基于支持向量机的盾构滚刀磨损预测研究

发布时间：2022-12-04 10:46

　　盾构法由于具备施工质量好、进度快、对现有城市轨道交通影响小以及施工安全等优点,从而在地铁隧道建设和地下管线建设中得到快速的发展。滚刀作为盾构施工中需要更换的部件,其成本大、更换复杂。如若更换过早会造成资源浪费,如果更换不及时将会导致掘进效率低下,严重时导致刀盘崩坏,甚至造成生产事故。因此研究滚刀磨损预测具有重大的意义。对于滚刀的磨损,目前基本依靠经验来进行开仓鉴定,但是频繁的开仓不但耽误工期也会增加施工风险。因此有必要研究一种更科学更经济的滚刀磨损预测的方法。本文将研究一种基于支持向量机技术的以掘进参数为特征值的滚刀磨损预测方法。通过对盾构机掘进过程中产生的盾构推力、刀盘转矩、千斤顶速度、刀盘转速等几个主要盾构掘进参数的数据,来间接对盾构滚刀的磨损进行预测。在工程实践中,一般认为掘进参数之间的关系能反映着滚刀的性质,反映其磨损状态,在通过推导后也可以得到含有与滚刀磨损相关的掘进参数关系表达式。本文原创性的推导出新型的掘进参数关系表达式,并针对常用的17英寸以及19英寸滚刀,在该公式基础上进行了简化。在推导出掘进参数与滚刀磨损具备相关性后,将主要掘进参数提取出来,将其作为支持向量机的特征... 

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景与研究意义
    1.2 滚刀磨损检测技术概况
        1.2.1 直接监测技术
        1.2.2 间接监测技术
    1.3 滚刀磨损监测技术的研究与发展
    1.4 研究课题的提出
    1.5 本文主要内容及研究思路
    1.6 本章小结
第二章 盾构滚刀磨损原理
    2.1 盾构机及滚刀特性
        2.1.1 盾构机简介
        2.1.2 盾构机组成
        2.1.3 盾构刀具分类
        2.1.4 刀盘结构
        2.1.5 滚刀布置
        2.1.6 滚刀磨损特征
    2.2 滚刀磨损受力模型
        2.2.1 Boussinesq弹性力学解
        2.2.2 滑移场理论
        2.2.3 伊万斯理论
        2.2.4 秋三藤三郎公式
        2.2.5 科罗拉多矿业学院模型
    2.3 本章小结
第三章 滚刀磨损与掘进参数的关联
    3.1 关键掘进参数的关系推导
        3.1.1 切削力模型选择
        3.1.2 有效推力
        3.1.3 有效扭矩计算
        3.1.4 有效推力与有效扭矩表达式
        3.1.5 掘进参数关系计算式的简化
    3.2 盾构推进阻力
        3.2.1 盾壳与周围土体的摩擦力
        3.2.2 刀盘面板的推进阻力
        3.2.3 管片与盾尾间的摩擦阻力
        3.2.4 切口环贯入地层的阻力
        3.2.5 转向阻力
        3.2.6 牵引后配套设备的牵引阻力
    3.3 刀盘转动阻力扭矩
        3.3.1 刀盘切削扭矩
        3.3.2 刀盘自重形成的轴承旋转反力矩
        3.3.3 刀盘轴向推力荷载形成的旋转阻力矩
        3.3.4 主轴承密封装置摩擦力矩
        3.3.5 刀盘前表面摩擦扭矩
        3.3.6 刀盘圆周面的摩擦反力矩
        3.3.7 刀盘背面摩擦力矩
        3.3.8 刀盘圆周面的摩擦反力矩
    3.4 基于掘进参数的预测模型
    3.5 本章小结
第四章 基于支持向量机的滚刀磨损预测
    4.1 机器学习原理
        4.1.1 机器学习问题的描述
        4.1.2 经验风险最小化原则
    4.2 统计学习理论
        4.2.1 学习一致性问题
        4.2.2 VC维
        4.2.3 结构风险最小化
    4.3 支持向量机原理
        4.3.1 最优分类面
        4.3.2 广义最优分类面
        4.3.3 线性支持向量机
        4.3.4 非线性支持向量机
    4.4 多分类支持向量机
        4.4.1 一对多组合算法
        4.4.2 一对一组合算法
        4.4.3 二叉树分类
    4.5 基于支持向量机的滚刀磨损预测模型的建立
        4.5.1 训练集的选择
        4.5.2 训练特征的选择
        4.5.3 核函数的选择
        4.5.4 模型参数的选择
    4.6 本章小结
第五章 盾构滚刀磨损识别系统设计
    5.1 总体框架
        5.1.1 数据采集
        5.1.2 数据处理
        5.1.3 数据分析
    5.2 程序设计
        5.2.1 编译环境
        5.2.2 设计方法
        5.2.3 软件需求分析
    5.3 软件界面设计
        5.3.1 主界面
        5.3.2 数据处理选项
        5.3.3 数据分析选项
        5.3.4 其他设置
    5.4 本章小结
第六章 基于支持向量机的滚刀磨损预测应用
    6.1 工程背景
        6.1.1 工程概况
        6.1.2 工程地质
        6.1.3 本工程盾构及设备配置
    6.2 掘进参数分析
        6.2.1 总推力分析
        6.2.2 扭矩分析
        6.2.3 掘进速度分析
    6.3 盾构滚刀磨损在线监测
        6.3.1 监测说明及程序初始选项
        6.3.2 支持向量机分类分析
        6.3.3 结论
    6.4 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年中国盾构行业发展趋势分析[J].   隧道建设. 2017(06)
[2]基于COMSOL有限元法的电涡流传感器仿真[J]. 徐琳,王恒,黄祯,李伯全,肖逸凯,盛嘉端.  排灌机械工程学报. 2015(12)
[3]土压平衡盾构机刀盘开口特性及刀具布置方法分析[J]. 张晓东.  技术与市场. 2015(02)
[4]支持向量机理论及算法研究综述[J]. 汪海燕,黎建辉,杨风雷.  计算机应用研究. 2014(05)
[5]国内外盾构机刀盘和刀具研究现状概况[J]. 杨明,熊计,郭智兴,万维财.  工具技术. 2013(04)
[6]盾构技术的发展与展望[J]. 刘宣宇.  施工技术. 2013(01)
[7]盾构隧道盘形滚刀损坏的原因分析与对策[J]. 张厚美.  现代隧道技术. 2010(06)
[8]盾构滚刀磨损的多元非线性回归预测[J]. 李笑,苏小江.  辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2009(02)
[9]郑州地铁试验段盾构选型及关键配置[J]. 田华军,袁聚亮.  建筑机械. 2009(05)
[10]天津地铁北站北-铁东路站区间盾构机选型研究[J]. 邱伟艺.  重庆建筑. 2008(08)

博士论文
[1]全断面掘进机数字样机优化设计与功能仿真关键技术研究[D]. 程军.东北大学 2010

硕士论文
[1]城市综合管廊隧道盾构施工仿真分析[D]. 曹眉舒.山东大学 2015
[2]复合型土压平衡盾构机刀盘设计与应用[D]. 朱述敏.南京理工大学 2015
[3]盾构滚刀磨损检测技术研究[D]. 赵红霞.石家庄铁道大学 2015
[4]基于数值模拟的TBM刀具磨损量估算方法[D]. 高少磊.天津大学 2014
[5]基于刀盘载荷模型的刀盘性能评价研究[D]. 任家宝.天津大学 2014
[6]基于磨料磨损的TBM滚刀磨损量计算及磨损性能研究[D]. 舒标.中南大学 2014
[7]硬岩隧道掘进机滚刀破岩仿真与磨损的研究[D]. 刘锟.东北大学 2013
[8]复合式土压平衡盾构机刀盘性能评价方法研究[D]. 卞章括.中南大学 2013
[9]泥水盾构隧道始发段施工土体扰动分析[D]. 陈晓阳.华中科技大学 2012
[10]全断面掘进机滚刀数值模拟及布置规律优化研究[D]. 曹岩.东北大学 2011



本文编号：3708105