CN112033676A - 盾构机主轴承检测及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及盾构机主轴承检测及修复方法，所述方法至少包括：在盾构机的主轴承上设置用于检测振动信号的第一传感器，以及在盾构机的主轴承的唇形密封结构上设置有用于检测主轴承密封性能以及液体折射率的第二传感器；将多个所述第一传感器在同一时间范围内传输的多个振动信号彼此叠加形成总振动信号；基于以能够形成环形谐振腔的方式设置于所述主轴承的唇形密封结构上的所述第二传感器传输的主轴承密封性能参数以及通过折射率的变化获取的液体成分信息验证所述总振动信号。

Description

盾构机主轴承检测及修复方法

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域，尤其涉及盾构机主轴承检测及修复方法。

背景技术

主轴承作为盾构机的主要承载部件，承受盾构机运转过程中的主要载荷，是刀盘驱动的主要传动部件。由于盾构机主轴承安装于盾构机主驱动内部，结构封闭，难以安装各类传感器对主轴承运行状态进行监测。通常在掘进过程中，操作手通过盾构机各项运行参数，根据个人经验初步判断主轴承是否发生故障，并通过对主轴承润滑油进行理化指标分析、光谱分析、铁谱分析进行验证，确认发生故障后，拆除一组减速机，漏出主轴承，观察并确认轴承发生故障的部分及损坏情况。即凭借以往经验对主轴承使用状态进行评估，缺乏理论依据，容易造成维修过剩或维修不足。

例如，公开号为CN109915492A的中国专利文献公开了一种盾构机主轴承监测装置，包括在盾构机主驱动大法兰盘上开的通孔，在所述通孔内安装有监测头靠近主轴承内圈用于采集主轴承轴向位移信号的传感器，通过传感器监测主轴承轴向位移的位移量大小，从而监测轴向游隙是否超标，来判断主轴承是否磨损严重，对主轴承故障进行提前预测，降低因主轴承故障而造成的停机风险，确保施工安全。同时在传感器上套装有用于保护传感器的尼龙套。但是该专利文献公开的监测装置没有办法测量主轴承的游隙。具体而言，该专利文献提供的检测装置通过通孔安装测量主轴承位移量的传感器，然后其头端对准主轴承内圈，进而测量其头端与主轴承内圈的距离来获取主轴承的游隙变化。但是一方面，主轴承的轴向游隙由磨损而造成的变化较小，更多的是由于承受的负载过大，冲击力造成压痕导致主轴承的零部件变形，进而其游隙变化较大。而且如果冲击力过大的话，会造成胶合急速发展，导致主轴承零部件出现变形、裂开，甚至是缺口。在内部存在缺口或者不均匀变形的情况下，通过测量主轴承内圈与传感器头端之间的距离，可能无法准确地测量游隙是否超过阈值。另一方面，在主轴承承受负载过大的情况下，主轴承可能与传感器彼此接触，进而破坏传感器。

例如，公开号为CN108549741A的中国专利文献公开了盾构机主轴承密封性能健康评估方法与系统。所述评估方法包括以下步骤：

数据采集处理步骤：获取并处理盾构机在运行过程中的原始状态变量，得到状态变量数据集；

特征处理步骤：对状态变量数据集进行特征处理，获得低维特征评估向量；

健康评估步骤：根据低维特征评估向量对主轴承密封性能健康状态进行相应的状态评估与性能预测。主轴承密封系统是主轴承的关键部件，如果在施工过程中因密封系统损坏，可能造成主轴承润滑油泄露或者泥渣颗粒进入齿轮箱引起主轴承和齿轮的损坏，因此对除了对主轴承的振动信号进行监测外也需要对主轴承的密封系统进行监测。但是，该专利没有考虑到如果检测主轴承的传感器损坏的情况下，其得到的检测数据可能都是错误的，其评估得到的结果也无法正确的评估主轴承的密封性能，从而可能导致频繁报警导致盾构机多次被迫停机。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种盾构机主轴承检测方法，所述方法至少包括：

在盾构机的主轴承的唇形密封结构上设置有用于检测主轴承密封性能以及液体折射率的第二传感器。所述第二传感器以能够形成环形谐振腔的方式设置于所述主轴承的唇形密封结构上。通过该设置方式，能够检测到唇形密封结构发生的形变量，从而能够得到主轴承的外密封和内密封的密封性能。此外，由于在内、外圈唇形密封结构形成的凹槽中注入的具有一定压力的油脂作为密封液体，因此通过第二传感器能够检测到凹槽内的液体的折射率变化，进而能够得到油脂折射率的变化，从而获取油脂中是否混入泥水。优选地，由于泥水中大部分为二氧化硅，其折射率较小，在1.42左右，而混入铜等中进水杂质时，其折射率变化显著，接近2.0，因此第二传感器的光谱的谐振峰和间隔变化显著，也能检测到凹槽内是否混入主轴承磨损的碎片等信息。因此能够通过凹槽内的液体折射率信息，进一步明确故障的原因。

本发明还提供一种盾构机主轴承检测方法，所述方法至少包括：

在盾构机的主轴承上设置用于检测振动信号的第一传感器，以及在盾构机的主轴承的唇形密封结构上设置有用于检测主轴承密封性能以及液体折射率的第二传感器；

将多个所述第一传感器在同一时间范围内传输的多个振动信号彼此叠加形成总振动信号；

基于以能够形成环形谐振腔的方式设置于所述主轴承的唇形密封结构上的所述第二传感器传输的主轴承密封性能参数以及通过折射率的变化获取的液体成分信息验证所述总振动信号。

本发明还提供一种盾构机主轴承检测方法，所述方法至少包括：

在盾构机的主轴承上设置用于检测振动信号的第一传感器，以及在盾构机的主轴承的唇形密封结构上设置有能够以形成环形谐振腔的方式检测主轴承密封性能以及液体折射率的第二传感器；

将多个所述第一传感器在同一时间范围内传输的多个振动信号彼此叠加形成总振动信号，并提取所述总振动信号中幅值域特征参数大于第一阈值的第一局部信号；

基于所述第一局部信号获取其频域特征且以所述频域特征与主轴承的故障特征匹配的方式确定至少一个传输第一局部信号的第一传感器和主轴承故障类型。在所述第一局部信号的频域特征与主轴承的故障特征无法匹配的情况下开启所述第二传感器，并基于所述第二传感器获取主轴承密封性能参数以及通过折射率的变化获取液体成分信息，从而通过主轴承密封性能参数以及渗出液体成分信息验证传输第一局部信号的第一传感器所测量的振动信号。

根据一种优选实施方式，所述第二传感器能够缠绕在盾构机主轴承的唇形密封结构的周向上。所述第二传感器至少包括下包层、芯层和上包层。下包层的折射率小于芯层。上包层为所述唇形密封结构形成的凹槽内的液体。如果芯层的折射率大于所述唇形密封结构形成的凹槽内的液体的折射率，则第二传感器能够输出具有多个谐振峰的光谱。如果芯层的折射率小于所述唇形密封结构形成的凹槽内的液体的折射率，则第二传感器能够无法输出具有多个谐振峰的光谱。

根据一种优选实施方式，所述第二传感器的端部能够沿唇形密封结构形成的凹槽和注入润滑油的通道延伸至外界。所述第二传感器的端部与光接收器或者光源连接。

根据一种优选实施方式，所述第一传感器至少包括彼此检测振动方向正交的至少三个传感器。以盾构机掘进环行程为周期对传感器测量的数据进行存储和叠加处理。提取所述盾构机掘进环行程内的叠加的总振动信号中幅值域特征参数大于第一阈值的第一局部信号。所述幅值域特征参数至少包括振动烈级。在所述第一阈值为表示盾构机的主轴承的振动存在异常但可以短期运行的情况下，基于所述第一局部信号的幅值特征参数和频域特征参数进行二次诊断以确定盾构机主轴承是否发生故障。如果经过所述二次诊断确定所述第一局部信号的频域特征参数处于第二阈值范围内，则确定盾构机的主轴承装置发生故障。如果经过所述二次诊断确定所述第一局部信号的频域特征参数处于第二异常阈值范围外，则盾构机的主轴承的故障特征无法匹配。

根据一种优选实施方式，在所述第一阈值为表示盾构机的主轴承存在振动异常且无法运行的情况下，基于所述第一局部信号的幅值特征参数和频域特征参数进行二次诊断以确定第一局部信号的故障频率。在经过二次诊断确定盾构机的主轴承发生故障的情况下，基于所述第一局部信号的故障频率与主轴承的故障频率进行比对以确定主轴承发生故障的零部件。基于发生故障的零部件确定至少一个引起所述第一局部信号的第一传感器。

根据一种优选实施方式，基于发生故障的零部件确定至少一个引起所述第一局部信号的第一传感器的步骤至少包括：

基于发生故障的零部件确定监测该零部件的至少一个第一传感器；

基于监测该零部件的至少一个第一传感器选取距离发生故障的零部件最近且监测的振动方向与所述第一局部信号的振动方向相同的第一传感器，其中，

在监测的振动方向与所述第一局部信号的振动方向相同的监测该零部件的传感器的数量大于一个的情况下，选取彼此距离最近且监测的振动方向与所述第一局部信号的振动方向相同的两个第一传感器。调取所述两个第一传感器的前一个或前多个掘进环内接收的历史振动信号。基于所述第一局部信号的时域和频域信息过滤所述历史振动信号生成第二局部信号。基于所述两个第一传感器的第二局部信号进行比对以确定引起第一局部信号的第一传感器。

根据一种优选实施方式，基于确定的引起第一局部信号的第一传感器的第一局部信号和第二局部信号构建行为曲线。基于所述行为曲线中发生故障的趋势预测主轴承在下一个掘进环行程被是否会发生故障。基于第二传感器获取主轴承密封性能参数以及通过折射率的变化获取液体成分信息修正所述行为曲线。

本发明还提供一种盾构机主轴承修复方法，所述方法至少包括：

使用上述优选实施方式中任一所述的盾构机主轴承检测方法获取引起所述第一局部信号的至少一个第一传感器和所述至少一个第一传感器基于其行为曲线得到盾构机主轴承发生故障的趋势，其中，

基于获取的所述至少一个第一传感器确定盾构机主轴承需要修复的零部件和位置；

基于获取的盾构机轴承发生故障的趋势确定修复零部件的时间节点。

附图说明

图1是本发明的盾构机主轴承检测方法的一个优选实施方式的步骤流程示意图；

图2是本发明的盾构机主轴承修复方法的一个优选实施方式的步骤流程示意图；

图3是现有盾构机主驱动密封结构示意图；

图4唇形密封结构的受力形变示意图。

附图标记列表

10：主轴承 20：外密封

30：内密封 40：驱动盘

50：唇形密封结构 60：液体。

具体实施方式

下面结合附图1至4进行详细说明。首先对盾构机主轴承的结构和故障进行说明。

盾构机主轴承是盾构机主驱动中最精密的部件，主要承担带动刀盘旋转并承受刀盘扭矩的作用。在盾构施工中，如果主轴承的润滑系统发生故障或者是轴承发生扭曲变形，将极易导致主轴承的迅速瘫痪。而主轴承一旦瘫痪，则必须更换主轴承。但是主轴承的更换难度较大，盾构机需要停机的时间较长，会严重延工程工期，造成巨大的损失。

目前盾构机主要采用三排三列滚柱式轴承、三排四列滚柱式轴承和双列圆锥滚子轴承。其中应用最广泛的是三排三列滚柱式轴承。三排三列式滚柱式轴承主要由三排圆柱滚子轴承构成，分别承受径向力和轴向力。滚柱轴承宽度为300~400 mm。采用铜质保持架。三排三列滚子轴承中位于右方的主推进滚柱主要承受刀盘切削时的主推进力和由于刀盘等部件自身重量产生的倾覆力矩，位于下方的径向滚柱主要承受径向力，位于左方的反推进滚柱主要承受刀盘的倾覆力矩和切削土体的反推力。由于主轴承工作环境比较恶劣，因此对润滑系统的要求比较高。主轴承润滑系统采用多级密封的形式，前端是一道位于刀盘侧的外密封层，里面是由五道唇形密封。机械密封就可以将大部分的泥浆、水等杂质阻挡在主轴承外，再加上密不透风的五道唇形密封，更是保证了外部杂质不能内侵、内部油液不能外漏。但是当主轴承连续过载运行或有特殊情况时，一旦杂物进入主轴承内部，将会给主轴承带来难以估量的破坏。然而即使新的轴承，在正常工作一段时间后或使用不当时也会出现因剥落、磨损、腐蚀等原因导致的失效。

在工程实践中，轴承的故障形式是复杂多变的。具体而言，故障形式至少包括胶合类失效、磨损类失效、烧伤类失效、腐蚀类失效、破损类失效和压痕类失效。例如，在故障形式为胶合类失效时，其故障特征为内环、外环和钢珠发生胶合，以及轴承的内环和外环有螺旋状胶合。胶合类失效会导致主轴承零部件发生烧伤并粘附在一起。胶合类失效产生的原因包括轴承的润滑不好，添加的润滑脂强度过高，传动轴启动时加速度过大。胶合类失效产生的原因还包括内环与外环滚道面相对位置发生偏离，轴承工作速度过高。磨损类失效的故障特征为表面有类似静压痕的痕迹，在内环或外环出现磨痕。磨损类失效产生的原因有：

1、轴承工作过程中出现的小幅度摆动；

2、轴承零部件因松动出现的摩擦；

3、杂质进入轴承内部；

4、传动轴对中不好。

由此可见，主轴承的故障特征相同的情况下，其有多种产生相同故障特征的原因，因此操作人员需要利用其经验或者拆卸之后的多种检测，才能确定发生故障的原因，这对故障原因进行维修，从而导致维修时间成本过高，可能会延误工期，造成重大损失。此外，有轴承的振动机理可知，外部振荡以及轴承自身构造缺陷、磨损、腐蚀等内外因素都可能引发轴承振动。轴承的振动主要由两种，一种是固有振动，另一种是故障振动。固有振动与轴承的自身结构特性有关，无论轴承有无故障，它都普遍存在于振动的始末，是轴承固有的、内在的、本质的振动。故障振动与轴承是否发生故障有关，故障振动的发生决定着轴承的健康状态，是故障诊断中需要得到的一种振动形式，也是轴承故障诊断中重点分析的对象。

从以上主轴承的故障类型分析可以看出，测量主轴承的振动信号可以及时地检测出大部分的故障，但是部分故障以及故障原因的明确，仅依靠振动诊断是无法明确的。而且，盾构机所从事的作业时地下盾构施工，工作环境恶劣、承受的负载复杂、冲击力过大，因此不仅主轴承的故障频发，而且监测主轴承的传感器也可能会损坏。

优选地，为了解决此问题，本发明在主轴承设置用于监测振动信号的第一传感器的基础上，还设置有第二传感器。第二传感器用于监测主轴承密封结构的性能。第二传感器还用于监测密封结构的油脂的折射率。一般来说，在内、外圈唇形密封结构形成的凹槽中不断注入一定压力的油脂，油道内的多余的油脂不断向刀盘前部挤出从而起到密封的作用。当唇形密封结构50出的油脂含有杂质，例如二氧化硅，证明密封结构被破坏，外界的泥土通过密封结构进入主轴承10，从而导致主轴承10被破坏性磨损。此外，如果在唇形密封结构处50的油脂内检测到较多的铜元素和其他杂质，那么说明主轴承10已经过度磨损。优选地，如图3所示，盾构机主驱动包括主轴承10、外密封20、内密封30和驱动盘40。优选地，外密封20和内密封30一般采用唇形密封结构50。唇形密封结构如图4所示。优选地，当液体60压力从左端进入，密封及档环受压后整体有向右移动的趋势。优选地，液体60压力可以是泥水压力。液体60压力也可能是由于迷宫堵塞，润滑脂的注入的压力。当液体60压力增高，克服第一道封轴向压缩量。由于密封唇口面积大于密封肩部面积，唇形密封结构50会呈顺时针翻转。优选地，从图4中，可以看到，当唇形密封结构50收到压力后，除了顺时针翻转外，还会发生形变。优选地，第二传感器可以套设在唇形密封结构50上。优选地，第二传感器可以是除去包层的光纤。第二传感器可以缠绕在唇形密封结构50上。第二传感器的一端沿着凹槽、注入润滑油的通道延伸至外界。该延伸至外界的端口与接收光信号的传感器连接。优选地，第二传感器的另一端同样可以沿着凹槽、注入润滑油的通道延伸至外界。第二传感器的另一端可以与激光或者发射特定波长的光源连接。优选地，光源可以发射包含第三通信窗口的波长。优选地，光源可以发射1500nm~1650nm范围波长的光。优选地，由于第二传感器可以缠绕在唇形密封结构50上，因此第二传感器在唇形密封结构50上可以形成一个环形谐振腔。环形谐振腔的光谱特征是具有一系列近似周期性的谐振峰。当唇形密封结构50发生形变的情况下，其半径发生变化，进而第二传感器的光谱中谐振峰发生漂移，并且谐振峰之间的间隔也发生变化。优选地，第二传感器至少包括下包层、芯层和上包层。优选地，下包层的折射率小于芯层的折射率。优选地，由于第二传感器的包层被剥除，因而唇形密封结构50的液体作为第二传感器的包层。优选地，如果芯层的折射率大于所述唇形密封结构形成的凹槽内的液体的折射率，则第二传感器能够输出具有多个谐振峰的光谱。即此时的第二传感器能够将光限制在其芯层内。因此可以利用消逝场进行传感，即当液体中混杂有其他杂质的情况下，其折射率发生变化，因此第二传感器的光谱的谐振峰会发生漂移。优选地，如果第二传感器的芯层的折射率小于所述唇形密封结构形成的凹槽内的液体的折射率，则第二传感器能够无法输出具有多个谐振峰的光谱。通过该设置方式，检测第二传感器输出的光谱，如果其光谱没有谐振峰，则表明上包层，即液体内润滑油（折射率一般在1.51左右）大于芯层（光纤芯层的折射率一般在1.465左右），从而大部分的光沿液体中传播，从而能够发现润滑油中混有杂质。通过以上设置方式，能够检测到唇形密封结构50发生的形变量，从而能够得到主轴承10的外密封20和内密封30的密封性能。此外，由于在内、外圈唇形密封结构形成的凹槽中注入的具有一定压力的油脂作为密封液体，因此通过第二传感器能够检测到凹槽内的液体的折射率变化，进而能够得到油脂折射率的变化，从而获取油脂中是否混入泥水。优选地，由于泥水中大部分为二氧化硅，其折射率较小，在1.42左右，而混入铜等中进水杂质时，其折射率变化显著，接近2.0，因此第二传感器的光谱的谐振峰和间隔变化显著，也能检测到凹槽内是否混入主轴承磨损的碎片等信息。因此能够通过凹槽内的液体折射率信息，进一步明确故障的原因。

实施例1

本实施例公开了一种盾构机主轴承检测方法，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

优选地，在主轴承10的唇形密封结构50上设置第二传感器能够获取主轴承密封性能、油脂是否混入泥水等信息，从而能够明确发生故障的原因。但是采用光纤或者光学器件进行测试时，对测试环境的要求高，因此一般在盾构机停机时进行测试。此外，由于唇形密封结构的半径较小，且第二传感器可以选择折射率位于1.46至2.2的材料制作环形的光波导，因此第二传感器可以检测唇形密封结构50的微小变化，即第二传感器的灵敏度较高。如果在盾构机掘进时进行测试，其测试结果可能不够准确和稳定。因此，第二传感器可以作为辅助测试的手段与振动信号检测的手段进行结合。

优选地，如图1所示，本实施例公开的盾构机主轴承检测方法至少包括如下步骤：

S100：在盾构机的主轴承上设置用于检测振动信号的第一传感器，以及在盾构机的主轴承的唇形密封结构上设置有用于检测主轴承密封性能以及液体折射率的第二传感器。优选地，将多个第一传感器在同一时间范围内传输的多个振动信号彼此叠加形成总振动信号。优选地，第一传感器至少包括彼此检测振动方向正交的至少三个传感器。以盾构机掘进环行程为周期对传感器测量的数据进行存储和叠加处理。通过该设置方式，由于盾构机的掘进作业都是以掘进环为单位进行掘进，而且考虑到相邻掘进环其地质性质相似，使得监测得到的数据具有连续性，进而使得后续构建的行为曲线更为准确的表征盾构机主轴承的运行状况，使得后续基于行为曲线预测盾构机主轴承发生故障的趋势更为精确。此外，以掘进环为单位进行存储，进而以掘进环为度量单位进行比较分析，只需要参考相邻的有限个掘进环内的数据，进而大幅度地减少需要处理的数据量，使得数据处理需要时间短，从而能够在短时间内实现预测盾构机主轴承发生故障的趋势。

S200：优选地，基于以能够形成环形谐振腔的方式设置于主轴承的唇形密封结构上的第二传感器传输的主轴承密封性能参数以及通过折射率的变化获取的液体成分信息验证总振动信号。优选地，为了减少计算量以及第二传感器需要稳定的测试环境，可以在盾构机以掘进环进行掘进的停机间歇中开启第二传感器。优选地，还可以在第一传感器无法确定故障时，开启第二传感器进行测量，从而验证第一传感器测量数据的准确性。

优选地，将多个第一传感器在同一时间范围内传输的多个振动信号彼此叠加形成总振动信号，并提取总振动信号中幅值域特征参数大于第一阈值的第一局部信号。

优选地，提取盾构机掘进环行程内的叠加的总振动信号中幅值域特征参数大于第一阈值的第一局部信号。幅值域特征参数至少包括振动烈级。在第一阈值为表示盾构机的主轴承的振动存在异常但可以短期运行的情况下，基于第一局部信号的幅值特征参数和频域特征参数进行二次诊断以确定盾构机主轴承是否发生故障。如果经过二次诊断确定第一局部信号的频域特征参数处于第二阈值范围内，则确定盾构机的主轴承装置发生故障。如果经过二次诊断确定第一局部信号的频域特征参数处于第二异常阈值范围外，则盾构机的主轴承的故障特征无法匹配。

优选地，二次诊断需要将第一局部信号进行频域转换，从而获取第一局部信号的频域特征参数。优选地，频域转换可以采用小波包转换分解和重构，然后基于希尔伯特变换获取其包络信号。对包括信号进行傅里叶变换得到第一局部信号的包括谱，从而得到故障频率和频谱特征。优选地，第二阈值至少包括主轴承各种故障情况下的故障频率和对应的频谱特征。优选地，二次诊断即是通过盾构机主轴承的自身参数计算得到的第二阈值与第一局部信号的频域特征进行对比分析。例如故障频率和故障的特有的频谱特征的匹配。

根据一种优选实施方式，在第一阈值为表示盾构机的主轴承存在振动异常且无法运行的情况下，基于第一局部信号的幅值特征参数和频域特征参数进行二次诊断以确定第一局部信号的故障频率。在经过二次诊断确定盾构机的主轴承发生故障的情况下，基于第一局部信号的故障频率与主轴承的故障频率进行比对以确定主轴承发生故障的零部件。基于发生故障的零部件确定至少一个引起第一局部信号的第一传感器。优选地，基于发生故障的零部件确定至少一个引起第一局部信号的第一传感器的步骤至少包括：

基于发生故障的零部件确定监测该零部件的至少一个第一传感器；

基于监测该零部件的至少一个第一传感器选取距离发生故障的零部件最近且监测的振动方向与第一局部信号的振动方向相同的第一传感器，其中，

在监测的振动方向与第一局部信号的振动方向相同的监测该零部件的传感器的数量大于一个的情况下，选取彼此距离最近且监测的振动方向与第一局部信号的振动方向相同的两个第一传感器。调取两个第一传感器的前一个或前多个掘进环内接收的历史振动信号。基于第一局部信号的时域和频域信息过滤历史振动信号生成第二局部信号。优选地，过滤历史振动信号可以是与第一局部信号的频率对应。基于两个第一传感器的第二局部信号进行比对以确定引起第一局部信号的第一传感器。

优选地，基于确定的引起第一局部信号的第一传感器的第一局部信号和第二局部信号构建行为曲线。基于行为曲线中发生故障的趋势预测主轴承在下一个掘进环行程被是否会发生故障。基于第二传感器获取主轴承密封性能参数以及通过折射率的变化获取液体成分信息修正行为曲线。优选地，如果在行为曲线中发生故障的时间节点处与第二传感器在相近的时间节点处传输的主轴承密封性能和液体成分信息对应的主轴承的工作状态相对应，则确定第一传感器正常工作。如果，行为曲线中发生的故障以及时间节点与第二传感器测量的结果不对应，那么第一传感器的测量结果可能是错误的，需要进一步验证，从而确定是否第一传感器的测量结果和第二传感器的测量结果。

S300：基于第一局部信号获取其频域特征且以频域特征与主轴承的故障特征匹配的方式确定至少一个传输第一局部信号的第一传感器和主轴承故障类型。在第一局部信号的频域特征与主轴承的故障特征无法匹配的情况下开启第二传感器，并基于第二传感器获取主轴承密封性能参数以及通过折射率的变化获取液体成分信息，从而通过主轴承密封性能参数以及液体成分信息验证传输第一局部信号的第一传感器所测量的振动信号。优选地，如果第一局部信号与主轴承的故障特征无法匹配则需要使用第二传感器验证第一传感器的测量结果。一般来说，如果第一传感器频繁出现第一局部信号的频域特征与主轴承的故障特征无法匹配，那么第一传感器的测量结果可能损坏，其测量的数据不可靠，需要更换。

优选地，第二传感器能够缠绕在盾构机主轴承的唇形密封结构的周向上。第二传感器至少包括下包层、芯层和上包层。下包层的折射率小于芯层。上包层为唇形密封结构形成的凹槽内的液体。如果芯层的折射率大于唇形密封结构形成的凹槽内的液体的折射率，则第二传感器能够输出具有多个谐振峰的光谱。如果芯层的折射率小于唇形密封结构形成的凹槽内的液体的折射率，则第二传感器能够无法输出具有多个谐振峰的光谱。

优选地，第二传感器的端部能够沿唇形密封结构形成的凹槽和注入润滑油的通道延伸至外界。第二传感器的端部与光接收器或者光源连接。

实施例2

本实施例公开了一种盾构机主轴承修复方法，在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

优选地，如图2所示，本实施公开的盾构机主轴承修复方法至少包括如下步骤：

S400：使用实施例1中公开的盾构机主轴承检测方法获取引起第一局部信号的至少一个第一传感器和至少一个第一传感器基于其行为曲线得到盾构机主轴承发生故障的趋势。

S500：基于获取的至少一个第一传感器确定盾构机主轴承需要修复的零部件和位置。

S600：基于获取的盾构机轴承发生故障的趋势确定修复零部件的时间节点。优选地，可以根据该时间节点计算距离该时间节点最接近的完成掘进环行程的结束时间节点，从而确定以结束时间节点作为修复零部件的时间节点。通过该设方式，不仅能够快速地确定发生故障的位置，还能够在主轴承发生停机故障之前进行修复，避免盾构机在掘进的过程中停机，或者出现安全事故。

本发明说明书包含多项发明构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.盾构机主轴承检测方法，其特征在于，所述方法至少包括：

在盾构机的主轴承的唇形密封结构上设置能够以形成环形谐振腔的方式检测主轴承密封性能以及液体折射率的第二传感器。

2.盾构机主轴承检测方法，其特征在于，所述方法至少包括：

在盾构机的主轴承上设置用于检测振动信号的第一传感器，以及在盾构机的主轴承的唇形密封结构上设置有用于检测主轴承密封性能以及液体折射率的第二传感器；

将多个所述第一传感器在同一时间范围内传输的多个振动信号彼此叠加形成总振动信号；

基于以能够形成环形谐振腔的方式设置于所述主轴承的唇形密封结构上的所述第二传感器传输的主轴承密封性能参数以及通过折射率的变化获取的液体成分信息验证所述总振动信号。

3.盾构机主轴承检测方法，其特征在于，所述方法至少包括：

在盾构机的主轴承上设置用于检测振动信号的第一传感器，以及在盾构机的主轴承的唇形密封结构上设置有能够以形成环形谐振腔的方式检测主轴承密封性能以及液体折射率的第二传感器；

将多个所述第一传感器在同一时间范围内传输的多个振动信号彼此叠加形成总振动信号，并提取所述总振动信号中幅值域特征参数大于第一阈值的第一局部信号；

基于所述第一局部信号获取其频域特征且以所述频域特征与主轴承的故障特征匹配的方式确定至少一个传输第一局部信号的第一传感器和主轴承故障类型，其中，

在所述第一局部信号的频域特征与主轴承的故障特征无法匹配的情况下开启所述第二传感器，并基于所述第二传感器获取主轴承密封性能参数以及通过折射率的变化获取液体成分信息，从而通过主轴承密封性能参数以及渗出液体成分信息验证传输第一局部信号的第一传感器所测量的振动信号。

4.根据权利要求1至3任一所述的盾构机主轴承检测方法，其特征在于，所述第二传感器能够缠绕在盾构机主轴承的唇形密封结构的周向上，其中，

所述第二传感器至少包括下包层、芯层和上包层，下包层的折射率小于芯层，上包层为所述唇形密封结构形成的凹槽内的液体，其中，

如果芯层的折射率大于所述唇形密封结构形成的凹槽内的液体的折射率，则第二传感器能够输出具有多个谐振峰的光谱；

如果芯层的折射率小于所述唇形密封结构形成的凹槽内的液体的折射率，则第二传感器能够无法输出具有多个谐振峰的光谱。

5.根据权利要求4所述的盾构机主轴承检测方法，其特征在于，所述第二传感器的端部能够沿唇形密封结构形成的凹槽和注入润滑油的通道延伸至外界，其中，

所述第二传感器的端部与光接收器或者光源连接。

6.根据权利要求5所述的盾构机主轴承检测方法，其特征在于，所述第一传感器至少包括彼此检测振动方向正交的至少三个传感器，并且以盾构机掘进环行程为周期对传感器测量的数据进行存储和叠加处理，其中，

提取所述盾构机掘进环行程内的叠加的总振动信号中幅值域特征参数大于第一阈值的第一局部信号，并且所述幅值域特征参数至少包括振动烈级，其中，

在所述第一阈值为表示盾构机的主轴承的振动存在异常但可以短期运行的情况下，基于所述第一局部信号的幅值特征参数和频域特征参数进行二次诊断以确定盾构机主轴承是否发生故障，其中，

如果经过所述二次诊断确定所述第一局部信号的频域特征参数处于第二阈值范围内，则确定盾构机的主轴承装置发生故障；

如果经过所述二次诊断确定所述第一局部信号的频域特征参数处于第二异常阈值范围外，则盾构机的主轴承的故障特征无法匹配。

7.根据权利要求6所述的盾构机主轴承检测方法，其特征在于，在所述第一阈值为表示盾构机的主轴承存在振动异常且无法运行的情况下，

基于所述第一局部信号的幅值特征参数和频域特征参数进行二次诊断以确定第一局部信号的故障频率，其中，

在经过二次诊断确定盾构机的主轴承发生故障的情况下，

基于所述第一局部信号的故障频率与主轴承的故障频率进行比对以确定主轴承发生故障的零部件；

基于发生故障的零部件确定至少一个引起所述第一局部信号的第一传感器。

8.根据权利要求7所述的盾构机主轴承检测方法，其特征在于，基于发生故障的零部件确定至少一个引起所述第一局部信号的第一传感器的步骤至少包括：

基于发生故障的零部件确定监测该零部件的至少一个第一传感器；

基于监测该零部件的至少一个第一传感器选取距离发生故障的零部件最近且监测的振动方向与所述第一局部信号的振动方向相同的第一传感器，其中，

在监测的振动方向与所述第一局部信号的振动方向相同的监测该零部件的传感器的数量大于一个的情况下，选取彼此距离最近且监测的振动方向与所述第一局部信号的振动方向相同的两个第一传感器，其中，

调取所述两个第一传感器的前一个或前多个掘进环内接收的历史振动信号，并基于所述第一局部信号的时域和频域信息过滤所述历史振动信号生成第二局部信号；

基于所述两个第一传感器的第二局部信号进行比对以确定引起第一局部信号的第一传感器。

9.根据权利要求8所述的盾构机主轴承检测方法，其特征在于，基于确定的引起第一局部信号的第一传感器的第一局部信号和第二局部信号构建行为曲线，并基于所述行为曲线中发生故障的趋势预测主轴承在下一个掘进环行程被是否会发生故障，其中，

基于第二传感器获取主轴承密封性能参数以及通过折射率的变化获取液体成分信息修正所述行为曲线。

10.盾构机主轴承修复方法，其特征在于，所述方法至少包括：

使用如权利要求1至9任一所述的盾构机主轴承检测方法获取引起所述第一局部信号的至少一个第一传感器和所述至少一个第一传感器基于其行为曲线得到盾构机主轴承发生故障的趋势，其中，

基于获取的所述至少一个第一传感器确定盾构机主轴承需要修复的零部件和位置；

基于获取的盾构机轴承发生故障的趋势确定修复零部件的时间节点。

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