CN107238416B - 一种盾构/tbm在线状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于设备状态监测技术领域，提出一种盾构/TBM在线状态监测系统。提出的盾构/TBM在线状态监测系统具有机械信号采集仪和油液参数信号采集仪；机械信号采集仪为粘贴在盾构/TBM上的多个；多个机械信号采集仪所采集的信号通过数据收集转换模块送入数据集中中心进行处理；油液参数信号采集仪具有液压油参数信号采集仪和润滑油参数信号采集仪；液压油参数信号采集仪、润滑油参数信号采集仪所采集的信号直接送入数据集中中心进行处理；盾构/TBM在线状态监测系统还具有数据调取模块；数据调取模块与数据集中中心连通。本发明实现了对设备工作状态的实时监测、为更加安全、可靠地施工提供技术保证，并提高了工程管理的信息化水平。

Description

一种盾构/TBM在线状态监测系统

技术领域

本发明属于设备状态监测技术领域，具体涉及一种盾构/TBM在线状态监测系统。

背景技术

由于盾构/TBM的工作环境及场合为封闭空间，设备运转出现故障无法直观判断，设备出现故障时维修困难，影响工期，成本巨大，所以对盾构/TBM进行在线状态，实时掌握盾构/TBM状态，对隧道及地下领域施工很有必要。盾构/TBM现有设备检测技术主要有油液检测、状态监测两部分，且两种检测方式都是在离线状态在进行的，即通过手持式监测设备，定期对正在运行的设备进行状态信息采集，根据采集的数据（或采集的样品进行分析而得到的数据）进行分析，从而判定盾构/TBM的状态。离线检测不能实时地发映出设备的真实状态和性能，采集数据不连续，不能反映设备的完整状况，且采集和分析人为干预因素较大，采集样品易受到二次污染，不能实现远程控制，占用大量检测人员及设备，成本高，效率低，还有部分盾构/TBM自带有针对某个子系统的监测系统，但监测的信息量有限，不够全面，且无法进行数据采集。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种盾构/TBM在线状态监测系统。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种盾构/TBM在线状态监测系统，所述的盾构/TBM在线状态监测系统具有机械信号采集仪和油液参数信号采集仪；所述的机械信号采集仪为粘贴在盾构/TBM上的多个；多个所述的机械信号采集仪分别对应液压泵站、主推进油缸、盾体设置；对应液压泵站设置的机械信号采集仪位于电机和液压泵连接处以及液压泵壳体表面；对应主推进油缸的设置的机械信号采集仪位于主推进油缸缸筒端部；对应盾体设置的机械信号采集仪位于盾体顶部、底部和左右端部；多个所述的机械信号采集仪所采集的信号通过数据收集转换模块送入数据集中中心进行处理；油液参数信号采集仪具有对应液压油设置的液压油参数信号采集仪和对应润滑油设置的润滑油参数信号采集仪；液压油参数信号采集仪设在油箱回油位置；润滑油参数信号采集仪设在主驱动腔体底部；液压油参数信号采集仪、润滑油参数信号采集仪所采集的信号直接送入数据集中中心进行处理；所述的盾构/TBM在线状态监测系统还具有用以对盾构/TBM上自带的PLC所采集的数据进行调取的数据调取模块，以获得推进油缸压力、推进油缸速度、推进油缸行程、刀盘转速、刀盘扭矩、盾构/TBM姿态的参数；所述的数据调取模块与数据集中中心连通；所述的数据集中中心是将数据收集转换模块、液压油参数信号采集仪、润滑油参数信号采集仪和数据调取模块所传输过来的数据进行分析、整理、分类、临时存储和传送至监控系统；所述的监控系统是将数据集中中心传输过来的数据进行对比分析、判断、显示、存储，并将相应的结果传输至远程监控中心；所述的监控系统将数据集中中心传输来的数据进行分析归类，每项参数数值与相应的标准值进行对比判断，是否出现故障，若出现故障，及时进行报警显示，所有传输过来的数据和对比分析结果均进行存储，以便调用分析；监控系统将分析结果传送至远程监控中心，以便监控中心做出相应响应；所述的远程监控中心用以接收各个监控系统传输来的盾构/TBM状态参数，根据状态参数作出相应的指令，指导现场作业人员做出相应的动作，以保证盾构/TBM保持良好的工作状态；

所述的机械信号采集仪具有信号采集装置和信号收集存储装置；所述的信号采集装置为集成为一体的两层结构；所述信号采集装置的下层由左向右依次为温度传感器、速度传感器、位移传感器、加速度传感器和声波裂纹传感器，且所述的温度传感器、速度传感器、位移传感器、加速度传感器和声波裂纹传感器相互独立，各自采集对应信号；所述信号采集装置的上层由左向右依次为信号收集器、信号转换器和信号发射器；位于信号采集装置上层的信号收集器、信号转换器和信号发射器与位于信号采集装置下层的温度传感器、速度传感器、位移传感器、加速度传感器和声波裂纹传感器集成为一体结构的信号采集装置；位于信号采集装置上层的信号收集器与位于信号采集装置下层的温度传感器、速度传感器、位移传感器、加速度传感器、声波裂纹传感器相连，将温度传感器、速度传感器、位移传感器、加速度传感器、声波裂纹传感器采集的温度信号、速度信号、位移信号、加速度信号、裂纹信号收集到一起，传输至信号转换器；所述的信号转换器用来接收信号收集器传输来的信号参数，并将这些信号参数进行整理归类，然后将其转换为信号发射器传输信号，并将信号传输至信号发射器；所述的信号发射器接收信号转换器传输来的信号，将其发射至信号收集存储装置；所述的信号收集存储装置由集成为一体的信号接收器和信号收集存储仪构成；所述的信号接收器对应所述的信号发射器设置，接收信号发射器发射来了设备机械信号，并将信号传输至信号收集存储仪；所述的信号收集存储仪将接收的信号进行存储并传输至数据收集转换模块；

所述的液压油参数信号采集仪具有与盾构/TBM主油箱回油油管相连的抽油泵；对应所述的抽油泵设置有用以带动其运转的液压马达；所述抽油泵的出油口连通油管，并在所述油管的端头设置有油管堵头；对应所述的油管设置有四个与其相连通的支路：油液粘度检测支路、油液内水分检测支路、油液内元素含量检测支路和油液污染度检测支路；所述的油液粘度检测支路、油液内水分检测支路、油液内元素含量检测支路上均设置有用以对流经该支路的油液进行存储的油样储油腔；所述油液储油腔的一端与油管相连通，另一端连通主油箱；油液粘度检测支路的所述油样储油腔上设置有用以检测液压油粘度的粘度计，并在所述的粘度计上设置有与粘度参数发射器；油液内水分检测支路的所述油样储油腔上设置有用以检测液压油含水率的水分测试计，并在所述的水分测试计上设置有与水分参数发射器；油液内元素含量检测支路的所述油样储油腔上设置有元素传感器，并在所述的元素传感器上设置有与元素含量参数发射器；所述的油液污染度检测支路上设置有待检测液压油进行真空处理的真空泵；所述真空泵的进口端与油管相连通，真空泵的杂质出口连接有污染度分析仪；污染度分析仪用以对杂质进行分析，得到污染度参数；污染度分析仪上设有污染度参数发射器；对应所述的粘度参数发射器、水分参数发射器、元素含量参数发射器、污染度参数发射器在液压油参数采集仪上分别设置有与其对应的粘度参数接收器、水分参数接收器、元素含量参数接收器、污染度参数接收器；液压油参数采集仪通过粘度参数接收器、水分参数接收器、元素含量参数接收器和污染度参数接收器分别接收粘度参数发射器、水分参数发射器、元素含量参数发射器和污染度参数发射器传输过来的对应参数，并将液压油检测的参数进行整理、存储，并通过液压油检测参数输出端口传送至数据集中中心；

所述的润滑油参数信号采集仪与所述的液压油参数检测及信号采集仪的结构相同。

本发明提出的一种盾构/TBM在线状态监测系统，实现了对盾构/TBM关键部件及主要掘进参数的实时监测，可以实时掌握盾构/TBM的工作状态，防止因设备自身问题造成的事故；对盾构/TBM进行实时监测，可以及时做出准确判断，保证设备性能良好，保证施工周期，节约施工成本；对盾构/TBM进行在线监测，可以有效减少检测人员的数量和劳动强度，节约检测成本；对盾构/TBM进行在线监测，可以避免因人为因素产生的检测结果失真，可以有效地做出准确判断，为施工提供有力支持；对盾构/TBM进行实时监控，可以收集盾构/TBM在掘进过程当中的数据，对多个数据进行分析，可以得到盾构/TBM部分零部件失效损坏的原因，反馈制造单位进行改进，有利于盾构/TBM行业发展；通过在设备上安装传感器，连续采集状态信息，从而时时刻刻监控设备的运行状态，反应出设备的状态趋势，及时发现设备存在异常，避免较大工程风险发生。

本发明的盾构/TBM在线状态监测系统，利用互联网技术、计算机技术等技术，对盾构/TBM进行全方位在线监测的系统，以保证实现对设备工作状态的实时监测、为更加安全、可靠地施工提供技术保证，并提高工程管理的信息化水平。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中机械信号采集仪的结构原理图；

图3为本发明中液压油/润滑油参数采集仪的结构原理图;

图4为液压油/润滑油参数信号采集仪的局部结构示意图。

图中：1、盾构/TBM，2、机械信号采集仪，2-1、温度传感器，2-2、速度传感器，2-3、位移传感器，2-4、加速度传感器，2-5、声波裂纹传感器，2-6、信号收集器，2-7、信号转换器，2-8、信号发射器，2-9、信号接收器，2-10、信号收集存储仪；3、数据调取模块，4、液压油参数信号采集仪，4-1、液压马达，4-2、进油口，4-3、抽油泵，4-4、出油口，4-5、连接套，4-6、流量阀Ⅰ，4-7、粘度计，4-8、回油口，4-9、支撑座，4-10、粘度参数发射器，4-11、液压油参数采集仪，4-12、水分参数发射器，4-13、水分测试计，4-14、油样存储腔，4-15、杂质出口，4-16、真空泵，4-17、废油出口，4-18、流量阀Ⅳ，4-19、流量阀Ⅲ，4-20、流量阀Ⅱ，4-21、油管，4-22、元素传感器，4-23、元素含量参数发射器，4-24、液压油检测参数输出端口，4-25、安装板，4-26、粘度参数接收器，4-27、水分参数接收器，4-28、元素含量参数接收器，4-29、污染度参数接收器，4-30、污染度参数发射器，4-31、污染度分析仪，4-32、油管堵头；5、数据收集转换模块，6、数据集中中心，7、监控系统，8、远程监控中心；9、润滑油参数信号采集仪。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对发明进行进一步说明：

如图1所示，一种盾构/TBM在线状态监测系统，所述的盾构/TBM在线状态监测系统具有机械信号采集仪2和油液参数信号采集仪；所述的机械信号采集仪2为粘贴在盾构/TBM1上的多个；多个所述的机械信号采集仪3分别对应液压泵站、主推进油缸、盾体设置；对应液压泵站设置的机械信号采集仪3位于电机和液压泵连接处以及液压泵壳体表面；对应主推进油缸的设置的机械信号采集仪3位于主推进油缸缸筒端部；对应盾体设置的机械信号采集仪3位于盾体顶部、底部和左右端部；多个所述的机械信号采集仪3所采集的信号通过数据收集转换模块5送入数据集中中心6进行处理；油液参数信号采集仪具有对应液压油设置的液压油参数信号采集仪4和对应润滑油设置的润滑油参数信号采集仪9；液压油参数信号采集仪4设在油箱回油位置；润滑油参数信号采集仪9设在主驱动腔体底部；液压油参数信号采集仪7、润滑油参数信号采集仪9所采集的信号直接送入数据集中中心6进行处理；所述的盾构/TBM在线状态监测系统还具有用以对盾构/TBM上自带的PLC所采集的数据进行调取的数据调取模块3，以获得推进油缸压力、推进油缸速度、推进油缸行程、刀盘转速、刀盘扭矩、盾构/TBM姿态的参数；所述的数据调取模块3与数据集中中心+连通；所述的数据集中中心6是将数据收集转换模块5、液压油参数信号采集仪7、润滑油参数信号采集仪9和数据调取模块3所传输过来的数据进行分析、整理、分类、临时存储和传送至监控系统7；所述的监控系统7是将数据集中中心传输过来的数据进行对比分析、判断、显示、存储，并将相应的结果传输至远程监控中心；所述的监控系统7将数据集中中心传输来的数据进行分析归类，每项参数数值与相应的标准值进行对比判断，是否出现故障，若出现故障，及时进行报警显示，所有传输过来的数据和对比分析结果均进行存储，以便调用分析；监控系统7将分析结果传送至远程监控中心8，以便监控中心做出相应响应；所述的远程监控中心8用以接收各个监控系统传输来的盾构/TBM状态参数，根据状态参数作出相应的指令，指导现场作业人员做出相应的动作，以保证盾构/TBM保持良好的工作状态；

结合图2，所述的机械信号采集仪2具有信号采集装置和信号收集存储装置；所述的信号采集装置为集成为一体的两层结构；所述信号采集装置的下层由左向右依次为温度传感器2-1、速度传感器2-2、位移传感器2-3、加速度传感器2-4和声波裂纹传感器2-5，且所述的温度传感器2-1、速度传感器2-2、位移传感器2-3、加速度传感器2-4和声波裂纹传感器2-5相互独立，各自采集对应信号；所述信号采集装置的上层由左向右依次为信号收集器2-6、信号转换器2-7和信号发射器2-8；位于信号采集装置上层的信号收集器2-6、信号转换器2-7和信号发射器2-8与位于信号采集装置下层的温度传感器2-1、速度传感器2-2、位移传感器2-3、加速度传感器2-4和声波裂纹传感器2-5集成为一体结构的信号采集装置；位于信号采集装置上层的信号收集器2-6与位于信号采集装置下层的2-1、速度传感器2-2、位移传感器2-3、加速度传感器2-4、声波裂纹传感器2-5相连，将温度传感器2-1、速度传感器2-2、位移传感器2-3、加速度传感器2-4和声波裂纹传感器2-5采集的温度信号、速度信号、位移信号、加速度信号、裂纹信号收集到一起，传输至信号转换器2-7；所述的信号转换器2-7用来接收信号收集器传输来的信号参数，并将这些信号参数进行整理归类，然后将其转换为信号发射器传输信号，并将信号传输至信号发射器2-8；所述的信号发射器2-8接收信号转换器2-7传输来的信号，将其发射至信号收集存储装置；所述的信号收集存储装置由集成为一体的信号接收器和信号收集存储仪构成；所述的信号接收器对应所述的信号发射器设置，接收信号发射器发射来了设备机械信号，并将信号传输至信号收集存储仪；所述的信号收集存储仪将接收的信号进行存储并传输至数据收集转换模块5；

结合图3、图4，所述的液压油参数检测及信号采集仪具有与盾构/TBM主油箱回油油管相连的抽油泵4-3；对应所述的抽油泵设置有用以带动其运转的液压马达4-1；所述抽油泵4-3的出油口连通油管4-21，并在所述油管4-21的端头设置有油管堵头4-32；对应所述的油管设置有四个与其相连通的支路：油液粘度检测支路、油液内水分检测支路、油液内元素含量检测支路和油液污染度检测支路；所述的油液粘度检测支路、油液内水分检测支路、油液内元素含量检测支路上均设置有用以对流经该支路的油液进行存储的油样储油腔4-14；所述油液储油腔4-14的一端与油管相连通，另一端连通主油箱；油液粘度检测支路的所述油样储油腔4-14上设置有用以检测液压油粘度的粘度计4-7，并在所述的粘度计4-7上设置有与粘度参数发射器4-10；该实施例中粘度计采用SENSOR WAY生产的型号为HVDS300-500的粘度计，粘度参数发射器采用深圳市智安宝电子有限公司生产的型号为ZF-7的粘度参数发射器；油液内水分检测支路的所述油样储油腔上4-14设置有用以检测液压油含水率的水分测试计4-13，并在所述的水分测试计上设置有与水分参数发射器4-12；该实施例中水分测试计采用ARGO HYTOS生产的型号为SCSO 0100-100的水分测试计，水分参数发射器采用深圳市智安宝电子有限公司生产的型号为ZF-7的水分参数发射器；

油液内元素含量检测支路的所述油样储油腔上设置有元素传感器4-22，并在所述的元素传感器上设置有与元素含量参数发射器4-23；该实施例中元素传感器采用东莞市三和兴业电子科技有限公司生产的型号为M12B2NA的元素传感器，元素含量参数发射器采用深圳市智安宝电子有限公司生产的型号为ZF-7的元素含量参数发射器；

所述的油液污染度检测支路上设置有待检测液压油进行真空处理的真空泵4-16；所述真空泵4-16的进口端与油管相连通，真空泵4-16的杂质出口连接有污染度分析仪4-31；污染度分析仪4-31用以对杂质进行分析，得到污染度参数；污染度分析仪4-31上设有污染度参数发射器4-30；杂质由污染度分析仪31排出；

该实施例中，污染度分析仪采用KITTIWAKE公司生产的型号为FG-K17511-KW的污染度分析仪，污染度参数发射器采用深圳市智安宝电子有限公司生产的型号为ZF-7的污染度参数发射器；

对应所述的粘度参数发射器4-10、水分参数发射器4-12、元素含量参数发射器4-23、污染度参数发射器4-30在液压油参数采集仪上分别设置有与其对应的粘度参数接收器4-26、水分参数接收器4-27、元素含量参数接收器4-28、污染度参数接收器4-29；液压油参数采集仪通过粘度参数接收器4-26、水分参数接收器4-27、元素含量参数接收器4-28和污染度参数接收器4-29分别接收粘度参数发射器、水分参数发射器、元素含量参数发射器和污染度参数发射器传输过来的对应参数，并将液压油检测的参数进行整理、存储，并通过液压油检测参数输出端口传送至数据集中中心6。

Claims (1)

1.一种盾构/TBM在线状态监测系统，其特征在于：所述的盾构/TBM在线状态监测系统具有机械信号采集仪和油液参数信号采集仪；所述的机械信号采集仪为粘贴在盾构/TBM上的多个；多个所述的机械信号采集仪分别对应液压泵站、主推进油缸、盾体设置；对应液压泵站设置的机械信号采集仪位于电机和液压泵连接处以及液压泵壳体表面；对应主推进油缸的设置的机械信号采集仪位于主推进油缸缸筒端部；对应盾体设置的机械信号采集仪位于盾体顶部、底部和左右端部；多个所述的机械信号采集仪所采集的信号通过数据收集转换模块送入数据集中中心进行处理；油液参数信号采集仪具有对应液压油设置的液压油参数信号采集仪和对应润滑油设置的润滑油参数信号采集仪；液压油参数信号采集仪设在油箱回油位置；润滑油参数信号采集仪设在主驱动腔体底部；液压油参数信号采集仪、润滑油参数信号采集仪所采集的信号直接送入数据集中中心进行处理；所述的盾构/TBM在线状态监测系统还具有用以对盾构/TBM上自带的PLC所采集的数据进行调取的数据调取模块，以获得推进油缸压力、推进油缸速度、推进油缸行程、刀盘转速、刀盘扭矩、盾构/TBM姿态的参数；所述的数据调取模块与数据集中中心连通；所述的数据集中中心是将数据收集转换模块、油液在线检测模块和数据调取模块所传输过来的数据进行分析、整理、分类、临时存储和传送至监控系统；所述的监控系统是将数据集中中心传输过来的数据进行对比分析、判断、显示、存储，并将相应的结果传输至远程监控中心；所述的监控系统将数据集中中心传输来的数据进行分析归类，每项参数数值与相应的标准值进行对比判断，是否出现故障，若出现故障，及时进行报警显示，所有传输过来的数据和对比分析结果均进行存储，以便调用分析；监控系统将分析结果传送至远程监控中心，以便监控中心做出相应响应；所述的远程监控中心用以接收各个监控系统传输来的盾构/TBM状态参数，根据状态参数作出相应的指令，指导现场作业人员做出相应的动作，以保证盾构/TBM保持良好的工作状态；

所述的机械信号采集仪具有信号采集装置和信号收集存储装置；所述的信号采集装置为集成为一体的两层结构；所述信号采集装置的下层由左向右依次为温度传感器、速度传感器、位移传感器、加速度传感器和声波裂纹传感器，且所述的温度传感器、速度传感器、位移传感器、加速度传感器和声波裂纹传感器相互独立，各自采集对应信号；所述信号采集装置的上层由左向右依次为信号收集器、信号转换器和信号发射器；位于信号采集装置上层的信号收集器、信号转换器和信号发射器与位于信号采集装置下层的温度传感器、速度传感器、位移传感器、加速度传感器和声波裂纹传感器集成为一体结构的信号采集装置；位于信号采集装置上层的信号收集器与位于信号采集装置下层的温度传感器、速度传感器、位移传感器、加速度传感器、声波裂纹传感器相连，将温度传感器、速度传感器、位移传感器、加速度传感器、声波裂纹传感器采集的温度信号、速度信号、位移信号、加速度信号、裂纹信号收集到一起，传输至信号转换器；所述的信号转换器用来接收信号收集器传输来的信号参数，并将这些信号参数进行整理归类，然后将其转换为信号发射器传输信号，并将信号传输至信号发射器；所述的信号发射器接收信号转换器传输来的信号，将其发射至信号收集存储装置；所述的信号收集存储装置由集成为一体的信号接收器和信号收集存储仪构成；所述的信号接收器对应所述的信号发射器设置，接收信号发射器发射来了设备机械信号，并将信号传输至信号收集存储仪；所述的信号收集存储仪将接收的信号进行存储并传输至数据收集转换模块；

所述的液压油参数检测及信号采集仪具有与盾构/TBM主油箱回油油管相连的抽油泵；对应所述的抽油泵设置有用以带动其运转的液压马达；所述抽油泵的出油口连通油管，并在所述油管的端头设置有油管堵头；对应所述的油管设置有四个与其相连通的支路：油液粘度检测支路、油液内水分检测支路、油液内元素含量检测支路和油液污染度检测支路；所述的油液粘度检测支路、油液内水分检测支路、油液内元素含量检测支路上均设置有用以对流经该支路的油液进行存储的油样储油腔；所述油液储油腔的一端与油管相连通，另一端连通主油箱；油液粘度检测支路的所述油样储油腔上设置有用以检测液压油粘度的粘度计，并在所述的粘度计上设置有与粘度参数发射器；油液内水分检测支路的所述油样储油腔上设置有用以检测液压油含水率的水分测试计，并在所述的水分测试计上设置有与水分参数发射器；油液内元素含量检测支路的所述油样储油腔上设置有元素传感器，并在所述的元素传感器上设置有与元素含量参数发射器；所述的油液污染度检测支路上设置有待检测液压油进行真空处理的真空泵；所述真空泵的进口端与油管相连通，真空泵的杂质出口连接有污染度分析仪；污染度分析仪用以对杂质进行分析，得到污染度参数；污染度分析仪上设有污染度参数发射器；对应所述的粘度参数发射器、水分参数发射器、元素含量参数发射器、污染度参数发射器在液压油参数采集仪上分别设置有与其对应的粘度参数接收器、水分参数接收器、元素含量参数接收器、污染度参数接收器；液压油参数采集仪通过粘度参数接收器、水分参数接收器、元素含量参数接收器和污染度参数接收器分别接收粘度参数发射器、水分参数发射器、元素含量参数发射器和污染度参数发射器传输过来的对应参数，并将液压油检测的参数进行整理、存储，并通过液压油检测参数输出端口传送至数据集中中心；

所述的润滑油参数检测及信号采集仪与所述的液压油参数检测及信号采集仪的结构相同。

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