一种滚刀综合性能表征方法技术

本发明专利技术公开了一种滚刀综合性能表征方法，包括滚刀性能特征参数的选定、性能特征等级的确定、参数影响系数的计算、性能特征函数的确定、综合性能表征结果和选择滚刀种类；采用硬度、承载能力、刀圈耐磨性、抗冲击能力/刀圈韧性特征参数表征滚刀的综合性能；采用Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、

【技术实现步骤摘要】
一种滚刀综合性能表征方法


[0001]本专利技术涉及隧道掘进机滚刀
，具体涉及一种滚刀综合性能表征方法。

技术介绍

[0002]随着我国地下空间的建设与发展，隧道掘进机的应用已经日益广泛，滚刀是隧道掘进机重要的组成部件之一，由于受到复杂多变的地质影响，滚刀损坏严重，消耗量巨大，并且成本昂贵，对工程项目的施工进度和施工成本产生了巨大影响。目前对滚刀性能的评价标准不一，主要采用单一维度表征滚刀性能，没有融合地层特性，缺乏有效的方法表征不同地层滚刀的综合性能，对工程项目选择滚刀种类带来难度。因此，需要提出一种多维度表征滚刀综合性能的方法。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种定性定量的滚刀综合性能表征方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种滚刀综合性能表征方法，包括以下步骤：
[0006]1)滚刀性能特征参数的选定
[0007]采用硬度、承载能力、刀圈耐磨性、抗冲击能力/刀圈韧性特征参数表征滚刀的综合性能；
[0008]2)性能特征等级的确定
[0009]采用Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、
Ⅴ
级五个等级表征滚刀性能特征等级；
[0010]3)参数影响系数的计算
[0011]采用层次分析和专家评判建立硬岩地层、软岩地层和软硬不均地层滚刀不同特征参数的影响系数；
[0012]|4)性能特征函数的确定
[0013]采用梯形隶属度函数和三角形隶属度函数构建滚刀综合性能特征函数；
[0014]5)综合性能表征结果
[0015]滚刀综合性能表征结果包含滚刀综合性能表征矩阵、滚刀综合性能表征向量结果、滚刀综合性能表征数值结果；
[0016]6)选择滚刀种类。
[0017]优选的，滚刀性能特征参数A
i
，i为参数种类，i＝1，2，3
···
，A
i
的值根据仪器设备测量采集；A1、A2、A3、A4分别代表硬度、承载能力、刀圈耐磨性、抗冲击能力/刀圈韧性；
[0018](1)硬度A1采用洛氏硬度计测量滚刀材料，测量精度达到0.1HRC；
[0019](2)承载能力A2采用滚刀岩机作用综合实验平台及三分量无线载荷传感器测量全尺滚刀，测量精度达到
±
0.1kN；
[0020](3)刀圈耐磨性A3采用滚刀岩机作用综合实验平台及三维摄像测量系统测量全尺
滚刀，检测精度达到0.01mm/m；或采用滚刀复合磨蚀实验平台及高精度计量称测量缩尺滚刀，检测精度达到0.01g/mm；
[0021](4)抗冲击能力/刀圈韧性A4采用摆锤式冲击试验机测量滚刀材料，由冲击功和冲击韧性表征，检测精度达到
±
0.1J/cm2和0.1J。
[0022]优选的，滚刀性能特征等级B
j
，j为性能等级种类，j＝1，2，3
···
，B
j
的值根据A
i
最大值和最小值的区间进行等量划分；分别采用B1、B2、B3、B4、B5来表征Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、
Ⅴ
级五个等级的滚刀性能特征等级，其中Ⅰ级表示滚刀综合性能最好，
Ⅴ
级表示滚刀综合性能最差。
[0023]优选的，采用C
mn
表征不同地层不同滚刀特征参数的影响系数，m表示不同的地层，m＝1，2，3
···
；n表示不同的滚刀性能特征参数，n＝1，2，3
···
；选择三种地层对滚刀综合性能进行表征，分别为硬岩地层、软岩地层和软硬不均地层；选择四种特征参数分别为硬度、承载能力、刀圈耐磨性、抗冲击能力/刀圈韧性；滚刀参数影响系数C
mn
的值根据层次分析和专家评判求取平均值获取；
[0024]层次分析和专家评判是指针对m种地层，分别对每一种地层的n种滚刀性能特征参数进行评判计算，进而得到滚刀参数影响系数，共得到m*n个影响系数，评判计算方法为九级标度判断准则，通过专家评判各个滚刀性能特征参数A
i
两两之间的重要关系，正向对比用1
‑
9之间的自然数表示，反向对比为其倒数；
[0025]通过专家评判构造某一地层n种滚刀性能特征参数A
i
的判断矩阵，并通过归一化处理和方根法得到不同地层滚刀不同特征参数的影响系数C
mn
的值，即硬岩地层滚刀性能各特征参数影响系数为：C1＝[C
11 C
12 C
13 C
14
]；软岩地层滚刀性能各特征参数影响系数为：C2＝[C
21 C
22 C
23 C
24
]；软硬不均地层滚刀性能各特征参数影响系数为：C3＝[C
31 C
32 C
33 C
34
]。
[0026]优选的，针对不同的滚刀性能特征参数A
i
选择不同的滚刀性能特征函数，主要有梯形隶属度函数和三角形隶属度函数；滚刀性能特征参数A
i
数据是连续值分段表示时采用梯形隶属度函数；滚刀性能特征参数A
i
数据是非连续单值表示时采用三角形隶属度函数，
[0027][0028][0029]式中，f(x,a,b,c,d)为梯形隶属度函数，f(x,a,b,c)为三角形隶属度函数，a、b、c、d为常数，根据滚刀综合性能特征等级确定，x为滚刀性能特征参数A
i
的数值；
[0030]根据公式分别建立滚刀性能特征参数A
i
对滚刀性能特征等级B
j
的滚刀性能特征函
数，用f
p
(A
i
)表征，p表征性能特征等级种类，p＝1，2，3
···
，p与j一一对应，构建滚刀性能特征参数A1‑
A5对五种滚刀性能特征等级B1‑
B5的特征函数f
p
(A1)
‑
f
p
(A5)。
[0031]优选的，综合性能表征结果的具体步骤为：
[0032](1)滚刀综合性能表征矩阵
[0033]通过构建滚刀性能特征参数A
i
对滚刀性能特征等级B
j
的滚刀性能特征函数f
p
(A
i
)，将每种滚刀的性能特征参数A
i
的数值代入各特征函数，得到各特征参数A
i
对于特征等级B
j
的隶属结果r
i
，i为特征参数种类，i＝1，2，3
···
，通过矩阵变换得到滚刀综合性能表征矩阵，用R
k
表征，k为滚刀种类，k＝1，2，3
···
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滚刀综合性能表征方法，其特征在于，包括以下步骤：1)滚刀性能特征参数的选定采用硬度、承载能力、刀圈耐磨性、抗冲击能力/刀圈韧性特征参数表征滚刀的综合性能；2)性能特征等级的确定采用Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、
Ⅴ
级五个等级表征滚刀性能特征等级；3)参数影响系数的计算采用层次分析和专家评判建立硬岩地层、软岩地层和软硬不均地层滚刀不同特征参数的影响系数；4)性能特征函数的确定采用梯形隶属度函数和三角形隶属度函数构建滚刀综合性能特征函数；5)综合性能表征结果滚刀综合性能表征结果包含滚刀综合性能表征矩阵、滚刀综合性能表征向量结果、滚刀综合性能表征数值结果；6)选择滚刀种类。2.如权利要求书1所述的一种滚刀综合性能表征方法，其特征在于，滚刀性能特征参数A
i
，i为参数种类，i＝1，2，3
···
，A
i
的值根据仪器设备测量采集；A1、A2、A3、A4分别代表硬度、承载能力、刀圈耐磨性、抗冲击能力/刀圈韧性；(1)硬度A1采用洛氏硬度计测量滚刀材料，测量精度达到0.1HRC；(2)承载能力A2采用滚刀岩机作用综合实验平台及三分量无线载荷传感器测量全尺滚刀，测量精度达到
±
0.1kN；(3)刀圈耐磨性A3采用滚刀岩机作用综合实验平台及三维摄像测量系统测量全尺滚刀，检测精度达到0.01mm/m；或采用滚刀复合磨蚀实验平台及高精度计量称测量缩尺滚刀，检测精度达到0.01g/mm；(4)抗冲击能力/刀圈韧性A4采用摆锤式冲击试验机测量滚刀材料，由冲击功和冲击韧性表征，检测精度达到
±
0.1J/cm2和0.1J。3.如权利要求书1所述的一种滚刀综合性能表征方法，其特征在于，滚刀性能特征等级B
j
，j为性能等级种类，j＝1，2，3
···
，B
j
的值根据A
i
最大值和最小值的区间进行等量划分；分别采用B1、B2、B3、B4、B5来表征Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、
Ⅴ
级五个等级的滚刀性能特征等级，其中Ⅰ级表示滚刀综合性能最好，
Ⅴ
级表示滚刀综合性能最差。4.如权利要求书1所述的一种滚刀综合性能表征方法，其特征在于，采用C
mn
表征不同地层不同滚刀特征参数的影响系数，m表示不同的地层，m＝1，2，3
···
；n表示不同的滚刀性能特征参数，n＝1，2，3
···
；选择三种地层对滚刀综合性能进行表征，分别为硬岩地层、软岩地层和软硬不均地层；选择四种特征参数分别为硬度、承载能力、刀圈耐磨性、抗冲击能力/刀圈韧性；滚刀参数影响系数C
mn
的值根据层次分析和专家评判求取平均值获取；层次分析和专家评判是指针对m种地层，分别对每一种地层的n种滚刀性能特征参数进行评判计算，进而得到滚刀参数影响系数，共得到m*n个影响系数，评判计算方法为九级标度判断准则，通过专家评判各个滚刀性能特征参数A
i
两两之间的重要关系，正向对比用1
‑
9之间的自然数表示，反向对比为其倒数；
通过专家评判构造某一地层n种滚刀性能特征参数A
i
的判断矩阵，并通过归一化处理和方根法得到不同地层滚刀不同特征参数的影响系数C
mn
的值，即硬岩地层滚刀性能各特征参数影响系数为：C1＝[C
11 C
12 C
13 C
14
]；软岩地层滚刀性能各特征参数影响系数为：C2＝[C
21 C
22 C
23 C
24
]；软硬不均地层滚刀性能各特征参数影响系数为：C3＝[C
31 C
32 C
33 C
34
]。5.如权利要求书1所述的一种滚刀综合性能表征方法，其特征在于，针对不同的滚刀性能特征参数A
i
选择不同的滚刀性能特征函数，主要有梯形隶属度函数和三角形隶属度函数；滚刀性能特征参数A
i
数据是连续值分段表示时采用梯形隶属度函数；滚刀性能特征参数A
i
数据是非连续单值表示时采用三角形隶属度函数，数据是非连续单值表示时采用三角形隶属度函数，式中，f(x,a,b,c,d)为梯形隶属度函数，f(x,a,b,c)为三角形隶属度函数，a、b、c、...

【专利技术属性】
技术研发人员：范文超，何况，卢高明，张兵，周建军，姜礼杰，文勇亮，张理蒙，杨延栋，李帅远，王发民，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：