CN110174084B - 一种机械式盾尾间隙测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械式盾尾间隙测量装置，设置在盾尾壳体的内部，包括：角度传感器、底座、连接轴、检测臂和拉簧；底座固定在盾尾壳体上，检测臂一端安装在底座上，另一端与管片的外侧面接触；检测臂从底座的一侧通过连接轴安装在底座上，角度传感器安装在底座的另一侧，角度传感器的转轴与连接轴的端部连接，转轴、连接轴和检测臂三者同步转动；与底座连接的检测臂的端部与拉簧的一端连接，拉簧的另一端与弹簧固定座连接，使得检测臂与管片接触的端部具有向管片转动的趋势，从而使检测臂与管片保持接触；角度传感器检测检测臂与管片的夹角或夹角的余角。该机械式盾尾间隙测量装置通过机械结构实现了盾尾间隙的连续测量，提高测量精度。

Description

一种机械式盾尾间隙测量装置

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，尤其是涉及一种机械式盾尾间隙测量装置。

背景技术

盾尾间隙指的是盾构机盾尾壳体内侧与管片外壁之间的间隙，其大小由管片相对盾构的姿态获得。

在盾构掘进中，盾尾间隙的控制极为重要。如果盾尾间隙过小，有可能破坏盾尾刷，造成管片和盾壳卡死、损坏管片结构。同时，盾尾间隙是确定管片拼装点位的重要参数。因此，盾尾间隙的测量是盾构施工中的一项重要工作。

目前，盾尾间隙一般依靠现场工程师在管片拼装前人工测量。由于盾体直径较大，人工测量通常需要登高作业，不但安全性差，而且不能保证测量精度。专利CN207081416U公开了一种采用测距传感器的盾尾间隙测量系统，避免了人工测量盾尾间隙，但存在以下缺点：采用非接触式测量，如果管片外壁附着污物或存在缺陷，可能导致测量不准；长期使用后粉尘等污物附着探头，影响测量精度甚至无法测量。

因此，如何设计一种测量精准的盾尾间隙测量装置，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种机械式盾尾间隙测量装置。

本申请提供一种机械式盾尾间隙测量装置，设置在盾尾壳体的内部，包括：角度传感器、底座、连接轴、检测臂和拉簧；所述底座固定在所述盾尾壳体上，所述检测臂一端安装在所述底座上，另一端与管片的外侧面接触；所述检测臂从所述底座的一侧通过连接轴安装在所述底座上，所述角度传感器安装在所述底座的另一侧，所述角度传感器的转轴与所述连接轴的端部连接，所述转轴、所述连接轴和所述检测臂三者同步转动；与所述底座连接的所述检测臂的端部与所述拉簧的一端连接，所述拉簧的另一端与所述盾尾壳体上设置的弹簧固定座连接，使得所述检测臂与所述管片接触的端部具有向所述管片转动的趋势，从而使检测臂与管片保持接触；所述角度传感器检测所述检测臂与所述管片的夹角或夹角的余角。

可选地，所述检测臂与所述管片接触的端部设有滚轮，所述滚轮铰接在所述检测臂的端部。

可选地，所述连接轴的端部设有中心孔，所述角度传感器的转轴插入所述中心孔，并与所述连接轴同轴固定连接。

可选地，所述检测臂包括长臂段和短臂段，所述长臂段和所述短臂段二者成预定角度，所述连接轴的轴线穿过二者夹角的顶点，所述短臂段的端部与所述拉簧连接，所述长臂段的端部与所述管片的外侧面接触，所述角度传感器检测所述长臂段与所述管片的夹角或夹角的余角。

可选地，所述连接轴与所述检测臂固定连接，与所述底座的座孔铰接。

本发明的技术方案与现有技术相比具有下列优点：该机械式盾尾间隙测量装置通过机械结构实现了盾尾间隙的连续测量，提高测量精度，并可在盾尾周向多点布置。实现了盾尾间隙自动测量，避免人工测量引起的误差。结构简单，性能可靠，具有很强的环境适应能力。该测量装置中采用了技术成熟的角度传感器，可靠性好，测量精度高，生产成本低。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明所提供的机械式盾尾间隙测量装置一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1所示的盾尾间隙测量装置的主视图；

图3为图2中的A-A剖视图；

图4为图1所示的盾尾间隙测量装置的测量原理图；

其中，图1至图4中的附图说明和部件名称之间的对应关系如下：

角度传感器1； 转轴11；

底座2； 连接轴3；

检测臂4； 拉簧5；

滚轮6； 弹簧固定座7；

管片8； 盾尾壳体9；

b为盾尾间隙；

h为角度传感器的转轴轴线到盾壳内壁的距离；

l为检测臂的臂长；

r为滚轮的半径；

θ为角度传感器测得的转角。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

请参考图1至图4，图1为本发明所提供的机械式盾尾间隙测量装置一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1所示的盾尾间隙测量装置的主视图；图3为图2中的A-A剖视图；图4为图1所示的盾尾间隙测量装置的测量原理图。

在一种具体的实施方式中，本发明提供了一种机械式盾尾间隙测量装置，设置在盾尾壳体9的内部，包括：角度传感器1、底座2、连接轴3、检测臂4和拉簧5；所述底座2固定在所述盾尾壳体9上，所述检测臂4一端安装在所述底座2上，另一端与管片8的外侧面接触；所述检测臂4从所述底座2的一侧通过连接轴3安装在所述底座2上，所述角度传感器1安装在所述底座2的另一侧，所述角度传感器1的转轴11与所述连接轴3的端部连接，所述转轴11、所述连接轴3和所述检测臂4三者同步转动；与所述底座2连接的所述检测臂4的端部与所述拉簧5的一端连接，所述拉簧5的另一端与所述盾尾壳体9上设置的弹簧固定座7连接，使得所述检测臂4与所述管片8接触的端部具有向所述管片8转动的趋势，从而使检测臂4与管片8保持接触；所述角度传感器1检测所述检测臂与所述管片的夹角或夹角的余角。

检测臂4的转动动作通过连接轴3传递到角度传感器1，检测臂4受到的外力由连接轴3和底座2承受，角度传感器1只承受扭矩不承受外力。在拉簧5的拉力作用下，检测臂4有朝向管片8转动的趋势，使得检测臂4的端部与管片8保持紧密贴合，以适应盾壳与管片8之间间隙的变化。利用角度传感器1测得的角度、连接轴3轴线位置、检测臂4有效长度经过换算，可以得到管片8与盾壳之间的间隙。

检测臂4从连接轴3的轴心到与管片8接触的端部的距离为臂长，连接轴3的轴心到管片8的距离与臂长构成直角三角形的直角边和斜边，该直角三角形的内角为检测臂4与管片8的夹角及其余角，两个角的角度之和为90°，则二者互为余角。

同时，连接轴3的轴心到管片8的距离等于连接轴3轴心到盾壳内壁的距离和盾尾间隙之和，除夹角大小之外，其他长度在盾构设计时可以确定，角度传感器1检测到余角或夹角后，可以换算出盾尾间隙。

该机械式盾尾间隙测量装置通过机械结构实现了盾尾间隙的连续测量，提高测量精度，并可在盾尾周向多点布置。实现了盾尾间隙自动测量，避免人工测量引起的误差。结构简单，性能可靠，具有很强的环境适应能力。该测量装置中采用了技术成熟的角度传感器，可靠性好，测量精度高，生产成本低。第一种实施方式中，所述检测臂4与所述管片8接触的端部设有滚轮6，所述滚轮6铰接在所述检测臂4的端部。

盾尾间隙改变时，检测臂4的端部与管片8的外侧面之间会产生相对移动，在检测臂4的端部设置滚轮，可以减少检测臂4与管片8之间的摩擦力，将滑动摩擦改变为转动摩擦。

加入滚轮6后，盾尾间隙的换算公式中加入滚轮6的半径，滚轮6的半径也是已知量，通过角度传感器1检测的角度，依然可以换算出盾尾间隙。

第二种实施方式中，如图3所示，所述连接轴3的端部设有中心孔，所述角度传感器1的转轴11插入所述中心孔，并与所述连接轴3同轴固定连接。

检测臂4的转动动作通过连接轴3传递到角度传感器1，检测臂4受到的外力由连接轴3和底座2承受，角度传感器1只承受扭矩不承受外力，以保证测量精度、避免受损。

上述各具体的实施方式中，所述检测臂4包括长臂段和短臂段，所述长臂段和所述短臂段二者成预定角度，所述连接轴3的轴线穿过二者夹角的顶点，所述短臂段的端部与所述拉簧5连接，所述长臂段的端部与所述管片8的外侧面接触，所述角度传感器1检测所述长臂段与所述管片的夹角或夹角的余角。具体的长臂段与短臂段的相对位置如附图所示。

进一步具体的实施方式中，所述连接轴3与所述检测臂4固定连接，与所述底座2的座孔铰接。

一种具体的实施方式如下，如图1至图4所示：该机械式盾尾间隙测量装置包括角度传感器1、底座2、连接轴3、检测臂4、拉簧5、滚轮6和弹簧固定座7。使用时，该装置安装在盾尾壳体9内部，检测臂4通过滚轮6，接触管片8外侧面。底座2和弹簧固定座7安装在盾尾壳体9内部，角度传感器1采用螺栓安装在底座2上。同时，如图3所示，角度传感器1的转轴11插入连接轴3的中心孔，并与连接轴3同轴固连。连接轴3与底座2座孔铰接。检测臂4与连接轴3固连。

检测臂4下部后倾布置，以利于盾构推进时管片8与盾壳的相对运动。检测臂4的转动动作通过连接轴3传递到角度传感器1，检测臂4受到的外力由连接轴3和底座2座孔承受，角度传感器1只承受扭矩不承受外力。滚轮6铰接在检测臂4下部末端，拉簧5一端连接在检测臂4上部，另一端连接在弹簧固定座7上。

如图4所示，b为盾尾间隙；h为角度传感器1的转轴11轴线到盾壳9内壁的距离，该距离可以通过装配保证；l为检测臂4的臂长；r为滚轮半径；设定检测臂4竖直向下时的位置为角度传感器1的测量零点，则θ为角度传感器1测得的转角，该转角即为检测臂4与管片8的夹角的余角；a为检测臂4有效长度在图中竖直方向的投影。

根据几何关系可以得出：b+h=a+r；a=l*cosθ；则盾尾间隙为：b=l*cosθ+r-h；在拉簧5拉力作用下，检测臂4有绕连接轴3顺时针转动的趋势，使得安装在测量臂4下端的滚轮6与管片8保持紧密贴合，以适应盾尾壳体9与管片8之间间隙的变化。同时，滚轮6对管片8施加一定的压力，以克服附着在管片8表面的灰尘、油污对测量间隙的影响。

角度传感器1的转轴11轴线到盾尾壳体9内壁的距离h、检测臂3有效长度l和滚轮半径r在盾构设计时可以确定。利用角度传感器1实时测量的角度θ代入公式，可以得到盾尾间隙b。盾构控制系统可以据此生成盾尾间隙与时间的相对曲线，通过对该曲线进行分析，可以排出异常数据，提高测量的准确性。

以上对本发明所提供的机械式盾尾间隙测量装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种机械式盾尾间隙测量装置，设置在盾尾壳体的内部，其特征在于，包括：角度传感器、底座、连接轴、检测臂和拉簧；所述底座固定在所述盾尾壳体上，所述检测臂一端安装在所述底座上，另一端与管片的外侧面接触；所述检测臂从所述底座的一侧通过连接轴安装在所述底座上，所述角度传感器安装在所述底座的另一侧，所述角度传感器的转轴与所述连接轴的端部连接，所述转轴、所述连接轴和所述检测臂三者同步转动；与所述底座连接的所述检测臂的端部与所述拉簧的一端连接，所述拉簧的另一端与所述盾尾壳体上设置的弹簧固定座连接，使得所述检测臂与所述管片接触的端部具有向所述管片转动的趋势，从而使检测臂与管片保持接触；所述角度传感器检测所述检测臂与所述管片的夹角或夹角的余角；

所述检测臂与所述管片接触的端部设有滚轮，所述滚轮铰接在所述检测臂的端部；

所述连接轴的端部设有中心孔，所述角度传感器的转轴插入所述中心孔，并与所述连接轴同轴固定连接；

所述检测臂包括长臂段和短臂段，所述长臂段和所述短臂段二者成预定角度，所述连接轴的轴线穿过二者夹角的顶点，所述短臂段的端部与所述拉簧连接，所述长臂段的端部与所述管片的外侧面接触，所述角度传感器检测所述长臂段与所述管片的夹角或夹角的余角；

所述连接轴与所述检测臂固定连接，与所述底座的座孔铰接。

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