[發(fā)明專利]一種TBM刀盤振動(dòng)監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110643410.8
• 申請(qǐng)日: 2021-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN113390502B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 霍軍周;許陪玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H17/00
• 分類號(hào): G01H17/00;G06F30/20;H04L67/025;H04L67/12
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

1.一種TBM刀盤振動(dòng)監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)方法，其特征在于，該TBM刀盤振動(dòng)監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)方法包括搭建遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和TBM刀盤振動(dòng)水平評(píng)價(jià)方法兩個(gè)部分；通過搭建遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)TBM刀盤振動(dòng)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)采集；同時(shí)依據(jù)不同施工標(biāo)段振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合TBM掘進(jìn)參數(shù)、地質(zhì)報(bào)告，進(jìn)行工況、地質(zhì)劃分，確定不同圍巖條件下的刀盤破巖載荷，通過有限元與動(dòng)力學(xué)仿真，確定不同巖石工況下的刀盤振動(dòng)水平評(píng)價(jià)方法，即振動(dòng)限值；

(Ⅰ)搭建遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由無線傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器、無線英特爾網(wǎng)、本地服務(wù)器和數(shù)據(jù)采集軟件組成；無線傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給安置在主梁上的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過網(wǎng)線將數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送給TBM掘進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器；遠(yuǎn)程接收端即本地服務(wù)器和現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器通過無線因特網(wǎng)進(jìn)行信息交流，現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器通過數(shù)據(jù)采集軟件的發(fā)射端，將數(shù)據(jù)向本地服務(wù)器數(shù)據(jù)采集軟件接收端傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)采集；

(Ⅱ)確定TBM刀盤振動(dòng)水平評(píng)價(jià)方法

1)數(shù)據(jù)處理

首先對(duì)傳感器失靈、TBM停機(jī)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失及零值進(jìn)行數(shù)據(jù)間的清洗剔除，其次對(duì)掘進(jìn)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，根據(jù)相關(guān)性挑選出可進(jìn)行分析的掘進(jìn)參數(shù)，最后對(duì)橫縱向振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，去除刀盤回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科氏加速度影響；

2)確定Ⅰ-Ⅴ類巖石工況下的刀盤許用應(yīng)力

a、首先通過Ansys Workbench分析刀盤結(jié)構(gòu)在名義載荷即滾刀承受載荷的極限值下的靜強(qiáng)度，從而計(jì)算刀盤各結(jié)構(gòu)的許用安全系數(shù)，選擇最薄弱的部位的安全系數(shù)作為振動(dòng)限值的安全系數(shù)；

b、根據(jù)圍巖穩(wěn)定性可知，圍巖越穩(wěn)定，隧洞能承受的振動(dòng)水平越高；由不同類別巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ值表可知Ⅰ—Ⅴ類圍巖的不穩(wěn)定性等級(jí)，根據(jù)BQ值，將不穩(wěn)定性歸一化，以Ⅴ類圍巖為基準(zhǔn)，得到圍巖不穩(wěn)定性修正系數(shù)；再根據(jù)下述公式，綜合考慮巖石穩(wěn)定和靜強(qiáng)度分析結(jié)果，得到TBM刀盤在正常工況下Ⅰ—Ⅴ類巖石條件下的許用應(yīng)力，為接下來的應(yīng)力分析提供評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；

其中，σ_s為材料屈服應(yīng)力，n為安全系數(shù)，α為圍巖不穩(wěn)定性修正系數(shù)；

3)刀盤振動(dòng)限值評(píng)價(jià)過程

a.獲取不同巖石條件下滾刀動(dòng)態(tài)破巖載荷；TBM在正常掘進(jìn)時(shí)，主要依靠盤形滾刀擠壓巖壁破巖，破巖載荷主要從刀具刀軸傳遞至刀盤盤面上，引起刀盤橫向、縱向、軸向的劇烈振動(dòng)；TBM盤形滾刀分為三種類型：中心滾刀、正滾刀、邊滾刀；基于LS-DYNA軟件對(duì)TBM滾刀破巖過程進(jìn)行數(shù)值模擬，得到不同類型滾刀的垂直力、側(cè)向力和滾動(dòng)力載荷譜，為后續(xù)虛擬樣機(jī)仿真模擬提供載荷激勵(lì)；

b.分析正常掘進(jìn)工況下Ⅰ-Ⅴ類巖石刀盤的等效應(yīng)力；通過Ansys Workbench里的Transient Structural模塊進(jìn)行仿真分析，模擬正常掘進(jìn)工況下刀盤旋轉(zhuǎn)一圈，載荷譜采用LS-DYNA仿真分析的滾刀載荷譜，按Ⅰ-Ⅴ類巖石工況施加到刀盤模型上，通過瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，得到不同抗壓強(qiáng)度巖石條件下的刀盤等效應(yīng)力；將瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真分析的結(jié)果，與Ⅰ-Ⅴ類巖石工況下的許用應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，若低于許用應(yīng)力，則增加刀盤外激勵(lì)，直至刀盤最大等效應(yīng)力近似等于許用應(yīng)力；

c.獲取TBM刀盤處振動(dòng)加速度；利用Adams建立TBM主機(jī)系統(tǒng)的多剛體動(dòng)力學(xué)模型，把Ⅰ-Ⅴ類巖石條件下的滾刀載荷作為模型的外激勵(lì)，使用拉格朗日法對(duì)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行求解，提取刀盤的三向加速度振動(dòng)數(shù)據(jù)；此時(shí)，刀盤振動(dòng)加速度即為在該類巖石工況下的振動(dòng)限值。