CN108131150A - 盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及盾构及掘进技术领域，特别是一种盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置。旨在克服目前无法有效监测盾构机刀盘温度变化的问题。本发明包括控制模块、温度监控机构和温度调节机构，控制模块的输入端连接温度监控机构，输出端连接温度调节机构和报警器；温度监控机构包括若干个安装在刀盘上的温度监控单元；温度调节机构包括出口处于刀盘内侧的冷却水出水管路，冷却水出水管路并联有增大冷却水流量的侧增强降温支路，所述侧增强降温支路上安装有冷却水泵和电控阀门，所述控制模块电路连接所述冷却水泵和所述电控阀门的启闭以控制所述侧增强降温支路的启闭。优点在于：测量精度高，控制方式多样，自动化程度高，能够在测量的同时及时预警、控制和调节。
Description
技术领域
本发明涉及盾构及掘进技术领域，特别是一种盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置。
背景技术
盾构机是一种用于隧道开挖的大型专用装备，刀盘是盾构机的重要部件，起着切削土体、支撑掌子面、搅拌渣土的重要作用。在盾构机隧道开挖过程中，刀盘与土体直接作用，会产生巨大摩擦力，导致刀盘温度升高，尤其当盾构机在硬岩地层掘进时，刀盘、刀具与岩层摩擦更为剧烈，使得刀盘温度经常处于高位。一般而言盾构机刀盘温度应控制在80℃以下，温度过高会严重影响盾构机刀具密封装置及刀盘整体结构刚度强度，造成刀盘、刀具磨损加剧，使用寿命减少。
目前针对盾构机刀盘温度监测尚无有效措施，传统的方法是由施工人员持简易温度计测量后方螺旋机或者皮带机输出的渣土温度，但是这种方法不具备实时性且所测得的温度具有极大的滞后性，不能反映盾构机刀盘实际温度。
因此迫切需要一种能够远程实时检测盾构机刀盘温度并在温度过高时进行冷却处理的有效方法，当监测到盾构机刀盘温度过高时，可以对刀盘进行自动冷却降温，以有效保护刀盘。
发明内容
本发明的目的就是为了克服目前无法有效监测盾构机刀盘温度变化的问题，本发明提供一种盾构机刀盘温度远程实时监测报警及自动冷却装置。
本发明的具体方案是：
设计一种盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置，包括控制模块、温度监控机构和温度调节机构，所述控制模块的输入端连接温度监控机构，输出端连接温度调节机构和报警器；所述温度监控机构包括若干个安装在刀盘上的温度监控单元；所述温度调节机构包括出口处于刀盘内侧的冷却水出水管路，所述冷却水出水管路并联有增大冷却水流量的侧增强降温支路，所述侧增强降温支路上安装有冷却水泵和电控阀门，所述控制模块电路连接所述冷却水泵和所述电控阀门的启闭以控制所述侧增强降温支路的启闭。
所述报警器连接有与通讯线路连接的电话报警模块、与移动网络连接的GSM通讯模块、与施工现场喇叭连接的现场报警模块。
所述盾构机刀盘的后方设有泥浆出料口，所述泥浆出料口连接有螺旋输送机，所述螺旋输送机的电机为变频电机，所述控制模块与所述变频电机间电路连接，以控制所述变频电机的输出功率。
所述温度监控单元均布于所述刀盘上，包括无线温度传感器和与所述无线温度传感器外形对应的无线温度传感器保护部件，所述无线温度传感器保护部件为凸台状、由硅铝合金制成，所述凸台的中心处设有安装所述无线温度传感器的凹孔，所述凹台的高度低于所述刀盘上刀片的1/2高度，所述无线温度传感器嵌入所述无线温度传感器保护部件的深度不低于无线温度传感器高度的1/3。
所述冷却水出水管路包括至少两个出水口，所述出水口均布于所述刀盘上、各刀片间，所述出水口所在的平面与所述刀盘平面间设有倾角，以形成向刀盘外部鼓起的出水口平面。
所述无线温度传感器包括数字温度监测芯片、无线信号发送模块以及电源。
所述控制模块安装在温度只能检测中主机内，所述温度智能检测主机还连接有屏幕显示模块、电源模块、数据存储模块和数据接收模块。
所述数据存储模块外接有支持64G存储卡的卡槽。
所述螺旋输送机的出口安装有废料箱，所述废料箱内安装有液位报警装置。
本发明的有益效果在于：
温度传感器为高精度无线传感器，具有体积小、精度高、功耗低的优点；
可以远程实时监测盾构机刀盘温度变化情况，当刀盘温度过高时，可以进行报警，提醒施工人员采取加注泡沫或者调整施工参数等方式降低刀盘温度，同时提供一种刀盘自动冷却方案，以有效保护刀盘刀具，减轻磨损，延长刀盘刀具使用寿命。
实时监测报警及自动冷却装置结构简单、智能化程度高，能够远程实时监测盾构机刀盘温度变化，当监测到盾构机刀盘温度过高时，可以进行短信、电话及现场声光报警，提醒施工人员采取措施降温，并具有自动冷却功能。该装置的应用可以有效保护刀盘刀具，减轻磨损，延长刀盘刀具使用寿命。同时，若通过数据分析发现温度突然急剧升高，也说明可能遇到基岩凸起、孤石等特殊地层，可以为施工人员进行合理判断及采取相应必要措施提供重要参考。。
附图说明
图1是盾构机刀盘温度远程实时监测报警及自动冷却装置原理框图；
图2是控制模块结构框图；
图3是盾构机刀盘温度远程实时监测报警及自动冷却装置无线温度传感器和冷却水管刀盘布置图；
图4是盾构机头部结构示意图；
图中各部件名称：11. 温度监控单元一的无线温度传感器保护部件；12. 温度监控单元二的无线温度传感器保护部件；13. 温度监控单元三的无线温度传感器保护部件；14.温度监控单元四的无线温度传感器保护部件；15. 温度监控单元五的无线温度传感器保护部件；21. 温度监控单元一的无线温度传感器；22. 温度监控单元二的无线温度传感器；23. 温度监控单元三的无线温度传感器；24. 温度监控单元四的无线温度传感器；25. 温度监控单元五的无线温度传感器；31. 冷却水泵出水口一；32. 冷却水泵出水口二；33. 冷却水泵出水口三；34. 冷却水泵出水口四；1.盾构机；2.螺旋输送机；3.冷却水泵；4.刀盘；5.温度监控单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置，参见图1至图3，包括控制模块、温度监控机构和温度调节机构，控制模块的输入端连接温度监控机构，输出端连接温度调节机构和报警器；温度监控机构包括若干个安装在刀盘4上的温度监控单元5；温度调节机构包括出口处于刀盘4内侧的冷却水出水管路，冷却水出水管路并联有增大冷却水流量的侧增强降温支路，侧增强降温支路上安装有冷却水泵3和电控阀门，控制模块电路连接冷却水泵3和电控阀门的启闭以控制侧增强降温支路的启闭。
报警器连接有与通讯线路连接的电话报警模块、与移动网络连接的GSM通讯模块、与施工现场喇叭连接的现场报警模块。
盾构机刀盘4的后方设有泥浆出料口，泥浆出料口连接有螺旋输送机2，螺旋输送机2的电机为变频电机，控制模块与变频电机间电路连接，以控制变频电机的输出功率。该设计可以保证，当刀盘4温度高时，温度监控机构反映信息给控制模块，控制模块控制侧增强降温支路开启，同时螺旋输送机2加大功率，向刀盘4输入的冷却水强度流量加大，保证了刀盘4表面的合理降温。
温度监控单元5均布于刀盘4上，包括无线温度传感器和与无线温度传感器外形对应的无线温度传感器保护部件，无线温度传感器保护部件为凸台状、由硅铝合金制成，凸台的中心处设有安装无线温度传感器的凹孔，凹台的高度低于刀盘4上刀片的1/2高度，无线温度传感器嵌入无线温度传感器保护部件的深度不低于无线温度传感器高度的1/3。该设计保护了无线温度传感器，同时不影响温度测量精度，耐磨，使用寿命长。
冷却水出水管路包括至少两个出水口，出水口均布于刀盘4上、各刀片间，出水口所在的平面与刀盘4平面间设有倾角，以形成向刀盘4外部鼓起的出水口平面。鼓起的设计在盾构机工作的过程中，其喷射出的水流一方面在刀盘4上起到了降温的作用，另一方便鼓起的设计在工作过程中，水流在离心力的导向下，构成对刀盘4表面的液流切割，进一步避免刀盘4表面泥流结坨。
无线温度传感器包括数字温度监测芯片、无线信号发送模块以及电源。
控制模块安装在温度只能检测中主机内，温度智能检测主机还连接有屏幕显示模块、电源模块、数据存储模块和数据接收模块。
数据存储模块外接有支持64G存储卡的卡槽。
螺旋输送机（2）的出口安装有废料箱，废料箱内安装有液位报警装置。
本实施例中，盾构机刀盘4温度远程实时监测报警及自动冷却装置由温度传感器、控制模块、报警器及冷却水泵3构成。其中，温度传感器为高精度无线传感器，具有体积小、精度高、功耗低的优点，其通过焊接耐磨保护装置固定于刀盘4表面，实时采集盾构机刀盘4温度数据，通过射频方式远程无线实时发送至控制模块；控制模块实时接收无线温度传感器的温度数据，将其实时显示在屏幕上，并将实时温度数据与预设的温度报警阈值进行对比，若实时温度超过报警阈值，则激活GSM通讯模块，通过短信、电话形式向相关人员告警，并启动报警器进行现场声光报警，提醒施工人员盾构机刀盘4温度过高，应采取相应措施进行处理；当刀盘4温度超过控制模块设定冷却温度时，控制模块向自动冷却水泵3发送启动命令，对刀盘4进行降温冷却。
控制模块包括数据接收模块、控制模块、数据存储模块、GSM通讯模块、屏幕显示模块、电源模块等。数据收发模块用于接收高精度无线温度传感器所监测到的盾构机刀盘4实时温度数据,可支持不少于32路内置式高精度无线温度传感器数据同时接收，并将数据转入控制模块；控制模块用于设置报警温度阈值，并与内置式高精度无线温度传感器监测到的盾构机刀盘4实时温度进行对比，若超限则发送命令至GSM通讯模块及报警器进行超限报警；数据存储模块用于存储盾构机刀盘4温度变化数据，支持最大64G TF（micro SD）存储卡，并支持存储数据自动循环覆盖，同时配备USB接口，可将数据导出至电脑；GSM通讯模块用于当控制模块监测到实时温度超过报警阈值时，向相关责任人员通过短信和电话两种方式进行报警，支持固话、手机，并可支持12组报警电话设置，且号码可单独设置报警属性；屏幕显示模块包含电源指示灯、报警指示灯、布防状态指示灯、GSM信号指示灯，同时屏幕支持触屏操控；电源模块包括工作电源和后备电池，工作电源采用DC5V 2A规格，备用电池采用2000MAH/4.2V规格锂电池，断电情况下，备用电池待机时间不小于12小时。
4为刀盘；11-15为各个温度监控单元的无线温度传感器保护部件，其中保护装置采用高强度耐磨材料焊接于刀盘表面，高度应低于刀具高度1/2以上；21-25为各个温度监控单元的无线温度传感器，内部采用螺钉和高强度胶水保证无线温度传感器紧固于刀盘4表面，有效防止刀盘4旋转施工时的冲击造成传感器损坏，无线温度传感器可于刀盘4表面任意布置； 31-34为冷却水泵出水口，当冷却水泵作业时，冷却水通过出水口对刀盘4进行喷淋降温。
本实施例中，无线温度传感器布置于刀盘4表面实时采集温度变化情况并远程发送至控制模块，控制模块分别设定报警温度和冷却水启动温度，例如设置报警温度为80℃，设置冷却水启动温度为150℃。当无线温度传感器监测到的刀盘4温度为60℃，则控制模块判定温度正常，不予任何处理；当刀盘4温度达到80℃，控制模块通过电话、短信及现场声光三种形式向相关责任人员进行报警；当刀盘4温度继续升温达到150℃时，则控制模块发送命令至自动冷却水泵，冷却水泵启动对刀盘4高温进行冷却处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，但请注意：本发明的技术范围并不限定于这些实施方式，而是包括权利要求书中所记载的发明及其均等物。任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置，其特征在于：包括控制模块、温度监控机构和温度调节机构，所述控制模块的输入端连接温度监控机构，输出端连接温度调节机构和报警器；所述温度监控机构包括若干个安装在刀盘上的温度监控单元；所述温度调节机构包括出口处于刀盘内侧的冷却水出水管路，所述冷却水出水管路并联有增大冷却水流量的侧增强降温支路，所述侧增强降温支路上安装有冷却水泵和电控阀门，所述控制模块电路连接所述冷却水泵和所述电控阀门的启闭以控制所述侧增强降温支路的启闭。
2.如权利要求1所述的盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置，其特征在于：所述报警器连接有与通讯线路连接的电话报警模块、与移动网络连接的GSM通讯模块、与施工现场喇叭连接的现场报警模块。
3.如权利要求1所述的盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置，其特征在于：所述盾构机刀盘的后方设有泥浆出料口，所述泥浆出料口连接有螺旋输送机（2），所述螺旋输送机（2）的电机为变频电机，所述控制模块与所述变频电机间电路连接，以控制所述变频电机的输出功率。
4.如权利要求1所述的盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置，其特征在于：所述温度监控单元均布于所述刀盘上，包括无线温度传感器和与所述无线温度传感器外形对应的无线温度传感器保护部件，所述无线温度传感器保护部件为凸台状、由硅铝合金制成，所述凸台的中心处设有安装所述无线温度传感器的凹孔，所述凹台的高度低于所述刀盘上刀片的1/2高度，所述无线温度传感器嵌入所述无线温度传感器保护部件的深度不低于无线温度传感器高度的1/3。
5.如权利要求4所述的盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置，其特征在于：所述冷却水出水管路包括至少两个出水口，所述出水口均布于所述刀盘上、各刀片间，所述出水口所在的平面与所述刀盘平面间设有倾角，以形成向刀盘外部鼓起的出水口平面。
6.如权利要求1所述的盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置，其特征在于：所述无线温度传感器包括数字温度监测芯片、无线信号发送模块以及电源。
7.如权利要求1所述的盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置，其特征在于：所述控制模块安装在温度只能检测中主机内，所述温度智能检测主机还连接有屏幕显示模块、电源模块、数据存储模块和数据接收模块。
8.如权利要求7所述的盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置，其特征在于：所述数据存储模块外接有支持64G存储卡的卡槽。
9.如权利要求3所述的盾构机刀盘温度远程实时监测控制装置，其特征在于：所述螺旋输送机的出口安装有废料箱，所述废料箱内安装有液位报警装置。
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