基于机器学习的常压刀盘盾构滚刀故障诊断方法研究

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盾构机在掘进过程中面临着极其复杂的地质条件,刀具极易损坏,现有的刀具故障诊断方法,无法对刀具故障进行全面、准确的判断。针对现有刀具故障诊断方法的不足,分析了SVM、BPNN、ELM、RF等机器学习算法的原理及特点,研究了常压刀盘盾构机滚刀常见的磨损超限、卡转和偏磨等故障的机理及特征,设计了基于机器学习的常压刀盘盾构机滚刀故障诊断模型,对滚刀故障进行分层诊断。选取对于滚刀故障较为敏感的温度、瞬时转速比、平均转速比等参数,使用盾构机掘进现场数据进行实验,用于判断滚刀是否发生故障的第一层SVM、BPNN、ELM和RF算法模型准确率分别达到了87.49%、88.69%、78.27%和96.45%,当滚刀发生故障时,用于判断滚刀具体故障形式的第二层SVM、BPNN、ELM和RF算法模型准确率分别达到了90.24%、86.76%、79.41%和97.06%。验证了基于机器学习的常压刀盘盾构机滚刀故障诊断模型的科学性和有效性,以及RF算法在判断滚刀是否发生故障以及发生故障后滚刀的故障类型具有较高的准确率,能够有效降低企业施工、换刀成本,提高盾构机掘进效率。
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