[發(fā)明專利]一種TBM滾刀狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷方法、系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010155515.4
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111322082B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)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(chǎn)權代理有限公司 51252
• 代理人: 李姍姍

本發(fā)明屬于TBM滾刀安全運行技術領域，公開了一種TBM滾刀狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷方法、系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括信號采集模塊、信號傳輸模塊和上位機；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?shù)臄?shù)字信號；信號傳輸模塊用于實現(xiàn)信號采集模塊與上位機的通信傳輸，以將數(shù)字信號傳輸至上位機；上位機設立在TBM主控室中，用于接收信號傳輸模塊傳輸?shù)男盘枺邮招盘栠M行處理分析，以獲取刀盤及TBM滾刀當前運行狀態(tài)和故障狀態(tài)；綜上，能有效實現(xiàn)TBM滾刀的實時監(jiān)測和診斷，并且還有效避免了采集信號失真、信號背景混雜的問題，從而大大提高了監(jiān)測及診斷的準確性。

技術領域

本發(fā)明屬于TBM滾刀安全運行技術領域，具體涉及一種TBM滾刀狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷方法、系統(tǒng)。

背景技術

TBM滾刀是一種破碎堅硬巖石的挖掘工具，其作用是切割掌子面巖石并將巖石從掌子面上剝落下來。廣泛應用于地下空間工程中的地鐵隧道、鐵路隧道、引水隧道、地下礦物開采隧洞以及城市地下管網(wǎng)的施工作業(yè)。

上述TBM滾刀的磨損狀態(tài)是影響TBM正常掘進的關鍵因素之一，而TBM滾刀屬于易損件、易耗件，且成本比較高；具體，在掘進過程中，TBM滾刀的損耗占整個工程耗資的五分之一到四分之一，有的高達三分之一，并且刀具進貨周期比較長。

另外現(xiàn)有技術中關于TBM滾刀的檢查、維修和更換均較為復雜，無法準確地判斷TBM滾刀的磨損狀態(tài)，若換刀過早會造成資源的浪費，若換刀過晚又會影響工程的進度，這都會直接影響到工程的造價和工期。因此準確判斷滾刀的磨損狀態(tài)就顯得十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種TBM滾刀狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷方法、系統(tǒng)，具體基于TBM主軸振動信號和主電機電流信號在線監(jiān)測TBM滾刀的磨損狀態(tài)，進而精確確定TBM滾刀是否需要更換。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種TBM滾刀狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，包括：

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?shù)臄?shù)字信號；

所述信號傳輸模塊用于實現(xiàn)所述信號采集模塊與所述上位機的通信傳輸，以將所述數(shù)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?shù)男盘枺邮招盘栠M行處理分析，以獲取刀盤及TBM滾刀當前運行狀態(tài)和故障狀態(tài)；

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(zhí)行處理分析，以獲取處理分析數(shù)據(jù)；

獲取運行狀態(tài)的方式為：提取處理分析數(shù)據(jù)中刀盤及TBM滾刀的狀態(tài)特征，且狀態(tài)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(tài)的方式為：基于PCA主元量分析法獲取處理分析數(shù)據(jù)中刀盤及TBM滾刀的故障特征；基于訓練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡，建立滾刀故障識別數(shù)學模型；結合故障特征與數(shù)學模型，判斷刀盤及TBM滾刀是否發(fā)生故障及發(fā)生故障的位置。

優(yōu)選的，所述BP神經(jīng)網(wǎng)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。

優(yōu)選的，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(shù)字信號，并將所述數(shù)字信號保存到所述存儲器中。