基於磨損線上檢測的全斷面掘進機刀具壽命預測研究

《基於磨損線上檢測的全斷面掘進機刀具壽命預測研究》是依託石家莊鐵道大學，由郭京波擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於磨損線上檢測的全斷面掘進機刀具壽命預測研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭京波
• 依託單位：石家莊鐵道大學

項目摘要

刀具壽命預測一直是盾構和TBM掘進過程中亟待解決的難點之一。在全斷面掘進機施工過程中刀具成本占施工成本的比例較大，針對刀具的非正常更換影響施工工期和施工成本的技術難題，對刀具磨損線上檢測及其壽命預測進行研究。探索並分析掘進機刀具磨損的動力學行為，研究刀具磨損狀態與作業參數、作業對象的性質、作業環境等諸多因素之間的關聯性與規律。利用基於現代信號處理方法的能量譜研究掘進參數信號與刀具磨損之間的關係；利用嵌入式系統和無損檢測技術，實現掘進機刀具磨損的線上監測；研究刀具磨損狀態（包括累積量和速率），為視情換刀提供技術支撐。利用正交試驗法對影響刀具磨損的關鍵因素進行敏感度分析。基於實時檢測的刀具磨損量記錄，利用統計回歸分析研究刀具掘進壽命的預測規律，探討刀具壽命預測的解析方法，為掘進機施工成本預測提供理論依據；同時，為刀具的壽命匹配再設計提供實驗數據，為刀具布局設計提供理論依據。

結題摘要

本項目圍繞全斷面掘進機的刀具磨損線上檢測以及壽命預測的關鍵技術開展了研究，針對掘進機刀具磨損線上檢測方法、掘進機刀具的磨損規律及刀具壽命預測、掘進機刀具的選型與布局最佳化開展了研究。從間接檢測和直接檢測兩個方面研究盾構刀具的磨損。間接方法利用基於現代信號處理方法的能量譜研究掘進參數信號與刀具磨損之間的規律。直接方法用電渦流無損檢測技術對盾構機滾刀磨損進行線上檢測，通過對刀具磨損的實時測量及時準確掌握刀具的磨損狀態為“視情換刀”提供技術支持。分析研究盾構刀具的磨損規律，選用正交試驗的方法處理掘進數據，最終得到盾構刀具的磨損規律。利用ANSYS瞬態動力學仿真的方法分析滾刀在衝擊載荷作用下的振動回響，以研究刀具磨損的機理；基於自適應神經網路模糊系統進行了刀具磨損預測，並基於現場數據回歸分析進行了刀具壽命預測。基於PSO-BP混合智慧型算法(粒子群算法最佳化BP神經網路)建立地質條件、盾構機類型、刀盤類型以及刀具之間的關係模型，並依據蒐集到的實例及盾構施工過程中的換刀記錄對模型進行訓練，訓練好的模型可實現盾構刀具的智慧型推薦。針對複合型土壓平衡盾構刀盤的特點，研究了切刀及滾刀的布置規律，並對滾刀和切刀進行了布置最佳化。在滿足刀盤幾何要求和力學平衡約束基礎上，建立了滿足多種約束條件的滾刀布置最佳化模型，並採用粒子群多目標最佳化算法對模型進行求解。從刀盤整體受力出發，並基於阿基米德螺旋線方法進行切刀布置。最後通過ANSYS Workbench有限元軟體對布置結果進行仿真分析，驗證了該方法布置刀具的合理性和有效性，表明最佳化後的方案更符合工程實際需要。