CN116384074A - 一种盾构刀盘与刀具的自适应装配方法和磨损计算方法 - Google Patents

一种盾构刀盘与刀具的自适应装配方法和磨损计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盾构刀盘与刀具的自适应装配方法和磨损计算方法，属于刀盘刀具建模分析技术领域，装配方法包括：建立包含几何信息和非几何信息的刀具库；确定刀具库中每种刀具的装配点及其装配规则；建立盾构刀盘参数化模型，构建全局坐标系；设置盾构刀盘上刀具安装位置的坐标、连接方式和约束关系；选中刀具安装位置，从刀具库中选定刀具；在盾构刀盘上设置安装点；实现盾构刀盘与刀具的自适应装配；基于所述装配方法计算刀具磨损，计算方法包括：计算刀具切削一圈的轨迹圆上各地层中的计算圆弧段，利用弧长法改进磨损系数计算所述刀具磨损量。由此解决盾构刀盘设计和施工阶段刀具装配工作量大和复合地层刀具磨损计算精度低的技术问题。

Description

一种盾构刀盘与刀具的自适应装配方法和磨损计算方法
技术领域
本发明属于刀盘刀具建模技术领域，更具体地，涉及一种盾构刀盘与刀具的自适应装配方法和磨损计算方法。
背景技术
刀盘是盾构机的关键部件之一，具有切削土层，搅拌渣土和平衡开挖面等作用。盾构刀盘在切削土体时，特别是在一些软弱不均的地层，刀具极易发生磨损，盾构刀盘刀具磨损在复合地层盾构隧道施工中极为常见，常常制约工程进展，造成工期延长甚至会导致事故发生。刀具达到磨损限值后或者经过土体性质变化大的地层需要更换新刀或不同类型新刀，对换刀后的刀盘的适应性，特别是刀具的磨损预测很重要，对刀盘刀具建模进行仿真分析是常用的手段。
盾构刀盘几何结构不一，且装配有几十上百把刀具，刀盘刀具设计选型阶段需要对每种方案进行建模分析，传统的建模和分析一般是手动的，对刀盘及所有刀具建模需要耗费大量的时间和计算资源。施工阶段更换刀具特别是不同类型的刀具后，盾构刀盘对地质环境的适应性发生变化，理论上需要重新建模进行工程分析。但是由于工期和成本的限制，工程上施工阶段一般不会对刀盘刀具重新建模分析，往往基于经验判断，以及掘进过程的分析方法进行验证，常用的有磨损检测器/传感器，基于掘进参数的机器学习方法，经验公式计算，或者定期抽刀测量等，这种事后判断的方式具有很大的局限性和不确定性，极易造成事故。提前对刀盘和每把刀具建模分析能事先判断施工过程可能的运行状态及磨损变化，显著提高选型方案和换刀方案的可解释性，降低不确定性，辅助施工人员进行换刀决策。
近年来，地下轨道交通和公路隧道工程朝着长、大、深的方向发展，盾构施工面临的地质条件也越来越复杂，盾构机可能穿越分布多种地层且呈现不规则分布的复合地层，对盾构刀盘刀具事前磨损分析面临更加严峻的挑战。同时盾构刀盘刀具装配可重用性差、设计人员劳动强度大。工程领域迫切需要一种自动高效且用户友好的同时面向多种实际工程应用场景的参数化刀盘自适应装配和磨损计算方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种盾构刀盘与刀具的自适应装配方法和磨损计算方法，其目的在于，从所述刀具库中选定待装配刀具，根据各类型刀具上装配点及其对应的装配规则，盾构刀盘上每个刀具安装位置的坐标、连接方式和约束关系，在所述盾构刀盘上设置的安装点，即可实现刀具与盾构刀盘自动装配，无需进行精细位置调整；由此解决盾构刀盘设计阶段和施工阶段刀具装配工作量大的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种盾构刀盘与刀具的自适应装配方法，包括：
S1：建立包含多种类型刀具的几何信息和非几何信息的刀具库；
S2：根据每种类型刀具的几何结构和装配空间位置，确定所述刀具库中每种类型刀具的装配点及其对应的装配规则；
S3：建立包含刀盘的几何信息和非几何信息的盾构刀盘参数化模型，以构建全局坐标系；基于所述全局坐标系在所述盾构刀盘上设置每个刀具安装位置的坐标、连接方式和约束关系；
S4：从所述刀具库中选定待装配刀具；根据各类型刀具上装配点及其对应的装配规则、所述盾构刀盘上每个刀具安装位置的坐标、连接方式和约束关系，在所述盾构刀盘上设置与所述待装配刀具匹配的安装点，基于所述安装点将所述待装配刀具与所述盾构刀盘自适应装配。
在其中一个实施例中，所述S2包括：
若属于安装在所述盾构刀盘正面且几何结构对称的刀具，则所述装配规则为：一个法向量、两个装配点和一个旋转角；
反之，则所述装配规则为：三个装配点和一个旋转角。
在其中一个实施例中，所述S4中在所述盾构刀盘上设置与所述待装配刀具匹配的安装点，基于所述安装点将所述待装配刀具与所述盾构刀盘自适应装配，包括：
S401：在所述盾构刀盘的盘面上设置所述待装配刀具对应安装点，所述盘面上的安装点与所述待装配刀具的装配点一一对应；
S402：确定所述待装配刀具上的一个移动点，提取所述移动点和所述盘面相应点的坐标，通过平移变换将所述待装配刀具移动到所述盾构刀盘的盘面上；
S403：将所述待装配刀具上的法向量和刀盘上装配位置的法向量对齐；
S404：连接所述待装配刀具的任意两个装配点得到向量表达式，获取所述盘面上对应两点安装点顺序连接后的向量表达式，通过旋转变换使两个向量重合，从而完成装配。
在其中一个实施例中，所述S402-S404包括：利用基于四元数的空间变换方法实现所述待装配刀具的装配点和刀盘上安装位置的安装点的平移变换、法向量对齐和旋转变换。
在其中一个实施例中，所述全局坐标系以所述盾构刀盘的几何中心为极点，以所述盾构刀盘的任一轴线为极轴。
在其中一个实施例中，所述刀具的几何信息包括：尺寸信息、公差信息、拓扑信息和空间位置；所述刀具的非几何信息包括：类型、材料信息、力学信息、运动学信息和从属关系。
在其中一个实施例中，所述刀盘的几何信息与所述刀具的几何信息一致；所述刀盘的非几何信息与所述刀具的非几何信息一致。
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，提供了一种盾构刀盘上刀具的磨损计算方法，其目的在于：计算刀具切削一圈的轨迹圆上各地层中的计算圆弧段，利用弧长占比加权改进综合磨损系数，计算所述刀具在盾构掘进过程的磨损量；由此解决盾构刀具在多种地层不规则分布的复合地层中磨损计算精度低的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的另一方面，提供了一种盾构刀盘上刀具的磨损计算方法，包括：
A1：利用上述盾构刀盘与刀具的自适应装配方法在盾构刀盘上装配目标刀具；
A2：基于计算机图形学提取三维地质模型中各地层在刀具切削轨迹圆上的交点，计算各地层对应的交点形成的圆弧段弧长；利用弧长占比加权计算所述目标刀具在二维地质截平面上的综合磨损系数；
A3：基于所述综合磨损系数计算所述目标刀具在二维地质截平面上的磨损量，进而获得盾构推进过程中的累计磨损量；
A4：若盾构掘进工程已完工，则结束磨损计算，将所述目标刀具当前的累计磨损量作为目标磨损量；
A5：若盾构掘进尚未完工，则按照标准规范进行换刀判断；
A6：若需更换，则重复步骤A1-A5直至盾构推进过程完工，将完工时对应的累计磨损量作为目标磨损量；若无需更换，则重复步骤A2-A5直至盾构推进过程完工，将完工时对应的累计磨损量作为目标磨损量。
在其中一个实施例中，所述A2中：
所述交点的解集由外包络线与轨迹圆方程的解确定；
若两个交点组成的圆弧上任意一点在外包络线内，则所述两交点作为计算圆弧段的端点。
在其中一个实施例中，不论地层是否规则分布，所述综合磨损系数通过各地质磨损系数建议值和计算圆弧段在刀具切削轨迹圆上弧长占比加权得到。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明中通过构建盾构参数化刀盘刀具模型，表示刀盘刀具的几何信息和非几何信息，准确展示刀盘刀具几何结构特征和空间位置关系；通过提前定义好刀具的装配点及其对应的装配规则，实现刀具在刀盘上的自动匹配，避免手动装配造成的耗时，错位等问题；在刀盘上装配刀具只需在刀具安装位置进入刀具库，直接选中待安装刀具，即可实现自动装配，无需进行精细位置调整。
(2)本发明中的刀盘刀具自适应装配算法是通过四元数变换实现的，四元数在三维图形学领域的一个重要应用是用它来描述三维旋转，四元数从某种意义上来说是四维空间的旋转。使用四元数来表示旋转，在插值时非常的方便，提高成功率，避免使用欧拉角插值运算方法出现万向节死锁，插值的效果生硬等问题。
(3)本发明考虑到超大直径盾构开挖面多种地层不规则分布的问题，结合三维地质模型切片，计算刀具切削一圈的切削轨迹圆上各地层中的计算圆弧段弧长，利用弧长占比加权改进综合磨损系数，自动计算所述目标刀具在盾构掘进过程的磨损量。当达到标准规范规定的换刀条件时进行换刀，并再次通过自适应装配算法和磨损计算方法进行建模分析。本发明中通过自适应装配和磨损计算方法，减少盾构刀盘设计阶段和施工阶段刀具装配工作量，提高多种地层不规则分布的复合地层中刀具磨损计算精度，在施工前预先判断刀盘刀具选型方案和换刀方案的可能的刀具磨损演变，提高施工工效，降低发生事故的可能性。
附图说明
图1是本发明一实施例中基于参数化模型的盾构刀盘刀具自适应装配和磨损计算方法整体流程图。
图2是本发明一实施例中所构建的基于参数化建模的各类型盾构刀具的装配规则。
图3是本发明一实施例中所构建的基于参数化建模的盾构刀具的自适应装配算法流程图。
图4是本发明一实施例中所构建的基于参数化建模的盾构刀具的自适应装配可视化流程图。
图5是本发明一实施例中所构建的三维地质模型切片示意图。
图6是本发明一实施例中所构建的弧长计算说明和几种典型的计算圆弧段的交点排序示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种盾构刀盘与刀具的自适应装配方法，包括：
S1：建立包含多种类型刀具的几何信息和非几何信息的刀具库；
S2：根据每种类型刀具的几何结构和装配空间位置，确定刀具库中每种类型刀具的装配点及其对应的装配规则；
S3：建立包含刀盘的几何信息和非几何信息的盾构刀盘参数化模型，以构建全局坐标系；基于全局坐标系在盾构刀盘上设置每个刀具安装位置的坐标、连接方式和约束关系；
S4：从刀具库中选定待装配刀具；根据各类型刀具上装配点及其对应的装配规则、盾构刀盘上每个刀具安装位置的坐标、连接方式和约束关系，在盾构刀盘上设置与待装配刀具匹配的安装点，基于安装点将待装配刀具与盾构刀盘自适应装配。
具体的，S1、建立刀具数据库，可存储多种类型刀具，通过定义的面向盾构设计、掘进及换刀过程数据表征的规范化刀具数据结构，实现盾构刀具信息的参数化输入，包括几何信息和非几何信息。S2、针对S1建立的刀具库中的刀具，建立刀具局部坐标系，根据刀具的几何结构特征和装配空间位置的特点设置判别式，每个判别式对应每种类型刀具的装配点和相应的装配规则。S3、建立盾构刀盘参数化模型，包含刀盘的几何信息和非几何信息，构建全局坐标系，并设置刀盘上每个刀具安装位置的坐标，连接方式和约束关系。S4、选中刀具安装位置，并在刀具库中选取刀具，根据S2定义的刀具的装配点及其对应的装配规则，和S3定义的刀具安装位置的坐标、连接方式和约束关系，利用盾构刀盘刀具自适应装配算法，完成盾构刀盘刀具装配。
实施例2
如图2所示，图中是按照本发明的优选实施例所构建的刀具库中各种刀具装配点的选取示意；根据每种类型刀具的几何结构和装配空间位置设置每种类型刀具上装配点及其对应的装配规则，包括：若属于安装在盾构刀盘正面且几何结构对称的刀具，则装配规则为：一个法向量、两个装配点和一个旋转角；反之，则装配规则为：三个装配点和一个旋转角。
具体的，装配规则可以描述为：若刀具几何结构对称，且装配位置在刀盘正对掘进方向一面，则定义一个法向量，两个装配点和一个旋转角；若刀具几何结构不对称，或装配位置不在刀盘正对掘进方向一面，则定义三个装配点和一个旋转角。
实施例3
如图3和图4所示，S4中在盾构刀盘上设置与待装配刀具匹配的安装点，基于安装点将待装配刀具与盾构刀盘自适应装配，包括：
S401：在盾构刀盘的盘面上设置待装配刀具对应安装点，盘面上的安装点与待装配刀具的装配点一一对应；
S402：确定待装配刀具上的一个移动点，提取移动点和盘面相应点的坐标，通过平移变换将待装配刀具移动到盾构刀盘的盘面上；
S403：将待装配刀具上的法向量和刀盘上装配位置的法向量对齐；
S404：连接待装配刀具的任意两个装配点得到向量表达式，获取盘面上对应两点安装点顺序连接后的向量表达式，通过旋转变换使两个向量重合，从而完成装配。
具体的，手动定义刀盘盘面上每种刀具安装点的装配点，这里的装配点是根据设计图纸刀具安装点和待安装刀具的装配点一一对应设置的，方便后续刀具与刀盘通过装配点匹配。确定刀具上的一个装配点，提取装配点和盘面相应安装点的坐标，通过平移变换将刀具移动到刀盘盘面上。提取刀具和其在刀盘上装配位置的法向量，拥有两个装配点的刀具的法向量为S2定义的法向量，拥有三个装配点的刀具的法向量为由三个装配点确定的指向切削面的法向量，将两个法向量对齐。连接待安装刀具的任意两个装配点，获得其向量表达式，获取刀盘盘面上对应两点装配点顺序连接后的向量表达式，通过旋转变换使两个向量重合。
实施例4
S402-S404包括：利用基于四元数的空间变换方法实现所述待装配刀具的装配点和刀盘上安装位置的安装点的平移变换、法向量对齐和旋转变换。
实施例5
全局坐标系以盾构刀盘的几何中心为极点，以盾构刀盘的任一轴线为极轴。
实施例6
刀具的几何信息包括：尺寸信息、公差信息、拓扑信息和空间位置；刀具的非几何信息包括：类型、材料信息、力学信息、运动学信息和从属关系的等。
实施例7
刀盘的几何信息与刀具的几何信息一致；刀盘的非几何信息与刀具的非几何信息一致。
实施例8
按照本发明的另一方面，提供了一种盾构刀盘上刀具的磨损计算方法，包括：
A1：利用上述盾构刀盘与刀具的自适应装配方法在盾构刀盘上装配目标刀具；
A2：基于计算机图形学提取三维地质模型中各地层在刀具切削轨迹圆上的交点，计算各地层对应的交点形成的圆弧段弧长；利用弧长占比加权计算目标刀具在二维地质截平面上的综合磨损系数；其中，图5为三维地质切片示意图；图6是所构建的弧长计算说明和几种典型的计算圆弧段的交点排序示意图；
A3：基于所述综合磨损系数计算目标刀具在二维地质截平面上的磨损量，进而获得盾构推进过程中的累计磨损量；
A4：若盾构掘进工程已完工，则结束磨损计算，将目标刀具当前的累计磨损量作为目标磨损量；
A5：若盾构掘进尚未完工，则按照标准规范进行换刀判断；
A6：若需更换，则重复步骤A1-A5直至盾构推进过程完工，将完工时对应的累计磨损量作为目标磨损量；若无需更换，则重复步骤A2-A5直至盾构推进过程完工，将完工时对应的累计磨损量作为目标磨损量。
其中，基于地勘报告建立的三维地质模型，盾构掘进段可能经过多个地层，每个地层是同一地质，相邻地层是不同地质，基于计算机图形学提取各地层在刀具切削轨迹圆上的交点，计算各地层中计算圆弧段弧长。在同一地层中，可能存在多个计算圆弧段。
具体的，基于地勘报告建立三维地质模型，考虑到盾构机总前进距离为Lt，通过布尔运算，截取三维地质模型，将对应的距离离散化为长度为L的n个切片，获得二维截平面地质模型，该截平面地质模型由三角网格面片构成。将地质属性和盾构刀盘刀具参数分配给每个切片，刀具切削一圈在三维地质中的切削路径在切片上的投影为切削轨迹圆，将刀具在三维地质中切削的三维磨损计算问题转化为二维。
考虑超大直径盾构开挖面可能涉及多种地层S1，S2，…，SN，且不规则分布，刀具在不同类型的地质中切削机理不同，刀具磨损程度不同，需要将不同地质按照地层截平面分别分析。要获取轨迹圆与地层分界线上的交点，首先对不同地层截平面进行包络处理，获取地层截平面的外包络线。其具体做法为，判断模型中网格边是否为两个三角形共有，如果是，删除这条边。否则不删除，这样获得由节点P1，P2，…，Pn首尾相连组成的外包络线。
求外包络线{P1P2,P2P3,P3P4,...,Pn-1Pn,PnP1}与刀具切削轨迹圆的交点解集。对所求的交点解按照圆周方向(逆时针或顺时针)进行排序，任取一点C1，按照圆周方向，取邻近下一点C2，取弧C1C2中任一点Ci(不包括C1和C2)，通过射线法判断Ci是否在地层包络线内，若在，则弧C1C2为计算圆弧段，其弧长为计算圆弧段弧长。
具体的，基于A3计算的刀具累计磨损值w，如果盾构掘进工程已完工，则结束磨损计算，若尚未完工，则按照标准规范进行换刀判断。如需更换，则重复步骤A1-A5，更换新刀具，重新计算新刀具磨损量，否则重复步骤A2-A5，继续计算刀具累计磨损量。
实施例9
A2中：交点解集由外包络线与轨迹圆方程的解确定；若两个交点组成的圆弧上任意一点在外包络线内，则两交点作为计算圆弧段的端点。
具体的，通过射线法判断点Ci在外包络线内，从点Ci出发向轨迹圆外作任意一条射线，统计该射线与外包络线的交点数。如果为奇数，点Ci在外包络线内；如果为偶数，点Ci在外包络线外。其中，特殊情况需单独考虑，射线与外包络线相切，切点不应被计算在交点中；射线与外包络线的一条边重合，这条边应被忽略不计。
实施例10
不论地层是否规则分布，综合磨损系数通过各地质磨损系数建议值和计算圆弧段在刀具切削轨迹圆上弧长占比加权得到。
具体的，计算地层中计算圆弧段与轨迹圆周长的占比，结合各类型地质的建议磨损系数，利用弧长占比加权计算刀具在二维地质截平面上的综合磨损系数；
Figure BDA0004129095590000111
其中，Ks是综合磨损系数，Ki(i＝1，2，3，…，n)分别是弧长l1，l2，l3，…，ln所处地质的建议磨损系数，Rm是刀具安装半径，x是同一安装半径下刀具的数量。
基于工程上常用的日本隧道学会(Japanese Tunnelling Society，JTS)模型，计算刀具在二维地质截平面上的磨损量和盾构推进过程中的累计磨损量。JTS公式为
Figure BDA0004129095590000112
Kn＝K/n0.3333；其中，δ指刀具磨损量，Kn是等效磨损系数(mm/km)，K是所处地质建议磨损系数(mm/km)，n是在同一安装半径下的刀具数量，R是刀盘上刀具的安装半径，N是刀盘的转速(r/min)，L是刀盘沿隧道方向的开挖长度(km)，v是盾构刀盘沿隧道方向的掘进速度(mm/min)。
JTS模型通过考虑刀盘刀具几何参数，掘进参数和磨损系数计算刀具的磨损量，几何参数包括刀具在刀盘上的安装半径和同安装半径下安装数量，掘进参数包括刀盘沿掘进方向开挖长度和掘进速度、刀盘转速，磨损系数是与地质有关的参数，一般各类型地质有标准规范规定的建议取值范围。JTS模型仅考虑单一地层情况，具有局限性。当刀具切削一圈要经过多种地层不规则分布的复合地层时，即刀具轨迹圆经过多个地层，需要利用S5和S6方法计算该轨迹圆的综合磨损系数。则每个刀具切削轨迹圆的刀具磨损量单元可以表示为：
Figure BDA0004129095590000121
其中，Ks是综合磨损系数(mm/km)，Rm是刀盘上刀具的安装半径，Nd是刀盘的转速(r/min)，Δl是刀盘沿隧道方向的单位开挖长度(km)，v是盾构刀盘沿隧道方向的掘进速度(mm/min)。
假设盾构从0环开始掘进，刀具m在刀盘沿掘进方向开挖lt后的累计磨损值为：
Figure BDA0004129095590000122
其中，w是刀具累计磨损量，由每个刀具磨损量单元δ累计得到，将刀盘沿隧道方向的总开挖长度lt表示为从时间T＝0到时间T＝t盾构刀盘沿隧道方向的掘进速度v(t)的积分，Ks，t是T＝t时综合磨损系数(mm/km)，Rm是刀盘上每把刀具的安装半径，Nd，t是T＝t时刀盘的转速(r/min)，l是刀盘沿隧道方向的开挖长度(km)，v(t)是随时间变化的盾构刀盘沿隧道方向的掘进速度(mm/min)。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盾构刀盘与刀具的自适应装配方法，其特征在于，包括：
S1：建立包含多种类型刀具的几何信息和非几何信息的刀具库；
S2：根据每种类型刀具的几何结构和装配空间位置，确定所述刀具库中每种类型刀具的装配点及其对应的装配规则；
S3：建立包含刀盘的几何信息和非几何信息的盾构刀盘参数化模型，以构建全局坐标系；基于所述全局坐标系在所述盾构刀盘上设置各类型刀具安装位置的坐标、连接方式和约束关系；
S4：从所述刀具库中选定待装配刀具；根据各类型刀具上装配点及其对应的装配规则，所述盾构刀盘上每个刀具安装位置的坐标、连接方式和约束关系，在所述盾构刀盘上设置与所述待装配刀具匹配的安装点，基于所述安装点将所述待装配刀具与所述盾构刀盘自适应装配。
2.如权利要求1所述的盾构刀盘与刀具的自适应装配方法，其特征在于，所述S2包括：
若属于安装在所述盾构刀盘正面且几何结构对称的刀具，则所述装配规则为：一个法向量、两个装配点和一个旋转角；
反之，则所述装配规则为：三个装配点和一个旋转角。
3.如权利要求1所述的盾构刀盘与刀具的自适应装配方法，其特征在于，所述S4中在所述盾构刀盘上设置与所述待装配刀具匹配的安装点，基于所述安装点将所述待装配刀具与所述盾构刀盘自适应装配，包括：
S401：在所述盾构刀盘的盘面上设置所述待装配刀具对应安装点，所述盘面上的安装点与所述待装配刀具的装配点一一对应；
S402：确定所述待装配刀具上的一个移动点，提取所述移动点和所述盘面相应点的坐标，通过平移变换将所述待装配刀具移动到所述盾构刀盘的盘面上；
S403：将所述待装配刀具上的法向量和刀盘上装配位置的法向量对齐；
S404：连接所述待装配刀具的任意两个装配点得到向量表达式，获取所述盘面上对应两点安装点顺序连接后的向量表达式，通过旋转变换使两个向量重合，从而完成装配。
4.如权利要求3所述的盾构刀盘与刀具的自适应装配方法，其特征在于，所述S402-S404包括：利用基于四元数的空间变换方法实现所述待装配刀具的装配点和刀盘上安装位置的安装点的平移变换、法向量对齐和旋转变换。
5.如权利要求1所述的盾构刀盘与刀具的自适应装配方法，其特征在于，所述全局坐标系以所述盾构刀盘的几何中心为极点，以所述盾构刀盘的任一轴线为极轴。
6.如权利要求1所述的盾构刀盘与刀具的自适应装配方法，其特征在于，
所述刀具的几何信息包括：尺寸信息、公差信息、拓扑信息和空间位置；
所述刀具的非几何信息包括：类型、材料信息、力学信息、运动学信息和从属关系。
7.如权利要求6所述的盾构刀盘与刀具的自适应装配方法，其特征在于，
所述刀盘的几何信息与所述刀具的几何信息一致；
所述刀盘的非几何信息与所述刀具的非几何信息一致。
8.一种盾构刀盘上刀具的磨损计算方法，其特征在于，包括：
A1：利用权利要求1-7任一项所述的盾构刀盘与刀具的自适应装配方法在盾构刀盘上装配目标刀具；
A2：基于计算机图形学提取三维地质模型中各地层在刀具切削轨迹圆上的交点，计算各地层对应的交点形成的圆弧段弧长；利用弧长占比加权计算所述目标刀具在二维地质截平面上的综合磨损系数；
A3：基于所述综合磨损系数计算所述目标刀具在二维地质截平面上的磨损量，进而获得盾构推进过程中的累计磨损量；
A4：若盾构掘进工程已完工，则结束磨损计算，将所述目标刀具当前的累计磨损量作为目标磨损量；
A5：若盾构掘进尚未完工，则按照标准规范进行换刀判断；
A6：若需更换，则重复步骤A1-A5直至盾构推进过程完工，将完工时对应的累计磨损量作为目标磨损量；若无需更换，则重复步骤A2-A5直至盾构推进过程完工，将完工时对应的累计磨损量作为目标磨损量。
9.如权利要求8所述的盾构刀盘上刀具的磨损计算方法，其特征在于，所述A2中：
所述交点的解集由外包络线与轨迹圆方程的解确定；
若两个交点组成的圆弧上任意一点在外包络线内，则将所述两个交点作为计算圆弧段的端点。
10.如权利要求8所述的盾构刀盘上刀具的磨损计算方法，其特征在于，不论地层是否规则分布，所述综合磨损系数通过各地质磨损系数建议值和计算圆弧段在刀具切削轨迹圆上弧长占比加权得到。
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