[发明专利]一种基于数据驱动的隧道掘进机推进过程摩擦力计算方法

说明书

本发明提出了一种基于数据驱动的隧道掘进机推进过程摩擦力计算方法，用以解决现有技术摩擦系数根据人为经验选取，无法根据围岩的变化自适应计算摩擦力的问题。本发明的步骤为：按照设定频率采集当前循环中隧道掘进机推进过程的实时数据；提取从刀盘启动至平稳掘进过程的实时数据，判定标准为变异系数均小于设定阈值；提取数据段的推进速度求取微分，寻找推进速度连续增大点数不低于设置值的数据段为目标检测段，目标检测段内的总推进力均值即为隧道掘进机摩擦力计算值。本发明更加直接的以数据特征来判断隧道掘进机摩擦力，无需估算摩擦系数或新增传感器，计算简单，可根据岩体条件变化计算当前摩擦力，辅助司机评估摩擦力异常导致卡机的风险。

技术领域

本发明涉及隧道掘进装备施工的技术领域，尤其涉及一种基于数据驱动的隧道掘进机推进过程摩擦力计算方法，用于计算隧道掘进机推进过程设备的摩擦力。

背景技术

隧道掘进机推进过程摩擦力是判断设备是否会发生卡机的关键指标。公开号为CN105952465A的一种围岩与全断面隧道掘进机护盾相互作用过程监测方法，在护盾外表面安装压力盒和护盾内表面安装表面应变传感器，通过护盾外表面和护盾内表面两者的变形换算围岩对护盾的挤压力，根据挤压力与摩擦系数的乘积换算出护盾所受摩阻力。由于围岩的摩擦系数受岩体的完整性、光滑程度有关，简单的以人为经验主观估计的摩擦系数存在较大的误差。公开号为CN104732059A的硬岩TBM装备掘进过程中总推力的计算方法，在计算摩擦力时同样采用了人为经验主观估计的摩擦系数。

发明内容

针对现有技术在计算摩擦力时人为经验主观估计摩擦系数误差大，计算挤压力需额外增加复杂传感的技术问题，本发明提出一种基于数据驱动的隧道掘进机推进过程摩擦力计算方法，依托隧道掘进机推进过程的实时数据实现摩擦力的计算，不增加数据采集设备，且减少了人为主观因素的影响，提高了摩擦力计算的精度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于数据驱动的隧道掘进机推进过程摩擦力计算方法，其步骤如下：

步骤一：按照设定频率采集当前循环中隧道掘进机推进过程的实时数据，实时数据包含总推进力F、推进速度V和刀盘转速n；

步骤二：提取当前循环从刀盘启动至平稳掘进过程的实时数据，平稳掘进过程的判定标准为总推进力F、推进速度V和刀盘转速n三者变异系数均小于设定阈值；

步骤三：提取步骤二中实时数据的数据段的推进速度V求取k次微分；

步骤四：寻找推进速度连续增大不低于k+1个采样点的数据段i～i+L为目标检测段，目标检测段的总推进力F的均值为隧道掘进机推进过程摩擦力值，其中，L表示目标检测段的数据序列长度。

所述步骤二中变异系数的计算方法为：

总推进力F的变异系数Cv(F)为：

推进速度V的变异系数Cv(V)为：

刀盘转速n的变异系数Cv(n)为：

其中，std()是标准差函数，Mean()为均值函数。

所述步骤三中的微分是在离散数据序列里前后求差值；微分次数根据人为经验设定，且k＝3。

推进速度V三次微分的计算方法为：

即k＝3，提取的平稳掘进过程的提取段的推进速度序列为V＝(V₁，V₂，…V_p)，p为提取段的总点数；

第一次求差分的结果D_iff1为：

D_iff1＝(V₂-V₁,V₃-V₂,…V_p-V_p-1)；