CN109958446B - 全断面岩石掘进机刀盘前面板振动的监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全断面岩石掘进机刀盘前面板振动的监测方法，属于全断面岩石掘进机地下施工实时监测技术领域。本发明的监测方法针对刀盘前面板的振动，进行了测点的安全性布局，这既节省了应变计的数量又能最大限度地对刀盘前面板进行安全性监测，以确保TBM安全可靠地进行工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种全断面岩石掘进机刀盘前面板处振动情况实时监测方法，属于全断面岩石掘进机地下施工实时监测技术领域。
背景技术
全断面掘进装备(简称TBM)，是隧道掘进的重要装备，具有掘进速度快、综合效益高等优点，其应用范围正在逐渐增大。由于TBM工作环境复杂多变，加之其刀盘上的滚刀进行多点冲击破岩，这将产生冲击载荷，进而产生剧烈振动，由于前面板处TBM最前端，其受到的振动最为剧烈，剧烈的振动将造成刀盘与滚刀连接位置的断裂，进而严重影响安装在其上的滚刀正常的工作，因此前面板处的更应进行重点监测。
TBM主机系统主要包含刀盘系统、支撑盾体、驱动电机、主梁、支撑靴等关键部位(图1所示)，刀盘前面板(图2中2a)位于刀盘的最前端，是滚刀的主要镶嵌面，但恶劣的载荷条件往往造成其剧烈振动，这将直接影响滚刀的正常工作，进而造成TBM不能正常工作，为了保证TBM正常工作，因此必须掌握刀盘前面板处振动情况，建立起实时监测系统对其振动情况进行监测，这可以提醒工程施工人员进行及时的检修，避免进一步的破坏。
目前国内外对TBM刀盘前面板的监测方案相对研究较少，并且由于其工作环境的恶劣，虽也有一些学者也做过一定的理论研究，但由于模型简化严重并且分析较为简单，因此本身具有一定的局限性和较大的误差。
基于以上情况，本发明针对刀盘前面板的振动情况，进行了其测点的安全性布局，这既节省了振动测点的数量又能最大限度地对刀盘前面板进行安全性监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全断面岩石掘进机刀盘前面板处振动情况实时监测方法，利用振动测点及其数据传输系统获取监测数据，实现对TBM刀盘前面板振动情况进行长期实时监测，并及时反馈给操作人员，防止TBM突发事故的产生，确保TBM安全可靠地工作。
本发明的技术方案：
全断面岩石掘进机刀盘前面板振动的监测方法，所用的系统为全断面岩石掘进机刀盘前面板振动监测系统，包含用于测量振动的加速度节点、用于测量应变的应变计、接受无线信号的无线网关、显示测量数据的计算机和刀盘前面板振动测点布置模型；通过布置在TBM刀盘前面板后面筋板上的无线传感器监测其运行过程中的振动情况，同时基于无线网络协议接受传输振动及应变数据，实现对TBM刀盘前面板的实时监测；
刀盘前面板振动测点布置模型：
针对TBM刀盘前面板的应变和振动情况，提出了一种刀盘前面板测点安全性布置方法，测点的安装方式局部放大图(图3所示)，测点布置模型如下：
其中：a为主系数，-67～-66；b为指数系数，-3.6～-4.2；c为指数系数，-14.3～-12.8；d为系数61.5～63.2；以上系数均随着测点数目的增多而减少；x为编号1～n；f(x)为测点安装区域编号；
刀盘前面板振动测点布置模型说明：
(1)采用滚刀位置进行布置区域编号，以刀盘中心为O点，以右侧离O点最近的中心滚刀作为1号区域位置，并以逆时针进行区域划分和编号，在得到的各区域内均包含一把滚刀；
(2)通过模型计算得到测点安装区域编号，将振动测点安装于该区域内的滚刀后方的支撑筋上；如果求得的测点安装区域编号为中心滚刀区域，则测点布置距离该区域的中心滚刀100～200mm范围内的支撑筋上；如果求得的测点布置位置区域编号为正滚刀区域，则测点布置距离该区域内正滚刀150～300mm范围内的支撑筋上；
(3)当f(x)出现小数部分时采用进位处理；
(4)当最后求得测点安装区域f(x)超出可布置的范围，则以最后一个可布置区域代替即可。
本发明的有益效果：本发明的监测方法针对主刀盘前面板的振动，进行了测点的安全性布局，这既节省了应变计的数量又能最大限度地对刀盘前面板进行安全性监测，以确保TBM安全可靠地进行工作。
附图说明
图1是TBM总体图。
图2是刀盘系统示意图。
图3是刀盘前面板区域测点布置局部放大图。
图中：1a刀盘；1b支撑盾体；1c主梁；1d支撑靴；2a前面板；
3a筋板；3b信号采集装置。
具体实施方式
下面结合附图及技术方案详细说明本发明的具体实施方式，图2为某工程的TBM刀盘系统示意图，体现前面板所在位置，TBM刀盘在工作过程中不停地切割岩石，刀盘前方受岩石冲击作用较大，因此将传感器添加在后方的支撑筋上。一种全断面岩石掘进机刀盘前面板振动的监测方法，所用的系统为全断面岩石掘进机刀盘前面板振动监测系统，包含用于测量振动的加速度节点、用于测量应变的应变计、接受无线信号的无线网关、显示测量数据的计算机、刀盘前面板振动测点布置模型；通过布置在TBM刀盘前面板后面筋板上的无线传感器监测其运行过程中的振动和应变状态，同时基于无线网络协议接受传输振动及应变数据，实现对TBM刀盘前面板的实时监测；
下面以一个例子进行说明，假设刀盘有32把滚刀在前面板上，其中则有32个区域位置，其中中心滚刀区域有8个，正滚刀区域有24个，要布置8个测点(即x＝1,2,…8)，a＝-66.5,b＝-3.8,c＝-13.2,d＝62.1。
首先，根据刀盘前面板测点安全性布置方法，计算如下：
将各参数代入f(1)＝3.8368≈4；f(2)＝7.2756≈8；f(3)＝11.1002≈12；f(4)＝15.1995≈16；f(5)＝19.4615≈20；f(6)＝23.7786≈24；f(7)＝28.0517≈29；f(8)＝32.1935≈32；
对于求得的f(x)当x＝1,2,…7时求得的值采用进位处理，对于f(8)求得的值超出了已有的32个区域位置，因此以32来表示。
然后，根据求得的f(x)进行测点的布置。由计算的f(x)可见，1号和2号测点布置位置属于中心滚刀区域，则将各测点布置距离各自区域内中心滚刀150mm范围内的支撑筋上；3-8号测点布置位置属于正滚刀区域，则将各测点布置距离各自区域内正滚刀200mm范围内的支撑筋上。
Claims (1)
1.一种全断面岩石掘进机刀盘前面板振动的监测方法，所用的系统为全断面岩石掘进机刀盘前面板振动监测系统，包含用于测量振动的加速度节点、用于测量应变的应变计、接受无线信号的无线网关、显示测量数据的计算机和刀盘前面板振动测点布置模型；通过布置在TBM刀盘前面板后面筋板上的无线传感器监测其运行过程中的振动情况，同时基于无线网络协议接受传输振动及应变数据，实现对TBM刀盘前面板的实时监测；其特征在于，
刀盘前面板振动测点布置模型：
针对TBM刀盘前面板的应变和振动情况，提出了一种刀盘前面板测点安全性布置方法，测点布置模型如下：
其中：a为主系数，-67～-66；b为指数系数，-3.6～-4.2；c为指数系数，-14.3～-12.8；d为系数61.5～63.2；以上系数均随着测点数目的增多而减少；x为编号1～n；f(x)为测点安装区域编号；
刀盘前面板振动测点布置模型说明：
(1)采用滚刀位置进行布置区域编号，以刀盘中心为O点，以右侧离O点最近的中心滚刀作为1号区域位置，并以逆时针进行区域划分和编号，在得到的各区域内均包含一把滚刀；
(2)通过模型计算得到测点安装区域编号，将振动测点安装于该区域内的滚刀后方的支撑筋上；如果求得的测点安装区域编号为中心滚刀区域，则测点布置距离该区域的中心滚刀100～200mm范围内的支撑筋上；如果求得的测点布置位置区域编号为正滚刀区域，则测点布置距离该区域内正滚刀150～300mm范围内的支撑筋上；
(3)当f(x)出现小数部分时采用进位处理；
(4)当最后求得测点安装区域f(x)超出可布置的范围，则以最后一个可布置区域代替即可。
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