CN105571555B - 一种盾构机盾尾间隙的测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机盾尾间隙的测量装置及其测量方法，属于隧道工程技术领域。所述测装置包括：壳体、电机、液压油缸、编码器、旋转板、测量杆、位置传感器和控制器，电机和液压油缸的油缸座均位于壳体内，液压油缸的油缸座与电机的输出轴连接，且液压油缸的活塞杆轴线与电机的输出轴的轴线位于同一条直线上，编码器安装在油缸座的侧壁上，液压油缸的活塞杆伸出壳体并安装在旋转板的一侧端面上，测量杆的一端安装在旋转板的另一侧端面上，位置传感器安装在测量杆上，编码器和位置传感器分别与控制器连接。该装置操作简单，而且测量结果精确，具有较高的安全性，同时，提高了测量盾构机盾尾间隙的效率及自动化程度。

Description

一种盾构机盾尾间隙的测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，特别涉及一种盾构机盾尾间隙的测量装置及其测量方法。

背景技术

盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，在盾构施工中，由于盾构机推进路线的曲率变化及推进油缸的伸出长度不能时刻保持一致等原因，导致盾构机内侧与管片外侧之间的空间发生变化，这个变化的空间就是盾尾间隙。当盾尾间隙的变化量超过设计允许的范围时，将会导致盾尾与管片之间发生过度挤压，从而加速了管片与盾尾密封刷的磨损，进而破坏了盾尾的密封系统，甚至会造成盾构机推进轴线发生偏离等重大施工问题。因此，有必要对盾尾间隙进行连续的测量来保证盾构施工的顺利进行。

目前，测量盾尾间隙的方法是通过人工测量，由于人工测量每次的测量位置并不能保持一致，而且测量人员技术和测量方式不同，使得测量盾尾间隙的结果往往会产生较大的误差，同时，盾构机内狭小的空间和复杂的施工环境会给测量人员带来严重的安全隐患。

发明内容

为了解决现有技术中测量盾尾间隙结果不准确且测量过程存在安全隐患的问题，本发明实施例提供了一种盾构机盾尾间隙的测量装置及其测量方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种盾构机盾尾间隙的测量装置，所述测量装置包括：壳体、电机、液压油缸、编码器、旋转板、测量杆、位置传感器和控制器，所述电机和所述液压油缸的油缸座均位于所述壳体内，所述液压油缸的油缸座与所述电机的输出轴相连，且所述液压油缸的活塞杆轴线与所述电机的输出轴的轴线位于同一条直线上，所述编码器安装在所述液压油缸的油缸座的侧壁或所述电机的输出轴上，所述液压油缸的活塞杆伸出所述壳体并安装在所述旋转板的一侧端面上，所述测量杆的一端安装在所述旋转板的另一侧端面上，且所述测量杆的轴线平行于所述活塞杆的轴线布置，所述位置传感器安装在所述测量杆上，所述编码器和所述位置传感器分别与所述控制器连接。

具体地，所述测量装置还包括滑动杆，所述滑动杆的一端安装在所述活塞杆上，所述滑动杆的另一端安装在所述旋转板的一侧端面上。

具体地，所述壳体底部设置有固定架，所述电机固定在所述固定架上。

具体地，所述测量杆的直径为1mm～2mm。

具体地，所述测量装置固定在所述盾构机盾尾的千斤顶底板处。

进一步地，所述电机为伺服电机。

另一方面，本发明实施例提供了一种采用上述的测量装置测量盾构机盾尾间隙的方法，所述方法包括：

驱动所述液压油缸的活塞杆移动，使所述位置传感器伸入盾尾与管片所形成的盾尾间隙内，且所述测量杆的轴线平行于所述管片的轴线布置；

使所述测量杆碰触所述管片或所述盾尾，所述位置传感器将信号输出至所述控制器，所述编码器开始记录所述电机的输出轴的角度位置；

所述控制器驱动所述电机的输出轴转动，使所述测量杆对应向所述盾尾或所述管片的方向转动；

当所述测量杆对应碰触到所述盾尾或所述管片，所述位置传感器将信号输出至所述控制器，所述控制器使所述电机停止转动，所述编码器获取所述电机的输出轴的旋转角度θ，并将所述旋转角度θ转换为信号，并将所述信号反馈给所述控制器；

所述控制器获取所述电机的输出轴的旋转角度θ；

则所述盾构机盾尾间隙尺寸式中，R为1/2所述盾尾的内径，r为所述盾尾的中心轴线到所述旋转板的旋转中心轴线的距离，l为所述旋转板的旋转中心到所述测量杆的中心轴线的距离，θ为所述电机的输出轴的旋转角度。

具体地，所述方法还包括：通过所述控制器驱动所述电机的输出轴转动，使所述测量杆向所述盾尾或所述管片的方向转动，并使所述测量杆碰触所述管片或所述盾尾。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例提供了一种盾构机盾尾间隙的测量装置，将该测量装置的测量杆伸入盾尾与管片所形成的盾尾间隙内，且测量杆的轴线平行于管片的轴线布置，当测量杆碰触管片或盾尾，则位置传感器将信号输出至控制器，控制器控制电机带动测量杆转动，直至测量杆对应碰触到盾尾或管片，位置传感器再次将信号输出至控制器，控制器控制电机停止转动，同时编码器获得电机的输出轴的旋转角度，并通过计算获取盾构机盾尾间隙的尺寸，该装置操作简单，而且测量结果精确，可以不在盾构机盾尾处即可完成测量，具有较高的安全性，同时，提高了测量盾构机盾尾间隙的效率及自动化程度。该盾构机盾尾间隙的测量方法步骤少，而且测量结果精确，且测量过程具有较高的安全性，同时，提高了测量盾构机盾尾间隙的效率及自动化程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的盾构机盾尾间隙的测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的盾构机盾尾间隙的测量装置的壳体内部的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的测量方法的测量原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例一提供了一种盾构机盾尾间隙的测量装置，如图1和图2所示，该测量装置包括：壳体1、电机2、液压油缸3、编码器4、旋转板5、测量杆6、位置传感器(图中未示)和控制器(图中未示)，电机2和液压油缸3的油缸座3a均位于壳体1内，液压油缸3的油缸座3a与电机2的输出轴2a相连，且液压油缸3的活塞杆3b轴线与电机2的输出轴2a的轴线位于同一条直线上，编码器4安装在液压油缸3的油缸座3a的侧壁或电机2的输出轴2a上，液压油缸3的活塞杆3b伸出壳体1并安装在旋转板5的一侧端面上，测量杆6的一端安装在旋转板5的另一侧端面上，且测量杆6的轴线平行于活塞杆3b的轴线布置，位置传感器安装在测量杆6上，编码器4和位置传感器分别与控制器连接。在本实施例中，编码器4安装在液压油缸3的油缸座3a的侧壁上。

具体地，该测量装置还可以包括滑动杆7，滑动杆7的一端安装在活塞杆3b上，滑动杆7的另一端安装在旋转板5的一侧端面上。该滑动杆7能够增加活塞杆3b的长度，防止活塞杆3b的长度较短而不能伸入盾构机盾尾间隙内。

具体地，壳体1底部设置有固定架8，电机2固定在固定架8上。固定架8能够固定电机2，使电机2的工作更稳定，减少测量误差。

具体地，测量杆6的直径为1mm～2mm。

具体地，该测量装置固定在盾构机盾尾的千斤顶底板处。千斤顶底板处稳定性好，该测量装置固定在稳定的千斤顶底板处，减小测量误差，更有利于得到准确度高的测量结构。

进一步地，电机1可以为伺服电机。伺服电机反应速度快，可以减少测量误差。

本发明实施例提供了一种盾构机盾尾间隙的测量装置，将该测量装置的测量杆伸入盾尾与管片所形成的盾尾间隙内，且测量杆的轴线平行于管片的轴线布置，当测量杆碰触管片或盾尾，则位置传感器将信号输出至控制器，控制器控制电机带动测量杆转动，直至测量杆对应碰触到盾尾或管片，位置传感器再次将信号输出至控制器，控制器控制电机停止转动，同时编码器获得电机的输出轴的旋转角度，并通过计算获取盾构机盾尾间隙的尺寸，该装置操作简单，而且测量结果精确，可以不在盾构机盾尾处即可完成测量，具有较高的安全性，同时，提高了测量盾构机盾尾间隙的效率及自动化程度。

实施例二

本发明实施例二提供了一种采用实施例一提供的测量装置测量盾构机盾尾间隙的方法，结合图1、图2和图3所示，该方法包括：

驱动液压油缸3的活塞杆3b移动，使位置传感器伸入盾尾a与管片b所形成的盾尾间隙内，且测量杆6的轴线平行于管片b的轴线布置；

使测量杆6碰触管片b或盾尾a，位置传感器将信号输出至控制器，编码器4开始记录电机2的输出轴的角度位置；

控制器驱动电机2的输出轴转动，使测量杆6对应向盾尾a或管片b的方向转动；

当测量杆6对应碰触到盾尾a或管片b，位置传感器将信号输出至控制器，控制器使电机2停止转动，编码器4获取电机2的输出轴的旋转角度θ，并将旋转角度θ转换为信号，并将信号反馈给控制器；

控制器获取电机2的输出轴的旋转角度θ；

则盾构机盾尾间隙尺寸式中，R为1/2盾尾a的内径，r为盾尾a的中心轴线到旋转板5的旋转中心轴线的距离，l为旋转板5的旋转中心到测量杆6的中心轴线的距离，θ为电机2的输出轴的旋转角度。

进一步地，该方法还包括：通过控制器驱动电机2的输出轴转动，使测量杆6向盾尾a或管片b的方向转动，并使测量杆6碰触管片b或盾尾a。

下面简单介绍一下本发明实施例二提供的测量装置的测量原理：

如图3所示，O点为盾尾a的中心轴线上的一个点，A点为旋转板5的旋转中心轴线上的一个点，B点为当测量杆6碰触盾尾a的点，C点为当测量杆6碰触管片b的点，且O点、A点、B点和C点位于同一平面上，且该平面为盾尾a的径向所在的平面，其中，旋转角度θ为∠BAC，R为OB，r为OA，l为AB或AC。

在△OAB中，根据余弦定理，R²＝r²+l²-2rlcos∠OAB；

则

在△OAC中，设OC＝R’，根据余弦定理，R’²＝r²+l²-2rlcos∠OAC；

所以，盾构机盾尾间隙

本发明实施例提供了一种测量盾构机盾尾间隙的方法，将该测量装置的测量杆伸入盾尾与管片所形成的盾尾间隙内，且测量杆的轴线平行于管片的轴线布置，当测量杆碰触管片或盾尾，则位置传感器将信号输出至控制器，控制器控制电机带动测量杆转动，直至测量杆对应碰触到盾尾或管片，位置传感器再次将信号输出至控制器，控制器控制电机停止转动，同时编码器获得电机的输出轴的旋转角度，并通过计算获取盾构机盾尾间隙的尺寸，该方法步骤少，而且测量结果精确，且测量过程具有较高的安全性，同时，提高了测量盾构机盾尾间隙的效率及自动化程度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种盾构机盾尾间隙的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：壳体(1)、电机(2)、液压油缸(3)、编码器(4)、旋转板(5)、测量杆(6)、位置传感器和控制器，所述电机(2)和所述液压油缸(3)的油缸座(3a)均位于所述壳体(1)内，所述液压油缸(3)的油缸座(3a)与所述电机(2)的输出轴(2a)相连，且所述液压油缸(3)的活塞杆(3b)轴线与所述电机(2)的输出轴(2a)的轴线位于同一条直线上，所述编码器(4)安装在所述液压油缸(3)的油缸座(3a)的侧壁或所述电机(2)的输出轴(2a)上，所述液压油缸(3)的活塞杆(3b)伸出所述壳体(1)并安装在所述旋转板(5)的一侧端面上，所述测量杆(6)的一端安装在所述旋转板(5)的另一侧端面上，且测量杆(6)的轴线平行于活塞杆(3b)的轴线布置，所述位置传感器安装在所述测量杆(6)上，所述编码器(4)和所述位置传感器分别与所述控制器连接。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括滑动杆(7)，所述滑动杆(7)的一端安装在所述活塞杆(3b)上，所述滑动杆(7)的另一端安装在所述旋转板(5)的一侧端面上。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述壳体(1)底部设置有固定架(8)，所述电机(2)固定在所述固定架(8)上。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量杆(6)的直径为1mm～2mm。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置固定在所述盾构机盾尾的千斤顶底板处。

6.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述电机(2)为伺服电机。

7.一种采用如权利要求1-6任一项所述的测量装置测量盾构机盾尾间隙的方法，其特征在于，所述方法包括：

驱动所述液压油缸(3)的活塞杆(3b)移动，使所述位置传感器伸入盾尾(a)与管片(b)所形成的盾尾间隙内，且所述测量杆(6)的轴线平行于所述管片(b)的轴线布置；

使所述测量杆(6)碰触所述管片(b)或所述盾尾(a)，所述位置传感器将信号输出至所述控制器，所述编码器开始记录所述电机(2)的输出轴(2a)的角度位置；

所述控制器驱动所述电机(2)的输出轴(2a)转动，使所述测量杆(6)对应向所述盾尾(a)或所述管片(b)的方向转动；

当所述测量杆(6)对应碰触到所述盾尾(a)或所述管片(b)，所述位置传感器将信号输出至所述控制器，所述控制器使所述电机(2)停止转动，所述编码器获取所述电机(2)的输出轴(2a)的旋转角度θ，并将所述旋转角度θ转换为信号，并将所述信号反馈给所述控制器；

所述控制器获取所述电机(2)的输出轴(2a)的旋转角度θ；

则所述盾构机盾尾间隙尺寸式中，R为1/2所述盾尾(a)的内径，r为所述盾尾(a)的中心轴线到所述旋转板(5)的旋转中心轴线的距离，l为所述旋转板(5)的旋转中心到所述测量杆(6)的中心轴线的距离，θ为所述电机(2)的输出轴(2a)的旋转角度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过所述控制器驱动所述电机(2)的输出轴(2a)转动，使所述测量杆(6)向所述盾尾(a)或所述管片(b)的方向转动，并使所述测量杆(6)碰触所述管片(b)或所述盾尾(a)。