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专利号: 2023103927121
申请人: 湖南师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种判别刀盘泥饼形成程度的方法,其特征在于,包括:步骤1,根据盾构掘进机的刀盘结构形式,利用布置于刀盘上的多个传感器进行温度测量,得到第一温度数据集;

步骤2,在所述刀盘上不能布置传感器的区域构建多个虚拟温度点,对所述虚拟温度点进行温度计算,得到第二温度数据集;

步骤3,将所述第二温度数据集与所述第一温度数据集作为插值样本对整个刀盘的温度进行计算,得到在圆柱坐标系下的刀盘温度场;

步骤4,根据所述刀盘温度场,计算在圆柱坐标系下所有温度点的温度变化率和变化方向,并根据多个所述温度变化率判断出温度异常点;

步骤5,根据所述温度异常点的温度变化率曲线,判断刀盘泥饼开始形成的时间;

步骤6,对圆柱坐标系下的刀盘温度场进行转换,得到球坐标系下的刀盘温度场;

步骤7,将所述刀盘泥饼近似为球的一部分,计算所述刀盘泥饼的面积,基于该面积判别所述刀盘泥饼的形成程度。

2.根据权利要求1所述的判别刀盘泥饼形成程度的方法,其特征在于,在所述刀盘的边缘及中心位置的每个滚刀刀筒内至少安装一个传感器。

3.根据权利要求1所述的判别刀盘泥饼形成程度的方法,其特征在于,所述步骤2具体包括:利用线性插值法在所述刀盘上不能布置传感器的区域构建虚拟温度点,对所述虚拟温度点进行温度计算的公式如下:其中, 为第 个虚拟温度点的温度, 为第 个虚拟温度点的半径, 为第 个虚拟温度点的角度,为虚拟温度点的编号, , 为虚拟温度点的数量, 分别为两参考点的温度, 分别为两参考点的半径, 、 分别为两参考点的角度,所述参考点为所述刀盘上传感器的安装位置,一个传感器的安装位置对应一个参考点。

4.根据权利要求3所述的判别刀盘泥饼形成程度的方法,其特征在于,所述步骤3具体包括:通过克里金插值法,将所述第二温度数据集与所述第一温度数据集作为插值样本对整个刀盘的温度进行计算,得到在圆柱坐标系下的刀盘温度场,所述刀盘温度场的表达式为:其中, 为刀盘温度场, 为在圆柱坐标系下刀盘的半径, ,, 为刀盘的最大半径, 为在圆柱坐标系下刀盘逆时针方向的角度, ,, 为环号, , 。

5.根据权利要求4所述的判别刀盘泥饼形成程度的方法,其特征在于,所述步骤4具体包括:基于所述刀盘温度场的表达式,通过 算子符计算在圆柱坐标系下所述刀盘上的所有温度点沿R、 、P方向上的温度变化率和变化方向,计算公式如下:其中, 分别为圆柱坐标系下R、 、P方向上的单位矢量,且遵循右手螺旋法则, 分别表示在R、 、P方向上的温度变化率;

时将刀盘上温度点的温度视为正常, 时将刀盘上温度点的温度视为异常,作为温度异常点。

6.根据权利要求5所述的判别刀盘泥饼形成程度的方法,其特征在于,在步骤4之后,还包括:对圆柱坐标系下的刀盘温度场进行转换,得到球坐标系下的刀盘温度场的计算公式为:其中, 为球坐标系下对应圆柱坐标系下各方向上的单位矢量,分别为球坐标系下R、 、P方向上的温度变化率, 为温度变化率, 表示球坐标系下的刀盘温度场,表示球坐标系下温度异常点位置与原点的距离,近似表示刀盘泥饼的角度,为球坐标系下温度异常点与z轴的夹角, 为球坐标系下温度异常点与x轴的夹角,近似表示刀盘泥饼的厚度。

7.根据权利要求6所述的判别刀盘泥饼形成程度的方法,其特征在于,将所述刀盘泥饼近似为球的一部分,计算所述刀盘泥饼的面积,包括:将所述刀盘泥饼围成的封闭曲面区域切割成n块小面积,其中第 块小面积 记为:计算所述刀盘泥饼的面积的计算公式如下:

其中, 为刀盘泥饼的面积,dv为球面积分的体积微元,ds为球面积分的面积微元,为球坐标系下温度场,v为泥饼的体积,s为泥饼封闭曲面区域。

8.一种判别刀盘泥饼形成程度的装置,其特征在于,包括:温度测量模块,用于根据盾构掘进机的刀盘结构形式,利用布置于刀盘上的多个传感器进行温度测量,得到第一温度数据集;

第一计算模块,用于在所述刀盘上不能布置传感器的区域构建多个虚拟温度点,对所述虚拟温度点进行温度计算,得到第二温度数据集;

第二计算模块,用于将所述第二温度数据集与所述第一温度数据集作为插值样本对整个刀盘的温度进行计算,得到在圆柱坐标系下的刀盘温度场;

第三计算模块,用于根据所述刀盘温度场,计算在圆柱坐标系下所有温度点的温度变化率和变化方向,并根据多个所述温度变化率判断出温度异常点;

判断模块,用于根据所述温度异常点的温度变化率曲线,判断刀盘泥饼开始形成的时间;

转换模块,用于对圆柱坐标系下的刀盘温度场进行转换,得到球坐标系下的刀盘温度场;

判别模块,将所述刀盘泥饼近似为球的一部分,计算所述刀盘泥饼的面积,基于该面积判别所述刀盘泥饼的形成程度。

9.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的判别刀盘泥饼形成程度的方法。

10.一种终端设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的判别刀盘泥饼形成程度的方法。