CN103234903B - Tbm滚刀磨损检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TBM滚刀磨损检测装置，包括一凹字形壳体，凹字形壳体内凹处侧壁的材料为透光材料，凹字形壳体内凹处侧壁的两端分别为光信号发射端和接收端，光信号发射端可以发射一组平行激光束，光信号接收端为一组光敏传感器，从而可以形成多条平行的光路，并由刀圈的磨损程度确定光路的通断，还设有清洁结构、电源以及控制系统，控制系统接收光敏传感器传来的数据，并将该数据传送到TBM操作室主机上。本发明结构简单、安装方便、效率高以及工作可靠，实用性强、廉价、便携、易于控制等优点，并且还能够消除使用过程中由于岩石粉末可能导致的光路导通问题，尤其适用于硬岩掘进TBM滚刀，使刀盘上所安装滚刀进行实时动态磨损检测成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及一种滚刀磨损检测装置，尤其涉及一种硬岩滚刀动态磨损检测装置。
背景技术
随着隧道掘进机（TBM）在工程的广泛使用，在施工中逐渐发现刀具磨损已经成为一个影响工程质量进度和安全的关键问题，工作中首先出现了单把刀损坏，与该刀相邻部位或同一径向的刀具受到偏载力，使得其他刀具磨损加剧，进而导致刀盘整体偏载，最终造成整个刀盘的开裂、解体。目前对于滚刀的磨损通常采用施工经验或理论计算估计，但这只能定性判断，具有很大的主观性，而且不能对单把滚刀工作状况实时跟踪监测。或对已有滚刀结构进行改造，此将无疑增加制造的难度和成本。在不改变原有刀盘和刀具的情况下，实时连续检测刀具的磨损状况有助于随时掌握刀具磨损量的大小，提前做好换刀的所有准备，减少由于过度磨损造成的安全隐患和工期延误。
发明内容
针对现有刀具磨损监测的不足，本发明提供一种TBM滚刀磨损检测装置，具有结构简单、安装方便、效率高以及工作可靠，实用性强、廉价、便携、易于控制等优点，在硬岩隧道掘进中，针对TBM刀盘上的滚刀能实时、准确地监测滚刀刀圈的几何形状变化，实现对滚刀磨损的动态测量。
为了解决上述技术问题，本发明TBM滚刀磨损检测装置予以实现的技术方案是：该TBM滚刀磨损检测装置包括一凹字形壳体，凹字形壳体内凹处侧壁的材料为透光材料，所述凹字形壳体内凹处侧壁的一端为光信号发射端，所述凹字形壳体内凹处侧壁的另一端为光信号接收端，所述光信号发射端设置有可以发射一组平行激光束的激光发射器，所述光信号接收端的设有一组光敏传感器；所述光敏传感器的数量与所述激光发射器发射出的激光束的数量相等、且成对对正布置，从而形成多条平行的光路；位于光信号接收端和所述光信号发射端均分别设有一套清洁结构，所述清洁结构包括由四个小型电机带动的清洁带和用来为清洁带除尘的柔性尘刷；所述清洁带的材料为透光材料，位于所述光信号接收端和所述光信号发射端的两侧均分别设有条形开口，每条清洁带穿过条形开口、并绕在四个小型电机的输出轴上，一套清洁结构中的清洁带从光信号接收端内表面滑过，另一套清洁结构中的清洁带从光信号接收端内表面滑过；还包括电源以及用于控制小型电机和光敏传感器的控制系统，所述控制系统接收光敏传感器传来的数据，并将该数据传送到TBM操作室主机上。
本发明TBM滚刀磨损检测装置，其中，所述条形开口的两边均分别设置滚轴。所述激光发射器选用半导体激光器或气体激光器。所述光敏传感器选用CCD传感器或CMOS传感器。所述控制系统选用Zigaee、蓝牙或者wifi向TBM操作室主机传送数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明TBM滚刀磨损检测装置结构紧凑，容易组装，从而能够实现小型化和微型化，并且还能够消除使用过程中由于岩石粉末可能导致的光路导通问题。本发明滚刀磨损检测装置以光检测技术为基础，通过电源驱动激光发射器发射光线，由滚刀的几何外形确定光线的导通与否，随着刀具磨损程度的变化，导通光线发生变化，在接收端检测导通光线的变化从而得到刀具的磨损数值。本发明适用于硬岩掘进TBM滚刀，使刀盘上所安装滚刀进行实时动态磨损检测成为可能。
附图说明
图1是本发明TBM滚刀磨损检测装置的结构示意图；
图2是图1所示TBM滚刀磨损检测装置凹字形壳体内侧的侧视图；
图中：1-凹字形壳体，2-小型电机，3-柔性尘刷，4-清洁带，5-螺钉，6-激光发射器，7-滚刀刀圈，8-光敏传感器，9-TBM刀盘，10-控制系统，11A、11B-滚轮。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，本发明一种TBM滚刀磨损检测装置，包括一凹字形壳体1，所述凹字形壳体1上开有螺孔，通过螺钉5固定在TBM刀盘9上。凹字形壳体1内凹处（即靠近滚刀刀圈7的）侧壁的材料为透光材料，所述凹字形壳体1内凹处侧壁的一端为光信号发射端，所述凹字形壳体1内凹处侧壁的另一端为光信号接收端，所述光信号发射端设置有可以发射一组平行激光束的激光发射器6，所述激光发射器6能够发射一定强度的光线，所述激光发射器6垂直布置于凹字形壳体1的一端内侧（即光信号发射端），为了获得垂直于滚刀刀圈7的平行激光束，激光发射器6可以由多个小型激光发射器以一定的间距呈并排布置，也可使用一个激光发射器并通过辅助设备使之产生平行的光束，所述激光发射器6可以选用半导体激光器或气体激光器；所述光信号接收端设有一组光敏传感器8，所述光敏传感器8选用CCD传感器或CMOS传感器；所述光敏传感器8与所述激光发射器6发射出的激光束的数量相等、且成对对正布置，通电后，可以形成多条平行的光路；位于光信号接收端和所述光信号发射端均分别设有一套清洁结构，所述清洁结构包括由四个小型电机2带动的清洁带4和用来为清洁带4除尘的柔性尘刷3；所述清洁带4的材料为透光材料，所述清洁带4具有防划伤和高透光的要求。位于所述光信号接收端和所述光信号发射端的两侧均分别设有条形开口，所述条形开口的两边均分别设置滚轴11A和11B（如图2所示），以便使所述清洁带可以轻松通过并移动。每条清洁带4穿过条形开口、并绕在四个小型电机的输出轴上，一套清洁结构中的清洁带4从光信号接收端内表面滑过，另一套清洁结构中的清洁带4从光信号接收端内表面滑过。如图1所示，呈矩形四角位置安装的四台小型电机2驱动所述清洁带4移动，所述清洁带外侧紧贴清洁带4布置两把柔性刷。本发明中还包括为整个装置提供电能的直流电源以及用于控制小型电机2和光敏传感器8的控制系统10，所述控制系统10接收光敏传感器8传来的数据，并将该数据传送到TBM操作室主机（图中未示出）上，所述控制系统10选用Zigaee、蓝牙或者wifi向TBM操作室主机传送数据。
如图1所示，工作时，TBM滚刀在破岩的同时绕自身中心轴旋转，启动激光发射器6发出光束，由滚刀刀圈7的磨损程度确定所发射光路的通断。在各激光光路为独立配置的情况下，滚刀未磨损时，边缘光束被滚刀遮挡住以至不能通过，因此，光信号接收端的光敏传感器8不会产生信号，假定，当滚刀磨损3mm时，由于滚刀刀圈7的几何外轮廓变小，边缘光束可以直接通过到达光信号接收端的光敏传感器8，使光敏传感器8产生一种信号，此时，打开次边缘激光发射器6并关闭边缘激光发射器6，进行下一阶段磨损检测，如此循环，直到检测到刀圈几何形状达到失效。
通常情况下，TBM滚刀破岩工作环境比较恶劣，在此工况下使用本发明TBM滚刀磨损检测装置，其中的凹字形壳体1的外侧面上极易附着粉尘，从而影响激光发射器6的光束通路，故本发明中设置的清洁结构，其中，由透光材料制成的清洁带4在小型电机2的驱动下可以在凹字形壳体1的外侧平面移动以防止粉尘附着，同时，为确保清洁带4的透光性，在凹字形壳体1的内部设有柔性尘刷3对移动的清洁带4进行清洁。如图2所示，在清洁带4移动的过程中，为减小清洁带4在条形开口处与凹字形壳体1的摩擦，在条形开口的两侧相对地布置了两个随清洁带4移动而转动的滚轴11A和11B。
至于本发明中的控制系统10如何设计属于本技术领域内惯用的技术手段，在此不再赘述。
本发明TBM滚刀磨损检测装置，结构简单合理，更具有安装方便、操作灵活、效率高以及工作可靠，实用性强、廉价、便携、易于控制等优点，并且还能够消除使用过程中由于岩石粉末可能导致的光路导通问题，可以为TBM刀盘上滚刀磨损的有效及时监测，及时获取滚刀的动态磨损数据，预测滚刀失效时间，提前做好换刀的所有准备，降低由于刀具过度磨损导致刀盘破裂的风险。本发明尤其适用于硬岩掘进TBM滚刀，实现了TBM滚刀的实时动态磨损检测。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.一种TBM滚刀磨损检测装置，包括一凹字形壳体（1），其特征在于，
凹字形壳体（1）内凹处侧壁的材料为透光材料，
所述凹字形壳体（1）内凹处侧壁的一端为光信号发射端，所述凹字形壳体（1）内凹处侧壁的另一端为光信号接收端，所述光信号发射端设置有可以发射一组平行激光束的激光发射器（6），所述光信号接收端的设有一组光敏传感器（8）；所述光敏传感器（8）与所述激光发射器（6）发射出的激光束的数量相等、且成对对正布置，从而形成多条平行的光路；
位于光信号接收端和所述光信号发射端均分别设有一套清洁结构，所述清洁结构包括由四个小型电机（2）带动的清洁带（4）和用来为清洁带（4）除尘的柔性尘刷（3）；所述清洁带（4）的材料为透光材料，位于所述光信号接收端和所述光信号发射端的两侧均分别设有条形开口，每条清洁带（4）穿过条形开口、并绕在四个小型电机的输出轴上，一套清洁结构中的清洁带（4）从光信号接收端内表面滑过，另一套清洁结构中的清洁带（4）从光信号接收端内表面滑过；
还包括电源以及用于控制小型电机（2）和光敏传感器（8）的控制系统（10），所述控制系统（10）接收光敏传感器（8）传来的数据，并将该数据传送到TBM操作室主机上。
2.根据权利要求1所述TBM滚刀磨损检测装置，其特征在于，所述条形开口的两边均分别设置滚轴。
3.根据权利要求1所述TBM滚刀磨损检测装置，其特征在于，所述激光发射器（6）选用半导体激光器或气体激光器。
4.根据权利要求1所述TBM滚刀磨损检测装置，其特征在于，所述光敏传感器（8）选用CCD传感器或CMOS传感器。
5.根据权利要求1所述TBM滚刀磨损检测装置，其特征在于，所述控制系统（10）选用Zigaee、蓝牙或者wifi向TBM操作室主机传送数据。
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