CN107144309A - 一种盾构机主轴承、减速机工况监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械设备工况监控技术领域，尤其为一种盾构机主轴承、减速机工况监控系统，包括DSP芯片、ET200M从站、显示器、主轴承监测装置以及数组温度传感器；其中，显示器通过RS‑485线与DSP芯片的I/O接口连接；油压压力传感器设置在密封腔内，并通过ET200M从站通信连接于DSP芯片；冲击脉冲传感器套设在主轴承上，并电信连接于频谱分析仪，该频谱分析仪通过ET200M从站双向传输通信连接于DSP芯片；霍尔元件，由数组磁敏传感器构成，套设在主轴承表面，并通过ET200M从站电信连接于DSP芯片。本发明，实现对主轴承、减速机各部件动态时时检测，实现工作状况的监控的目的，保证了盾构机安全运行。

Description

一种盾构机主轴承、减速机工况监控系统
技术领域
本发明涉及机械设备工况监控技术领域，具体为一种盾构机主轴承、减速机工况监控系统。
背景技术
盾构机是地下掘进盾构施工中的主要施工机械，它在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，可在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。
目前在我国的城市地铁、过江公路隧道、跨海隧道等大型隧道工程项目中得到了广泛的应用。盾构机主轴承是盾构机的核心部件，起着支撑盾构刀盘并使之回转破岩的作用。
如果在施工过程中，主轴承润滑油泄漏或者泥水、沙砾及渣土进入主轴承润滑系统(如图3中的密封腔)，将导致主轴承和齿轮副的迅速破坏。破坏的主轴承需从盾构机上方开挖竖井吊出更换，难度非常大，将给盾构施工带来不可估量的损失，同时还需要保证与其提动力的减速机(和电动机)正常运作。因此，对盾构机主轴承、减速机运行工况的监控，以便出现问题及时排查，保证其运行安全具有很大的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种盾构机主轴承、减速机工况监控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。所述盾构机主轴承、减速机工况监控系统具有实现对主轴承、减速机各部件动态时时检测，实现工作状况的监控的目的，保证了盾构机安全运行。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种盾构机主轴承、减速机工况监控系统，包括DSP芯片、ET200M从站、显示器、主轴承监测装置以及数组温度传感器；
其中，显示器通过RS-485线与DSP芯片的I/O接口连接；
主轴承监测装置包括油压压力传感器、频谱分析仪、冲击脉冲传感器及霍尔元件；
油压压力传感器设置在密封腔内，并通过ET200M从站通信连接于DSP芯片；
冲击脉冲传感器套设在主轴承上，并电信连接于频谱分析仪，该频谱分析仪通过ET200M从站双向传输通信连接于DSP芯片；
霍尔元件，由数组磁敏传感器构成，套设在主轴承表面，并通过ET200M从站电信连接于DSP芯片；
数组温度传感器分别置于减速机的润滑油箱、冷却水箱内及电动机的轴伸端轴承和非轴伸端轴承上，并通过ET200M从站电信连接于DSP芯片。
优选的，DSP芯片通过交换机电信连接于工控机。
优选的，还包括报警器，该报警器电性连接于DSP芯片。
优选的，还包括为系统供电的PS307电源模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)通过油压压力传感器对密封腔的油压压力正常值进行检测，避免因油泄露、油压不足导致的泥浆水、出渣泥浆等进入密封腔，从而导致主轴承齿轮油黏度大幅度上升，使油泵送油困难，产生润滑不良，影响主轴承和齿轮箱的安全使用寿命；(2)通过冲击脉冲传感器采集主轴承运转产生的冲击信号，并通过频谱分析仪进行分析，实现对主轴承故障及其润滑状态的监控；(3)通过磁敏传感器对主轴承漏磁检测，实现对其裂纹监控；(4)通过温度传感器对减速机(和电动机)润滑油箱、冷却水箱内等地方温度检测实现监控，一旦温度出现异常，系统报警使得故障得到及时排除。
主轴承监测装置对主轴承具有三重检测方式，系统实现更及时、精确的监控，保证了盾构机安全运行。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为现有技术刀盘驱动系统示意图；
图3为图2中A处示意图；
图4为本发明冲击脉冲传感器、霍尔元件与主轴承安装示意图。
图中：1大齿圈、2主轴承滚柱、3密封支撑、4环形法兰、5密封隔套、6外部和内部密封件、7密封衬套、8驱动小齿轮、9减速机、10唇型密封套、11密封腔、12压紧环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、4，本发明提供一种技术方案：
一种盾构机主轴承、减速机工况监控系统，包括DSP芯片、ET200M从站、显示器、主轴承监测装置以及数组温度传感器；
其中，显示器通过RS-485线与DSP芯片的I/O接口连接；
主轴承监测装置包括油压压力传感器、频谱分析仪、冲击脉冲传感器及霍尔元件；
油压压力传感器设置在密封腔内，并通过ET200M从站通信连接于DSP芯片；
冲击脉冲传感器套设在主轴承上，并电信连接于频谱分析仪，该频谱分析仪通过ET200M从站双向传输通信连接于DSP芯片；
霍尔元件，由数组磁敏传感器构成，套设在主轴承表面，并通过ET200M从站电信连接于DSP芯片；
数组温度传感器分别置于减速机的润滑油箱、冷却水箱内及电动机的轴伸端轴承和非轴伸端轴承上，并通过ET200M从站电信连接于DSP芯片。
DSP芯片通过交换机电信连接于工控机。
还包括报警器，该报警器电性连接于DSP芯片。
还包括为系统供电的PS307电源模块。
如图2所示，环形法兰4安装刀盘，刀盘主轴承分别承受径向和轴向荷载。外部和内部密封件6将主轴承腔室和驱动齿轮与外界隔开，由4道加强型的丁腈橡胶唇型密封(密封隔套5及唇型密封套10)组成(见图3所示)。密封唇口有很好的弹性，保持与密封衬套7紧密贴合，使盾构机能够承受刀盘土仓0.3MPa的土压或水压。密封腔采用油脂润滑，油脂起到填充密封腔11、密封空隙和润滑的作用。除了第3道唇型密封由齿轮油进行润滑外，其他两道密封均由油脂进行“冲洗”润滑。
如图3所示，每道唇型密封套10由密封隔套5隔开，使其保持良好的安装位置和密封状态。在安装时，通过密封隔套5和密封支撑3压紧丁腈橡胶唇型密封，使密封圈唇口产生一定的预压力，提高密封效果。
唇形密封圈的工作面为唇口，在压力的作用下，唇口与密封面紧密贴合，具有更强的自紧作用，压紧环12的使用则进一步加强了这种自紧效果。
油压压力传感器设在在密封腔11内，通过采集油压压力，信号通过T200M传输到DSP芯片，DSP芯片对采集到的信号进行处理，如并与设定正常工作值进行对比，如出现油压压力不足，将通过报警器进行报警，避免因油泄露、油压不足导致的泥浆水、出渣泥浆等进入密封腔，从而导致主轴承齿轮油黏度大幅度上升，使油泵送油困难，产生润滑不良，影响主轴承和齿轮箱的安全使用寿命，从而达到监控目的。
冲击脉冲传感器套设在主轴承上，对主轴承运转时产生的冲击信号进行采集，并结合频谱分析仪对信号进行频谱分析，能够得出轴承故障及其润滑状态，采用实时式频谱分析仪：信号在频谱分析仪的频域里显示输入信号的频谱特性，结合冲击脉冲指标及轴承故障特征频率幅值进行趋势分析，能够准确判断出故障，再经过内部数字电路和微处理器处理后获得频谱分布图；冲击脉冲传感器自身在32kHz的固有频率工作，检测灵敏。
霍尔元件，由数组磁敏传感器构成，磁敏传感器置于U型磁铁内，形成密闭的环状，通过U型磁铁吸附在主轴承表面，对覆盖区域进行磁化，并通过DSP芯片传送到上位机，上位机内置matlab或ANSOFT有限元软件，对其上裂纹漏磁场进行有限元仿真，并通过显示器显示仿真结果和分布图，根据结果实现对主轴承是否出现裂纹进行监测；实现了对主轴承的监控。
同时，DSP芯片通过交换机与上位机进行数据存储与数据双向通讯连接，随时把检测动态数据传，以便上位机对系统进行监控和对DSP芯片数据进行的调整。
主轴承监测装置对主轴承具有三重检测方式，系统实现更及时、精确的监控，保证了盾构机安全运行。
数组温度传感器分别置于减速机9的润滑油箱、冷却水箱内及电动机的轴伸端轴承和非轴伸端轴承上，对减速机9的润滑油的温度，冷却水水量，电动机的轴伸端轴承和非轴伸端轴承温度，电动机定子绕组温度；将测量采集的信号回传到DSP芯片进行处理后将结果送到显示器，如超温将通过报警器报警。实现了对减速机9工况的监控。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种盾构机主轴承、减速机工况监控系统，其特征在于：包括DSP芯片、ET200M从站、显示器、主轴承监测装置以及数组温度传感器；
其中，显示器通过RS-485线与DSP芯片的I/O接口连接；
主轴承监测装置包括油压压力传感器、频谱分析仪、冲击脉冲传感器及霍尔元件；
油压压力传感器设置在密封腔内，并通过ET200M从站通信连接于DSP芯片；
冲击脉冲传感器套设在主轴承上，并电信连接于频谱分析仪，该频谱分析仪通过ET200M从站双向传输通信连接于DSP芯片；
霍尔元件，由数组磁敏传感器构成，套设在主轴承表面，并通过ET200M从站电信连接于DSP芯片；
数组温度传感器分别置于减速机的润滑油箱、冷却水箱内及电动机的轴伸端轴承和非轴伸端轴承上，并通过ET200M从站电信连接于DSP芯片。
2.根据权利要求1所述的一种盾构机主轴承、减速机工况监控系统，其特征在于：DSP芯片通过交换机电信连接于工控机。
3.根据权利要求1～2中任一项所述的一种盾构机主轴承、减速机工况监控系统，其特征在于：还包括报警器，该报警器电性连接于DSP芯片。
4.根据权利要求1～2中任一项所述的一种盾构机主轴承、减速机工况监控系统，其特征在于：还包括为系统供电的PS307电源模块。
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