CN108731629B - 滚刀磨损量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滚刀磨损量测量装置。所述滚刀磨损量测量装置包括：基座，包括容纳部和与容纳部连通的开口；一对滚刀固定装置，通过开口设置于容纳部内，并沿待测滚刀的轴向两侧设置，一对滚刀固定装置能够支撑并带动待测滚刀相对于基座转动；以及测量装置，用于测量待测滚刀的刀刃在转动过程中的边缘位置信息和转动角度信息，并根据刀刃的边缘位置信息和转动角度信息获得待测滚刀的磨损量信息。本发明通过测量装置获得滚刀的磨损数据，从而可以为滚刀设计和隧道掘进机的施工提供一定的参考。

Description

滚刀磨损量测量装置

技术领域

本发明涉及滚刀测量技术领域，特别是涉及一种滚刀磨损量测量装置。

背景技术

隧道掘进机因施工质量高、安全高效、围岩扰动小等优点在国内外得到了广泛应用。根据掘进地层的硬度，可以将隧道掘进机分为用于软土地层的盾构机和用于岩石地层的硬岩掘进机(Tunnel Boring Machine，TBM)。隧道掘进机的核心部件为滚刀，在施工过程中，由于滚刀所承受的破岩力大且岩石中含有大量的耐磨颗粒等原因，造成滚刀的磨损十分严重。滚刀磨损后，刀刃变宽，与岩石接触面积增大，破岩方式也由压入岩石使其去除转变为以滚刀磨削岩石为主要去除方式，破岩效率大大降低，导致施工过程中需要不断地停机更换滚刀。若某种滚刀的磨损量达到额定值未及时更换，会引起临近滚刀的载荷的剧烈增加，进而引起临近滚刀的剧烈磨损，造成不必要的经济损失，且滚刀磨损量过大时，还可能引起刀体及轴承的磨损，甚至引起刀盘的磨损。

导致这些风险的关键因素是滚刀的磨损数据无法准确预测。若能准确地测量滚刀的磨损数据，就可以在隧道掘进机施工前预测滚刀消耗量，进而预估换刀的时间，有效地避免以上情况的发生。此外，还可以预估滚刀破碎岩石的体积，为滚刀设计和隧道掘进机的施工提供一定的参考，通过合理选材、合理设计及合理施工达到减少滚刀磨损的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种滚刀磨损量测量装置，其可以准确地测量滚刀的磨损数据。

本发明实施例提出了一种滚刀磨损量测量装置，其包括：基座，包括容纳部和与容纳部连通的开口；一对滚刀固定装置，通过开口设置于容纳部内，并沿待测滚刀的轴向两侧设置，一对滚刀固定装置能够支撑并带动待测滚刀相对于基座转动；以及测量装置，用于测量待测滚刀的刀刃在转动过程中的边缘位置信息和转动角度信息，并根据刀刃的边缘位置信息和转动角度信息获得待测滚刀的磨损量信息。

根据本发明实施例的一个方面，滚刀固定装置包括固定部和与固定部连接的转轴，固定部具有容纳待测滚刀沿自身轴向设置的刀轴的凹槽，以使待测滚刀的刀轴与转轴同轴地固定至固定部。

根据本发明实施例的一个方面，测量装置包括光栅式传感器，光栅式传感器成对地且对称地设置于待测滚刀的径向两侧，用于测量待测滚刀的刀刃在转动过程中的边缘位置信息。

根据本发明实施例的一个方面，测量装置包括角度传感器，角度传感器与其中一个滚刀固定装置的转轴同轴设置，用于测量待测滚刀的刀刃的转动角度信息。

根据本发明实施例的一个方面，滚刀磨损量测量装置进一步包括调整装置，调整装置包括相对于转轴的中心轴线对称设置的一对调整板和连接一对调整板的连接装置，光栅式传感器布置于一对调整板上且二者之间设置有调整垫片，一对调整板固定至基座的开口所在的端面上。

根据本发明实施例的一个方面，连接装置包括相对设置的两个连接板和设置在两个连接板之间的跨梁，每一个连接板垂直于调整板所在的平面而设置。

根据本发明实施例的一个方面，连接板与跨梁之间还设置有加强筋。

根据本发明实施例的一个方面，基座沿待测滚刀的轴向两侧进一步设置有轴承座，轴承座与转轴同轴设置，转轴与容纳于轴承座内的轴承配合，使待测滚刀相对于基座可转动。

根据本发明实施例的一个方面，滚刀磨损量测量装置进一步包括与基座连接的电机，电机的输出轴与其中一个滚刀固定装置的转轴通过联轴器连接。

根据本发明实施例的一个方面，测量装置进一步包括数据处理装置，数据处理装置与光栅式传感器和编码器电连接，用于根据光栅式传感器和角度传感器测量的数据信息获得待测滚刀的刀刃的外轮廓信息，将外轮廓信息与预存的外轮廓信息进行对比，以获得待测滚刀的磨损量信息。

本发明实施例提供的滚刀磨损量测量装置，可以通过测量装置获得滚刀的磨损量数据，从而为滚刀设计和隧道掘进机的施工提供一定的参考。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本发明实施例提供的一种滚刀磨损量测量装置的结构示意图；

图2是图1所示的滚刀磨损量测量装置的俯视图；

图3是图1所示的滚刀磨损量测量装置中的调整装置的结构示意图。

其中：

H-待测滚刀；10-基座；11-容纳部；12-开口；13-轴承座；20-滚刀固定装置；21-转轴；31-光栅式传感器；31a-探头；32-角度传感器；40-电机；41-输出轴；42-联轴器；50-调整装置；51-调整板；51a-通孔；52-连接装置；52a-连接板；52b-跨梁；52c-加强筋。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的滚刀磨损量测量装置的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更好地理解本发明，下面结合图1至图3对本发明实施例的滚刀磨损量测量装置进行详细描述。

请一并参阅图1和图2，根据本发明实施例提出了一种滚刀磨损量测量装置，包括：基座10、一对滚刀固定装置20、测量装置。

基座10包括容纳部11和与容纳部11连通的开口12。

一对滚刀固定装置20通过开口12设置于容纳部11内，并沿待测滚刀H的轴向两侧设置，一对滚刀固定装置20能够支撑并带动待测滚刀H相对于基座10转动。

测量装置用于测量待测滚刀的刀刃在转动过程中的边缘位置信息和转动角度信息，并根据刀刃的边缘位置信息和转动角度信息获得待测滚刀的磨损量信息。

本发明实施例提供的滚刀磨损量测量装置，通过测量装置可以获得滚刀的磨损量数据，从而为滚刀设计和隧道掘进机的施工提供一定的参考。

下面结合附图详细描述本发明实施例提供的滚刀磨损量测量装置的各部件的具体结构。

滚刀固定装置20包括固定部(图中未示出)和与固定部连接的转轴21，固定部具有容纳待测滚刀H沿自身轴向设置的刀轴的凹槽(图中未示出)，以使待测滚刀H的刀轴与转轴21同轴地固定至固定部。

进一步地，基座10沿待测滚刀H的轴向两侧还设置有轴承座13，轴承座13与转轴21同轴设置，转轴21与容纳于轴承座13内的轴承配合，使待测滚刀H相对于基座10可转动。

由于待测滚刀H的重量较重，为了使待测滚刀H的转动过程更加平稳，保证测量精度，可以设置两对轴承座13，每一对轴承座13并排设置于待测滚刀H的轴向一侧，共同支撑转轴21，进而支撑待测滚刀H。

另外，本发明实施例提供的滚刀磨损量测量装置进一步包括与基座10连接的电机40，电机40的输出轴41与其中一个滚刀固定装置20的转轴21通过联轴器42连接，从而为待测滚刀H提供转动的动能。

测量装置包括光栅式传感器31，光栅式传感器31成对地且对称地设置于待测滚刀H的径向两侧，光栅式传感器31的探头31a对准待测滚刀H的刀刃的直径方向设置，从而能够测量刀刃在转动过程中的边缘位置信息。具体来说，一对光栅式传感器31沿待测滚刀H的径向对称且平行设置，探头31a采集的数据为待测滚刀H的刀刃上相对的两个采样点的位置信息，两个采样点之间的距离即待测滚刀H的刀刃的某一条直径的长度。

进一步地，测量装置还包括角度传感器32，角度传感器32与其中一个滚刀固定装置20的转轴21同轴设置，用于测量待测滚刀H的刀刃的转动角度信息。角度传感器32可以为例如但不限于编码器。角度传感器32采集的数据为待测滚刀H相对于初始位置的转动角度，即待测滚刀H的某一条直径相对于初始位置的转动角度。

进一步地，测量装置还包括数据处理装置(图中未示出)，数据处理装置与光栅式传感器31和角度传感器32电连接，用于根据光栅式传感器31和角度传感器32测量的数据信息获得待测滚刀H的刀刃的外轮廓信息，将外轮廓信息与预存的外轮廓信息进行对比，以获得待测滚刀的磨损量信息。预存的外轮廓信息为未磨损的滚刀的刀刃相对于滚刀中心的坐标数据，这些坐标数据可以形成一个理论圆。

数据处理的方法有很多种，例如但不限于：预先确定待测滚刀H的初始位置对应的两个采样点之间的间距和初始角度，在两个采样点之间的连线的中点处建立坐标系，标记出起始位置；通过多边形剪裁办法将待测滚刀H转动一周过程中采集的多组采样点间距和相应的转动角度加入到坐标系中，形成一个多边形；再通过三次B样条曲线进行拟合，将曲线和每一条边相切，最终拟合形成一个虚拟圆，该虚拟圆即为待测滚刀H的刀刃的外轮廓。

由于一对光栅式传感器31与待测滚刀H的中心轴线是否共面直接影响虚拟圆的拟合精度，故在测量前需要调整一对光栅式传感器31的安装高度差及与待测滚刀H的中心轴线的共面程度。

参阅图3，滚刀磨损量测量装置还包括调整装置50，调整装置50包括相对于转轴21的中心轴线对称设置的一对调整板51和连接一对调整板51的连接装置52，光栅式传感器31布置于一对调整板51上且二者之间设置有调整垫片(图中未示出)。一对调整板51上设置有多个通孔51a，基座10的开口12所在的端面上设置有对应于多个通孔51a的多个螺纹孔(图中未示出)，一对调整板51通过穿过通孔51a和螺纹孔的紧固件固定至开口12所在的端面上。

进一步地，连接装置52包括相对设置的两个连接板52a和设置在两个连接板52a之间的跨梁52b，每一个连接板52a垂直于调整板51所在的平面而设置。为了提高调整装置50的强度和刚度，防止待测滚刀H转动过程中产生的振动影响光栅式传感器31的测量精度，可以在连接板52a与跨梁52b之间设置加强筋52c。

实际使用时，先将一对光栅式传感器31分别固定于一对调整板51上，并通过调整垫片来调整一对光栅式传感器31的相对高度，以使两个探头31a互相对准。然后将调整装置50固定于基座10的开口12所在的端面上。最后还要校验待测滚刀H与转轴21的同轴度，以及一对探头31a与待测滚刀H的中心轴线是否共面。

由此，按照上述方法可以对不同工况下同种型号的滚刀的磨损量进行对比，例如，在岩石中开挖隧道的滚刀和在松软地层中掘进隧道的滚刀使用了同样时间后的磨损量。将每个滚刀测量后拟合而成的虚拟圆的起始位置的采样点与预存的理论圆的起始点重合，再将其它采样点逐一进行比对，即可得出该滚刀的磨损数据，例如磨损量和圆度信息等。进而可以预估不同工况下滚刀的使用寿命。

为了更加准确地预估刀具的寿命，可以测量同种工况下的多个滚刀，或者同一个滚刀进行多次测量，以拟合形成一个平均的虚拟圆，再与预存的理论圆进行比较等等，此处不再赘述。

另外，待测滚刀H转动一周的采样点数n和两个因素有关：采样频率f及转动一周所需时间t，即：n＝f*t。例如，采样频率f最大为205次/s，假设转速为4r/min，则n＝f*t＝205*15＝3075个采样点。一般要求待测滚刀H转动一周的采样点数n至少为200个，则最大转速为60r/min，测量精度可以达到±30μm。采样点数越多，拟合的虚拟圆越接近刀刃真实的外轮廓，滚刀的磨损量及圆度的测量精度就越高。

另外，为了防止检量过程中灰尘或者其它外来杂质落入滚刀磨损量测量装置中的各个部件上而影响测量结果的精度，本发明实施例提供的滚刀磨损量测量装置还包括盖体(图中未示出)，盖体盖合于基座10的开口12。

由此，本发明实施例提供的滚刀磨损量测量装置对待测滚刀H的磨损量的测量步骤如下：

(1)准备工作

将待测滚刀H安装到滚刀磨损量测量装置中，调整刀轴和滚刀固定装置的同轴度，调整一对光栅式传感器31的高度，使两者的高度统一，将盖体盖合于基座10的开口12。

(2)数据采集

接通电源，启动滚刀磨损量测量装置，使电机40带动待测滚刀H按照预定的转速转动，角度传感器32记录待测滚刀H的起始位置及转动角度信息。光栅式传感器31采集待测滚刀H的刀刃的边缘位置信息。

(3)数据处理

光栅式传感器31和角度传感器32测量的数据信息自动传至数据处理装置，由数据处理装置进行处理，以获得待测滚刀H的刀刃的整个圆周上的外轮廓数据，通过与未磨损滚刀的刀刃的外轮廓数据进行对比，进而获得待测滚刀H的磨损量数据。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种滚刀磨损量测量装置，其特征在于，包括：

基座(10)，包括容纳部(11)和与所述容纳部(11)连通的开口(12)；

一对滚刀固定装置(20)，通过所述开口(12)设置于所述容纳部(11)内，并沿待测滚刀(H)的轴向两侧设置，所述滚刀固定装置(20)包括固定部和与所述固定部连接的转轴(21)，所述固定部具有容纳所述待测滚刀(H)沿自身轴向设置的刀轴的凹槽，所述待测滚刀(H)的所述刀轴与所述转轴(21)同轴地固定至所述固定部，以使所述一对滚刀固定装置(20)能够支撑并带动所述待测滚刀(H)相对于所述基座(10)转动；

还包括光栅式传感器(31)和角度传感器(32)，所述光栅式传感器(31)成对地且对称地设置于所述待测滚刀(H)的径向两侧，用于测量所述待测滚刀(H)的刀刃在转动过程中的边缘位置信息，所述光栅式传感器(31)的探头(31a)对准所述待测滚刀(H)的刀刃的直径方向设置，所述探头(31a)采集的数据为所述待测滚刀(H)的刀刃上相对的两个采样点的位置信息，两个采样点之间的距离为所述待测滚刀(H)的刀刃的直径的长度；所述角度传感器(32)用于测量所述待测滚刀(H)的刀刃在转动过程中的转动角度信息，并根据刀刃的所述边缘位置信息和所述转动角度信息获得所述待测滚刀(H)的磨损量信息。

2.根据权利要求1所述的滚刀磨损量测量装置，其特征在于，所述角度传感器(32)与其中一个所述滚刀固定装置(20)的所述转轴(21)同轴设置，用于测量所述待测滚刀(H)的刀刃的转动角度信息。

3.根据权利要求1所述的滚刀磨损量测量装置，其特征在于，所述滚刀磨损量测量装置进一步包括调整装置(50)，所述调整装置(50)包括相对于所述转轴(21)的中心轴线对称设置的一对调整板(51)和连接所述一对调整板(51)的连接装置(52)，所述光栅式传感器(31)布置于所述一对调整板(51)上且二者之间设置有调整垫片，所述一对调整板(51)固定至所述基座(10)的所述开口(12)所在的端面上。

4.根据权利要求3所述的滚刀磨损量测量装置，其特征在于，所述连接装置(52)包括相对设置的两个连接板(52a)和设置在所述两个连接板(52a)之间的跨梁(52b)，每一个所述连接板(52a)垂直于所述调整板(51)所在的平面而设置。

5.根据权利要求4所述的滚刀磨损量测量装置，其特征在于，所述连接板(52a)与所述跨梁(52b)之间还设置有加强筋(52c)。

6.根据权利要求1所述的滚刀磨损量测量装置，其特征在于，所述基座(10)沿所述待测滚刀(H)的轴向两侧进一步设置有轴承座(13)，所述轴承座(13)与所述转轴(21)同轴设置，所述转轴(21)与容纳于所述轴承座(13)内的轴承配合，使所述待测滚刀(H)相对于所述基座(10)可转动。

7.根据权利要求6所述的滚刀磨损量测量装置，其特征在于，所述滚刀磨损量测量装置进一步包括与所述基座(10)连接的电机(40)，所述电机(40)的输出轴(41)与其中一个所述滚刀固定装置(20)的所述转轴(21)通过联轴器(42)连接。

8.根据权利要求2所述的滚刀磨损量测量装置，其特征在于，所述滚刀磨损量测量装置进一步包括数据处理装置，所述数据处理装置与所述光栅式传感器(31)和所述角度传感器(32)电连接，用于根据所述光栅式传感器(31)和所述角度传感器(32)测量的数据信息获得所述待测滚刀(H)的刀刃的外轮廓信息，将所述外轮廓信息与预存的外轮廓信息进行对比，以获得所述待测滚刀(H)的磨损量信息。

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