[發(fā)明專利]盾構機滾刀載荷監(jiān)測方法和監(jiān)測系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2022-03-24
• 公開（公告）號: CN114646417A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 蘭浩;李波;楊云;鄧榮;宋志坤
• 申請（專利權）人: 湖南浩拓機電科技有限公司
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01M13/00
• 代理公司: 長沙市岳麓慧專利代理事務所(普通合伙) 43270
• 代理人: 鄒劍峰

1.盾構機滾刀載荷監(jiān)測方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一、通過軟件對盾構機滾刀模擬加載，采用兩組應變片檢測盾構機滾刀受力，數(shù)值模擬得到盾構機滾刀在垂直力和滾動力載荷條件下的應變數(shù)據(jù)；

步驟二、處理步驟一的應變數(shù)據(jù)得到兩組傳感器的應變和及應變差數(shù)據(jù)，然后對上述數(shù)據(jù)進行線性擬合，以應變和、應變差為自變量，以垂直力Fv、彎矩M為因變量建立二元一次線性方程如式(1)，

計算式(1)中的K和B，其中，K為標定系數(shù)矩陣，代表載荷與應變的數(shù)值關系，數(shù)值為載荷-應變線性回歸函數(shù)的斜率，B為載荷-應變線性回歸函數(shù)常數(shù)項矩陣，ε為應變矩陣，ε₁₁、ε₁₂分別為應變和值、應變差值；

步驟三、建立電壓-應變線性回歸函數(shù)；

步驟四、在盾構機滾刀實時載荷監(jiān)測中，根據(jù)步驟三所得電壓和應變的函數(shù)關系，用電壓和、電壓差表示式(1)中的應變數(shù)據(jù)，用滾動力Fr表示彎矩M，通過式(2)由電壓解耦計算得到盾構機在相應工況下的垂直力Fv和滾動力Fr，

其中，H為系數(shù)矩陣，代表載荷與傳感器電壓的數(shù)值關系，數(shù)值為載荷-電壓線性回歸函數(shù)的斜率，b為載荷-電壓線性回歸函數(shù)常數(shù)項矩陣，U為應變片電壓矩陣，U₁₁、U₁₂分別為電壓和值、電壓差值，A₁、A₂分別為電壓-應變線性回歸函數(shù)的斜率，C₁、C₂分別為電壓-應變線性回歸函數(shù)常數(shù)項。

2.根據(jù)權利要求1所述的盾構機滾刀載荷監(jiān)測方法，所述步驟二中，運用MATLB中的cftool功能處理分析傳感器的應變和及應變差與垂直力、彎矩之間的函數(shù)關系，得到式(1)，將滾刀模擬加載所得的應變數(shù)據(jù)和已知載荷條件作為式(1)的輸入輸出，運用線性擬合的方式求得K和B。

3.根據(jù)權利要求1所述的盾構機滾刀載荷監(jiān)測方法，所述步驟三中，通過壓力設備對盾構機滾刀進行載荷試驗，得到垂直力和滾動力載荷條件下的傳感器電壓數(shù)據(jù)，然后將所得電壓數(shù)據(jù)和步驟一中相應載荷下所得的應變數(shù)據(jù)進行線性擬合，得到應變片的電壓-應變線性回歸函數(shù)。

4.根據(jù)權利要求1所述的盾構機滾刀載荷監(jiān)測方法，所述步驟四中，滾刀的滾動力Fr和彎矩M之間的替換關系為：Fr＝M/2R，其中R為滾刀半徑。

5.盾構機滾刀載荷監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括滾刀應力檢測傳感器、滾刀應力檢測傳感器供電模組和滾刀應力信號發(fā)射盒，所述滾刀應力檢測傳感器包括兩組嵌裝在盾構機滾刀壓塊上的應變片，所述應變片按照權利要求1-4的監(jiān)測方法采集盾構機滾刀在相應工況下的電壓數(shù)據(jù)，所述應變片與同樣固定在盾構機滾刀壓塊上的滾刀應力檢測傳感器供電模組電連接，同時通過安裝在滾刀端蓋上的滾刀應力信號發(fā)射盒向工控機傳送電壓數(shù)據(jù)。

6.根據(jù)權利要求5所述的盾構機滾刀載荷監(jiān)測系統(tǒng)，所述應變片粘貼在滾刀壓塊的中間梁上，并通過電控盒與滾刀應力檢測傳感器供電模組電連接，通過接頭座與滾刀應力信號發(fā)射盒通信連接。

7.根據(jù)權利要求6所述的盾構機滾刀載荷監(jiān)測系統(tǒng)，盾構機上每組滾刀上的滾刀應力信號發(fā)射盒對應一組滾刀應變信號接收盒，所述工控機通過多通道信號擴展模組與所有滾刀應變信號接收盒通信連接。