[發(fā)明專利]基于深度學(xué)習(xí)的盾構(gòu)機刀具剩余使用壽命預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110339632.0
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN112966355B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉堯;葉禮倫;劉振國;趙寄辰;孔憲光
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/27;G06F119/04
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發(fā)明公開了一種基于深度學(xué)習(xí)的盾構(gòu)機刀具剩余使用壽命預(yù)測方法，旨在解決剩余使用壽命預(yù)測的準確性問題，該方法實現(xiàn)的步驟為：1、構(gòu)建卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；2、構(gòu)建長短時記憶網(wǎng)絡(luò)；3、生成盾構(gòu)機刀具全生命周期的數(shù)據(jù)集；4、利用主成分分析法對數(shù)據(jù)集進行降維處理；5、生成盾構(gòu)機刀具全生命周期的標簽數(shù)據(jù)集；6、生成訓(xùn)練集；7、訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；8、預(yù)測盾構(gòu)機刀具的健康指標；9、生成健康指標序列數(shù)據(jù)集；10、訓(xùn)練長短時記憶網(wǎng)絡(luò)；11、預(yù)測盾構(gòu)機刀具剩余使用壽命。本發(fā)明具有在復(fù)雜工況下盾構(gòu)機刀具剩余使用壽命預(yù)測準確性高的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機械技術(shù)領(lǐng)域，更進一步涉及盾構(gòu)機壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于深度學(xué)習(xí)的盾構(gòu)機刀具剩余使用壽命預(yù)測方法技術(shù)。本發(fā)明可用于對盾構(gòu)機刀具剩余使用壽命進行預(yù)測。

背景技術(shù)

盾構(gòu)刀具位于盾構(gòu)機的最前端，是盾構(gòu)機的重要部件。在盾構(gòu)掘進過程中，刀具退化帶來的問題是盾構(gòu)施工過程中面臨的主要難題之一。因此，準確預(yù)測盾構(gòu)機刀具剩余使用壽命在盾構(gòu)施工管理方面極其重要。目前國內(nèi)多采用的刀具更換策略是根據(jù)盾構(gòu)司機和專家的經(jīng)驗，結(jié)合地質(zhì)類型、施工時長和盾構(gòu)機關(guān)鍵參數(shù)人工估計盾構(gòu)機刀具的剩余使用壽命，然后制定定期停機檢查、刀具更換等計劃，具有非常大的主觀性和隨機性。目前直接針對盾構(gòu)機刀具壽命建模的研究方法不多，通常利用磨損量、換刀數(shù)量、可掘進里程或某些敏感參數(shù)的偏差等易監(jiān)測數(shù)據(jù)替代刀盤的剩余使用壽命。因此，傳統(tǒng)的刀具更換策略和盾構(gòu)機刀具建模方法亟需改善。

西南石油大學(xué)在其申請的專利文獻“一種盾構(gòu)滾刀刀具磨損預(yù)測方法”(專利申請?zhí)枺?020100095064，公開號：CN111005733A)中提出了一種盾構(gòu)滾刀刀具磨損預(yù)測的方法。該方法的步驟是：首先，獲取塑性去除機制引起的單位位移磨損量、脆性斷裂機制引起的單位位移磨損量、黏著磨損引起的單位位移磨損量、疲勞磨損引起的單位位移磨損量、滾刀上正面一點轉(zhuǎn)動一圈后破巖弧長、滾刀轉(zhuǎn)動一圈側(cè)面一點的空間破巖弧長、滾刀法向切削力及滾刀受到的水平力；其次，計算滾刀轉(zhuǎn)動一周引起的刀圈正面徑向磨損和磨損體積以及刀圈側(cè)面磨損量和磨損體積；然后，根據(jù)四種磨損乘以各自擬合系數(shù)后相加得到刀圈正面磨損體積和刀圈側(cè)面磨損體積；最后，生成損耗量預(yù)測模型并進行磨損量預(yù)測。該方法雖然能預(yù)測盾構(gòu)刀具服役壽命，解決刀具磨損嚴重及開倉頻繁等問題。但是，該方法仍然存在的不足之處是，刀圈正面以及側(cè)面的磨損量和磨損體積公式是在理想幾何關(guān)系的基礎(chǔ)上推到得來的，未考慮到盾構(gòu)惡劣的施工環(huán)境，盾構(gòu)在不同的地質(zhì)環(huán)境進行施工時，刀具受到的磨損形式是不同的。而不同地質(zhì)環(huán)境下的刀具磨損形式對磨損預(yù)測的影響將導(dǎo)致壽命預(yù)測結(jié)果準確性較差。

韓冰宇等人在其發(fā)表的論文“復(fù)合地層盾構(gòu)刀具磨損分析與預(yù)測”(土木工程學(xué)報,2020,53(S1):137-142+161.)中提出一種基于遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型對盾構(gòu)刀具磨損進行預(yù)測的方法。該方法的步驟是：首先，分析了不同類型刀具在復(fù)合地層中的磨損規(guī)律；然后，根據(jù)經(jīng)驗公式得到了不同類型刀具的磨損系數(shù),并據(jù)此推算了盾構(gòu)機在類似地層條件下的最遠掘進距離；最后，利用建立的遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行預(yù)測。該方法雖然能較為準確地預(yù)測刀具磨損量。但是，該方法仍然存在的不足之處是，由于該方法的不同類型刀具的磨損系數(shù)是通過經(jīng)驗公式得到的，這種經(jīng)驗公式通常對工況等外部條件的假設(shè)過于理想，研究的問題也僅僅局限于刀具磨損估計，難以用于工況復(fù)雜的盾構(gòu)機刀具剩余使用壽命預(yù)測中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于深度學(xué)習(xí)的盾構(gòu)機刀具剩余使用壽命預(yù)測方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中不考慮地質(zhì)環(huán)境和僅依靠經(jīng)驗公式估計刀具磨損導(dǎo)致的盾構(gòu)機刀具剩余使用壽命預(yù)測結(jié)果準確性較差的問題。