[發明專利]一種TBM滾刀狀態監測及故障診斷方法、系統

有效

• 申請號: 202010155515.4
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111322082B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 郭亮;陳昱坤;高宏力;董勛;劉宸宇;李長根;陳志強
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02;E21D9/10;G01M13/04;G01M13/045;G01R19/25;E21D9/11
• 代理公司: 成都正象知識產權代理有限公司 51252
• 代理人: 李姍姍

1.一種TBM滾刀狀態監測及故障診斷系統，其特征在于：包括信號采集模塊、信號傳輸模塊和上位機；

所述信號采集模塊安裝于TBM滾刀的刀盤上，用于采集刀盤的主軸承的振動信號和主電機的電流信號，并將采集的信號轉換為可傳輸的數字信號,所述信號采集模塊包括傳感器、采集板卡、AD轉換芯片和存儲器，其中：

所述傳感器包括振動傳感器和電流傳感器，分別安裝于TBM刀盤的主軸承和主電機上，以對TBM刀盤的主軸承的振動信號和主電機的電流信號進行采集；

所述采集板卡包括集成放大電路和濾波電路，以將采集的振動信號和電流信號轉化為模擬信號；

所述AD轉換芯片將所述模擬信號轉換成數字信號，并將所述數字信號保存到所述存儲器中；

所述信號傳輸模塊用于實現所述信號采集模塊與所述上位機的通信傳輸，以將所述數字信號傳輸至上位機；

所述上位機設立在TBM主控室中，用于接收所述信號傳輸模塊傳輸的信號，并對接收信號進行處理分析，以獲取刀盤及TBM滾刀當前運行狀態和故障狀態；

其中：

對接收信號進行處理分析的方式為：采用時域分析、頻域分析或時頻域分析中的一種執行處理分析，以獲取處理分析數據；

獲取運行狀態的方式為：提取處理分析數據中刀盤及TBM滾刀的狀態特征，且狀態特征為均值、均方值和幅值譜中的一種或多種；

獲取故障狀態的方式為：基于PCA主元量分析法獲取處理分析數據中刀盤及TBM滾刀的故障特征；基于訓練好的BP神經網絡，建立滾刀故障識別數學模型；結合故障特征與數學模型，判斷刀盤及TBM滾刀是否發生故障及發生故障的位置。

2.根據權利要求1所述的一種TBM滾刀狀態監測及故障診斷系統，其特征在于，所述BP神經網絡包括輸入層、隱層和輸出層，其中所述輸入層輸入故障特征，所述輸出層輸出刀盤及TBM滾刀的故障種類。

3.根據權利要求2所述的一種TBM滾刀狀態監測及故障診斷系統，其特征在于：所述信號傳輸模塊采用WIFI無線傳輸模塊，以基于WIFI無線網絡將所述存儲器中的數字信號傳輸至上位機。

4.根據權利要求3所述的一種TBM滾刀狀態監測及故障診斷系統，其特征在于，所述上位機中包括信號接收模塊、信號處理模塊、狀態檢測模塊和故障診斷模塊；其中：

所述信號接收模塊用于接收信號傳輸模塊傳輸的信號；

所述信號處理模塊包括振動信號處理電路和電流信號處理電路，以分別實現對振動信號和電流信號的處理分析；

所述狀態檢測模塊基于處理分析數據提取狀態特征，以獲取刀盤及TBM滾刀的當前運行狀態；

所述故障診斷模塊基于處理分析數據提取故障特征，并基于故障特征判斷刀盤及TBM滾刀的當前故障狀態。

5.根據權利要求4所述的一種TBM滾刀狀態監測及故障診斷系統，其特征在于，所述上位機還包括報警模塊，且報警模塊在刀盤或TBM滾刀故障時執行警報。

6.根據權利要求1-5中任意一項所述的一種TBM滾刀狀態監測及故障診斷系統，其特征在于，在所述處理分析中，含有時域信號采樣序列S(i)，基于所述時域信號采樣序列S(i)：

所述均值為：

所述均方值為：

7.根據權利要求6所述的一種TBM滾刀狀態監測及故障診斷系統，其特征在于，所述時域信號采樣序列S(i)中僅有有限個極值點、連續或只有有限個第一類間斷點，基于所述時域信號采樣序列S(i)：

所述幅值譜為：X(ω)＝∫x(t)e^-∫ωtdt。

8.一種TBM滾刀狀態監測及故障診斷方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1.構建信號采集模塊、信號傳輸模塊和上位機；

S2.基于所述信號采集模塊采集TBM滾刀刀盤的主軸承的振動信號和主電機的電流信號，并將采集的信號轉換為可傳輸的數字信號；

S3.基于所述信號傳輸模塊將數字信號傳輸至上位機；

S4.基于所述上位機對接收信號進行處理分析，以獲取刀盤及TBM滾刀當前運行狀態和故障狀態；

其中，所述步驟S4中包括：

S41.采用時域分析、頻域分析或時頻域分析中的一種對接收信號進行處理分析，以獲得處理分析數據；

S42.獲取處理分析數據中刀盤及TBM滾刀的狀態特征，以獲得刀盤及TBM滾刀的當前運行狀態；

S43.獲取處理分析數據中刀盤及TBM滾刀的故障特征，以獲得刀盤及TBM滾刀的當前故障狀態。