CN103472247B - 一种tbm滚刀转速在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电涡流传感器的TBM滚刀转速在线监测装置。其特征在于：电涡流传感器安装在传感器基座内，传感器接头连接在电涡流传感器上，传感器基座内部空间用防水密封胶填充。电涡流传感器检测探头加盖抗磨保护套。抗磨保护套和传感器基座安装在刀座侧面的圆孔中，抗磨保护套与刀座之间用小防水垫圈密封，抗磨保护套与传感器基座之间用大防水垫圈密封。传感器基座与刀座可靠连接。滚刀刀体侧面钻有一个三角形和七个圆形沉孔。滚刀刀体转动时，电涡流传感器检测到沉孔产生特征信号，经变送器处理后，转换成滚刀转速和转向数字信号输出。本发明可以适应滚刀工作的恶劣环境，实现对滚刀转速的实时监测。

Description

一种TBM滚刀转速在线监测装置

技术领域

本发明涉及全断面硬岩掘进机行业中的设备检测技术，尤其是涉及TBM施工中对盘形滚刀转速进行在线监测的装置。

背景技术

TBM是进行隧道工程建设的大型施工设备。盘形滚刀作为TBM破碎岩石的工具，是掘进机使用过程中用量最大的易耗品。刀具磨损到一定程度时，需要立即更换，否则会加剧其他刀具的磨损，形成恶性循环。刀具磨损的检查除了已有常规的检测手段外，对掘进过程中滚刀转速的在线监测，可间接观测到刀具磨损状态，为盘形滚刀磨损判断提供更全面的数据。

通过目前的TBM现场施工滚刀磨损状况与研究发现：除过渡滚刀外，TBM刀盘上盘形滚刀破岩刃上破岩点弧长与盘形滚刀磨损量存在正比例关系，而各刀位滚刀的转速各不相同，刀盘转动时，中心滚刀与边滚刀的转速相差100多倍。TBM掘进机在相同的地质条件下，以相同的掘进参数掘进时，刀位半径越大，刀圈在岩面上的滚动速度越快、刀圈滚动轨迹越长、破岩量更大，即对滚刀刀圈磨损的影响越大，导致各刀位工作的滚刀磨损状态明显不同。实际工程应用中，在各刀位刀圈滚动每公里损耗率的基础上，不同刀位滚刀的滚动速度就成了影响滚刀损耗的一项重要参数。此外，对于滚刀轴承损坏咬死导致的刀圈偏磨情况，其滚动特征在滚刀转速中也会有所体现。

综上所述，针对大型全断面掘进装备刀具工作及其安全运行的行业需求，通过研发TBM滚刀滚动速度的在线监测技术，检测和预判滚刀的实际工况，是完成滚刀安全状态决策中急需解决的问题之一。本发明提出了一种实现滚刀转速在线监测的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时监测TBM盘型滚刀转速的传感装置。

基于高频反射式电涡流传感器的TBM盘型滚刀转速在线监测装置，由电涡流传感器，传感器基座，传感器接头，抗磨保护套，内六角圆柱头螺钉，大防水垫圈，小防水垫圈，防水密封胶，信号变送器，电缆，滚刀刀体，滚刀刀座组成。

本发明公开了一种基于高频反射式电涡流传感器的TBM盘型滚刀转速在线监测装置。其特征在于：电涡流传感器通过螺纹连接安装在传感器基座内，传感器接头连接在电涡流传感器上，传感器基座的内部空间填充有防水密封胶。电涡流传感器的检测探头加盖抗磨保护套。抗磨保护套和传感器基座依次安装进滚刀刀座侧面的圆孔中，抗磨保护套与刀座之间用小防水垫圈密封，抗磨保护套与传感器基座之间用大防水垫圈密封。传感器基座与刀座可靠连接。滚刀刀体侧面钻有一个三角形和七个圆形沉孔。滚刀刀体转动时，电涡流传感器检测到沉孔所产生的特征信号经变送器后，转换成滚刀转速和转向数字信号输出。本发明可以适应滚刀工作的恶劣环境，实现对滚刀转速的实时监测。

所述传感器基座用于安装传感器，使其便于拆装，并对传感器有一定的保护作用。

所述电涡流传感器用于检测滚刀刀体上的沉孔标记，并转换成对应变化的电压信号。

所述的抗磨保护套介于电涡流传感器与滚刀之间，用于防止岩石碎屑与传感器发生刮蹭，损坏传感器，影响测量结果，隔绝侧面金属基座对传感器的干扰。

所述的大防水垫与小防水垫圈用于防止水浸入传感器基座内引起漏电，并减少震动损伤接触部件。

所述的信号变送器由电位自动跟踪电路、信号放大电路、A/D转换模块和微处理器组成，用于将所采集的传感器输出变化的模拟电压信号转换成为数字转速和转向信号。

本发明的特点及有益效果是，高频反射式电涡流传感器属于对金属表面的非接触式测量，不受岩渣与泥浆的影响，可以适应滚刀工作的恶劣环境，实时监测挖掘滚刀的滚动速度。

图1，为传感器安装结构图。

图2，为系统信号传送流程图。

具体实施方式

以下结合附图并通过具体实施例对本发明的结构做进一步说明。需说明的是本实例是叙述性的，而不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种TBM滚刀转速在线监测装置，其结构由滚刀刀座1，滚刀刀体2，内六角圆柱头螺钉3，小防水垫圈4，大防水垫圈5，传感器接头6，防水密封胶7，电涡流传感器8，传感器基座9，抗磨保护套10，沉孔标记11(如图1)；信号传送流程由电涡流传感器8，信号变送器12，无线发送模块13，无线接收模块14，TBM主机舱15组成(如图2)。电涡流传感器8以非接触方式检测滚刀刀体2金属表面上的八个沉孔标记11，其中：一个三角形为等边三角形，边长为12mm，深为2mm；七个圆形沉孔标记为圆形，直径为12mm，深为2mm。电涡流传感器8的检测探头距滚刀刀体2金属表面14mm，传感器的最大检测距离为40mm，且分辨率可以达到0.1mm。电涡流传感器8安装在传感器基座9内，传感器接头6连接在电涡流传感器8上，电涡流传感器8的检测探头加盖抗磨保护套10隔绝岩粉泥浆，且防止侧面的金属滚刀刀座1对电涡流传感器8产生干扰信号。抗磨保护套10与滚刀刀座1之间用小防水垫圈4密封；抗磨保护套10与传感器基座9之间用大防水垫圈5密封。抗磨保护套10与传感器基座9依次安装入滚刀刀座1侧面的圆孔中，传感器基座9通过内六角圆柱头螺钉3固定在滚刀刀座1上。滚刀刀座1焊接在刀盘上。

当滚刀刀体2转动时，其侧面的八个沉孔标记11依次被电涡流传感器8通过磁场感应检测到，电涡流传感器8输出变化的模拟电压信号，其信号特征在于沉孔标记11产生的微弱变化信号同时叠加在一定直流成分上。模拟电压信号经过电位自动跟踪电路自动调节直流成分为合适电压值，微弱的变化电压信号经过信号放大电路放大后，满足A/D量程和转换精度要求的模拟信号。检测到圆形沉孔标记时，传感器输出具有相同变化特征的微弱变化信号，而检测到的三角形沉孔标记时，传感器输出具有前后不同变化特征的微弱变化信号，以此判断是三角形沉孔经过传感器的方向即滚刀转动方向。A/D转换电路将调理电路输出的模拟信号量化为数字信号，微处理器对数字信号进行运算处理，使信号能直接反应滚刀的转速和转向。微处理器输出信号传送至无线发送模块13发出，然后由无线接收模块14实时接收，再传送至TBM主控舱15。

无线发送模块13安装于刀盘的背面，无线接收模块14安装在TBM前盾表面，都用高强度工程塑料盒保护，为了克服岩土介质和水对无线电波屏蔽作用，无线发送和接收模块各安装了四个，保证了信号的有效传送。无线接收模块14接收的测试信号可以直接通过电缆传入TBM主机舱15进行信号处理，完成对滚刀转速的测量和信号传输。

Claims (7)

1.一种TBM滚刀转速在线监测装置，由电涡流传感器，传感器基座，传感器接头，抗磨保护套，内六角圆柱头螺钉，大防水垫圈，小防水垫圈，防水密封胶，信号变送器，电缆，滚刀刀体，滚刀刀座，无线发送模块，无线接收模块组成，其特征在于：电涡流传感器(8)通过螺纹连接安装在传感器基座(9)内，传感器接头(6)连接在电涡流传感器(8)上，传感器基座(9)内部空间用防水密封胶(7)填充；电涡流传感器(8)检测探头加盖抗磨保护套(10)；抗磨保护套(10)和传感器基座(9)依次安装在滚刀刀座(1)侧面的圆孔中；抗磨保护套(10)与滚刀刀座(1)之间用小防水垫圈(4)密封，抗磨保护套(10)与传感器基座(9)之间用大防水垫圈(5)密封；传感器基座(9)与滚刀刀座(1)可靠连接；电涡流传感器(8)检测到滚刀刀体(2)侧面上沉孔标记(11)产生的特征信号经信号变送器(12)处理后，由安装在刀盘背面的无线发送模块(13)发送，由安装在TBM前盾的无线接收模块(14)接收，送入TBM主机舱(15)。

2.按照权利要求1所述的一种TBM滚刀转速在线监测装置，其特征是所述滚刀刀体(2)金属表面上钻有同一半径上均匀分布的八个沉孔标记(11)，每个间隔45°，一个三角形沉孔和七个圆形沉孔。

3.按照权利要求1所述的一种TBM滚刀转速在线监测装置，其特征是所述TBM滚刀转速在线监测装置，是在滚刀刀体(2)旋转时，通过检测滚刀刀体(2)侧面相邻两沉孔标记(11)通过电涡流传感器(8)的间隔时间长短变化来实现滚刀转速的实时监测。

4.按照权利要求1所述的一种TBM滚刀转速在线监测装置，其特征是所述TBM滚刀转速在线监测装置，是在滚刀刀体(2)旋转时，通过电涡流传感器(8)检测滚刀刀体(2)侧面三角形沉孔标记(11)的信号变化特征来实现滚刀转向的实时监测。

5.按照权利要求1所述的一种TBM滚刀转速在线监测装置，其特征是所述抗磨保护套(10)介于电涡流传感器(8)与滚刀刀体(2)之间。

6.按照权利要求1所述的一种TBM滚刀转速在线监测装置，其特征是所述信号变送器(12)由电位自动跟踪电路、信号放大电路、A/D转换模块和微处理器组成。

7.按照权利要求1所述的一种TBM滚刀转速在线监测装置，其特征是所述无线发送模块(13)和无线接收模块(14)，各四个，每个间隔90度。