[发明专利]基于自动巡航的刀具寿命预测系统及其预测方法

权利要求书

1.基于自动巡航的刀具寿命预测系统，其特征在于，包括：

盾构机工业电脑：通过有线通信方式与刀具磨损感应装置和地面控制中心服务器通讯相连，为高速PLC电脑，用于接收、执行、反馈、处理所收到的数据或指令；

刀具磨损感应装置：通过有线通信方式与盾构机工业电脑通讯相连，安装于刀盘面板和刀具上，采用液压式、电磁式或超声波式，通过监测传感压力、电磁回路连通情况或超声波，实时监测刀具磨损情况；

地面控制中心服务器：通过有线通信方式与盾构机工业电脑连接，由多台电脑组成，用于向盾构机工业电脑发送指令、接收处理数据；包括在线刀具磨损监测模块、数据存储处理模块、可视化显示模块、刀具寿命预测模块；

在线刀具磨损监测模块：用于实时收集接收刀具磨损感应装置反馈的信息数据，并转存入数据存储处理模块；

数据存储处理模块：

接收来自盾构机工业电脑收集自动巡航状态下的盾构机推力、盾构机的外径尺寸、刀盘扭矩、刀盘温度、刀盘转速、掘进速度、掘进距离及盾构机位置信息；

存储人工导入的、刀具磨损经验预测模型的样本数据，以计算每种地层的磨耗系数；

存储人工导入的刀具磨耗量最大值，磨耗量最大值的85%作为报警值，当超过报警值，向可视化显示模块输出选取合适地点进行刀具检修更换的提示画面；

自动接收在线刀具磨损监测模块收集到的刀具磨损感应装置反馈的信息数据，经数据处理，转化为刀具实时磨耗量；

接收通过扫描或人工导入的、在盾构开始施工前收集线路平纵断面图、航拍图、岩土勘察报告、周边环境条件、隧道沿线地质结构、特殊地质、地表、周边建构筑物及风险源相关数据，并将上述相关数据转换为计算机可识别数据，利用BIM和GIS软件建立整个区间隧道初始三维实体模型，输入盾构机相关部件、尺寸数据及原始刀盘刀具，通过BIM软件建立盾构机三维实体模型，插入到隧道初始三维实体模型，导入到可视化显示模块；

通过人工输入的方式接收自动巡航状态下盾构机刀盘切削下来的土体岩性特征数据及盾构机上安装的超前地质钻获取的土体岩性特征数据，自动更新所述初始三维实体模型，形成区间隧道掘进三维实体模型，自动导入到可视化显示模块；

可视化显示模块：自动接收数据存储处理模块输入的盾构机位置信息、刀盘刀具实际磨损量、隧道初始三维实体模型、隧道掘进三维实体模型、盾构机三维实体模型，并通过可视化形式显示出来；

刀具寿命预测模块：根据刀具磨损经验预测模型，预测刀具寿命，刀具磨损经验预测模型为：[=K·π·D·N·L/V

[——刀具磨耗量( mm);

K——磨耗系数( mm/km);

D——盾构机的外径尺寸(m);

N——刀盘转速(rpm);

L——掘进距离(km);

V——掘进速度(m/min);

首先调用数据存储处理模块的既往盾构机刀具检修更换数据，根据刀具磨损经验预测模型，计算出每种地层每种刀具的初始经验磨耗系数K；然后根据数据存储处理模块建立的隧道掘进三维实体模型中的地质数据选取隧道掘进相应地层的刀具初始经验磨耗系数，间隔10m自动计算一次巡航状态下的初始经验预测刀具磨耗量；

所述初始经验预测刀具磨耗量与数据存储处理模块内存储的、在线刀具磨损监测模块检测的刀具实时磨耗量进行比较，若偏差值超过1%，则根据数据存储处理模块内存储的刀具实时磨耗量及盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进距离、掘进速度反推计算出刀具的实测磨耗系数K，作为该地层后续计算的掘进经验刀具磨耗系数；

当数据存储处理模块内的在线刀具监测模块监测到实测刀具磨耗量达到该种刀具磨耗量最大值的85%时，刀具寿命预测模块自动调用数据存储处理模块内建立的隧道掘进三维实体模型内的水文地质数据和周边环境条件数据、盾构机位置相关数据在盾构机可掘进距离范围内判别选取合适的刀具检修更换的地点及里程。