一种TBM刀盘扭矩确定方法及系统与流程

本发明涉及tbm刀盘扭矩的计算领域，特别是涉及一种tbm刀盘扭矩确定方法及系统。
背景技术：
：全断面隧道掘进机(tbm)是一种机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，主要用于岩石地层的隧道挖掘。其刀盘扭矩是重要的性能参数，用于维持刀盘不断旋转破碎前方岩石。目前基于工程数据对tbm刀盘扭矩进行预测的研究，主要分为基于受力分析的力学模型与基于工程数据分析的预测。其中，在基于工程数据分析的这类研究中，存在一种基于量纲分析的计算方法，其普适性高。然而，对于在硬岩中掘进机的刀盘扭矩的预测，已有基于量纲分析的研究并未剔除无关的影响因素，从而导致模型复杂，不利于硬岩隧道工程的需求。技术实现要素：本发明的目的是提供一种tbm刀盘扭矩确定方法及系统，能够筛选出影响tbm刀盘扭矩的主要参数，能够帮助tbm技术管理人员及时调整刀盘扭矩的大小。为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种tbm刀盘扭矩确定方法，包括：确定影响刀盘扭矩的参数，所述参数包括岩石饱和抗压强度、掘进速度、刀盘转速、岩石坚固系数、岩石抗拉强度、岩石摩擦系数、岩石内聚力和岩石纵波速度；根据所述参数确定tbm掘进过程中的无量纲量和无量纲化刀盘扭矩；根据所述无量纲量采用弹性网络算法，得到所述无量纲量的系数识别结果；将各个无量纲量系数识别结果与对应的所述无量纲量相乘，得到刀盘扭矩计算模型；根据所述刀盘扭矩计算模型确定tbm刀盘扭矩。可选的，所述根据所述参数确定tbm掘进过程中的无量纲量和无量纲化刀盘扭矩，具体包括：根据公式π1＝η、π3＝f、分别确定tbm掘进过程中的无量纲量π1，π2，π3，π4，π5；根据公式确定tbm掘进过程中的无量纲化刀盘扭矩其中，π1，π2，π3，π4，π5为五个无量纲量；η为岩石坚固系数；σt为岩石抗拉强度，单位：kpa；σc为岩石饱和抗压强度，单位：kpa；f为岩石摩擦系数；c为岩石内聚力，单位：kpa；vp为岩石纵波速度，单位：m/s；v为掘进速度，单位：m/s；ω为刀盘转速，单位：r/min；为无量纲化刀盘扭矩；t为tbm刀盘扭矩，单位：knm。可选的，所述根据所述无量纲量采用弹性网络算法，得到所述无量纲量的系数识别结果，具体包括：将所述无量纲量π1，π2，π3，π4，π5作为自变量，无量纲化刀盘扭矩作为因变量，利用弹性网络算法采用公式得到无量纲量的系数；其中，n为样本量；x为自变量，包括π1，π2，π3，π4，π5；α为识别系数，包括α1,α2,α3,α4,α5；y为因变量，y为无量纲化刀盘扭矩w为惩罚权重；r为l1范数正则化所占比。可选的，所述将各个无量纲量系数识别结果与对应的所述无量纲量相乘，得到刀盘扭矩计算模型，具体包括：将各个无量纲量系数识别结果与对应的所述无量纲量相乘，得到刀盘扭矩计算模型t＝α1ησcv3ω-3+α2σtv3ω-3+α3fσcv3ω-3+α4cv3ω-3+α5vpσcv2ω-3；其中，α1,α2,α3,α4,α5为无量纲量的系数；η为岩石坚固系数；σt为岩石抗拉强度，单位：kpa；σc为岩石饱和抗压强度，单位：kpa；f为岩石摩擦系数；c为岩石内聚力，单位：kpa；vp为岩石纵波速度，单位：m/s；v为掘进速度，单位：m/s；ω为刀盘转速，单位：r/min；t为tbm刀盘扭矩，单位：knm。一种tbm刀盘扭矩确定系统，包括：参数确定模块，用于确定影响刀盘扭矩的参数，所述参数包括岩石饱和抗压强度、掘进速度、刀盘转速、岩石坚固系数、岩石抗拉强度、岩石摩擦系数、岩石内聚力和岩石纵波速度；无量纲参数确定模块，用于根据所述参数确定tbm掘进过程中的无量纲量和无量纲化刀盘扭矩；系数识别结果确定模块，用于根据所述无量纲量采用弹性网络算法，得到所述无量纲量的系数识别结果；模型建立模块，用于将各个无量纲量系数识别结果与对应的所述无量纲量相乘，得到刀盘扭矩计算模型；刀盘扭矩计算模块，用于根据所述刀盘扭矩计算模型确定tbm刀盘扭矩。可选的，所述无量纲参数确定模块，具体包括：无量纲量参数确定单元，用于根据公式π1＝η、π3＝f、分别确定tbm掘进过程中的无量纲量π1，π2，π3，π4，π5；无量纲化刀盘扭矩确定单元，用于根据公式确定tbm掘进过程中的无量纲化刀盘扭矩其中，π1，π2，π3，π4，π5为五个无量纲量；η为岩石坚固系数；σt为岩石抗拉强度，单位：kpa；σc为岩石饱和抗压强度，单位：kpa；f为岩石摩擦系数；c为岩石内聚力，单位：kpa；vp为岩石纵波速度，单位：m/s；v为掘进速度，单位：m/s；ω为刀盘转速，单位：r/min；为无量纲化刀盘扭矩；t为tbm刀盘扭矩，单位：knm。可选的，所述系数识别结果确定模块，具体包括：系数识别结果确定单元，用于将所述无量纲量π1，π2，π3，π4，π5作为自变量，无量纲化刀盘扭矩作为因变量，利用弹性网络算法采用公式得到无量纲量的系数；其中，n为样本量；x为自变量，包括π1，π2，π3，π4，π5；α为识别系数，包括α1,α2,α3,α4,α5；y为因变量，y为无量纲化刀盘扭矩w为惩罚权重；r为l1范数正则化所占比。可选的，所述模型建立模块，具体包括：模型建立单元，用于将各个无量纲量系数识别结果与对应的所述无量纲量相乘，得到刀盘扭矩计算模型t＝α1ησcv3ω-3+α2σtv3ω-3+α3fσcv3ω-3+α4cv3ω-3+α5vpσcv2ω-3；其中，α1,α2,α3,α4,α5为无量纲量的系数；η为岩石坚固系数；σt为岩石抗拉强度，单位：kpa；σc为岩石饱和抗压强度，单位：kpa；f为岩石摩擦系数；c为岩石内聚力，单位：kpa；vp为岩石纵波速度，单位：m/s；v为掘进速度，单位：m/s；ω为刀盘转速，单位：r/min；t为tbm刀盘扭矩，单位：knm。根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种tbm刀盘扭矩确定方法，方法包括：确定影响刀盘扭矩的参数，所述参数包括岩石饱和抗压强度、掘进速度、刀盘转速、岩石坚固系数、岩石抗拉强度、岩石摩擦系数、岩石内聚力和岩石纵波速度；根据所述参数确定tbm掘进过程中的无量纲量和无量纲化刀盘扭矩；根据所述无量纲量采用弹性网络算法，得到所述无量纲量的系数识别结果；将各个无量纲量系数识别结果与对应的所述无量纲量相乘，得到刀盘扭矩计算模型；根据所述刀盘扭矩计算模型确定tbm刀盘扭矩。采用本发明的方法或系统能够实现tbm装备掘进过程中的刀盘扭矩快速准确的计算。在基于基本的力学规律的基础上，本发明融入了弹性网络算法，该算法是一种在套索算法和岭回归算法之间进行权衡的算法，基于该算法得到的模型既能继承套索算法的稀疏性，又能继承岭回归的稳定性，从而为tbm技术管理人员及时调整刀盘扭矩大小提供了有效的决策支持。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例tbm刀盘扭矩确定方法流程图；图2为本发明实施例tbm刀盘扭矩确定系统结构图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明的目的是提供一种tbm刀盘扭矩确定方法及系统，能够筛选出影响tbm刀盘扭矩的主要参数，能够帮助tbm技术管理人员及时调整刀盘扭矩的大小。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1为本发明实施例tbm刀盘扭矩确定方法流程图。如图1所示，一种tbm刀盘扭矩确定方法，包括：步骤101：确定影响刀盘扭矩的参数，所述参数包括岩石饱和抗压强度、掘进速度、刀盘转速、岩石坚固系数、岩石抗拉强度、岩石摩擦系数、岩石内聚力和岩石纵波速度；步骤102：根据所述参数确定tbm掘进过程中的无量纲量和无量纲化刀盘扭矩；步骤103：根据所述无量纲量采用弹性网络算法，得到所述无量纲量的系数识别结果；步骤104：将各个无量纲量系数识别结果与对应的所述无量纲量相乘，得到刀盘扭矩计算模型；步骤105：根据所述刀盘扭矩计算模型确定tbm刀盘扭矩。步骤102，具体包括：根据公式π1＝η、π3＝f、分别确定tbm掘进过程中的无量纲量π1，π2，π3，π4，π5；根据公式确定tbm掘进过程中的无量纲化刀盘扭矩其中，π1，π2，π3，π4，π5为五个无量纲量；η为岩石坚固系数；σt为岩石抗拉强度，单位：kpa；σc为岩石饱和抗压强度，单位：kpa；f为岩石摩擦系数；c为岩石内聚力，单位：kpa；vp为岩石纵波速度，单位：m/s；v为掘进速度，单位：m/s；ω为刀盘转速，单位：r/min；为无量纲化刀盘扭矩；t为tbm刀盘扭矩，单位：knm。步骤103，具体包括：将所述无量纲量π1，π2，π3，π4，π5作为自变量，无量纲化刀盘扭矩作为因变量，利用弹性网络算法采用公式得到无量纲量的系数；其中，n为样本量；x为自变量，包括π1，π2，π3，π4，π5；α为识别系数，包括α1,α2,α3,α4,α5；y为因变量，y为无量纲化刀盘扭矩w为惩罚权重；r为l1范数正则化所占比。l1范数正则化通过向成本函数中添加l1范数，使得学习得到的结果满足稀疏化，从而方便人们提取特征。步骤104，具体包括：将各个无量纲量系数识别结果与对应的所述无量纲量相乘，得到刀盘扭矩计算模型t＝α1ησcv3ω-3+α2σtv3ω-3+α3fσcv3ω-3+α4cv3ω-3+α5vpσcv2ω-3；其中，t为刀盘扭矩，单位：knm；α1,α2,α3,α4,α5为无量纲量的系数；η为岩石坚固系数；σt为岩石抗拉强度，单位：kpa；σc为岩石饱和抗压强度，单位：kpa；f为岩石摩擦系数；c为岩石内聚力，单位：kpa；vp为岩石纵波速度，单位：m/s；v为掘进速度，单位：m/s；ω为刀盘转速，单位：r/min；为无量纲化刀盘扭矩；t为tbm刀盘扭矩，单位：knm。在基于基本的力学规律的基础上，本发明融入了弹性网络算法，该算法是一种在套索算法和岭回归算法之间进行权衡的算法，基于该算法得到的模型既能继承套索算法的稀疏性，又能继承岭回归的稳定性，从而为tbm技术管理人员及时调整刀盘扭矩大小提供了有效的决策支持。图2为本发明实施例tbm刀盘扭矩确定系统结构图。如图2所示，一种tbm刀盘扭矩确定系统，包括：参数确定模块201，用于确定影响刀盘扭矩的参数，所述参数包括岩石饱和抗压强度、掘进速度、刀盘转速、岩石坚固系数、岩石抗拉强度、岩石摩擦系数、岩石内聚力和岩石纵波速度；无量纲参数确定模块202，用于根据所述参数确定tbm掘进过程中的无量纲量和无量纲化刀盘扭矩；系数识别结果确定模块203，用于根据所述无量纲量采用弹性网络算法，得到所述无量纲量的系数识别结果；模型建立模块204，用于将各个无量纲量系数识别结果与对应的所述无量纲量相乘，得到刀盘扭矩计算模型；刀盘扭矩计算模块205，用于根据所述刀盘扭矩计算模型确定tbm刀盘扭矩。所述无量纲参数确定模块202，具体包括：无量纲量参数确定单元，用于根据公式π1＝η、π3＝f、分别确定tbm掘进过程中的无量纲量π1，π2，π3，π4，π5；无量纲化刀盘扭矩确定单元，用于根据公式确定tbm掘进过程中的无量纲化刀盘扭矩其中，π1，π2，π3，π4，π5为五个无量纲量；η为岩石坚固系数；σt为岩石抗拉强度，单位：kpa；σc为岩石饱和抗压强度，单位：kpa；f为岩石摩擦系数；c为岩石内聚力，单位：kpa；vp为岩石纵波速度，单位：m/s；v为掘进速度，单位：m/s；ω为刀盘转速，单位：r/min；为无量纲化刀盘扭矩；t为tbm刀盘扭矩，单位：knm。所述系数识别结果确定模块203，具体包括：系数识别结果确定单元，用于将所述无量纲量π1，π2，π3，π4，π5作为自变量，无量纲化刀盘扭矩作为因变量，利用弹性网络算法采用公式得到无量纲量的系数；其中，n为样本量；x为自变量，包括π1，π2，π3，π4，π5；α为识别系数，包括α1,α2,α3,α4,α5；y为因变量，y为无量纲化刀盘扭矩w为惩罚权重；r为l1范数正则化所占比。所述模型建立模块204，具体包括：模型建立单元，用于将各个无量纲量系数识别结果与对应的所述无量纲量相乘，得到刀盘扭矩计算模型t＝α1ησcv3ω-3+α2σtv3ω-3+α3fσcv3ω-3+α4cv3ω-3+α5vpσcv2ω-3；其中，α1,α2,α3,α4,α5为无量纲量的系数；η为岩石坚固系数；σt为岩石抗拉强度，单位：kpa；σc为岩石饱和抗压强度，单位：kpa；f为岩石摩擦系数；c为岩石内聚力，单位：kpa；vp为岩石纵波速度，单位：m/s；v为掘进速度，单位：m/s；ω为刀盘转速，单位：r/min；t为tbm刀盘扭矩，单位：knm。具体实施例1：下面结合实施例对本发明的刀盘扭矩的计算方法做出详细说明。具体步骤如下：1、列出影响刀盘扭矩t的参数：η为岩石坚固系数；σt为岩石抗拉强度，单位：kpa；σc为岩石饱和抗压强度，单位：kpa；f为岩石摩擦系数；c为岩石内聚力，单位：kpa；vp为岩石纵波速度，单位：m/s；v为掘进速度，单位：m/s；ω为刀盘转速，单位：r/min。2、根据下列公式(1)-(6)，分别计算无量纲量及无量纲化刀盘扭矩大小。其中，π1，π2，π3，π4，π5为五个无量纲量；η为岩石坚固系数；σt为岩石抗拉强度，单位：kpa；σc为岩石饱和抗压强度，单位：kpa；f为岩石摩擦系数；c为岩石内聚力，单位：kpa；vp为岩石纵波速度，单位：m/s；v为掘进速度，单位：m/s；ω为刀盘转速，单位：r/min；为无量纲化刀盘扭矩；t为tbm刀盘扭矩，单位：knm。π1＝η(1)π3＝f(3)3、将按1-6式计算得到的值汇总，并将π1，π2，π3，π4，π5这五个无量纲量作为自变量，无量纲化刀盘扭矩作为因变量，利用弹性网络算法，得到无量纲量的系数α1～α5的识别计算式如下：α1＝0,α2＝0,α3＝0,α4＝0,α5＝2395.68.4、将各个无量纲量系数识别结果α1～α5与五个无量纲量π1～π5分别相乘，得到tbm刀盘扭矩t的计算模型：如下式所示：t＝2395.68vpσcv2w-3(7)将如下表所示的工程数据：σcvωησtfcvp205300.0001671.21716440.261703120带入式(7)可得tbm刀盘扭矩t的大小如下：t＝2476.63(knm)。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页12