CN110849775B - 一种可检测渣土黏度的盾构机及其黏度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可检测渣土黏度的盾构机及其黏度检测方法，包括主机和后配套，所述主机包括刀盘和土仓，刀盘的背部设有搅拌棒，搅拌棒位于土仓内，所述土仓内设有黏度检测装置，所述黏度检测装置包括传感器组件，所述传感器组件设置在搅拌棒上，且传感器组件通过管线与后台控制系统相连接。本发明在土仓中设置黏度检测装置，对土仓中渣土黏度进行实时监测，即通过设置在搅拌棒上的传感器组件测量渣土搅拌过程对其产生的应力，然后将数据传递给后台控制系统，后台控制系统以搅拌纯水时的应力为标定，然后通过传感器组件测量的搅拌渣土时的应力除以上述标定值，得到渣土黏度的性对值，即实现对渣土黏度的实时检测。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机技术领域，特别是指一种可检测渣土黏度的盾构机及其黏度检测方法。
背景技术
随着公共交通工具地铁的兴起和发展，盾构法施工由于其安全、快速、复杂地层适应性强以及地表沉降小等优势，成为目前城市地铁最主要的施工方法。盾构机可分为泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机两大类。土压平衡盾构机是把土仓内的渣土作为稳定开挖面的介质，刀盘与刀盘后隔板间形成土仓，刀盘旋转、开挖下的渣土进入土仓，再由刀盘后隔板上的螺旋输送机将渣土旋转输出。泥水平衡盾构机是在机械式盾构的刀盘的后侧，设置一道前封闭隔板，前封闭隔板与刀盘间的空间为泥水仓，水、膨润土及其添加剂混合制成的泥浆，经泵送管道压入泥水仓，在盾构的前封闭隔板后侧内插装另一道后封闭隔板，前封闭隔板与后封闭隔板之间的空间为气垫仓，通过调节空气压力和气垫仓内液位，对泥水仓进行加压，保障开挖面上相应的泥浆支护压力。盾构机顺利掘进的关键都是保证渣土/泥水渣顺利排出，为此需要对仓内渣土添加诸如泡沫、膨润土等之类的改良剂使盾构渣土保持为一种“塑性流动”状态。故掘进过程中对渣土黏度的检测就变得十分重要，一旦可以实时检测土仓/泥水仓内渣土黏度的变化就可以随时对改良参数进行动态调整，使参数设置更加合理。为此发明一种新型渣土黏度检测装置。
而现有渣土黏度检测装置都是单独存在，与盾构机融合性差，且不能实时监测渣土情况，影响掘进效率。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出可检测渣土黏度的盾构机及其黏度检测方法，用于解决上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种可检测渣土黏度的盾构机，包括主机和后配套，所述主机包括刀盘和土仓，刀盘的背部设有搅拌棒，搅拌棒位于土仓内，所述土仓内设有黏度检测装置，所述黏度检测装置包括传感器组件，所述传感器组件设置在搅拌棒上，且传感器组件通过管线与后台控制系统相连接。
所述搅拌棒为锥形棒体，锥形棒体位于土仓/泥水仓内，刀盘背部均布有多个锥形棒体，锥形棒体的大头端与刀盘固定连接，传感器组件与锥形棒体同轴线设置且设置于锥形棒体的小头端。
所述传感器组件包括外壳体，外壳体固定在搅拌棒外端部，外壳体内设有应变片，搅拌棒内设有用于过电线的轴向通孔，应变片通过电线与管线相连接。
所述外壳体为圆筒形壳体，应变片均匀粘贴在圆筒形壳体的内壁上。
所述刀盘背部设有中心架，中心架上设有用于过管线的第二线路管道，刀盘上设有第一线路管道，第一线路管道分别与轴向通孔、第二线路管道相对应。
所述后台控制系统信号采集模块、路由器模块和后台控制器，传感器组件与信号采集模块相连接，信号采集模块与路由器模块相连接，路由器模块与后台控制器相连接。
一种可检测渣土黏度的盾构机的黏度检测方法，包括如下步骤：
S1：标定量设置：以单位转速搅拌单位体积纯水时产生的应力为标定量：设刀盘单位转速为υ，试验测得以转速υ搅拌单位体积V水纯水时，传感器组件测得力F水，传感器组件将测得的力F水传递给后台控制系统，根据公式
得到标定量为应力ε水；
S2：渣土应力测量：测量土仓内渣土体积为V渣土，刀盘的转速为υ渣土，传感器组件测得搅拌过程中渣土阻力为F渣土，传感器组件将测得的阻力F渣土传递给后台控制系统，则以在刀盘转速为υ渣土的情况下，搅拌渣土的应力为
S3：计算渣土黏度相对值：根据公式①和②得到渣土黏度相对值为
S4：根据渣土黏度相对值η，检测渣土情况，并调整渣土改良剂参数。
本发明在土仓中设置黏度检测装置，对土仓中渣土黏度进行实时监测，即通过设置在搅拌棒上的传感器组件测量渣土搅拌过程对其产生的应力，然后将数据传递给后台控制系统，后台控制系统以搅拌纯水时的应力为标定，然后通过传感器组件测量的搅拌渣土时的应力除以上述标定值，得到渣土黏度的性对值，即实现对渣土黏度的实时检测。本发明结构简单，通过搅拌棒直接连接在刀盘上，不占用空间且结构检测，检测方便，与盾构机的融合性好；且本发明检测方法简单，便于随时调整渣土改良参数，提高盾构机掘进效率和掘进安全系数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体主机结构示意图。
图2为本发明黏度检测装置在土仓中布置示意图。
图3本发明传感器组件与管线连接示意图。
图4为本发明传感器组件结构示意图。
图5为传感器组件与后台控制系统连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，实施例1，一种可检测渣土黏度的盾构机，包括主机和后配套，所述主机包括刀盘1和土仓10，刀盘1和土仓10相邻，刀盘1的背部设有搅拌棒2，搅拌棒2位于土仓10内，搅拌棒用于对土仓中的渣土进行搅拌，所述土仓10内设有黏度检测装置，所述黏度检测装置包括传感器组件3，所述传感器组件3设置在搅拌棒2上，且传感器组件3通过管线4与后台控制系统相连接。传感器组件用于检测搅拌棒在搅拌渣土过程中产生的应力。传感器组件3通过管线4与后台控制系统相连接，后台控制系统中以搅拌纯水时的应力ε水为标定，然后通过传感器组件测量的搅拌渣土时的应力ε渣土除以上述标定值，得到渣土黏度的性对值
即实现对渣土黏度的实时检测。
优选地，所述搅拌棒2为锥形棒体，锥形棒体位于土仓/泥水仓10内，刀盘 1背部均布有多个锥形棒体，用于对土仓或泥水仓中的渣土的搅拌，锥形棒体的大头端与刀盘1固定连接，传感器组件3与锥形棒体同轴线设置，便于传感器组件感受搅拌过程中产生的正应力，数据更准确。传感器组件3设置于锥形棒体的小头端。即传感器组件伸出搅拌棒便于感应渣土搅拌过程中产生的应力。每个锥形搅拌棒上可均设有传感器组件，传感器组件接收的应力取平均值，确保对渣土黏度的检测数据更准确。
优选地，如图3、4所示，所述传感器组件3包括外壳体303，外壳体303 在渣土搅拌过程中感受阻力会发生形变，外壳体303固定在搅拌棒2外端部，外壳体303内设有应变片302，应变片通过外壳体的形变接收应力，进而得到渣土搅拌的产生的应力。搅拌棒2内设有用于过电线301的轴向通孔304，应变片 302通过电线301与管线4相连接，轴向通孔的设置实现电线与管线4相对刀盘的静止设置，有效避免管线缠绕。所述外壳体303为圆筒形壳体，应变片302 均匀粘贴在圆筒形壳体的内壁上，组成环形感应片组，可接收不同方向上的应力，确保数据准确性。
如图3所示，实施例2，一种适用于盾构土仓/泥水仓渣土黏度检测装置，所述刀盘1背部固定设有中心架5，中心架位于土仓或泥水仓中，中心架5上设有用于过管线4的第二线路管道，刀盘1上设有第一线路管道，第一线路管道分别与轴向通孔304、第二线路管道相对应，传感器组件的电线经轴向通孔、第一线路管道与管线连接，然后经第二线路管道引出土仓或泥水仓，便于与后台控制系统连接，避免管线缠绕。
优选地，如图5所示，所述后台控制系统信号采集模块6、路由器模块7和后台控制器8，传感器组件3与信号采集模块6相连接，信号采集模块6与路由器模块7相连接，路由器模块7与后台控制器8相连接。信号采集模块用以收集黏度检测的传感器组件监测数据，并通过路由器模块将数据无线传输到后台控制器，便于随时调整渣土改良参数。
其他结构与实施例1相同。
实施例3：一种可检测渣土黏度的盾构机的黏度检测方法，包括如下步骤：
S1：标定量设置：以单位转速搅拌单位体积纯水时产生的应力为标定量：
设刀盘1单位转速为υ，试验测得以转速υ搅拌单位体积V水纯水时，传感器组件测得力F水，传感器组件将测得的力F水传递给后台控制系统，根据公式
得到标定量为应力ε水；
S2：渣土应力测量：测量土仓内渣土体积为V渣土，刀盘1的转速为υ渣土，传感器组件测得搅拌过程中渣土阻力为F渣土，传感器组件将测得的阻力F渣土传递给后台控制系统，则以在刀盘1转速为υ渣土的情况下，搅拌渣土的应力为
S3：计算渣土黏度相对值：根据公式①和②得到渣土黏度相对值为
S4：根据渣土黏度相对值η，检测渣土情况，并调整渣土改良剂参数，便于随时调整渣土改良参数，使盾构机处于最佳掘进状态。
其他结构与实施例2相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种可检测渣土黏度的盾构机的黏度检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：标定量设置：以单位转速搅拌单位体积纯水时产生的应力为标定量：设刀盘(1)单位转速为υ，试验测得以转速υ搅拌单位体积V水纯水时，传感器组件测得力F水，传感器组件将测得的力F水传递给后台控制系统，根据公式
得到标定量为应力ε水；
S2：渣土应力测量：测量土仓内渣土体积为V渣土，刀盘(1)的转速为υ渣土，传感器组件测得搅拌过程中渣土阻力为F渣土，传感器组件将测得的阻力F渣土传递给后台控制系统，则以在刀盘(1)转速为υ渣土的情况下，搅拌渣土的应力为
S3：计算渣土黏度相对值：根据公式①和②得到渣土黏度相对值为
S4：根据渣土黏度相对值η，检测渣土情况，并调整渣土改良剂参数；
所述可检测渣土黏度的盾构机，包括主机和后配套，所述主机包括刀盘(1)和土仓(10)，刀盘(1)的背部设有搅拌棒(2)，搅拌棒(2)位于土仓(10)内，所述土仓(10)内设有黏度检测装置，所述黏度检测装置包括传感器组件(3)，所述传感器组件(3)设置在搅拌棒(2)上，且传感器组件(3)通过管线(4)与后台控制系统相连接；
所述传感器组件(3)包括外壳体(303)，外壳体(303)固定在搅拌棒(2)外端部，外壳体(303)内设有应变片(302)，搅拌棒(2)内设有用于过电线(301)的轴向通孔(304)，应变片(302)通过电线(301)与管线(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的可检测渣土黏度的盾构机的黏度检测方法，其特征在于：所述搅拌棒(2)为锥形棒体，锥形棒体位于土仓(10)内，刀盘(1)背部均布有多个锥形棒体，锥形棒体的大头端与刀盘(1)固定连接，传感器组件(3)与锥形棒体同轴线设置且设置于锥形棒体的小头端。
3.根据权利要求2所述的可检测渣土黏度的盾构机的黏度检测方法，其特征在于：所述外壳体(303)为圆筒形壳体，应变片(302)均匀粘贴在圆筒形壳体的内壁上。
4.根据权利要求1～3任一项所述的可检测渣土黏度的盾构机的黏度检测方法，其特征在于：所述刀盘(1)背部设有中心架(5)，中心架(5)上设有用于过管线(4)的第二线路管道，刀盘(1)上设有第一线路管道，第一线路管道分别与轴向通孔(304)、第二线路管道相对应。
5.根据权利要求4所述的可检测渣土黏度的盾构机的黏度检测方法，其特征在于：所述后台控制系统包括信号采集模块(6)、路由器模块(7)和后台控制器(8)，传感器组件(3)与信号采集模块(6)相连接，信号采集模块(6)与路由器模块(7)相连接，路由器模块(7)与后台控制器(8)相连接。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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