量的方法
CN103969139A (zh) * 2014-04-30 2014-08-06 大连理工大学 一种掘进机在线滚刀磨损检测方法
KR20160066616A (ko) * 2014-12-02 2016-06-13 현대건설주식회사 Ｔｂｍ 디스크 커터 분석시스템 및 분석방법
CN104653193A (zh) * 2014-12-22 2015-05-27 天津大学 基于能量原理的tbm盘形滚刀受力预测方法
CN106944680A (zh) * 2017-03-28 2017-07-14 重庆大学 一种盘类齿轮成型磨齿自适应加工方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
夏婧怡等: "TBM边缘滚刀运动特性研究", 《农机使用与维修》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108534722B (zh) 2019-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111307031B (zh) 一种埋地管道安全状态监测与预警方法
CN107420105B (zh) 全断面岩石掘进机关键部位振动与应变监测方法
CN101639353A (zh) 地裂缝三向变形测量仪
CN103018788A (zh) 深长隧道不良地质和岩体力学性质超前探测装置及方法
WO2019023952A1 (zh) 全断面岩石掘进机关键部位振动与应变监测方法
CN103502785A (zh) 在横向变形基础上的负载传感
CN107218899A (zh) 一种面向人防工事等地下隧道的形变高精度智能检测方法
CN104483700B (zh) 地层裂缝监测与预警系统及方法
US10345193B2 (en) Bearing gauge arrangement
CN107109938A (zh) 隧道掘进机
CN109115147A (zh) 全深度阵列式测斜仪及深部位移测量方法
CN208780164U (zh) 全深度阵列式测斜仪
CN211291358U (zh) 一种快速测量风管直径的装置
CN112924061A (zh) 一种天然气管道非均匀沉降应力无线实时监测系统及方法
CN107990881B (zh) 一种基于测量机器人的桩机施工定位方法
CN114136993B (zh) 一种盾构隧道环缝检测方法与系统
CN117629615B (zh) 一种盾构机故障检测方法、设备及介质
CN116625263A (zh) 基于云处理技术的隧道变形监测分析方法
CN105043611B (zh) 一种膨胀土侧向膨胀力原位测试装置
CN106979743A (zh) 一种滑坡深部大位移自适应监测系统和方法
CN108534722B (zh) 一种tbm滚刀状态监测方法
CN211291851U (zh) 一种盾构隧道土体地震液化实时监测系统
CN211737214U (zh) 一种盾构隧道管片沉降监测报警系统
CN111173487B (zh) 区域式水力压裂的监测方法
CN111504533A (zh) 一种顶管机机头及管道关键位置受力监测装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant