[發明專利]應用磨損比耗指數預測滾刀磨損量的分層求和法

有效

• 申請號: 201710366565.5
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107180016B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 李彤;韓愛民;景鳳;蘇明;尹志清;羅興元;張志奇;金立忠;王建軍;彭國峰;劉雪珠;王才勇
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;E21D9/08
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 陳卓

1.一種應用磨損比耗指數預測滾刀磨損量的分層求和法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：

統計由盾構機自動記錄的盾構掘進每環的掘進參數平均值v_i-l-j-m、n_i-l-j-m、F_i-l-j-m、T_i-l-j-m、P_i-l-j-m，其中，v為掘進速率、n為刀盤轉速、F為有效推力、T為扭矩、P為土倉壓力，i為滾刀編號，l為滾刀更換次序，j為滾刀壽命內的開倉量測次序，m為環號；

步驟二：

進行滾刀刀圈的磨損量量測，分別記錄在每次開倉檢查或換刀時的各滾刀磨損增加量δ^Ω_i-l-j，滾刀破巖地層為復合地層時記為δ^Δ_i-l-j，Ω為滾刀破巖地層序號；

步驟三：

計算并記錄下掘進過程中不同滾刀掘進每一環的破巖體積；

具體來說，如式(1)，以單把滾刀為研究對象，取軌跡相鄰的滾刀外緣間距中點為相鄰滾刀破巖斷面邊界，滾刀在環形軌跡上掘進一環，滾刀破巖產生的空心柱體空間的體積，即滾刀掘進每環的空心柱體的總體積V_i-l-j-m為：

V_i-l-j-m＝L×S_i-l-j-m (1)

按所遇到的不同的地層，計算并統計各滾刀掘進每環產生的空心柱體中各地層體積，記為V^Ω_i-l-j-m，且V_i-l-j-m＝∑V^Ω_i-l-j-m；其中：L為盾構管片環寬，S_i-l-j-m為該滾刀破巖環形區域的面積；

步驟四：

利用公式(2)計算磨損比耗指數SWI，即步驟二中實測與統計出的滾刀磨損增加量與對應的破巖體積之比：

步驟五：

將位置各異的滾刀的磨損增加量δ^Ω_i-l-j按掘進地層重新分類統計，作為回歸分析樣本，將同種地層中的SWI所對應的掘進參數集合、SWI所對應的掘進參數的若干次冪作為元素集，進行元素集間笛卡爾乘積運算，得到屬于同種地層SWI的單項變量及二元復合變量集合，作為多元回歸分析的自變量集；

步驟六：

對滾刀掘進各種均質地層的SWI樣本及相應自變量集元素進行多元逐步線性回歸運算，得到分別獨立屬于各種均質地層的SWI與掘進參數間的高階多項式函數關系，按照共性提升原則，將屬于各種均質地層的SWI與掘進參數間的高階多項式函數關系中相同的自變量抽出來，將它們線性組合成式(3)，作為預測均質地層滾刀SWI的通式，即SWI預測方程：

SWI^Ω*＝kv^an^b+c (3)

式中，v為掘進速率；n為刀盤轉速；a、b、c及k均為SWI預測方程系數，SWI^Ω*為SWI^Ω的預測值；

步驟七：

利用式(4)、式(5)、式(6)和式(7)，計算屬于不同地層的SWI預測方程諸系數的離均差率MDR_a、MDR_b、MDR_c、MDR_k；

步驟八：

根據勘察報告，了解掘進地層的分布情況；如果掘進地層是復合地層，也就是說掌子面由若干個地層組合而成，就根據地層參數，從而確定了掌子面里面每一個地層的巖體基本質量指標BQ值或[BQ]值；

步驟九：

確定屬于掌子面里面各地層SWI方程系數，即根據勘察報告計算得出地層BQ值或[BQ]值；在橫坐標上找到該地層BQ值或[BQ]值對應的點，并過該點作一條垂線，垂線分別和MDR_a與BQ值或[BQ]值的關系曲線、MDR_b與BQ值或[BQ]值的關系曲線、MDR_c與BQ值或[BQ]值的關系曲線、MDR_k與BQ值或[BQ]值的關系曲線的4個交點的縱坐標，就是屬于該地層的SWI預測方程諸系數的離均差率MDR_a、MDR_b、MDR_c、MDR_k；根據式(4)、式(5)、式(6)和式(7)，確定屬于掌子面里面某一個地層SWI方程系數a、b、c、k的具體值；

步驟十：

提出一組掘進速率v的試算值和刀盤轉速n的試算值，代入到a、b、c、k為具體數值的SWI預測方程中，就得到了屬于這一地層的、這一組v和n對應的磨損比耗指數預測值SWI^Ω*；

步驟十一：

提出與掘進速率v的試算值和刀盤轉速n的試算值相對應的開倉環號預選值，再從勘察報告和地層剖面圖中計算出每一環里各地層的體積把它們和與地層對應的SWI預測值相乘，就得到了任意一環中各地層對應的磨損增量，如式(8)

步驟十二：

如式(9)，把一環中各地層對應的磨損增量求和，就得到了滾刀在任意一環的磨損增量W為一環中地層種類數量；

步驟十三：

根據式(10)計算兩次開倉之間掘進了q環即從第p+1環到第p+q環的磨損增量

具體來說，公式(10)表示：當P環時開倉，測量磨損量一次；當從第p+1環開始掘進到第p+q環時，再開倉測量磨損量一次；兩次開倉間的磨損增量，是與第p+1環到第p+q環之間滾刀的破巖量相對應的；

步驟十四：

若在滾刀壽命內，即從換上新刀到更換下來的過程中一共開了t次倉，那式(11)就是滾刀壽命內的磨損量，用Δ表示，和磨損增量δ相區別：

步驟十五：

盾構機在一定刀盤扭矩和掘進速率之下掘進時，根據刀盤扭矩和掘進速率實時預測滾刀達到預警值所要掘進的長度或環數；當選定開倉位置時，即在確定的掘進長度條件下，通過計算掘進速率試算值和刀盤扭矩試算值所對應的滾刀壽命內的刀盤磨損量將滾刀壽命內的磨損量與預警值做比較，如果預測的磨損量低于20mm，則滾刀利用效率太低；如果磨損量預測值大于20mm，則滾刀與圍巖間作用過于劇烈；這些情況需要重新選取v和n，直到得到滿足要求的v和n，并將滿足要求的v和n設定為施工參考值。

2.根據權利要求1所述的一種應用磨損比耗指數預測滾刀磨損量的分層求和法，其特征在于：步驟十五中的預警值為：20mm±1mm。