CN112682054B - 一种用于tbm施工监测的挖掘设备及其勘测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程技术领域，具体涉及一种用于TBM施工监测的挖掘设备，包括刀头本体、机身本体、稳定装置，所述机身本体的头部与刀头本体活动连接，所述机身本体的尾部与稳定装置活动连接，所述刀头本体包括刀片体、离心机构、离心弹簧、传感器底座、传感器元件和霍尔元件。本发明还提供了该挖掘设备进行监测的方法，用以调整设备整体的高低，实现刀头本体以更贴合岩层进行挖掘作业的效果，本发明根据刀头本体旋转的速度大小的不同，离心弹簧会产生不同的形变，从而与之联动的传感器元件会产生不同信号值，同时霍尔元件正对传感器元件，这些信号被传输到机身本体中的信号处理单元。

Description

一种用于TBM施工监测的挖掘设备及其勘测方法

技术领域

本发明属于工程技术领域，具体涉及一种用于TBM施工监测的挖掘设备及其勘测方法。

背景技术

随着城市交通，铁路，公路，水利及其它市政工程等建设事业的高速增长，中国已经成为世界最大的隧道掘进机(简称TBM)制造基地及应用市场。刀具是TBM破岩掘进的关键部件，是易损耗品。人工检测刀具磨损量与换刀工作占全部工时长，严重拉低了TBM的工作效率，而每停工一天会有近千万的经济损失，因此需要对刀盘上每一个刀位的刀具在使用过程中的磨损、转速、温度、振动情况进行在线监测，让施工人员实时掌握每个刀具的工况，为更换刀具的时机提供更加精确的判据，可提高TBM工作效率，保证工程工期，减少工程投入。

申请号为CN201710410562.7的中国专利公开了一种隧道掘进机刀具在线监测装置，包括后台控制器和云端服务器、6LoWPAN协议边缘路由器和若干个粘附在刀具刀圈上的刀具监测控制器，后台控制器是一个大屏幕的微机或者平板电脑，6LoWPAN协议边缘路由器通过IPv4协议连接后台控制器和云端服务器；刀具监测控制器包括6LoWPAN协议控制器分别与测量刀具磨损量电路、测量温度电路、测量振动旋转电路相连接。能够对刀具的磨损、转速、温度、振动参数进行在线监测，随时、准确掌握刀具状况，延长刀具的使用时间和最佳的更换时间，进而提高工作效率，降低工程成本。并提供其流程合理，适用性强，效果佳的监测方法。

申请号为CN201811166313.9的中国专利公开了一种全断面岩石掘进机刀盘系统关键位置振动及应变的监测方法，属于全断面岩石掘进机地下施工实时监测技术领域。TBM刀盘系统在进行关键位置的测点布置时，有些位置例如内部筋板、中面板等位置往往由于恶劣的外部环境和内部复杂结构难以对它们进行测点的布置来实现对其振动和变形的实时监控，因此本发明通过布置在TBM刀盘系统一些位置的无线传感器和应变片来监测运行过程中的振动和应变状态，同时基于无线网络协议接受传输振动及应变数据，并通过提出的了空间投影预测模型可以实现在已测数据的基础上实现对其他位置振动和应变的合理预测。

申请号为CN201810555095.1的中国专利公开了一种实现地质探测的组合式TBM及地质探测掘进方法，涉及隧道及地下工程施工领域。实现地质探测的组合式TBM包括超前TBM和扩挖TBM，扩挖TBM包围在超前TBM外侧，超前TBM上搭载有探地雷达装置、地质钻机、声波探测装置、微震监测装置，超前TBM开挖能直接揭露隧道掌子面前方地质情况，且超前TBM上可搭载各种超前地质探测装备，既能预报超前TBM掌子面前方地质情况，又能预报扩挖TBM掌子面前方的地质环境。地质探测掘进方法在开挖时进行多种超前地质探测，准确预报隧洞掌子面前方及周围的工程地质、水文地质结构，从而有效避免TBM施工工程地质灾害，确保施工安全，加快进度，节约成本。

然而，以上现有技术中的挖掘设备中的刀头转速、温度等性能参数得不到实现的监测，挖掘施工作业的安全性得不到良好的保障。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了一种用于TBM施工监测的挖掘设备，用以解决现有挖掘设备中的刀头转速、温度等性能参数得不到实现的监测，挖掘施工作业的安全性得不到良好的保障的问题，本发明还提供了采用该挖掘设备进行勘测的方法，用以调整设备整体的高低，实现刀头本体以更贴合岩层进行挖掘作业的效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种用于TBM施工监测的挖掘设备，包括刀头本体、机身本体、稳定装置，所述机身本体的头部与刀头本体活动连接，所述机身本体的尾部与稳定装置活动连接；

所述刀头本体包括刀片体、离心机构、离心弹簧、传感器底座、传感器元件和霍尔元件，所述刀片体安装在刀头本体的外侧，所述离心机构置于刀头本体的内侧，所述离心弹簧的两端均与离心机构两侧连接，且所述传感器底座与离心弹簧的中间段连接，所述传感器元件置于传感器底座的上部，所述霍尔元件与刀头本体连接，且所述霍尔元件正对传感器元件，所述传感器元件和霍尔元件均与信号处理单元电性连接，所述信号处理单元通过无线通信模块与上位机电性连接。

离心机构其中的传感器元件与离心弹簧相互联动，根据刀头本体旋转的速度大小的不同，离心弹簧会产生不同的形变，从而与之联动的传感器元件会产生不同信号值，同时霍尔元件正对传感器元件，霍尔元件会与传感器元件的信号进行较对，比如正转、反转、加速度、扭矩等，这些信号被传输到机身本体中的信号处理单元，经过信号处理单元的结合分析与处理，最终通过无线通信模块与上位机电性连接，上位机与管理人员进行人机交互，为管理人员对施工挖掘设备作出监测，这些数据为管理人员作出相应措施作出依据。

进一步，所述离心机构包括依次首尾活动连接的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆，所述离心机构的两侧对称连接有重锤，两个所述重锤位于刀头本体的滑槽内，且两个所述重锤可在滑槽内左右滑动。

采用这样的离心机构设计，可以使检测离心转动更为灵敏，结构也较简单，可靠性良好。

进一步，所述刀头本体还设有多个温度检测单元，多个所述温度检测单元呈圆周分布于刀头本体的边沿，且多个所述温度检测单元与信号处理单元电性连接。

温度检测单元的加入，可以进一步检测刀头本体中刀片体的温度，避免了设备作业时，产生的大量的温度对刀片体得不到及时的处理而影响寿命以及挖掘性能。

进一步，所述机身本体还包括支撑底环、支撑顶环和可调行走机构，所述支撑底环、支撑顶环同心平行设置，所述支撑顶环通过两根支撑杆与支撑底环的连接，所述可调行走机构与支撑顶环连接。

环形的设计，可以减轻设备整体的重量，同时也增加了强度，可调行走机构具有便捷的移动性，让设备施工时的掘进提供方便。

进一步，所述支撑底环、支撑顶环之间还设有支撑中环，所述支撑中环的连接有多个支撑块，多个所述支撑块呈圆周公布于支撑中环两侧，所述支撑中环底部连接的多个支撑块的另一端与支撑底环连接，所述支撑中环顶部连接的多个支撑块的另一端与支撑顶环连接，所述支撑底环、支撑顶环、支撑中环通过多个丝杆连接。

支撑中环、多个支撑块的加入一方面进一步加强了机身本体的强度，另一方面为实现可调行走机构的固定。

进一步，所述可调行走机构包括多个支脚单元和多个移动滑块，每个所述支脚单元分别与每个移动滑块和支撑顶环活动连接，每个所述移动滑块均套设于每个丝杆的外周，且每个所述移动滑块与每个丝杆螺纹连接。

可调行走机构通过丝杆的转动，让移动滑块相对丝杆向上或向下移动，从而带动支脚单元运转，这样整个设备的高低得到调整，刀头本体相对的作业岩层位置变化，具有灵活调节作业部位的效果。

进一步，每个所述支脚单元包括支脚轮、支脚本体和支撑杆，所述支脚本体的上端与支撑顶环绞接，所述支脚本体的下端与支脚轮转动连接，所述支撑杆的一端与支脚本体活动连接，所述支撑杆的另一端与移动滑块绞接。

可调行走机构通过丝杆的转动，让移动滑块相对丝杆向上或向下移动，支脚轮、支脚本体和支撑杆扩张或缩小，从而带动支脚单元运转，结构简单，易实现。

进一步，所述稳定装置包括伸缩机构和扩张行走机构，所述伸缩机构设置于扩张行走机构的上端，所述伸缩机构与机身本体的尾部连接。

缩小或伸长设备的轮距，尤其针对斜坡路面，采用可变化的轮距，避免因路面障碍物磕碰了设备地盘或别的部件，采用伸缩机构使设备具有更广的适应路面范围。

进一步，所述扩张行走机构包括扩张支座、扩张底座和多个扩张单元，多个所述扩张单元呈圆周均匀分布在扩张支座的外侧，且多个所述扩张单元的上端均与扩张支座活动连接。

扩张行走机构的加入是为了与可调行走机构相匹配，同时扩张单元的设计可让调节整个设备的高低时，保证设备的头部与尾部在同一水平线上，这样刀头本体与岩层接触、挖掘时贴合度更好。

进一步，每个所述扩张单元包括扩张支臂、扩张连接杆和扩张滚轮，所述扩张支臂的上端与扩张支座绞连接，所述扩张支臂的下端与扩张滚轮转动连接，所述扩张连接杆两侧分别与扩张支臂的中部和扩张底座绞接。

扩张单元在扩张支臂、扩张连接杆的联动下，实现扩张单元的扩张与收缩，从而达到扩张行走机构与可调行走机构的匹配，调节设备的高低保得保证。

上述的一种用于TBM施工监测的挖掘设备进行勘测的方法，包括以下步骤：

S1：设备组装，所述支撑底环、支撑顶环同心平行设置，所述支撑顶环通过两根支撑杆与支撑底环的连接，所述可调行走机构与支撑顶环连接，所述机身本体装配完成；

所述伸缩机构设置于扩张行走机构的上端，所述伸缩机构与机身本体的尾部连接，所述稳定装置装配完成；

机身本体的头部与刀头本体活动连接，所述机身本体的尾部与稳定装置活动连接，设备组装完成；

S2：监测阶段，所述刀片体安装在刀头本体的外侧，所述离心机构置于刀头本体的内侧，所述离心弹簧的两端均与离心机构两侧连接，且所述传感器底座与离心弹簧的中间段连接，所述传感器元件置于传感器底座的上部，所述霍尔元件与刀头本体连接，且所述霍尔元件正对传感器元件，所述传感器元件和霍尔元件均与信号处理单元电性连接，所述信号处理单元通过无线通信模块与上位机电性连接。

附图说明

图1为本发明一种用于TBM施工监测的挖掘设备实施例中刀头本体的结构示意图；

图2为本发明一种用于TBM施工监测的挖掘设备实施例的立体结构示意图(视角一)；

图3为本发明一种用于TBM施工监测的挖掘设备实施例的立体结构示意图(视角二)；

图4为本发明一种用于TBM施工监测的挖掘设备实施例中机身本体的立体结构示意图；

图5为本发明一种用于TBM施工监测的挖掘设备实施例中稳定装置的立体结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：

刀头本体1、刀片体10、滑槽100、离心机构11、第一连杆11a、第二连杆11b、第三连杆11c、第四连杆11d、第五连杆11e、第六连杆11f、离心弹簧12、传感器底座13、传感器元件14、霍尔元件15、重锤16、温度检测单元17；

机身本体B、信号处理单元B1、支撑底环B2、支撑中环B3、支撑块B30、支撑顶环B4、支撑杆B5、可调行走机构B6、支脚单元B60、支脚轮B600、支脚本体B601、支撑杆B602、移动滑块B61、丝杆B7；

稳定装置C、伸缩机构C1、扩张行走机构C2、扩张支座C20、扩张底座C21、扩张单元C22、扩张支臂C220、扩张连接杆C221、扩张滚轮C222。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

实施例一：

如图1-5所示，本发明的一种用于TBM施工监测的挖掘设备，包括刀头本体1、机身本体B、稳定装置C，机身本体B的头部与刀头本体1活动连接，机身本体B的尾部与稳定装置C活动连接；

刀头本体1包括刀片体10、离心机构11、离心弹簧12、传感器底座13、传感器元件14和霍尔元件15，刀片体10安装在刀头本体1的外侧，离心机构11置于刀头本体1的内侧，离心弹簧12的两端均与离心机构11两侧连接，且传感器底座13与离心弹簧12的中间段连接，传感器元件14置于传感器底座13的上部，霍尔元件15与刀头本体1连接，且霍尔元件15正对传感器元件14，传感器元件14和霍尔元件15均与信号处理单元B1电性连接，信号处理单元B1通过无线通信模块与TBM上位机电性连接。

设备在现场施工时，由于作业设备头部与岩石接触、切削会产生大量的热量，同时针对不同岩层的特点，岩石的硬度和强度会有所不同，因此掌握设备刀头的各现性能指标尤为重要，比如刀头的转速、温度等。本发明着重检测刀头的转速，以达到TBM施工监测检测的目的。刀头本体1旋转时，设置在刀头本体1背侧的离心机构11在离心力的作用下，离心机构11其中的传感器元件14与离心弹簧12相互联动，根据刀头本体1旋转的速度大小的不同，离心弹簧12会产生不同的形变，从而与之联动的传感器元件14会产生不同信号值，同时霍尔元件15正对传感器元件14，霍尔元件15会与传感器元件14的信号进行较对，比如正转、反转、加速度、扭矩等，这些信号被传输到机身本体B中的信号处理单元B1，经过信号处理单元B1的结合分析与处理，最终通过无线通信模块与TBM上位机电性连接，TBM上位机与管理人员进行人机交互，为管理人员对TBM施工挖掘设备作出监测，这些数据为管理人员作出相应措施作出依据。

作为优选方案，离心机构11包括依次首尾活动连接的第一连杆11a、第二连杆11b、第三连杆11c、第四连杆11d、第五连杆11e和第六连杆11f，离心机构11的两侧对称连接有重锤16，两个重锤16位于刀头本体1的滑槽100内，且两个重锤16可在滑槽100内左右滑动。

该方案为离心机构11结构的设计，离心机构11的两侧对称连接有重锤16，刀头本体1旋转时，两侧对称连接的重锤16在离心力的作用下，两个重锤16在滑槽100内分别朝远离圆心方向滑动，由于该离心机构11采用多个连杆首尾连接，连杆间可以是绞接的，这样第二连杆11b、第三连杆11c与第五连杆11e、第六连杆11f各与两侧的重锤16的带动下使得第一连杆11a、第四连杆11d相互靠拢，同时，离心弹簧12压缩。采用这样的离心机构11设计，可以使检测离心转动更为灵敏，结构也较简单，可靠性良好。

作为优选方案，刀头本体1还设有多个温度检测单元17，多个温度检测单元17呈圆周分布于刀头本体1的边沿，且多个温度检测单元17与信号处理单元B1电性连接。

温度检测单元17的加入，可以进一步检测刀头本体1中刀片体10的温度，避免了设备作业时，产生的大量的温度对刀片体10得不到及时的处理而影响寿命以及挖掘性能。

作为优选方案，机身本体B还包括支撑底环B2、支撑顶环B4和可调行走机构B6，支撑底环B2、支撑顶环B4同心平行设置，支撑顶环B4通过两根支撑杆B5与支撑底环B2的连接，可调行走机构B6与支撑顶环B4连接。

作为设备必不可少的重要部分，机身本体B由支撑底环B2、支撑顶环B4和可调行走机构B6组成，环形的设计，可以减轻设备整体的重量，同时也增加了强度，可调行走机构B6具有便捷的移动性，让设备施工时的掘进提供方便。

作为优选方案，支撑底环B2、支撑顶环B4之间还设有支撑中环B3，支撑中环B3的连接有多个支撑块B30，多个支撑块B30呈圆周公布于支撑中环B3两侧，支撑中环B3底部连接的多个支撑块B30的另一端与支撑底环B2连接，支撑中环B3顶部连接的多个支撑块B30的另一端与支撑顶环B4连接，支撑底环B2、支撑顶环B4、支撑中环B3通过多个丝杆B7连接。

支撑中环B3、多个支撑块B30的加入一方面进一步加强了机身本体B的强度，另一方面为实现可调行走机构B6的固定。

作为优选方案，可调行走机构B6包括多个支脚单元B60和多个移动滑块B61，每个支脚单元B60分别与每个移动滑块B61和支撑顶环B4活动连接，每个移动滑块B61均套设于每个丝杆B7的外周，且每个移动滑块B61与每个丝杆B7螺纹连接。

当需要对头部工作的挖掘位置作出调整时，可调行走机构B6通过丝杆B7的转动，让移动滑块B61相对丝杆B7向上或向下移动，从而带动支脚单元B60运转，这样整个设备的高低得到调整，刀头本体1相对的作业岩层位置变化，具有灵活调节作业部位的效果。

作为优选方案，每个支脚单元B60包括支脚轮B600、支脚本体B601和支撑杆B602，支脚本体B601的上端与支撑顶环B4绞接，支脚本体B601的下端与支脚轮B600转动连接，支撑杆B602的一端与支脚本体B601活动连接，支撑杆B602的另一端与移动滑块B61绞接。

可调行走机构B6通过丝杆B7的转动，让移动滑块B61相对丝杆B7向上或向下移动，支脚轮B600、支脚本体B601和支撑杆B602扩张或缩小，从而带动支脚单元B60运转，结构简单，易实现。

实施例二：

本实施例作为上一实施例的进一步改进，如图1-5所示，本发明的一种用于TBM施工监测的挖掘设备，包括刀头本体1、机身本体B、稳定装置C，机身本体B的头部与刀头本体1活动连接，机身本体B的尾部与稳定装置C活动连接；

刀头本体1包括刀片体10、离心机构11、离心弹簧12、传感器底座13、传感器元件14和霍尔元件15，刀片体10安装在刀头本体1的外侧，离心机构11置于刀头本体1的内侧，离心弹簧12的两端均与离心机构11两侧连接，且传感器底座13与离心弹簧12的中间段连接，传感器元件14置于传感器底座13的上部，霍尔元件15与刀头本体1连接，且霍尔元件15正对传感器元件14，传感器元件14和霍尔元件15均与信号处理单元B1电性连接，信号处理单元B1通过无线通信模块与TBM上位机电性连接。

设备在现场施工时，由于作业设备头部与岩石接触、切削会产生大量的热量，同时针对不同岩层的特点，岩石的硬度和强度会有所不同，因此掌握设备刀头的各现性能指标尤为重要，比如刀头的转速、温度等。本发明着重检测刀头的转速，以达到TBM施工监测检测的目的。刀头本体1旋转时，设置在刀头本体1背侧的离心机构11在离心力的作用下，离心机构11其中的传感器元件14与离心弹簧12相互联动，根据刀头本体1旋转的速度大小的不同，离心弹簧12会产生不同的形变，从而与之联动的传感器元件14会产生不同信号值，同时霍尔元件15正对传感器元件14，霍尔元件15会与传感器元件14的信号进行较对，比如正转、反转、加速度、扭矩等，这些信号被传输到机身本体B中的信号处理单元B1，经过信号处理单元B1的结合分析与处理，最终通过无线通信模块与TBM上位机电性连接，TBM上位机与管理人员进行人机交互，为管理人员对TBM施工挖掘设备作出监测，这些数据为管理人员作出相应措施作出依据。

作为优选方案，离心机构11包括依次首尾活动连接的第一连杆11a、第二连杆11b、第三连杆11c、第四连杆11d、第五连杆11e和第六连杆11f，离心机构11的两侧对称连接有重锤16，两个重锤16位于刀头本体1的滑槽100内，且两个重锤16可在滑槽100内左右滑动。

该方案为离心机构11结构的设计，离心机构11的两侧对称连接有重锤16，刀头本体1旋转时，两侧对称连接的重锤16在离心力的作用下，两个重锤16在滑槽100内分别朝远离圆心方向滑动，由于该离心机构11采用多个连杆首尾连接，连杆间可以是绞接的，这样第二连杆11b、第三连杆11c与第五连杆11e、第六连杆11f各与两侧的重锤16的带动下使得第一连杆11a、第四连杆11d相互靠拢，同时，离心弹簧12压缩。采用这样的离心机构11设计，可以使检测离心转动更为灵敏，结构也较简单，可靠性良好。

作为优选方案，刀头本体1还设有多个温度检测单元17，多个温度检测单元17呈圆周分布于刀头本体1的边沿，且多个温度检测单元17与信号处理单元B1电性连接。

温度检测单元17的加入，可以进一步检测刀头本体1中刀片体10的温度，避免了设备作业时，产生的大量的温度对刀片体10得不到及时的处理而影响寿命以及挖掘性能。

作为优选方案，机身本体B还包括支撑底环B2、支撑顶环B4和可调行走机构B6，支撑底环B2、支撑顶环B4同心平行设置，支撑顶环B4通过两根支撑杆B5与支撑底环B2的连接，可调行走机构B6与支撑顶环B4连接。

作为设备必不可少的重要部分，机身本体B由支撑底环B2、支撑顶环B4和可调行走机构B6组成，环形的设计，可以减轻设备整体的重量，同时也增加了强度，可调行走机构B6具有便捷的移动性，让设备施工时的掘进提供方便。

作为优选方案，支撑底环B2、支撑顶环B4之间还设有支撑中环B3，支撑中环B3的连接有多个支撑块B30，多个支撑块B30呈圆周公布于支撑中环B3两侧，支撑中环B3底部连接的多个支撑块B30的另一端与支撑底环B2连接，支撑中环B3顶部连接的多个支撑块B30的另一端与支撑顶环B4连接，支撑底环B2、支撑顶环B4、支撑中环B3通过多个丝杆B7连接。

支撑中环B3、多个支撑块B30的加入一方面进一步加强了机身本体B的强度，另一方面为实现可调行走机构B6的固定。

作为优选方案，可调行走机构B6包括多个支脚单元B60和多个移动滑块B61，每个支脚单元B60分别与每个移动滑块B61和支撑顶环B4活动连接，每个移动滑块B61均套设于每个丝杆B7的外周，且每个移动滑块B61与每个丝杆B7螺纹连接。

当需要对头部工作的挖掘位置作出调整时，可调行走机构B6通过丝杆B7的转动，让移动滑块B61相对丝杆B7向上或向下移动，从而带动支脚单元B60运转，这样整个设备的高低得到调整，刀头本体1相对的作业岩层位置变化，具有灵活调节作业部位的效果。

作为优选方案，每个支脚单元B60包括支脚轮B600、支脚本体B601和支撑杆B602，支脚本体B601的上端与支撑顶环B4绞接，支脚本体B601的下端与支脚轮B600转动连接，支撑杆B602的一端与支脚本体B601活动连接，支撑杆B602的另一端与移动滑块B61绞接。

可调行走机构B6通过丝杆B7的转动，让移动滑块B61相对丝杆B7向上或向下移动，支脚轮B600、支脚本体B601和支撑杆B602扩张或缩小，从而带动支脚单元B60运转，结构简单，易实现。

作为优选方案，稳定装置C包括伸缩机构C1和扩张行走机构C2，伸缩机构C1设置于扩张行走机构C2的上端，伸缩机构C1与机身本体B的尾部连接。

伸缩机构C1主要是为适应作业现场路面的复杂情况，缩小或伸长设备的轮距，尤其针对斜坡路面，采用可变化的轮距，避免因路面障碍物磕碰了设备地盘或别的部件，采用伸缩机构C1使设备具有更广的适应路面范围。

作为优选方案，扩张行走机构C2包括扩张支座C20、扩张底座C21和多个扩张单元C22，多个扩张单元C22呈圆周均匀分布在扩张支座C20的外侧，且多个扩张单元C22的上端均与扩张支座C20活动连接。

扩张行走机构C2的加入是为了与可调行走机构B6相匹配，同时扩张单元C22的设计可让调节整个设备的高低时，保证设备的头部与尾部在同一水平线上，这样刀头本体1与岩层接触、挖掘时贴合度更好。

作为优选方案，每个扩张单元C22包括扩张支臂C220、扩张连接杆C221和扩张滚轮C222，扩张支臂C220的上端与扩张支座C20绞连接，扩张支臂C220的下端与扩张滚轮C222转动连接，扩张连接杆C221两侧分别与扩张支臂C220的中部和扩张底座C21绞接。

扩张单元C22在扩张支臂C220、扩张连接杆C221的联动下，实现扩张单元C22的扩张与收缩，从而达到扩张行走机构C2与可调行走机构B6的匹配，调节设备的高低保得保证。

实施例二相对于实施例一来说，实施例二中加入了稳定装置C，它包括伸缩机构C1和扩张行走机构C2，伸缩机构C1设置于扩张行走机构C2的上端，伸缩机构C1与机身本体B的尾部连接。扩张行走机构C2包括扩张支座C20、扩张底座C21和多个扩张单元C22，多个扩张单元C22呈圆周均匀分布在扩张支座C20的外侧，且多个扩张单元C22的上端均与扩张支座C20活动连接。每个扩张单元C22包括扩张支臂C220、扩张连接杆C221和扩张滚轮C222，扩张支臂C220的上端与扩张支座C20绞连接，扩张支臂C220的下端与扩张滚轮C222转动连接，扩张连接杆C221两侧分别与扩张支臂C220的中部和扩张底座C21绞接。伸缩机构C1主要是为适应作业现场路面的复杂情况，缩小或伸长设备的轮距，尤其针对斜坡路面，采用可变化的轮距，避免因路面障碍物磕碰了设备地盘或别的部件，采用伸缩机构C1使设备具有更广的适应路面范围。扩张行走机构C2的加入是为了与可调行走机构B6相匹配，同时扩张单元C22的设计可让调节整个设备的高低时，保证设备的头部与尾部在同一水平线上，这样刀头本体1与岩层接触、挖掘时贴合度更好。扩张单元C22在扩张支臂C220、扩张连接杆C221的联动下，实现扩张单元C22的扩张与收缩，从而达到扩张行走机构C2与可调行走机构B6的匹配，调节设备的高低保得保证。

采用上述的一种用于TBM施工监测的挖掘设备进行勘测的方法，包括以下步骤：

S1：设备组装，支撑底环B2、支撑顶环B4同心平行设置，支撑顶环B4通过两根支撑杆B5与支撑底环B2的连接，可调行走机构B6与支撑顶环B4连接，机身本体B装配完成；

伸缩机构C1设置于扩张行走机构C2的上端，伸缩机构C1与机身本体B的尾部连接，稳定装置C装配完成；

机身本体B的头部与刀头本体1活动连接，机身本体B的尾部与稳定装置C活动连接，设备组装完成；

S2：监测阶段，刀片体10安装在刀头本体1的外侧，离心机构11置于刀头本体1的内侧，离心弹簧12的两端均与离心机构11两侧连接，且传感器底座13与离心弹簧12的中间段连接，传感器元件14置于传感器底座13的上部，霍尔元件15与刀头本体1连接，且霍尔元件15正对传感器元件14，传感器元件14和霍尔元件15均与信号处理单元B1电性连接，信号处理单元B1通过无线通信模块与TBM上位机电性连接。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (6)

1.一种用于TBM施工监测的挖掘设备，其特征在于：包括刀头本体（1）、机身本体（B）、稳定装置（C），所述机身本体（B）的头部与刀头本体（1）活动连接，所述机身本体（B）的尾部与稳定装置（C）活动连接；

所述刀头本体（1）包括刀片体（10）、离心机构（11）、离心弹簧（12）、传感器底座（13）、传感器元件（14）和霍尔元件（15），所述刀片体（10）安装在刀头本体（1）的外侧，所述离心机构（11）置于刀头本体（1）的内侧，所述离心弹簧（12）的两端均与离心机构（11）两侧连接，且所述传感器底座（13）与离心弹簧（12）的中间段连接，所述传感器元件（14）置于传感器底座（13）的上部，所述霍尔元件（15）与刀头本体（1）连接，且所述霍尔元件（15）正对传感器元件（14），所述传感器元件（14）和霍尔元件（15）均与信号处理单元（B1）电性连接，所述信号处理单元（B1）通过无线通信模块与TBM上位机电性连接；

所述离心机构（11）包括依次首尾活动连接的第一连杆（11a）、第二连杆（11b）、第三连杆（11c）、第四连杆（11d）、第五连杆（11e）和第六连杆（11f），所述离心机构（11）的两侧对称连接有重锤（16），两个所述重锤（16）位于刀头本体（1）的滑槽（100）内，且两个所述重锤（16）可在滑槽（100）内左右滑动；

所述刀头本体（1）还设有多个温度检测单元（17），多个所述温度检测单元（17）呈圆周分布于刀头本体（1）的边沿，且多个所述温度检测单元（17）与信号处理单元（B1）电性连接；

所述机身本体（B）还包括支撑底环（B2）、支撑顶环（B4）和可调行走机构（B6），所述支撑底环（B2）、支撑顶环（B4）同心平行设置，所述支撑顶环（B4）通过两根支撑杆（B5）与支撑底环（B2）的连接，所述可调行走机构（B6）与支撑顶环（B4）连接；

所述支撑底环（B2）、支撑顶环（B4）之间还设有支撑中环（B3），所述支撑中环（B3）的连接有多个支撑块（B30），多个所述支撑块（B30）呈圆周公布于支撑中环（B3）两侧，所述支撑中环（B3）底部连接的多个支撑块（B30）的另一端与支撑底环（B2）连接，所述支撑中环（B3）顶部连接的多个支撑块（B30）的另一端与支撑顶环（B4）连接，所述支撑底环（B2）、支撑顶环（B4）、支撑中环（B3）通过多个丝杆（B7）连接。

2.如权利要求1所述的一种用于TBM施工监测的挖掘设备，其特征在于：所述可调行走机构（B6）包括多个支脚单元（B60）和多个移动滑块（B61），每个所述支脚单元（B60）分别与每个移动滑块（B61）和支撑顶环（B4）活动连接，每个所述移动滑块（B61）均套设于每个丝杆（B7）的外周，且每个所述移动滑块（B61）与每个丝杆（B7）螺纹连接。

3.如权利要求2所述的一种用于TBM施工监测的挖掘设备，其特征在于：每个所述支脚单元（B60）包括支脚轮（B600）、支脚本体（B601）和支撑杆（B602），所述支脚本体（B601）的上端与支撑顶环（B4）绞接，所述支脚本体（B601）的下端与支脚轮（B600）转动连接，所述支撑杆（B602）的一端与支脚本体（B601）活动连接，所述支撑杆（B602）的另一端与移动滑块（B61）绞接。

4.如权利要求3所述的一种用于TBM施工监测的挖掘设备，其特征在于：所述稳定装置（C）包括伸缩机构（C1）和扩张行走机构(C2)，所述伸缩机构（C1）设置于扩张行走机构(C2)的上端，所述伸缩机构（C1）与机身本体（B）的尾部连接。

5.如权利要求4所述的一种用于TBM施工监测的挖掘设备，其特征在于：所述扩张行走机构(C2)包括扩张支座（C20）、扩张底座（C21）和多个扩张单元（C22），多个所述扩张单元（C22）呈圆周均匀分布在扩张支座（C20）的外侧，且多个所述扩张单元（C22）的上端均与扩张支座（C20）活动连接，每个所述扩张单元（C22）包括扩张支臂（C220）、扩张连接杆（C221）和扩张滚轮（C222），所述扩张支臂（C220）的上端与扩张支座（C20）绞连接，所述扩张支臂（C220）的下端与扩张滚轮（C222）转动连接，所述扩张连接杆（C221）两侧分别与扩张支臂（C220）的中部和扩张底座（C21）绞接。

6.采用权利要求5所述的一种用于TBM施工监测的挖掘设备进行监测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：设备组装，所述支撑底环（B2）、支撑顶环（B4）同心平行设置，所述支撑顶环（B4）通过两根支撑杆（B5）与支撑底环（B2）的连接，所述可调行走机构（B6）与支撑顶环（B4）连接，所述机身本体（B）装配完成；

所述伸缩机构（C1）设置于扩张行走机构(C2)的上端，所述伸缩机构（C1）与机身本体（B）的尾部连接，所述稳定装置（C）装配完成；

机身本体（B）的头部与刀头本体（1）活动连接，所述机身本体（B）的尾部与稳定装置（C）活动连接，设备组装完成；

S2：监测阶段，所述刀片体（10）安装在刀头本体（1）的外侧，所述离心机构（11）置于刀头本体（1）的内侧，所述离心弹簧（12）的两端均与离心机构（11）两侧连接，且所述传感器底座（13）与离心弹簧（12）的中间段连接，所述传感器元件（14）置于传感器底座（13）的上部，所述霍尔元件（15）与刀头本体（1）连接，且所述霍尔元件（15）正对传感器元件（14），所述传感器元件（14）和霍尔元件（15）均与信号处理单元（B1）电性连接，所述信号处理单元（B1）通过无线通信模块与TBM上位机电性连接。

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