[发明专利]全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测方法

说明书

本发明提供了全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测方法，通过一种应变计优化布置方案，对已有的应变计进行了总体合理性布局，这既能减少应变的数量又能较大限度的了解到连接处紧固螺栓变形情况。另外，提出了一种螺栓变形扩散修正法，来计算连接处紧固螺栓之间变形相互影响下的螺栓实际变形，这实现了对TBM工作时连接位置紧固螺栓应变状态长期实时监测，及时提醒操作人员维护检修，防止TBM连接处紧固螺栓发生疲劳破坏，确保TBM安全可靠地进行工作。

技术领域

本发明涉及一种全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测方法，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

随着社会的进步与发展，各行各业自动化程度越来越高，全断面岩石掘进 机(TBM)以其速度快效率高的优点，在交通，油气管道等诸多方面得到了广泛 应用。全断面岩石掘进机在作业环境较为复杂多变，这就造成了较为强烈的振 动，又由于其机身较为庞大，各部分以紧固螺栓进行连接，强烈的振动往往造 成连接螺栓处变形严重，甚至造成螺栓断裂，直接影响TBM正常的工作。

TBM主机系统主要包含刀盘、盾体、主梁等关键部位(如图1)，刀盘与盾 体、盾体与主梁以及主梁之间均是由以紧固螺栓进行连接的，恶劣的掘进条件 往往造成剧烈的振动这就导致各部分连接位置紧固螺栓处的剧烈变形，为了防 止连接紧固螺栓处变形断裂，必须掌握TBM连接处紧固螺栓的应变情况。建立 一套实时监测系统对TBM各部分连接处紧固螺栓的应变情况进行监测，既可以 提醒工程施工人员进行及时的检修，避免进一步的破坏，同时可以为保证TBM 各部分的可靠工作。

由于TBM的工况十分恶劣，对TBM连接处(如图1b、1e)紧固螺栓应变 状态的监测极其困难。目前国内外对TBM连接处紧固螺栓的应变的监测尚没有 一套完整的方案。虽然也有一些学者或企业对掘进过程中TBM部分变形数据进 行采集，由于采集的样本较少，且没有一套合理的后期数据处理方案，这就造 成了较大的误差，导致测量结果的不合理和局限性。

基于以上情况，本发明提出了一种应变计优化布置方案，对已有的应变计 进行了总体合理性布局，这既能减少应变的数量又能较大限度的了解到连接处 紧固螺栓变形情况。另外，提出了一种螺栓变形扩散修正法，来计算连接处紧 固螺栓之间变形相互影响下的螺栓实际变形，从而构建了一套用于TBM连接处 螺栓的应变监测系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TBM连接处螺栓应变的全天候远程监测与预测 系统，利用应变计及其无线数据传输系统获取监测数据，实现对TBM主机系统 工作时连接处紧固螺栓的应变状态长期实时监测，并利用变形扩散模型来得到 测量点实际应变状态，以将TBM的工作状态及时反馈给操作人员，防止TBM连 接位置因变形造成的突发故障，来确保TBM安全可靠地工作。

本发明的技术方案：

全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测方法，步骤如下：

全断面岩石掘进机连接处紧固螺栓应变监测系统与变形扩散修正法，包含 用于测量应变的应变计、放大采集信号的天线、接受无线信号的无线网关、显 示测量数据的计算机、应变计优化布置方案及变形扩散修正模型。其特征在于， 通过布置在TBM连接处的应变计监测其运行过程中的应变状态，同时基于无线 网络协议接受传输应变数据，并通过变形扩散修正模型来计算连接处紧固螺栓 之间变形相互影响下的螺栓实际变形。具体的系统包括：应变计优化布置方案； 变形扩散修正模型。

I、应变计优化布置方案

对刀盘连接法兰的应变的测量，由于连接法兰处紧固螺栓较多，导致无法 对所有部位进行测量，提出一种连接处应变计优化布置方案，测点的安装方式 局部放大图(图2所示)，应变计优化布置方案具体如下：

式中：y为应变计添加位置编号；

x为应变计编号，1～n；