CN107843294A - 一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，包括工作台、设置在工作台靠近滚刀一侧的监测机构、设置在工作台远离滚刀一侧的电子线路板和安装在滚刀刀体外缘的强磁铁，滚刀刀箱面板上开设有滚刀刀箱面板通孔，工作台上安装有导轨和马达，导轨上套设有滑台，监测机构包括滚刀磨损监测机构、滚刀转动监测机构和限位机构，电子线路板上集成有微控制器，电子线路板的旁侧安装有电池和无线发射装置，滚刀刀箱面板靠近滚刀一侧安装有非金属保护罩，滚刀刀箱面板远离滚刀一侧安装有金属保护壳。本发明设计新颖，不仅可以有效的实时监测滚刀的转动情况，而且可以全覆盖监测盾构滚刀磨损情况，为全面掌握滚刀磨损状况提供有力保障。

Description

一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置

技术领域

本发明属于滚刀磨损监测技术领域，具体涉及一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置。

背景技术

近年来，城市轨道交通和高铁建设在全国各地展开，而隧道建设是其中重要的组成部分，盾构施工法以其掘进速度快和施工安全等优点成为隧道建设的主要施工方式。由于盾构机利用刀盘上的滚刀进行破岩掘进，因而精确的监测滚刀的转动和磨损状态成为确保盾构施工安全有效进行的关键问题。在实际施工过程中，由于滚刀所在的土仓中充满岩土，因此不利于施工人员直接实时的监测滚刀的磨损情况，从而产生滚刀过度磨损或者偏磨严重等现象，最终导致掘进效率降低、施工成本增加甚至磨损刀盘等施工问题。因此，全面、高效、实时监测滚刀的运转和磨损状态对提高隧道盾构施工的经济性和效率大有益处。目前，在施工中对滚刀磨损的监测方法主要有掘进参数分析法、阈值检查法、停机检查法。掘进参数分析法是根据掘进速度和扭矩等参数来估计刀具磨损情况，但预测滚刀的磨损量与滚刀的工作环境有较大的关系，依赖经验性误差率较大。阈值检查法只能在刀具磨损量到达一定程度时才能有效，不能实现对滚刀的磨损状态实时监测，而且这种刀具造价较高。停机检查法可直接观测滚刀磨损状况，是目前施工现场最普遍的方法，但在开挖面岩层不稳定时不方便进仓检查。

综上所述，现如今缺少一种可以全覆盖监测滚刀磨损情况，为全面掌握滚刀磨损状况提供技术支持，实时而全面监测滚刀磨损状态和转动情况的移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其设计新颖合理，不仅可以有效的实时监测滚刀的转动情况，而且可以全覆盖监测盾构滚刀磨损情况，为全面掌握滚刀磨损状况提供有力保障，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：包括安装在滚刀刀箱面板上的工作台、设置在工作台靠近滚刀一侧的监测机构、设置在工作台远离滚刀一侧的电子线路板和安装在滚刀刀体外缘的强磁铁，所述滚刀刀箱面板上开设有滚刀刀箱面板通孔，工作台上安装有导轨和用于带动导轨转动的马达，导轨上套设有与导轨螺纹配合的滑台，所述监测机构包括安装在滑台上且穿过滚刀刀箱面板通孔的滚刀磨损监测机构、安装在工作台端部穿过滚刀刀箱面板通孔且与强磁铁配合的滚刀转动监测机构和安装在工作台上用于限定滑台移动行程的限位机构，电子线路板上集成有微控制器，工作台远离滚刀一侧且位于电子线路板的下侧安装有电池，工作台远离滚刀一侧且位于电子线路板的上侧安装有无线发射装置，滚刀刀箱面板靠近滚刀一侧安装有用于封堵滚刀刀箱面板通孔的非金属保护罩，滚刀刀箱面板远离滚刀一侧安装有用于防护工作台的金属保护壳，非金属保护罩和滚刀刀箱面板通过第一防水胶垫密封，金属保护壳和滚刀刀箱面板通过第二防水胶垫密封。

上述的一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：所述导轨通过联轴器与马达的输出轴同轴连接。

上述的一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：所述滚刀磨损监测机构包括磨损监测传感器、焊接在磨损监测传感器一端的第一螺栓和与第一螺栓螺纹连接的第一螺纹套管，第一螺纹套管焊接在滑台上，滑台中心位置处开设有滑台通孔，磨损监测传感器通过第一导线穿过所述滑台通孔与所述微控制器连接；所述滚刀转动监测机构包括滚刀转动监测传感器、焊接在滚刀转动监测传感器一端的第二螺栓和与第二螺栓螺纹连接的第二螺纹套管，第二螺纹套管焊接在工作台端部，工作台与第二螺纹套管连接位置处开设有工作台通孔，滚刀转动监测传感器通过第二导线穿过所述工作台通孔与所述微控制器连接。

上述的一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：所述限位机构包括第一限位传感器和第二限位传感器，第一限位传感器安装在位于所述滚刀转动监测机构下侧的工作台上，第二限位传感器安装在与滚刀刀箱面板通孔的边缘等高且远离第一限位传感器的工作台上，第一限位传感器和第二限位传感器的连线与导轨所在直线平行，第一限位传感器和第二限位传感器均与所述微控制器电连接。

上述的一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：所述马达通过马达数据线与所述微控制器连接，马达通过马达电源线与电池连接；所述微控制器通过无线发射装置与盾构机控制器无线通信。

上述的一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：所述工作台通过第一外六角螺栓与滚刀刀箱面板进行螺栓连接；所述电子线路板和电池通过圆形螺钉与工作台进行固定连接；所述金属保护壳通过第二外六角螺栓与滚刀刀箱面板进行螺栓连接。

上述的一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：所述非金属保护罩为圆台形POK保护罩，所述非金属保护罩与滚刀刀箱面板通过第三外六角螺栓固定连接。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过设置滚刀磨损监测机构可沿导轨在与滚刀轴向平行的方向自由移动，可实时监测滚刀刀圈各个位置的磨损情况，而不是固定的监测滚刀某一点，从而实现对滚刀磨损的全覆盖监测，因此，不论滚刀刀圈在破岩过程中出现磨尖或者磨钝的情况，均可通过滚刀磨损监测机构实时监测而及时发现，可有效提高滚刀磨损监测的范围和精度；通过设置滚刀转动监测机构定点监测滚刀刀体上的强磁铁信号，可实时监测滚刀刀体的转动情况，避免滚刀堵转的情况，可通过滚刀转动监测机构实时监测而及时发现滚刀堵转，可有效提高滚刀转动监测精度，便于推广使用。

2、本发明通过设置通过无线发射装置，可远程控制滚刀磨损监测机构、滚刀转动监测机构和马达的开启，并且通过控制马达的转动可自由调整磨损监测传感器的位置，在任何地质条件下均可实时而全面的监测滚刀磨损和转动情况，另外，设置限位机构避免滚刀磨损监测机构与滚刀刀箱面板的反复碰撞，延长滚刀磨损监测机构的使用寿命，避免碰撞带来的信号干扰，可靠稳定，使用效果好。

3、本发明设计新颖合理，金属保护壳和非金属保护罩具有耐高温和耐冲击的性质，防水胶垫可避免隧道开挖产生的水进入装置，保证滚刀磨损监测机构、滚刀转动监测机构和马达的正常运转，便于推广使用。

综上所述，本发明设计新颖合理，不仅可以有效的实时监测滚刀的转动情况，而且可以全覆盖监测盾构滚刀磨损情况，为全面掌握滚刀磨损状况提供有力保障，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的左视图。

附图标记说明:

1—非金属保护罩；2—金属保护壳；3—工作台；

4—导轨；5—滑台；6—马达；

7—联轴器；8—第一螺纹套管；9—第一螺栓；

10—磨损监测传感器；11—第二螺纹套管；12—第二螺栓；

13—滚刀转动监测传感器；14—无线发射装置；

15—电子线路板；16—电池；

17—滚刀刀箱面板；18—滚刀刀箱面板通孔；

19—第一外六角螺栓；20—第二外六角螺栓；21—第三外六角螺栓；

22—圆形螺钉；23—第一防水胶垫；24—第二防水胶垫；

25—滚刀刀圈；26—滚刀刀体；27—强磁铁；

28—第一限位传感器；29—第二限位传感器。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括安装在滚刀刀箱面板17上的工作台3、设置在工作台3靠近滚刀一侧的监测机构、设置在工作台3远离滚刀一侧的电子线路板15和安装在滚刀刀体26外缘的强磁铁27，所述滚刀刀箱面板17上开设有滚刀刀箱面板通孔18，工作台3上安装有导轨4和用于带动导轨4转动的马达6，导轨4上套设有与导轨4螺纹配合的滑台5，所述监测机构包括安装在滑台5上且穿过滚刀刀箱面板通孔18的滚刀磨损监测机构、安装在工作台3端部穿过滚刀刀箱面板通孔18且与强磁铁27配合的滚刀转动监测机构和安装在工作台3上用于限定滑台5移动行程的限位机构，电子线路板15上集成有微控制器，工作台3远离滚刀一侧且位于电子线路板15的下侧安装有电池16，工作台3远离滚刀一侧且位于电子线路板15的上侧安装有无线发射装置14，滚刀刀箱面板17靠近滚刀一侧安装有用于封堵滚刀刀箱面板通孔18的非金属保护罩1，滚刀刀箱面板17远离滚刀一侧安装有用于防护工作台3的金属保护壳2，非金属保护罩1和滚刀刀箱面板17通过第一防水胶垫23密封，金属保护壳2和滚刀刀箱面板17通过第二防水胶垫24密封。

需要说明的是，滚刀刀箱面板17上开设有滚刀刀箱面板通孔18的目的一是提供监测机构安装位置，限定监测滚刀的位置，二是避免监测机构的安装占用刀盘的空间；工作台3安装在滚刀刀箱面板17上且位于滚刀刀箱面板通孔18所在位置，滚刀刀箱面板通孔18精确定位工作台3的安装位置，监测机构设置在工作台3靠近滚刀一侧是为了更近的探测滚刀运行参数，确保数据采集的精确性，避免信号干扰，电子线路板15设置在工作台3远离滚刀一侧是为了实现滚刀运行参数的预处理，导轨4安装在工作台3上，且实际安装中将导轨4沿与滚刀轴向平行的方向安装在工作台3上，便于滑台5最大限度的遍历滚刀范围，滑台5套设在导轨4上，导轨4限定了滑台5的移动路径，马达6带动导轨4转动，利用导轨4自转使滑台5沿导轨4上下移动，优选的导轨4采用丝杆，滑台5采用丝杆螺母，丝杆螺母与丝杆螺纹配合。

本实施例中，所述导轨4通过联轴器7与马达6的输出轴同轴连接。

实际使用中，滚刀磨损监测机构安装在滑台5上且穿过滚刀刀箱面板通孔18是为了随滑台5在导轨4上返回移动，最大限度的遍历探测滚刀磨损情况，本实施例中，所述滚刀磨损监测机构包括磨损监测传感器10、焊接在磨损监测传感器10一端的第一螺栓9和与第一螺栓9螺纹连接的第一螺纹套管8，第一螺纹套管8焊接在滑台5上，滑台5中心位置处开设有滑台通孔，磨损监测传感器10通过第一导线穿过所述滑台通孔与所述微控制器连接；优选的磨损监测传感器10采用电涡流传感器，电涡流传感器能非接触、高线性度、高分辨力地测量被测滚刀金属体距电涡流传感器探测端表面的距离，电涡流传感器随滑台5移动实时探测整个滚刀刀圈25的厚度变化，准确测量滚刀刀圈25与电涡流传感器探测端面之间静态和动态的相对位移变化，可有效提高滚刀磨损监测的范围和精度。

实际使用中，滚刀转动监测机构安装在工作台3端部穿过滚刀刀箱面板通孔18是为了与强磁铁27配合探测滚刀转动情况，本实施例中，所述滚刀转动监测机构包括滚刀转动监测传感器13、焊接在滚刀转动监测传感器13一端的第二螺栓12和与第二螺栓12螺纹连接的第二螺纹套管11，第二螺纹套管12焊接在工作台3端部，工作台3与第二螺纹套管11连接位置处开设有工作台通孔，滚刀转动监测传感器13通过第二导线穿过所述工作台通孔与所述微控制器连接；优选的滚刀转动监测传感器13采用磁性接近开关，磁性接近开关利用电磁工作原理，检测安装在滚刀刀体26外缘的强磁铁27，然后产生触发开关信号输出，利用磁性接近开关与强磁铁27之间的位置关系变化，将非电量或电磁量转化为电信号，从而达到测量的目的，当滚刀转动规律时，磁性接近开关可规律的探测到周期电信号，当滚刀转动不规律，发生堵转时，磁性接近开关探测到不变的电信号或无法探测到电信号，使用效果好。

实际使用中，限位机构安装在工作台3上是为了限定滑台5移动行程，本实施例中，所述限位机构包括第一限位传感器28和第二限位传感器29，第一限位传感器28安装在位于所述滚刀转动监测机构下侧的工作台3上，第二限位传感器29安装在与滚刀刀箱面板通孔18的边缘等高且远离第一限位传感器28的工作台3上，第一限位传感器28和第二限位传感器29的连线与导轨4所在直线平行，第一限位传感器28和第二限位传感器29均与所述微控制器电连接；第一限位传感器28和第二限位传感器29的连线与导轨4在工作台3上的正视投影重合，便于第一限位传感器28和第二限位传感器29探测导轨4上滑台的移动信号，当滑台5未移动至第一限位传感器28或第二限位传感器29所在高度时，第一限位传感器28或第二限位传感器29向导轨4发出探测信号，当滑台5移动至第一限位传感器28或第二限位传感器29所在高度时，第一限位传感器28或第二限位传感器29向滑台5发出探测信号，由于第一限位传感器28或第二限位传感器29与滑台5的间距小于与导轨4的间距，距离发生变化，因此，微控制器控制马达6反转，第一限位传感器28安装在位于所述滚刀转动监测机构下侧的工作台3上，避免滚刀磨损监测机构与滚刀转动监测机构的碰撞，第二限位传感器29安装在与滚刀刀箱面板通孔18的边缘等高且远离第一限位传感器28的工作台3上，避免滚刀磨损监测机构与滚刀刀箱面板17的碰撞，进而避免滚刀磨损监测机构的反复碰撞，延长滚刀磨损监测机构的使用寿命，避免碰撞带来的信号干扰，可靠稳定。

本实施例中，所述马达6通过马达数据线与所述微控制器连接，马达6通过马达电源线与电池16连接；所述微控制器通过无线发射装置14与盾构机控制器无线通信。

本实施例中，所述工作台3通过第一外六角螺栓19与滚刀刀箱面板17进行螺栓连接；所述电子线路板15和电池16通过圆形螺钉22与工作台3进行固定连接；所述金属保护壳2通过第二外六角螺栓20与滚刀刀箱面板17进行螺栓连接。

需要说明的是，第一外六角螺栓19、第二外六角螺栓20和第三外六角螺栓21分别便于工作台3、金属保护壳2和非金属保护罩1的拆卸、检修、校准位置和更换电池16，维护简单。

本实施例中，所述非金属保护罩1为圆台形POK保护罩，所述非金属保护罩1与滚刀刀箱面板17通过第三外六角螺栓21固定连接。

需要说明的是，非金属保护罩1安装在滚刀刀箱面板17靠近滚刀一侧是为了用于封堵滚刀刀箱面板通孔18，且非金属保护罩1可避免屏蔽磨损监测传感器10和滚刀转动监测传感器13探测信号，金属保护壳2安装在滚刀刀箱面板17远离滚刀一侧是为了用于防护工作台3，且金属保护壳2可防护电子线路板被磨损，所述非金属保护罩1采用圆台形POK(聚酮)保护罩是为了减轻渣土对非金属保护罩1的冲击，圆台形POK(聚酮)保护罩具有高热变形温度、耐化学耐水解耐燃油、冲击强度、摩擦性质和阻燃性能优异以及低渗透气体高阻隔性等优势，可满足对监测机构的防护；非金属保护罩1和滚刀刀箱面板17通过第一防水胶垫23密封，金属保护壳2和滚刀刀箱面板17通过第二防水胶垫24密封，防水胶垫可避免隧道开挖产生的水进入装置，保证滚刀磨损监测机构、滚刀转动监测机构和马达的正常运转。

本发明安装使用时，改造滚刀箱的滚刀刀箱面板17，安装滚刀磨损监测装置，提高了滚刀箱的利用效果，节省体积，且利用非金属保护罩1和金属保护壳2将开有滚刀刀箱面板通孔18的滚刀刀箱面板17封闭，还原滚刀箱的滚刀刀箱面板17封闭的结构，避免盾构渣土穿过滚刀刀箱面板通孔18进入刀盘面板后端，对刀盘造成损伤，实际安装使用中，可在每个滚刀的滚刀刀箱面板17上改造安装滚刀磨损监测装置，也可以指定滚刀，在指定滚刀的滚刀刀箱面板17上改造安装滚刀磨损监测装置监测指定滚刀的全覆盖滚刀刀圈的磨损转动情况，安装设置灵活，有效提高滚刀磨损监测的范围和精度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：包括安装在滚刀刀箱面板(17)上的工作台(3)、设置在工作台(3)靠近滚刀一侧的监测机构、设置在工作台(3)远离滚刀一侧的电子线路板(15)和安装在滚刀刀体(26)外缘的强磁铁(27)，所述滚刀刀箱面板(17)上开设有滚刀刀箱面板通孔(18)，工作台(3)上安装有导轨(4)和用于带动导轨(4)转动的马达(6)，导轨(4)上套设有与导轨(4)螺纹配合的滑台(5)，所述监测机构包括安装在滑台(5)上且穿过滚刀刀箱面板通孔(18)的滚刀磨损监测机构、安装在工作台(3)端部穿过滚刀刀箱面板通孔(18)且与强磁铁(27)配合的滚刀转动监测机构和安装在工作台(3)上用于限定滑台(5)移动行程的限位机构，电子线路板(15)上集成有微控制器，工作台(3)远离滚刀一侧且位于电子线路板(15)的下侧安装有电池(16)，工作台(3)远离滚刀一侧且位于电子线路板(15)的上侧安装有无线发射装置(14)，滚刀刀箱面板(17)靠近滚刀一侧安装有用于封堵滚刀刀箱面板通孔(18)的非金属保护罩(1)，滚刀刀箱面板(17)远离滚刀一侧安装有用于防护工作台(3)的金属保护壳(2)，非金属保护罩(1)和滚刀刀箱面板(17)通过第一防水胶垫(23)密封，金属保护壳(2)和滚刀刀箱面板(17)通过第二防水胶垫(24)密封。

2.按照权利要求1所述的一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：所述导轨(4)通过联轴器(7)与马达(6)的输出轴同轴连接。

3.按照权利要求1所述的一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：所述滚刀磨损监测机构包括磨损监测传感器(10)、焊接在磨损监测传感器(10)一端的第一螺栓(9)和与第一螺栓(9)螺纹连接的第一螺纹套管(8)，第一螺纹套管(8)焊接在滑台(5)上，滑台(5)中心位置处开设有滑台通孔，磨损监测传感器(10)通过第一导线穿过所述滑台通孔与所述微控制器连接；所述滚刀转动监测机构包括滚刀转动监测传感器(13)、焊接在滚刀转动监测传感器(13)一端的第二螺栓(12)和与第二螺栓(12)螺纹连接的第二螺纹套管(11)，第二螺纹套管(12)焊接在工作台(3)端部，工作台(3)与第二螺纹套管(11)连接位置处开设有工作台通孔，滚刀转动监测传感器(13)通过第二导线穿过所述工作台通孔与所述微控制器连接。

4.按照权利要求1所述的一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：所述限位机构包括第一限位传感器(28)和第二限位传感器(29)，第一限位传感器(28)安装在位于所述滚刀转动监测机构下侧的工作台(3)上，第二限位传感器(29)安装在与滚刀刀箱面板通孔(18)的边缘等高且远离第一限位传感器(28)的工作台(3)上，第一限位传感器(28)和第二限位传感器(29)的连线与导轨(4)所在直线平行，第一限位传感器(28)和第二限位传感器(29)均与所述微控制器电连接。

5.按照权利要求1所述的一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：所述马达(6)通过马达数据线与所述微控制器连接，马达(6)通过马达电源线与电池(16)连接；所述微控制器通过无线发射装置(14)与盾构机控制器无线通信。

6.按照权利要求1所述的一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：所述工作台(3)通过第一外六角螺栓(19)与滚刀刀箱面板(17)进行螺栓连接；所述电子线路板(15)和电池(16)通过圆形螺钉(22)与工作台(3)进行固定连接；所述金属保护壳(2)通过第二外六角螺栓(20)与滚刀刀箱面板(17)进行螺栓连接。

7.按照权利要求6所述的一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，其特征在于：所述非金属保护罩(1)为圆台形POK保护罩，所述非金属保护罩(1)与滚刀刀箱面板(17)通过第三外六角螺栓(21)固定连接。