[發明專利]截齒筒鉆的優化方法、裝置及電子設備

在審

• 申請號: 202110649337.5
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113190934A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 俞涵;陳坦;張祥
• 申請（專利權）人: 北京三一智造科技有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/27
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張琳琳

本發明提供一種截齒筒鉆的優化方法、裝置及電子設備，本發明通過獲取得到的單截齒筒鉆和多截齒筒鉆的多種切削參數以及相應的多種切削效率數據，進行神經網絡模型訓練得到切削效率模型。最后輸入多組目標參數組合至所述切削效率數據模型中輸出得到相應的目標切削效率數據，并根據所述目標切削效率數據確定所述多個目標參數組合中的最優組合。

技術領域

本發明涉及旋挖鉆機施工技術領域，具體涉及截齒筒鉆的優化方法、裝置及電子設備。

背景技術

現階段對于旋挖鉆截齒筒鉆中截齒的排布，沒有現成的試驗與仿真方法可以直接得到最優值，而且由于各個工地的巖層硬度不一樣，各個工地的截齒排布方式全靠現場工地施工摸索、成本高、耗時長。而旋挖鉆截齒筒鉆中截齒的排布的試驗或仿真優化方法是很難開發的，這是因為，合理進行截齒排布提升旋挖鉆機的效率、需要考慮到巖石材質、截齒切削角度、截齒下壓深度(旋挖鉆加壓力)、截齒切削速度(扭矩)、截齒尺寸、兩組截齒的橫向間距這六項因素的共同優化，由于因素與因素間的交互影響，采用單個因素是無法表征優化方案的。文獻CN111914372A公開了一種單齒切削的裂紋擴展深度計算方法，不考慮本研究中的截齒尺寸、兩組相鄰截齒的橫向間距，不能實現齒的排布計算，而且，該方法僅能輸出裂紋擴展深度這一個結果值，難以客觀的表征切削效率。不僅如此，截齒筒鉆的切削效率是由巖石的裂紋擴展與破碎、旋挖鉆機做的功(關系到油耗成本)、切削比能耗、截齒本身的磨損(換齒消耗時間與金錢成本)等多個結果的共同表現，各個輸出的趨勢是各不相同的，需要平衡各個輸出結果，得到優化方案。

現有的試驗和仿真都是針對單因素或者單輸出結果的，無法進行多輸入因素多輸出結果的優化設計。而現有的單截齒切削巖石試驗，但是只能得到對應巖石樣品的切削(樣品需要切成巨型方塊，重量至少2噸)，用于分析截齒的角度對切削的影響，并且輸出只有巖石的破碎和切削功以及比能耗等因素，不能輸出巖石裂紋擴展和截齒本身損耗。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種截齒筒鉆的優化方法、裝置及電子設備，以解決現有技術中存在的問題。

第一方面，本發明提供一種截齒筒鉆的優化方法，包括如下步驟：獲取單截齒筒鉆和多截齒筒鉆的多種切削參數以及相應的多種切削效率數據；建立樣本數據庫，所述樣本數據庫包括切削參數組合以及相應的所述切削效率數據；搭建用于訓練所述樣本數據的神經網絡；采集所述樣本數據庫并輸入至所述神經網絡中訓練得到切削效率模型；輸入多組目標參數組合至所述切削效率數據模型中，輸出得到相應的目標切削效率數據，每組目標參數組合對應輸出多種目標切削效率數據；以及根據所述目標切削效率數據確定所述多個目標參數組合中的最優組合。

進一步地，所述獲取單截齒筒鉆和多截齒筒鉆的多種切削參數組合以及相應的切削效率數據的步驟中，具體包括如下步驟：通過有限元分析方法搭建單截齒筒鉆和多截齒筒鉆的切削巖石模型；輸入多種切削參數至所述切削巖石模型中得到所述切削效率數據。

進一步地，所述截齒筒鉆為三維六面體網格，所述巖石模型包括：拉格朗日網格以及零厚度內聚力網格，所述零厚度內聚力網格的混合網格插入相鄰的三維四面體的所述拉格朗日網格之間。

進一步地，所述多種切削參數包括：巖石材質、截齒切削角度、截齒下壓深度、截齒切削速度、截齒尺寸及相鄰兩組截齒的橫向間距；所述切削效率數據包括：旋挖鉆機做的功、巖石的破碎體積、切削比能耗、截齒合金頭部分的損耗、截齒齒體部分的損耗以及巖石的裂紋擴展深度。

進一步地，在采集所述樣本數據庫并輸入至所述神經網絡中訓練得到切削效率模型的步驟中，具體包括如下步驟：根據所述樣本數據庫構建一樣本集；隨機劃分所述樣本集為訓練樣本及測試樣本；讀取所述訓練樣本中的數據，輸入所述訓練樣本至所述神經網絡中，以執行訓練操作；在訓練過程中對所述神經網的網絡參數權重進行調整，以獲得訓練后的第一神經網絡模型；輸入所述測試樣本至所述第一神經網絡模型中進行驗證操作，得到驗證結果；根據所驗證結果對所述第一神經網絡模型進行優化，以獲得切削效率模型。