[發明專利]一種刀盤結泥餅預警系統及方法

有效

• 申請號: 202011029983.3
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112031798B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 李光;林福龍;路亞緹;趙祥;孟祥波;魏曉龍;陳力;廉潤澤;王昆;謝榮燦;焦敬波;周樹亮
• 申請（專利權）人: 中鐵工程裝備集團有限公司
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;E21D9/00;E21F17/18
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 鄭園

本發明公開了一種刀盤結泥餅預警系統及方法，包括如下步驟：采集盾構機關鍵參數數據，包括刀盤推力、刀盤扭矩、推進速度和渣土溫度；根據關鍵參數數據進行刀盤結泥餅狀態的判斷，建立關鍵參數與泥餅狀態對照數據集，并隨機劃分為樣本訓練集和數據驗證集；設定目標誤差；利用樣本訓練集訓練神經網絡得到刀盤泥餅狀態評估模型，將數據驗證集輸入刀盤泥餅狀態評估模型計算誤差率；比較誤差率與目標誤差，若誤差率不小于目標誤差，重新訓練刀盤泥餅狀態評估模型，直至誤差率小于目標誤差；采集新的盾構機關鍵參數數據，利用刀盤泥餅狀態評估模型對刀盤結泥餅狀態進行實時評估并預警。本發明判斷結果更穩定可靠，可以有效預防泥餅的產生。

技術領域

本發明屬于盾構隧道掘進機施工技術領域，具體涉及一種刀盤結泥餅預警系統及方法。

背景技術

盾構施工過程中遇到地質條件較復雜的情況下，盾構司機在施工中因缺少可供參考的理論或經驗，會導致掘進參數調節不及時，出現刀盤結泥餅現象。刀盤結泥餅會導致掘進效率降低，同時對刀盤刀具產生較大危害，會導致滾刀偏磨等狀況。目前有在土艙內設置壓力傳感器來反映土艙內泥土粘附情況，預防“泥餅”的行成，此種技術通過土艙壓力大小僅能間接反映泥餅產生的難易程度，未能直接預警刀盤結泥餅。

中國專利(申請號：CN2017106748626，公開日：20171117)中公開了一種刀盤溫度檢測裝置及盾構機，該專利通過溫度采集模塊采集刀盤切削端面的實時溫度，并根據實時溫度檢測泥餅結成狀態，而刀盤所處的環境比較惡劣，泥水、震動較強烈，故布置在刀盤上的溫度傳感器很容易損壞，系統穩定性較差，不具有實用和推廣性，維修不便，停機人為進倉維修更換傳感器的代價較大；另外，該專利僅基于刀盤溫度進行泥餅狀態評估，評估因素單一。

發明內容

針對現有技術無法準確對刀盤結泥餅的狀態進行實時預警的問題，本發明提出了一種刀盤結泥餅預警系統及方法，解決了刀盤結泥餅影響掘進效率造成刀具損壞的問題。

為解決以上技術問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種刀盤結泥餅預警方法，包括如下步驟：

S1，采集K組盾構機關鍵參數數據，每組盾構機關鍵參數數據均包括刀盤推力F、刀盤扭矩T、推進速度V和渣土溫度T_m；

S2，根據步驟S1中的每組盾構機關鍵參數數據對刀盤結泥餅狀態分別進行判斷，建立關鍵參數與泥餅狀態對照數據集，將關鍵參數與泥餅狀態對照數據集隨機劃分為樣本訓練集和數據驗證集；

S3，通過控制系統設定目標誤差u；

S4，利用樣本訓練集訓練神經網絡得到刀盤泥餅狀態評估模型，將數據驗證集輸入刀盤泥餅狀態評估模型并計算誤差率v；

S5，將誤差率v與目標誤差u進行比較，如果v≥u，則返回步驟S4，直至v＜u；

S6，在線采集新的盾構機關鍵參數數據，利用刀盤泥餅狀態評估模型對刀盤結泥餅狀態進行實時評估并預警。

所述步驟S4包括如下步驟：：

S4.1，建立包括輸入層、隱含層和輸出層的神經網絡；

S4.2，根據樣本訓練集和數據驗證集分別繪制不同結泥餅狀態下的樣本數據參數曲線圖和驗證數據參數曲線圖；

S4.3，基于樣本數據參數曲線圖對神經網絡進行訓練得到刀盤泥餅狀態評估模型；

S4.4，將驗證數據參數曲線圖輸入刀盤泥餅狀態評估模型輸出刀盤結泥餅狀態；

S4.5，將步驟S4.4所得到的刀盤結泥餅狀態與數據驗證集中的刀盤結泥餅狀態進行比較計算誤差率v。

在步驟S4.2中，所述繪制不同結泥餅狀態下的樣本數據參數曲線圖和驗證數據參數曲線圖包括如下步驟：