CN109781238B - 全断面岩石掘进机支撑油缸连接处振动情况的监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种全断面岩石掘进机支撑油缸连接处振动情况的监测方法，属于全断面岩石掘进机地下施工实时监测技术领域。对刀盘支撑油缸连接处进行了振动测点的合理布局，并利用振动传感器及其无线数据传输***获取监测数据，并提出间接预测模型来对难测位置进行间接预测，进而实现对TBM刀盘***支撑油缸连接处振动情况的长期监测和预测，并及时反馈给操作人员，防止突发事故的产生，确保TBM安全可靠地工作。

Description

全断面岩石掘进机支撑油缸连接处振动情况的监测方法
技术领域
本发明涉及一种全断面岩石掘进机刀盘支撑油缸连接处振动情况的监测方法，属于全断面岩石掘进机地下施工实时监测技术领域。
背景技术
全断面掘进装备(简称TBM)，是集多种***于一体的大型地下掘进设备，目前其应用范围非常广泛。由于TBM掘进环境恶劣，且破岩时产生的多点冲击载荷，这就会导致TBM产生较为强烈的振动，因此对于支护部分的影响也是较大的，又因为支护部分是以油缸与护盾连接实现支撑，但剧烈的振动下往往会对支撑油缸连接处造成振动破坏，因此对TBM刀盘支撑油缸连接处振动情况的监测是非常重要的。
TBM主机***主要包含刀盘***、护盾、主梁等关键部位(图1所示)，支撑液油缸主要负责刀盘***(如图1a)与护盾(如图1b)的支撑工作，但恶劣的载荷条件往往造成TBM刀盘***剧烈振动，这也增加了支撑油缸处的振动，为了保证掘进正常地进行，必须掌握TBM刀盘***支撑油缸(如图2a)连接处的振动情况，建立起实时监测***对其振动情况进行监测，这可以提醒工程施工人员进行及时的检修，避免进一步的破坏，确保TBM掘进的可靠性。
目前国内外对TBM刀盘***支撑油缸连接处的振动监测方案相对研究较少。并且由于刀盘***工作环境复杂多变，进行测点的布置也较为麻烦。虽也有一些学者做过一定的研究，但亦是采用任意的安全位置来进行测量，因此具有一定的局限性、片面性和较大的误差。
基于以上情况，本发明进行了刀盘***支撑油缸处进行了测点的安全性布局，提出了支撑油缸连接处测点布置模型，通过振动测点的合理优化布局来实现对刀盘***支撑油缸连接处的合理监测。另外，由于上侧和下侧支撑油缸处测试空间的限制，因此对传感器得到的数据，可以应用该模型进行振动情况的推算和预测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全断面岩石掘进机刀盘***支撑油缸连接处的振动监测方法，利用振动传感器及其无线数据传输***获取监测数据，实现对TBM刀盘***支撑油缸连接处振动情况的长期监测，并及时反馈给操作人员，防止突发事故的产生，确保TBM安全可靠地工作。
本发明采用的技术方案
本发明的技术方案：
一种全断面岩石掘进机支撑油缸连接处振动情况的监测方法，所用的全断面岩石掘进机刀盘支撑油缸连接处振动情况的监测***，包含用于测量振动的传感器、接受无线信号的无线网关、显示测量数据的计算机、刀盘支撑油缸连接处测点布置方法和间接预测模型；通过布置在刀盘支撑油缸连接区域的传感器来监测相应位置运行过程中的振动状态，同时基于无线网络协议接受传输振动数据，实现对TBM刀盘***支撑油缸处振动情况的实时监测和预测；
(1)刀盘支撑油缸连接处测点布置方法
主要针对全断面岩石掘进机(TBM)的刀盘支撑油缸连接处振动状况，为了使传感器在TBM运动过程中能安全稳定地工作，且能最大限度的反应出振动的情况，提出的刀盘支撑油缸连接处测点布置模型，模型具体如下：
(1.1)在上侧支撑油缸处：由于上支撑油缸的下端包在盾体内部，将振动传感器节点布置于距离盾体后侧的主梁连接法兰200～400mm的位置处(如图3)；
(1.2)在左右侧支撑油缸处：为了不影响护盾的开合和油缸的伸缩，将振动传感器节点就近布置于距离左侧和右侧支撑油缸上端连接处50～100mm的位置处(如图4)；
(1.3)在下侧支撑油缸处：由于布置空间狭小且为了不妨碍油缸的伸缩，将振动传感器测点布置于距离下支撑油缸的上连接处150～300mm的位置处(如图5)；
(2)间接预测模型
对于支撑油缸处难以布置传感器的位置(例如上侧和下侧的支撑油缸)，当传感器布置位置超过一定距离，将存在测量误差，因此针对以上问题提出了间接预测模型(如图6)，具体模型如下：
Figure BDA0001985173650000031
式中：
A0为待预测位置振幅；
Ai为安装测点位置的振幅；
ε为修正系数，1.1～1.5，随着β的增大而增大；
μ为区域系数，1.0～1.25，随着H的增大而增大；
β为区域划分距离；
H为测点距离待预测点的距离；
模型说明：
(2.1)由刀盘支撑油缸连接处测点布置方法布置好测点以后得到相应位置的数据以后，以区域划分距离β来划分H，并以此来确定ε和β的值；
(2.2)β就是划分层Li之间的距离。
本发明的有益效果：本发明提出的全断面岩石掘进机刀盘支撑油缸连接处振动情况的监测方法，实现了对支撑油缸连接处的振动测点的合理排布，并以测得数据进行难测位置的预测，进而将连接处的振动情况及时的反馈给操作人员，防止支撑***突发事故的产生，确保TBM安全可靠地工作。
附图说明
图1是TBM总体图。
图2是刀盘***支撑油缸位置示意图。
图3是上侧支撑油缸振动测点安装图。
图4是左侧和右侧支撑油缸振动测点安装图。
图5是下侧支撑油缸振动测点安装图。
图6是间接预测模型图。
图中：1a刀盘***；1b支撑盾体；1c主梁；1d支撑靴；
2a上侧支撑油缸；2b左侧和右侧支撑油缸；2c下侧支撑油缸
3a、4a、5a振动传感器测点；3b上侧支撑油缸；4b左侧和右侧支撑油缸；5b下侧支撑油缸；O为待预测位置；A、B、C为传感器测点位置；L1、L2、L3为区域分界线。
具体实施方式
下面结合附图及技术方案详细说明本发明的具体实施方式。
一种全断面岩石掘进机刀盘支撑油缸连接处振动情况的监测方法，所用的全断面岩石掘进机刀盘支撑油缸连接处振动情况的监测***，包含用于测量振动的传感器、接受无线信号的无线网关、显示测量数据的计算机、刀盘支撑油缸连接处测点布置方法和间接预测模型；通过布置在刀盘支撑油缸连接区域的传感器来监测相应位置运行过程中的振动状态，同时基于无线网络协议接受传输振动数据，实现对TBM刀盘***支撑油缸处振动情况的实时监测和预测；以上侧支撑油缸为例。
首先，根据刀盘支撑油缸连接处测点布置方法进行测点的布置：
在上侧支撑油缸处，由于上支撑油缸的下端包在盾体内部，因此将振动传感器节点布置于距离盾体后侧的主梁连接法兰300mm范围内布置上振动传感器节点；
然后，通过电池供电，采集到的振动信号经天线传输至无线网关，TBM工作时产生的实时振动以及应变信号就可以显示在TBM主机操作室的计算机上，并生成TBM的工作日志。设上侧布置以后得到的测点数据为：Ai＝2mm,β＝150mm,H＝300mm,ε＝1.2,μ＝1.1,根据间接预测模型计算如下：
Figure BDA0001985173650000051
因此由间接预测模型可以推算出实际位置得振动幅值为4.7158mm。

Claims (1)

1.一种全断面岩石掘进机支撑油缸连接处振动情况的监测方法，所用的全断面岩石掘进机刀盘支撑油缸连接处振动情况的监测***，包含用于测量振动的传感器、接收无线信号的无线网关、显示测量数据的计算机和间接预测模型；通过布置在刀盘支撑油缸连接区域的传感器来监测相应位置运行过程中的振动状态，同时基于无线网络协议接收传输振动数据，实现对刀盘支撑油缸连接处振动情况的实时监测和预测；其特征在于，
(1)刀盘支撑油缸连接处测点布置方法
针对全断面岩石掘进机的刀盘支撑油缸连接处振动状况，为了使传感器在TBM运动过程中能安全稳定地工作，且能最大限度的反映出振动的情况，提出的刀盘支撑油缸连接处测点布置模型，模型具体如下：
(1.1)在上侧支撑油缸处：由于上支撑油缸的下端包在盾体内部，将振动传感器节点布置于距离盾体后侧的主梁连接法兰200～400mm的位置处；
(1.2)在左右侧支撑油缸处：为了不影响盾体的开合和油缸的伸缩，将振动传感器节点就近布置于距离左侧和右侧支撑油缸上端连接处50～100mm的位置处；
(1.3)在下侧支撑油缸处：由于布置空间狭小且为了不妨碍油缸的伸缩，将振动传感器测点布置于距离下支撑油缸的上连接处150～300mm的位置处；
(2)间接预测模型
对于支撑油缸处难以布置传感器的位置，当传感器布置位置超过一定距离，将存在测量误差，因此针对以上问题提出了间接预测模型，具体模型如下：
Figure FDA0002616087950000011
式中：
A0为待预测位置振幅；
Ai为安装测点位置的振幅；
ε为修正系数，1.1～1.5，随着β的增大而增大；
μ为区域系数，1.0～1.25，随着H的增大而增大；
β为区域划分距离；
H为测点距离待预测点的距离；
模型说明：
(2.1)由刀盘支撑油缸连接处测点布置方法布置好测点以后得到相应位置的数据以后，以区域划分距离β来划分H，并以此来确定ε和β的值；
(2.2)β就是划分层Li之间的距离。
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WO2011107955A1 (en) * 2010-03-04 2011-09-09 Istituto Nazionale Di Oceanografia E Di Geofisica Sperimentale - Ogs Tunnel seismic while drilling signal processing and acquisition method
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