一种盾构机的刀具磨损量评估方法及系统与流程

本技术涉及施工评估，具体涉及一种盾构机的刀具磨损量评估方法及系统。

背景技术：

1、在隧道施工中，盾构机是一种常用的钻掘机械，能够在地下进行机械化掘进和衬砌作业。盾构机在作业过程中，刀具作为盾构机最前端的破岩工具，直接与岩石接触，工作环境差，存在刀具磨损严重和消耗量大的问题，因此需要对盾构机的刀具进行不定期的维护，以更改或保养刀具。对于维护时刻的确定是一大难题，维护周期太短，刀具磨损量较小不需要更换，影响施工周期，而维护周期太长又会导致刀具磨损严重，对盾构机产生损坏。因此需要对刀具进行磨损量评估以确定维护时机。

2、相关技术中的解决方式为根据隧道的地质情况来整体评估刀具的磨损量，当磨损量大于阈值时对刀具进行维护。但实际中由于隧道施工的地质条件不均匀，会造成部分刀具受力超载，各刀具的磨损情况存在差异，因此对于刀具磨损量的整体性评估不够准确。

技术实现思路

1、本技术提供一种盾构机的刀具磨损量评估方法及系统，能够提高刀具磨损量的整体性评估的准确性。

2、第一方面，本技术提供了一种盾构机的刀具磨损量评估方法，所述方法包括：

3、获取盾构机维护时各刀具的历史单体磨损量以及历史岩石特性数据；

4、根据所述历史岩石特性数据确定磨损量区间对应的区间权重，加权计算每次维护时各所述历史单体磨损量对应的第一历史整体磨损量；

5、获取相邻两次维护之间所述盾构机的历史异常数据，确定所述历史异常数据对应的第二历史整体磨损量；

6、整合所述第一历史整体磨损量以及所述第二历史整体磨损量，得到所述盾构机维护时的历史整体磨损量；

7、根据所述历史岩石特性数据、所述历史异常数据与所述历史整体磨损量的对应关系，确定当前岩石特性数据以及当前异常数据对应的当前整体磨损量。

8、通过采用上述技术方案，通过历史岩石特征动态设置磨损量区间，通过区间权重加权计算第一历史整体磨损量，能够反映不同刀具的实际磨损情况。同时考虑历史异常数据对整体磨损量的影响，确定历史岩石特性数据、所述历史异常数据与所述历史整体磨损量的对应关系，从而能够根据当前岩石特性数据以及当前异常数据确定当前整体磨损量。通过综合考虑刀具的自身磨损状况和实际作业情况中对磨损量有影响的异常状况，使得最终得到的整体磨损量能够较为全面的反映刀具的实际磨损情况，从而能够提高刀具磨损量的整体性评估的准确性。

9、可选的，所述根据所述历史岩石特性数据确定磨损量区间对应的区间权重，加权计算每次维护时各所述历史单体磨损量对应的第一历史整体磨损量，包括：

10、根据所述历史岩石特性数据，确定各所述刀具的切削力等级；

11、根据所述切削力等级确定每次维护时的磨损量区间以及所述磨损量区间对应的区间权重；

12、使用所述磨损量区间对应的区间权重对各所述历史单体磨损量进行加权求和，得到各所述历史单体磨损量对应的第一历史整体磨损量。

13、通过采用上述技术方案，通过分析历史岩石特性数据，确定刀具在不同岩石条件下的切削力等级。切削力等级越高，表示刀具承受的切削力越大，岩石对刀具的磨损作用越强。根据不同的切削力等级，预先设置对应的刀具磨损量区间和权重系数。切削力等级越高，设置的磨损量区间幅度越大，权重系数也越大。在计算第一历史整体磨损量时，根据刀具所处的磨损量区间，采用对应的权重系数对历史单体磨损量进行加权求和。这样可以根据刀具实际承受的切削力大小，动态调整磨损量区间范围和权重系数，使第一历史整体磨损量能够准确对应岩石特性的变化和对刀具磨损的影响。充分考虑不同岩石特性对刀具磨损的影响，使第一历史整体磨损量的计算更加准确和动态，从而提高刀具磨损评估的效果。

14、可选的，所述根据所述历史岩石特性数据，确定各所述刀具的切削力等级，包括：

15、获取所述刀具对各标准岩石成分的标准切削力；

16、根据所述历史岩石特性数据中各所述标准岩石成分所占比例以及各所述标准岩石成分的标准切削力，确定所述各所述刀具的切削力等级。

17、通过采用上述技术方案，获取了刀具对标准岩石成分的标准切削力数据。标准岩石成分是预先定义的典型岩石成分类型。获取标准切削力的目的是建立刀具对不同岩石成分的理论切削模型。在获得实际岩石成分检测数据后，根据各成分所占比例，参照其标准切削力进行加权叠加，计算刀具的合成切削力。然后基于切削力大小划分切削力等级。通过这种方式，可以充分利用预先获取的标准切削力数据，按比例合成出刀具在具体岩石条件下的切削力，实现更准确的切削力等级确定。建立刀具对不同岩石成分切削的理论模型，通过模型指导切削力等级的精确计算。利用标准数据进行比例合成，可以使切削力等级划分更加准确科学，进而提高后续磨损量区间和权重设置的效果，从而更好地反映岩石对刀具磨损的影响。

18、可选的，所述历史异常数据包括历史异常磨损指标以及对应的历史异常次数，所述获取相邻两次维护之间所述盾构机的历史异常数据，确定所述历史异常数据对应的第二历史整体磨损量，包括：

19、获取相邻两次维护之间所述盾构机的历史异常磨损指标以及对应的历史异常次数；

20、根据所述历史异常磨损指标以及对应的历史异常次数，确定所述历史异常数据对应的第二历史整体磨损量。

21、通过采用上述技术方案，获取了盾构机在两次维护之间的历史异常磨损指标及对应异常次数的数据。历史异常磨损指标是能反映刀具磨损的各种异常参数。获取异常次数是为了确定异常参数对刀具磨损的总体影响。根据预先建立的异常指标与刀具磨损的对应模型，按照各类异常指标的异常出现次数，计算得到各类异常对刀具磨损的贡献值。然后将所有类型异常产生的磨损贡献值累加求和，即得到这一维护周期内刀具的第二历史整体磨损量。通过获取异常数据并统计异常次数，该技术方案能够充分考虑刀具在运行过程中可能遭遇的各种异常情况对磨损的影响，使第二历史整体磨损量的计算更全面，从而提高刀具磨损评估的准确性。

22、可选的，所述根据所述历史异常磨损指标以及对应的历史异常次数，确定所述历史异常数据对应的第二历史整体磨损量，包括：

23、确定所述历史异常磨损指标对应的标准磨损量；

24、使用所述标准磨损量乘以所述历史异常磨损指标对应的历史异常次数，得到所述历史异常数据对应的第二历史整体磨损量。

25、通过采用上述技术方案，针对各类历史异常磨损指标，预先确定了它们分别对应刀具的标准磨损量。标准磨损量是通过大量实验获得的不同异常情况下刀具的平均磨损值。获取标准磨损量的目的是建立异常参数与刀具单位磨损量之间的对应模型。在计算第二历史整体磨损量时，统计了各类异常参数的实际发生次数。然后利用每个异常指标的标准磨损量与其异常次数相乘，求出该类异常对刀具的磨损贡献。最后，综合所有类型异常的磨损贡献，计算得到第二历史整体磨损量。通过标准磨损量准确刻画不同异常对刀具单位磨损的影响，结合异常次数可以计算各类异常对总体磨损的贡献，从而使第二历史整体磨损量的评估更加精确和可靠。

26、可选的，所述获取相邻两次维护之间所述盾构机的历史异常磨损指标以及对应的历史异常次数之前，还包括：

27、判断所述历史异常磨损指标的持续时长是否超出预设时长；

28、若所述历史异常磨损指标的持续时长超出预设时长，则根据所述持续时长与预设时长的差值，增加所述历史异常磨损指标对应的历史异常次数。

29、通过采用上述技术方案，考虑异常持续时间对刀具磨损的影响。预设阈值是根据经验确定的标准持续时间。如果异常磨损指标的实际持续时间超过了标准时间，则将超时部分按一定间隔转换为额外的异常次数。最后，用增加后的异常次数计算第二历史整体磨损量。通过判断异常持续时间并转换为异常次数，可以更全面地考虑异常参数对刀具磨损的影响，异常持续时间越长，多出的异常次数越多，对应的磨损贡献也越大。这样，第二历史整体磨损量的计算可以充分反映异常的持续时间对刀具磨损的影响，使评估更加准确和合理。

30、可选的，所述根据所述历史岩石特性数据、所述历史异常数据与所述历史整体磨损量的对应关系，确定当前岩石特性数据以及当前异常数据对应的当前整体磨损量，包括：

31、将所述历史岩石特性数据以及所述历史异常数据作为输入训练样本，将所述历史整体磨损量作为输出训练样本，对原始刀具磨损模型进行训练，得到刀具磨损模型；

32、将当前岩石特性数据以及当前异常数据输入至所述刀具磨损模型，得到当前整体磨损量。

33、通过采用上述技术方案，采用机器学习的思路，使用历史数据训练刀具磨损模型，以实现对当前整体磨损量的智能预测。将收集的历史岩石特性数据、历史异常数据作为模型输入样本，对应的历史整体磨损量作为输出样本，进行模型训练。通过模型训练，建立了岩石特性数据、异常数据与刀具磨损量之间的映射关系。得到刀具磨损模型后，将检测得到的当前岩石特性参数和当前异常数据输入模型，可以预测出当前时刻的整体磨损量。通过机器学习实现了刀具磨损量的智能评估。与简单的经验模型相比，具有自学习和适应能力，可以在不同刀具和岩石情况下进行准确预测。利用机器学习可以使刀具磨损量评估更加智能化和精确。

34、第二方面，本技术提供了一种盾构机的刀具磨损量评估系统，所述系统包括：

35、数据获取模块，用于获取盾构机维护时各刀具的历史单体磨损量以及历史岩石特性数据；

36、第一磨损量计算模块，用于根据所述历史岩石特性数据确定磨损量区间对应的区间权重，加权计算每次维护时各所述历史单体磨损量对应的第一历史整体磨损量；

37、第二磨损量确定模块，用于获取相邻两次维护之间所述盾构机的历史异常数据，确定所述历史异常数据对应的第二历史整体磨损量；

38、磨损量整合模块，用于整合所述第一历史整体磨损量以及所述第二历史整体磨损量，得到所述盾构机维护时的历史整体磨损量；

39、当前整体磨损量确定模块，用于根据所述历史岩石特性数据、所述历史异常数据与所述历史整体磨损量的对应关系，确定当前岩石特性数据以及当前异常数据对应的当前整体磨损量。

40、第三方面，本技术提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述任意一项方法。

41、第四方面，本技术提供了一种电子设备，包括处理器、存储器和收发器，所述存储器用于存储指令，所述收发器用于和其他设备通信，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述电子设备执行如上述任意一项方法。

42、综上所述，本技术技术方案所带来的有益效果包括：

43、通过历史岩石特征动态设置磨损量区间，通过区间权重加权计算第一历史整体磨损量，能够反映不同刀具的实际磨损情况。同时考虑历史异常数据对整体磨损量的影响，确定历史岩石特性数据、所述历史异常数据与所述历史整体磨损量的对应关系，从而能够根据当前岩石特性数据以及当前异常数据确定当前整体磨损量。通过综合考虑刀具的自身磨损状况和实际作业情况中对磨损量有影响的异常状况，使得最终得到的整体磨损量能够较为全面的反映刀具的实际磨损情况，从而能够提高刀具磨损量的整体性评估的准确性。