CN107560741B - 一种盾构滚刀温度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种盾构滚刀温度检测装置及方法，该装置包括在滚刀的刀圈内嵌设有温度传感器，在滚刀刀毂内嵌设有电路板和无线发射天线，电路板由信号变送器、无线发射模块和供电装置构成，温度传感器与电路板连接，无线发射天线与电路板内的无线发射模块连接，信号变送电路由与温度传感器连接的信号调理电路、模拟数字转换电路以及微处理器组成，信号调理电路通过模拟数字转换电路与微处理器连接，在与无线发射天线位置对应的刀轴上还设置有与无线发射天线适配的无线接收天线，无线接收天线与无线路由器连接，无线路由器内的无线模块与中继路由器内的无线模块相适配，中继路由器与盾构机控制室内的主控器连接。使用本发明，盾构机操作人员可以及时的掌握刀具的温度变化，及时做出相应的处理，保证掘进的可靠性。

Description

一种盾构滚刀温度检测装置及方法

技术领域

本发明属于大型设备的检测技术，具体设计一种对盾构滚刀工作温度的自动检测装置，并能实时检测刀具的温度。

背景技术

盾构机是修建地下隧道的重要装备之一，而滚刀作为盾构机中的一个重要的组成部分，在工作中直接与岩石接触，其质量的好坏直接影响着施工的效率。在施工中，刀具与岩石发生挤压摩擦产生热量，使滚刀与岩石接触处的温度升高，滚刀内部会产生温度梯度和不均匀的热膨胀，滚刀在不断的对岩石进行破碎时，滚刀的内部会产生交变的热应力和应变，使滚刀极易产生疲劳损坏，会加剧刀具的磨损，甚至引起刀圈的断裂。根据盾构施工模拟实验研究可知，刀具的温度呈梯度上升的，而且离刀轴越远温度越高，刀圈处的温度最高。因此，测量刀圈的温度，并且根据刀具温度采用适当的盾构施工策略，就能够减小刀具的损坏。所以，滚刀温度检测具有重要的作用。

然而，盾构机在工作中，周围的环境恶劣，刀盘和滚刀被岩土和地下水包围，对激光、红外线以及超声波信号干扰比较严重，这也使得对刀具温度的检测比较困难，无法采用常规方法实现。目前，对滚刀内部温度的检测通常是在盾构施工模拟试验台上来实现的，通过获取模拟试验台上刀具工作时的温度的变化规律，来预测施工中刀具温度变化。而在实际的盾构机施工过程中，由于施工环境的复杂多变性，根据模拟实验的结果预测的刀具温度与实际情况相比有较大的差距，刀具温度的变化不能实时准确的掌握。因此，研究一个能够实时监测滚刀工作温度的装置显得十分必要。

发明内容

本发明是在对刀具工作特点以及刀具温度的分布特征的研究之上，提出了一种解决以上问题的方法，提供一种盾构滚刀温度检测装置及方法。通过检测刀具的实时温度，可以根据温度的变化及时的调节刀盘的转速和冷却液流量，减少刀具的损坏，提高工作效率。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种盾构滚刀温度检测装置，在滚刀的刀圈内嵌设有温度传感器，在滚刀刀毂内嵌设有电路板和无线发射天线，电路板由信号变送器、无线发射模块和供电装置构成，温度传感器与电路板连接，无线发射天线与电路板内的无线发射模块连接，信号变送电路由与温度传感器连接的信号调理电路、模拟数字转换电路以及微处理器组成，信号调理电路通过模拟数字转换电路与微处理器连接，在与无线发射天线位置对应的刀轴上还设置有与无线发射天线适配的无线接收天线，无线接收天线与无线路由器连接，无线路由器内的无线模块与中继路由器内的无线模块相适配，中继路由器与盾构机控制室内的主控器连接。

上述盾构滚刀温度检测装置，无线路由器包括电源装置、无线模块、通信接口以及微控单元，无线模块接受到无线发射模块发射的信号后，经过微控处理器，微控处理器判断数据的类型，对其中的温度数据进行提取，经无线模块再次发射；所述中继路由器包括电源装置、无线模块、通信接口以及微控单元，无线模块接收到无线路由器发出的信号后，经过微控处理器，微控处理器判断数据的类型，对其中的温度数据进行提取，经串口用导线与主控器连接。

上述盾构滚刀温度检测装置，无线路由器设在刀盘上；中继路由器安装在盾构机前盾上；在电路板的下方设置有无线发射天线安装孔，无线发射天线设置在无线发射天线安装孔内；在与无线发射天线位置对应的刀轴上设置有容纳无线接收天线的安装孔；在刀轴上设置有导线通孔，无线接收天线通过导线通孔内的导线与无线路由器连接。

上述盾构滚刀温度检测装置，温度传感器为热电偶传感器，热电偶传感器固定在传感器基座上，热电偶传感器的探头与刀圈接触，预留孔的内壁与传感器基座之间用耐热泥填充。

上述盾构滚刀温度检测装置，在电路板与刀毂之间由防水橡胶密封。

上述盾构滚刀温度检测装置，传感器基座与传感器之间用耐热泥填充。

上述盾构滚刀温度检测装置，传感器基座嵌设在刀圈内。

上述盾构滚刀温度检测装置，无线路由器设置在刀盘后面，无线接收天线外套设有工程塑料盒。

上述盾构滚刀温度检测装置，传感器的基座距刀圈顶部12mm。

一种盾构滚刀温度检测的检测方法，采用上述盾构滚力温度检测装置，首先在盾构机滚刀的刀圈内嵌设温度传感器，在盾构机的滚刀刀毂内嵌设电路板和无线发射天线，电路板上有信号变送器、无线发射模块以及供电装置，以实现温度传感信号的变换与发送，温度传感器和无线发射天线与电路板上的信号输入端和输出端连接；信号变送器由与温度传感器连接的信号调理电路、模拟数字转换电路以及微处理器组成，信号调理电路通过模拟数字转换电路与微处理器连接，电路板的下方设置有无线发射天线安装孔，无线发射天线就放置在安装孔内；在与无线发射天线位置对应的刀轴上，设置有无线接收天线安装孔，在刀轴上还设置有导线通孔，无线接收天线安装在接收天线安装孔内，无线接收天线通过导线通孔内的导线与安装在盾构机刀盘上的无线路由器连接，无线路由器接收到信号以后，经无线路由器内的无线发送模块再次无线传送；安装在盾构机的前盾的中继路由器接收到信号后经电缆传送到盾构机控制室内的控制器。

本发明的特点主要是将传感器放置于刀具的内部，从而不受外部环境的影响，同时无线信号的发射区域比较小，接受信号显得十分的容易，也避免了信号的损失，达到实时监控刀具温度的目的。通过使用本发明，盾构机操作人员可以及时的掌握刀具的温度变化，及时做出相应的处理，保证掘进的可靠性。或者将检测滚刀的温度与刀盘控制系统连接，实现刀盘的转速和冷却液流量的自动控制。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是图1中A部位放大示意图。

图3是本发明的原理图。

其中，刀圈1，刀毂2，无线接收天线3，刀轴4，导线5，导线通孔6，热电偶传感器7，耐热泥8，传感器基座9，硬板10，防水橡胶圈11，电路板12，螺钉13，AB胶14，无线发射天线15，信号变送器16，无线发射模块17，无线路由器18，中继路由器19。

具体实施方式

图1至图3所示的一种盾构滚刀温度检测装置，在滚刀的刀圈1内嵌设有热电偶温度传感器7，滚刀刀毂2内嵌设有电路板12和无线发射天线15。电路板12上有信号变送器16、无线发射模块17以及供电装置，以实现温度传感信号的变换与发送。温度传感器7和无线发射天线15上有引线插头与电路板12上的信号输入端和输出端连接。信号变送器16由与温度传感器连接的信号调理电路、模拟数字转换电路以及微处理器组成，信号调理电路通过模拟数字转换电路与微处理器连接。电路板的下方设置有无线发射天线安装孔。无线发射天线就放置在安装孔内。在与无线发射天线15位置对应的刀轴4上，设置有无线接收天线安装孔。在刀轴4上还设置有导线通孔6。无线接收天线3安装在无线接收天线安装孔内。无线接收天线3通过导线通孔6内的导线5与安装在盾构机刀盘上的无线路由器18连接。无线路由器18接收到信号以后，经无线路由器内的无线发送模块再次无线传送。安装在盾构机的前盾的中继路由器19接收到信号后经电缆传送到盾构机控制室内的控制器。

温度传感器是热电偶传感器，热电偶测量的是刀圈内部温度信号，其工作原理：热电偶传感器探头由两种不同的导体结合成回路，当结合点的温度变化时，回路就会产生电动势。

热电偶传感器安装在传感器基座9内，基座与传感器之间的空隙用耐热泥8填充。将传感器基座9放置在刀圈预留孔内。预留孔的内壁与传感器基座之间用耐热泥填充，热电偶传感器的探头与刀圈内传感器预留孔的顶面焊接。

与传感器预留孔对应的刀毂内部安装60mm ×30mm×5mm的电路板12，在电路板的上部用防水橡胶圈11密封。

传感器引线连接在固定的引线插孔上，电路板上的引线固定在硬板10上，硬板10上分别装有两个引线插头和定位装置，热电偶传感器安装完成后，将刀圈装在刀毂上，转动螺钉13使电路板上移，直到引线插头与引线插孔连接后，用AB胶14填充电路板下的空隙。

耐热泥8具有耐高温的作用，可以防止刀圈温度过高，使传感器受热变形。

防水橡胶圈11可以防止水侵入电路板造成漏电，同时也能减小振动的损坏。

无线路由器18包括电源装置、无线模块、通信接口以及微控单元。无线模块接受到信号后，经过微控处理器，微控处理器判断数据的类型，对其中的温度数据进行提取，经无线模块再次发射。

中继路由器19包括电源装置、无线模块、通信接口以及微控单元，无线模块接收到无线路由器发出的信号后，经过微控处理器，微控处理器判断数据的类型，对其中的温度的数据进行提取，经串口用导线与主控器连接。无线路由器放置在具高强度的塑料盒内，塑料盒放置在盾构机的刀盘上。中继路由器也安装在高强度的塑料盒内，放置在盾构机的前盾。高强度塑料盒能够克服岩土和泥水对装置的破坏

整个检测中，数据的传输主要采用UDP协议无线传输。其传输的速度较快，并且解决数据传送中乱序和错包等问题，有效的保证了数据的可靠性。

Claims (3)

1.一种盾构滚刀温度检测装置，其特征在于：在滚刀的刀圈内嵌设有温度传感器，在滚刀刀毂内嵌设有电路板和无线发射天线，电路板由信号变送器、无线发射模块和供电装置构成，温度传感器与电路板连接，无线发射天线与电路板内的无线发射模块连接，信号变送电路由与温度传感器连接的信号调理电路、模拟数字转换电路以及微处理器组成，信号调理电路通过模拟数字转换电路与微处理器连接，在与无线发射天线位置对应的刀轴上还设置有与无线发射天线适配的无线接收天线，无线接收天线与无线路由器连接，无线路由器内的无线模块与中继路由器内的无线模块相适配，中继路由器与盾构机控制室内的主控器连接；

无线路由器包括电源装置、无线模块、通信接口以及微控单元，无线模块接收 到无线发射模块发射的信号后，经过微控处理器，微控处理器判断数据的类型，对其中的温度数据进行提取，经无线模块再次发射；所述中继路由器包括电源装置、无线模块、通信接口以及微控单元，无线模块接收到无线路由器发出的信号后，经过微控处理器，微控处理器判断数据的类型，对其中的温度数据进行提取，经串口用导线与主控器连接；

无线路由器设在刀盘上；中继路由器安装在盾构机前盾上；在电路板的下方设置有无线发射天线安装孔，无线发射天线设置在无线发射天线安装孔内；在与无线发射天线位置对应的刀轴上设置有容纳无线接收天线的安装孔；在刀轴上设置有导线通孔，无线接收天线通过导线通孔内的导线与无线路由器连接；

温度传感器为热电偶传感器，热电偶传感器固定在传感器基座上，热电偶传感器的探头与刀圈接触，传感器基座放置在刀圈预留孔内，预留孔的内壁与传感器基座之间用耐热泥填充；热电偶传感器的探头与刀圈预留孔的顶面焊接；热电偶传感器的引线连接在固定的引线插孔上，电路板上的引线固定在硬板上；

在电路板与刀毂之间由防水橡胶密封；

传感器基座与传感器之间用耐热泥填充；

传感器基座嵌设在刀圈内；

无线路由器设置在刀盘后面，无线接收天线外套设有工程塑料盒，中继路由器安装在高强度的塑料盒内；通过温度传感器检测刀具的实时温度，根据温度的变化调节刀盘的转速和冷却液流量。

2.根据权利要求1所述的盾构滚刀温度检测装置，其特征在于：传感器的基座距刀圈顶部12mm。

3.一种盾构滚刀温度的检测方法，其特征在于：使用权利要求1或2所述的盾构滚刀温度检测装置，首先在盾构机滚刀的刀圈内嵌设温度传感器，在盾构机的滚刀刀毂内嵌设电路板和无线发射天线，电路板上有信号变送器、无线发射模块以及供电装置，以实现温度传感信号的变换与发送；温度传感器和无线发射天线与电路板上的信号输入端和输出端连接；信号变送器由与温度传感器连接的信号调理电路、模拟数字转换电路以及微处理器组成，信号调理电路通过模拟数字转换电路与微处理器连接，电路板的下方设置有无线发射天线安装孔，无线发射天线就放置在安装孔内；在与无线发射天线位置对应的刀轴上，设置有无线接收天线安装孔，在刀轴上还设置有导线通孔，无线接收天线安装在接收天线安装孔内，无线接收天线通过导线通孔内的导线与安装在盾构机刀盘上的无线路由器连接，无线路由器接收到信号以后，经无线路由器内的无线发送模块再次无线传送；安装在盾构机的前盾的中继路由器接收到信号后经电缆传送到盾构机控制室内的控制器。

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