TBM关键部件振动数据监测系统设计与研究

第30卷第6期北华航天工业学院学报Vd .30 No.6 2020 年12 月Journal of North China Institute of Aerospace Engineering Dec. 2020 TBM关键部件振动数据监测系统设计与研究
骆駿德1张兰2
(1.北华航天工业学院机电工程学院，2.北华航天工业学院电子与控制工程学院；河北廊坊065000)
摘要:论文设计的监测系统能够完成TBM关键部件的振动数据监测和采集分析，能够采集TBM设备整个运行过程中的各种状态参数和施工参数，通过网络实现远程数据的实时分析处理和控制。

该系统可移植或扩展到不同的施丁机械上。

关键词:数据监测，采集分析，故障诊断
中图分类号:TP274 文献标识码:A 文章编号：1673-7938(2020)06-0007-03
〇引言
国家交通发展战略势头强劲，轨道交通优先发 展，TBM是现代隧道高效安全施工不可或缺的主要 机械设备。

由于TBM施工本身具有高风险性，一旦出现事 故，影响面非常广，因此有必要利用现代化科技手 段，尽可能减小事故发生率。

为规范化隧道施工，国家也出台了一系列相关政策，要求T■必须安装安全监控管理系统。

因此有必要建设一套符合国 家政策要求的远程安全监控管理系统，降低施工风 险，为企业安全生产保驾护航m。

1数据采集与分析
1.1数据采集
数据采集模块主要完成设备振动数据和工况 状态数据采集功能，不受任何介质限制，具备缓存 和断点续传功能。

包括8通道振动数据采集分析 系统1套（厂家:东方所，型号:INV3060S型24位网 络分布式同步采集系统，接口形式：以太网，最高采 样频率：51.2KHZ,AD精度：24位S-AADC,通道数 目：8,通道间串扰：-100d B，输入量程：±0.1V，± 1V，± 10V，输人噪声：<0.03mVrms@±10V量程，频 率误差：<〇.〇1%，幅值误差：<1%，幅值线性度：< 0.025%),工业级服务器2台（厂家：中科曙光，型
基金项目：北华航天工业学院校级青年基金（KY202013)
收稿日期:2020-08-19
第一作者简介:骆骏德（1990-)，男，助教，硕士，河北衡水人，主
要从事机械系统振动监测与故障诊断研究。

号：1620-G10,内存：128G,CPU:2.6GHZ,24核，硬 盘:600G),超大显示屏幕2套（厂家：创维，55寸 彩电），企业级VPN服务器端路由器2套（厂家：TPLink，型号：TL-ER6120),企业级工控机2台（厂 家：台湾博来科技，主板型号:3I525A-000-00, CPU: Intel ATOM D5251.8G 处理器双核，内存：4G),数据接收模块2套，数据存储模块2套。

1.2 TBM振动和工况状态数据远程展示
远程服务器端可以实时监控影响TBM掘进的 关键性数据，及时发现TBM掘进中的问题，实现方 便的远程指导。

监控界面包括：导向系统监控界面，单护盾模式监控界，双护盾模式监控界面，刀盘 监控界面，液压泵监控界面，润滑监控界面，压力监 控界面，报警监控界面等。

由于各种界面较多，本 文只截取了导向数据界面作为示例，如下图1所示。

图1
导向数据界面
2020年12月
北华航天工业学院学报
第30卷
1.3数据分析
能够对TBM 工况状态历史数据和实时数据进 行统计分析，生成相应的统计报表，找出潜在的故 障或者问题，对TBM 安全状态评估和故障诊断提供 依据。

能够根据选择的测点生成历史趋势图，为故 障诊断和参数优化提供强大的保障。

2功能划分
盾构健康管理平台
变谱线条数等方式进行细化。

2.2施工数据分析功能
本监测系统施工数据分析包括：盾构姿态分 析、管片姿态分析、掘进参数分析。

工况数据分析, 提供个性化分析方案定制：满足不同用户数据分析 要求、地面沉降分析、材料消耗分析、掘进效率分 析、掘进进度分析。

_
施工数据分析~
图2
总体功能图根据系统功能设计要求和设计思路，系统总体 功能划分如上图所示。

2.1基础功能
本监测系统基础功能较为稳定，主要完成动态 测试和信号分析，其具体功能如下121:
(1) 波形瞬时滚动分析，在波形滚动同时进行
频谱分析；
(2) 谱全程分析方法，适合各种信号的频谱分
析；
(3) 谱形式可选：
a 单峰值幅值谱；
b 有效值谱；
c 功率谱；
d 功率谱密度(PSD )。

(4) 谱线条数：100, 200,400, 800, 1600,3200,
6400,12800 可任选；(5) 重叠平均：0,1/2, ~ 127/128等多档可选，
提高平均计算的精度；
(6)
校正法:对于F F T 的泄漏等造成的误差，可
使用多种方法校正:加窗、IN V 频率计和阻尼计、改
图3施工数据分析
由于各种界面较多，本文只截取了“管片姿态 分析”中的“管片垂直偏差”界面作为示例。

如下图 所示：
管片垂直偏差
管片垂差
150
370 401 428
图4管片垂直偏差分析界面
3结语
(1)
能够对TBM 工况状态历史数据和实时数据
进行统计分析，找出潜在的故障或者问题，对TBM 安全状态评估和故障诊断提供依据。

(2)
能够根据选择的测点生成历史趋势图，为
故障诊断和参数优化提供强大的保障。

参考文献：
[1】左庆林.盾构机关键设备状态监测与故障诊断研究[D].
石家庄:石家庄铁道大学,20丨4.
[2]侯一.基于GPRS 的远程数据采集系统[D】.北京：北京由P
电大学,2011.
掘进进度分析
^
掘进效率分析
材
料消耗分析
_*_地面沉降变化分析
_1_盾构工况数据分析_i _掘进参数分析
_i _轴线偏差分析
~
管片姿态分析
-!_
盾构姿态分析
系统管理
设备管理项目管理报表管理专家诊断施
T
数据分析
动态测试和信号分析
远程监控
数据采集
第6期骆骏德等:TBM关键部件振动数据监测系统设计与研究2020年12月
Design of Vibration Data Monitoring System for TBM Key Components
Luo Junde1Zhang Lan2
(1. School of Mechanical and Electrical Engineering, North China Institute of Aerospace
Engineering, 2. School of Electronic and Control Engineering. North China Institute of Aerospace Engineering;
Langfang 065000, China)
Abstract：The monitoring system designed in the paper can complete the vibration data monitoring and collection analysis of the key components of TBM, it can also collect various state parameters and construction parameters during the entire op­eration of the TBM equipment, and realize real-time analysis, processing and control of remote data through the network. The system can be transplanted or extended to different construction machinery.
Keywords：data monitoring, collection and analysis, fault diagnosis
(上接第2页）
Abstract：Metakaolin (MK) is an admixture with high specific area and pozzolanic activity derived from calcined kaolinitic clay under low temperature. Low energy is required when preparing MK and there is no hazard to the environment. Ade­quate studies have demonstrated that MK as a supplementary cementitious material can help enhancing the mechanical and durability properties of concrete. Based on the relevant studies of properties of MK contained concrete, this paper summariz­es the progress on mechanical, durability properties and hydration of concrete blended with MK. This will provide guidance and help for further study and adopting this supplementary cementitious material in the future.
Keywords：metakaolin, concrete, mechanical, durability, hydration。