【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及隧道掘進機，具體為基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法。
技術介紹
1、盾構法施工已成為開挖隧道和修建城市地鐵的主要工法。盾構機在掘進過程中，隨著刀盤的旋轉而不斷切削巖土，并通過刀盤開口被壓進土艙或泥水艙，然后通過螺旋機或排漿泵排至洞外；在沿圓周布置的液壓千斤頂推力下，盾構機不斷向前推進，當盾構機向前推進一個管片的長度(沿洞軸向)時，便可以用管片拼裝機將若干管片依從下而上的順序拼裝成環，以此類推，因此隧道掘進機刀盤啟動扭矩是判斷設備是否帶載啟動、發生啟動異常的關鍵指標然而，在施工過程中經常會碰到地質條件變化的情況，而刀盤扭矩的正常波動范圍與地質條件緊密相關，在施工過程中，整個刀盤的啟動扭矩測試尚未有相應的方法，現場往往是根據單把滾刀在試驗臺的啟動扭矩進行估算。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供了基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，具備計算準確，及時確定刀盤啟動扭矩等優點，解決了上述技術問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、采集當前需要進行掘進的區域的環境數據、歷史掘進過程中與當前隧道掘進機刀盤參數完全一致的掘進過程中的環境數據和歷史掘進過程中與當前隧道掘進機刀盤參數完全一致的掘進過程中的歷史刀盤啟動扭矩；
4、基于當前需要進行掘進的區域的環境數據以及歷史掘進過程中與當前隧道掘進機刀盤參數完全一致的掘進過程中的環境數據來逐一計算差異度，并對所有的差異度計算結果進行排序；基于
5、采集隧道掘進機啟動后刀盤開始工作后的扭矩大小和隧道掘進機前進速度；
6、基于隧道掘進機前進速度、隧道掘進機啟動后刀盤開始工作后的扭矩大小和刀盤扭矩的安全區間計算得出隧道掘進機刀盤啟動扭矩。
7、進一步地，所述當前需要進行掘進的區域的環境數據包括土壤強度、土壤濕度和地下溫度，其具體表達式為：
8、dqhj＝[trqd0,trsd0,trwd0]
9、其中，trqd0表示當前土壤強度，trsd0表示當前土壤濕度，trwd0表示當前土壤溫度，dqhj表示當前環境數據集。
10、進一步地，所述歷史掘進過程中與當前隧道掘進機刀盤參數完全一致的掘進過程中的環境數據的具體表達式如下：
11、
12、其中，lshj表示歷史環境數據集，lsqd1,…,lsqdn,…,lsqdn分別表示第1次采集的歷史土壤強度、…、第n次采集的歷史土壤強度、…、第n次采集的歷史土壤強度，lssd1,…,lssdn,…,lssdn分別表示第1次采集的歷史土壤濕度、…、第n次采集的歷史土壤濕度、…、第n次采集的歷史土壤濕度，lswd1,…,lswdn,…,lswdn分別表示第1次采集的歷史土壤溫度、…、第n次采集的歷史土壤溫度、…、第n次采集的歷史土壤溫度。
13、進一步地，所述歷史刀盤啟動扭矩的具體表達式如下：
14、lsdp＝[lsnj1,…,lsnjm,…,lsnjm]
15、其中，lsnj1,…,lsnjm,…,lsnjm分別表示第1次采集的歷史刀盤啟動扭矩、…、第m次采集的歷史刀盤啟動扭矩、…、第m次采集的歷史刀盤啟動扭矩，lsdp表示歷史刀盤啟動扭矩數據集。
16、進一步地，所述基于當前需要進行掘進的區域的環境數據以及歷史掘進過程中與當前隧道掘進機刀盤參數完全一致的掘進過程中的環境數據來逐一計算差異度，包括：
17、將當前需要進行掘進的區域的環境數據以及歷史掘進過程中與當前隧道掘進機刀盤參數完全一致的掘進過程中的環境數據分別逐一代入到初始差異度計算函數中計算初始差異度；
18、根據所述初始差異度計算得到差異度。
19、進一步地，所述初始差異度計算函數的表達式如下：
20、
21、其中，fn表示第n次計算的初始差異度計算函數，a0表示trqd0、trsd0和trwd0的索引，trqd0表示當前土壤強度，trsd0表示當前土壤濕度，trwd0表示當前土壤溫度，bn表示lsqdn、lssdn和lswdn的索引，lsqdn表示第n次采集的歷史土壤強度，lssdn表示第n次采集的歷史土壤濕度，lswdn表示第n次采集的歷史土壤溫度，|*|表示絕對值的計算，第n次計算的初始差異度中包括每一次計算代入不同索引產生的三個數據分別為fntrqd、fntrsd和fntrwd，其中，fntrqd表示第n次通過初始差異度計算函數計算的土壤強度初始差異度，fntrsd第n次通過初始差異度計算函數計算的土壤濕度初始差異度，fntrwd第n次通過初始差異度計算函數計算的土壤溫度初始差異度。
22、進一步地，所述差異度具體計算的表達式如下：
23、cydn＝fntrqd+fntrsd+fntrwd
24、其中，cydn表示第n次計算的差異度，fntrqd表示第n次通過初始差異度計算函數計算的土壤強度初始差異度，fntrsd第n次通過初始差異度計算函數計算的土壤濕度初始差異度，fntrwd第n次通過初始差異度計算函數計算的土壤溫度初始差異度。
25、進一步地，所述安全區間的計算過程為：
26、在對所有的差異度計算結果進行排序的基礎上，選取兩個四分位點的差異度對應歷史刀盤啟動扭矩數據集中的刀盤扭矩安全區間的上下限。
27、進一步地，所述計算得出隧道掘進機刀盤啟動扭矩，包括：
28、在啟動隧道掘進機刀盤后實時采集刀盤開始工作后的扭矩大小；
29、通過刀盤開始工作后的扭矩大小進入到安全區間后，判斷當前的刀盤扭矩增長趨勢是否穩定，若穩定則記錄所有采樣時刻的刀盤扭矩數值，直到當前掘進速度采集單元輸出速度大于0為止；所述判斷當前的刀盤扭矩增長趨勢是否穩定，包括：判斷刀盤扭矩增長率是否大于增長率閾值δ，若大于，則判斷不穩定，等待下一采樣時刻重新采樣判斷，若不大于，則判斷是否超出安全區間的上限或下限，若為超出安全區間的上限或下限則判斷為穩定；
30、將記錄的所有采樣時刻的刀盤扭矩數值求均值輸出刀盤啟動扭矩。
31、根據本專利技術的第二方面，提供了一種基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算系統，包括：
32、掘進環境數據采集模塊、隧道掘進機刀盤扭矩采集模塊、掘進數據分析模塊和隧道掘進機刀盤扭矩分析計算模塊；
33、所述掘進環境數據采集模塊包括當前括掘進環境數據采集單元和歷史掘進環境數據采集單元，所述當前環境數據采集單元用于采集當前需要進行掘進的區域的環境數據，所述歷史掘進環境數據采集單元用于采集歷史掘進過程中與當前隧道掘進機刀盤參數完全一致的掘進過程中的環境數據，所述掘進環境數據采集模塊將采集到的當前需要進行掘進的區域的環境數據以及歷史掘進過程中與當前隧道掘進機刀盤參數完全一致的掘進過程中的環境數據發送到掘進數據分析模塊中本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，所述當前需要進行掘進的區域的環境數據包括土壤強度、土壤濕度和地下溫度，其具體表達式為：
3.根據權利要求2所述的基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，所述歷史掘進過程中與當前隧道掘進機刀盤參數完全一致的掘進過程中的環境數據的具體表達式如下：
4.根據權利要求3所述的基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，所述歷史刀盤啟動扭矩的具體表達式如下：
5.根據權利要求4所述的基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，所述基于當前需要進行掘進的區域的環境數據以及歷史掘進過程中與當前隧道掘進機刀盤參數完全一致的掘進過程中的環境數據來逐一計算差異度，包括：
6.根據權利要求5所述的基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，所述初始差異度計算函數的表達式如下：
7.根據權利要求6所述的基于數據驅動的隧道
8.根據權利要求7所述的基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，所述安全區間的計算過程為：
9.根據權利要求8所述的基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，所述計算得出隧道掘進機刀盤啟動扭矩，包括：
10.一種基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算系統，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，所述當前需要進行掘進的區域的環境數據包括土壤強度、土壤濕度和地下溫度，其具體表達式為：
3.根據權利要求2所述的基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，所述歷史掘進過程中與當前隧道掘進機刀盤參數完全一致的掘進過程中的環境數據的具體表達式如下：
4.根據權利要求3所述的基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，所述歷史刀盤啟動扭矩的具體表達式如下：
5.根據權利要求4所述的基于數據驅動的隧道掘進機刀盤啟動扭矩計算方法，其特征在于，所述基于當前需要進行掘進的區域的環境數...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉永勝，韓偉鋒，李鳳遠，任穎瑩，張合沛，趙新合，萬雪鈺，陳橋，何蒙蒙，陳瑞祥，石凱麗，江南，
申請(專利權)人：盾構及掘進技術國家重點實驗室，
類型：發明
國別省市：
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