CN112692535A - 盾构机滚刀自动调节扭矩装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机滚刀自动调节扭矩装置，包括机架；支撑台，设置在所述机架上；上料系统，设置在所述机架上，用于将待装配的滚刀运送至所述支撑台上；压紧系统，能够升降地设置于所述机架上且位于所述支撑台的上方，用于给所述支撑台上的滚刀的轴承内圈施加压力；扭矩测试系统，设置于所述机架上，所述扭矩测试系统设置有能够移动的摩擦轮和扭矩传感器，所述摩擦轮在移动调节的过程中具有至少两个位置状态，其中一个位置状态下所述摩擦轮贴合滚刀的刀圈，另一个位置状态下所述摩擦轮与滚刀分离；所述扭矩传感器用于测量所述摩擦轮的扭矩。本方案操作简单、测量精确，有较好的应用前景。

Description

盾构机滚刀自动调节扭矩装置

技术领域

本发明涉及一种盾构机滚刀测试装置，具体涉及一种盾构机滚刀自动调节扭矩装置。

背景技术

在当前交通隧道施工建设中，隧道施工多数都采用盾构机掘进完成。滚刀是盾构机的重要组成部分，滚刀包括刀毂、刀轴和刀圈，刀毂的内部设有一对对称设置的圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承的内圈与刀轴配合、外圈与刀毂配合。在施工时，滚刀通过挤压破岩再由刮刀切削破碎岩层完成掘进工作，在盾构机作业过程中，滚刀会频繁与土石结构撞击，因此滚刀极易磨损。而滚刀损坏是影响掘进效率和施工成本的最重要因素之一，大量工程实践经验证明，滚刀的检查、更换和维修等作业时间约占了施工掘进总工时的30％～40％，如何通过减少滚刀磨损、延长滚刀使用寿命而达到节约工时的效果是非常重要的。

众所周知，转动扭矩是滚动滚刀的一个重要特征，在不同的岩层个中所需的转动扭矩是不同的，不合适的转动扭矩直接影响滚刀使用寿命。现有技术中，滚刀在装配过程中的扭矩调节主要依靠人工扭动扭矩扳手的方式来调节，该方式自动化程度低、耗时费力、生产效率低，扭矩值的测量也不准确。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种盾构机滚刀自动调节扭矩装置，能代替人工对盾构机滚刀进行扭矩的自动调节。

根据本发明实施例的一种盾构机滚刀自动调节扭矩装置，包括机架、支撑台、上料系统、压紧系统、扭矩测试系统和控制系统；所述支撑台设置在所述机架上；所述上料系统设置在所述机架上，用于将待装配的滚刀运送至所述支撑台上；所述压紧系统能够升降地设置于所述机架上且位于所述支撑台的上方，用于给所述支撑台上的滚刀的轴承内圈施加压力；所述扭矩测试系统设置于所述机架上，所述扭矩测试系统设置有能够移动的摩擦轮和扭矩传感器，所述摩擦轮在移动调节的过程中具有至少两个位置状态，其中一个位置状态下所述摩擦轮贴合滚刀的刀圈，另一个位置状态下所述摩擦轮与滚刀分离；所述扭矩传感器用于测量所述摩擦轮的扭矩。

根据本发明实施例的盾构机滚刀自动调节扭矩装置，至少具有如下技术效果：本方案改变了落后的手工调扭矩的方式，可以实现装配时滚刀扭矩的自动调节。首先设定一个所需要的滚刀的转矩，压紧系统逐渐增加对滚刀的轴承内圈的压力，随着压力的上升，滚刀的扭矩也会上升；扭矩传感器能实时测量出与滚刀配合转动的摩擦轮的扭矩，可以理解的是，由摩擦轮的扭矩可以换算得出对应的实时的滚刀转矩；当达到需要的扭矩值时，在扭矩传感器的反馈下压紧系统稳定在此时的压力，此时完成了滚刀装配时的扭矩的自动调节。另外，本方案可以实现对滚刀的转动扭矩自动检测：将滚刀放置在支撑台上，压紧系统将滚刀压紧在支撑台上，启动摩擦轮，通过测试摩擦轮克服滚刀与摩擦轮之间的摩擦而转动时需要的扭矩，再通过摩擦轮直径和滚刀的刀圈直径的比值换算得出滚刀的转动扭矩。本方案还可以实现滚刀的跑合试验。本方案自动化程度高、劳动成本低、操作简单、动作连贯、测量精确，具有较好的应用前景。

根据本发明的一些实施例，所述压紧系统包括液压千斤顶、比例阀和泵站，所述泵站的输出端通过管道与比例阀连接，所述比例阀与所述液压千斤顶的油缸连接。

根据本发明的一些实施例，所述上料系统设置有用于装载滚刀的工作平台，所述工作平台能够进行水平方向和竖直方向移动调节地设置于所述机架上；所述工作平台在进行水平方向移动的过程中能够进出所述支撑台和所述压紧系统之间的区域，所述工作平台在进行竖直方向移动的过程中能够将滚刀放置于所述支撑台上或者将滚刀从所述支撑台上抬起。

根据本发明的一些实施例，所述工作平台包括两根沿水平方向平行且间隔设置的滑轨和跨设在两根所述滑轨上且能沿所述滑轨滑动的托盘，所述托盘用于装载滚刀。

根据本发明的一些实施例，两根所述滑轨之间设有平行于所述导轨的丝杠，所述丝杠由设置在所述丝杠一端的步进电机驱动；所述托盘包括托盘框和架设在所述托盘框中的托板，所述托盘框的底部成形有与所述丝杆适配的螺孔；所述支撑台能够从所述托盘框中穿过，且所述支撑台设有供所述丝杠穿过的让位槽。

根据本发明的一些实施例，所述滑轨的底部与所述机架之间连接有多个竖直设置的第一升降油缸。

根据本发明的一些实施例，所述托板上设有用于定位所述滚刀的刀具夹具。

根据本发明的一些实施例，所述支撑台的上端面设有多个定位销，所述托板上设有与所述定位销适配的定位孔。

根据本发明的一些实施例，所述扭矩测试系统还包括安装支架，所述摩擦轮设置在所述安装支架上，所述安装支架和所述机架之间设有竖直设置的第二升降油缸。

根据本发明的一些实施例，所述安装支架上设有水平放置的压紧油缸，所述压紧油缸能够用于调节所述摩擦轮与所述滚刀之间的距离。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种盾构机滚刀自动调节扭矩装置的整体结构示意图；

图2是本发明一种盾构机滚刀自动调节扭矩装置的安装板示意图；

图3是本发明一种盾构机滚刀自动调节扭矩装置的托盘和支撑台的结构示意图；

附图标记：机架101、支撑台102、液压千斤顶103、滑轨104、摩擦轮105、托盘106、丝杠107、步进电机108、第一升降油缸109、压紧油缸110、升降导杆111、导块112、第二升降油缸113、定位块114、定位销115、定位孔116、让位槽117、托盘框118、托板119、旋转电机120、滚刀200。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1至图3，本发明实施例提供了一种盾构机滚刀扭矩检测装置，包括机架101、支撑台102、上料系统、压紧系统、扭矩测试系统和控制系统；支撑台102设置在机架101上；上料系统设置在机架101上，用于将待装配的滚刀200运送至支撑台102上；压紧系统能够升降地设置于机架101上且位于支撑台102的上方，用于给支撑台102上的滚刀200的轴承内圈(图中未示出)施加压力；扭矩测试系统设置于机架101上，扭矩测试系统设置有能够移动的摩擦轮105和扭矩传感器，摩擦轮105在移动调节的过程中具有至少两个位置状态，其中一个位置状态下摩擦轮105贴合滚刀200的刀圈，另一个位置状态下摩擦轮105与滚刀200分离；扭矩传感器用于测量摩擦轮105的扭矩。

根据本发明实施例的盾构机滚刀自动调节扭矩装置，至少具有如下技术效果：本方案改变了落后的手工调扭矩的方式，可以实现装配时滚刀扭矩的自动调节。首先设定一个所需要的滚刀的转矩，压紧系统逐渐增加对滚刀200的轴承内圈的压力，随着压力的上升，滚刀200的扭矩也会上升；扭矩传感器能实时测量出与滚刀200配合转动的摩擦轮105的扭矩，可以理解的是，由摩擦轮105的扭矩可以换算得出对应的实时的滚刀转矩；当滚刀200达到需要的扭矩值时，在扭矩传感器的反馈下压紧系统稳定在此时的压力，此时完成了滚刀200装配时的扭矩的自动调节。另外，本方案可以实现对滚刀200的转动扭矩自动检测：将滚刀200放置在支撑台102上，压紧系统将滚刀200压紧在支撑台102上，启动摩擦轮105，通过测试摩擦轮105克服滚刀200与摩擦轮105之间的摩擦而转动时需要的扭矩，再通过摩擦轮105直径和滚刀200的刀圈直径的比值换算得出滚刀200的转动扭矩。本方案还可以实现滚刀200的跑合试验和密封性试验，能对滚刀200的综合性能进行检测，一物多用，节约成本。本方案自动化程度高、劳动成本低、操作简单、动作连贯、测量精确，具有较好的应用前景。

在本发明的一些实施例中，盾构机滚刀自动调节扭矩装置设有控制系统，控制系统与压紧系统、上料系统、扭矩测试系统电性连接，扭矩传感器的信号可以反馈给控制系统，控制系统根据接收的信号实施对压紧系统的施加压力的调控。控制系统内部还设有一些控制程序，比如将摩擦轮105的扭矩转换为滚刀200的扭矩的程序等。

在本发明的一些实施例中，压紧系统包括液压千斤顶103、比例阀(图中未示出)和泵站(图中未示出)，泵站的输出端通过管道与比例阀连接，比例阀与液压千斤顶103的油缸连接。可以理解的是，如果陡然增加压力，滚刀200的内部结构可能会受损，比例阀的设置使得液压千斤顶103的压力能逐渐增加，更安全可靠。液压千斤顶压103在滚刀200的轴承内圈上，可以改变滚刀200的轴承圆锥滚子与轴承外圈的摩擦力，从而增加滚刀200的转动扭矩，随着液压千斤顶103逐渐增加压力，滚刀200的转动扭矩也会随之增加。当转动扭矩增加到所需的扭矩值，扭矩传感器会将信号反馈给控制系统，此时控制系统控制液压千斤顶103不再增加压力，稳定油压，此时，表示滚刀200已经调节到所需的扭矩值。

在本发明的一些实施例中，上料系统设置有用于装载滚刀200的工作平台，工作平台能够进行水平方向和竖直方向移动调节地设置于机架101上；工作平台在进行水平方向移动的过程中能够进出支撑台102和压紧系统之间的区域，工作平台在进行竖直方向移动的过程中能够将滚刀200放置于支撑台102上或者将滚刀200从支撑台102上抬起。测试完成后，压紧系统上升至与滚刀200分离，工作平台将滚刀200从支撑台102上抬起并从输送滚刀200至所需位置，自动化程度高、动作连贯。

在本发明的一些实施例中，工作平台包括两根沿水平方向平行且间隔设置的滑轨104和跨设在两根滑轨104上且能沿滑轨104滑动的托盘106，托盘106用于装载滚刀200。

在本发明的一些实施例中，两根滑轨104之间设有平行于导轨的丝杠107，丝杠107由设置在丝杠107一端的步进电机108驱动；托盘106包括托盘框118和架设在托盘框118中的托板119，托盘框118的底部成形有与丝杆适配的螺孔；支撑台102能够从托盘框118中穿过，且支撑台102设有供丝杠107穿过的让位槽117。托盘106随着丝杠107的转动实现沿着滑轨104的直线运动，当托盘106运动到支撑台102上方时，滑轨104沿机架101竖直向下运动，在下降过程中，丝杠107从让位槽117中穿过，托盘框118随着滑轨104的下降与托板119分离，托板119放置在支撑台102上，本实施例的设置使得装载滚刀200的托板119能够放置在支撑台102上。

在本发明的一些实施例中，滑轨104的底部与机架101之间连接有多个竖直设置的第一升降油缸109。第一升降油缸109能够平缓、稳定地实现滑轨104的升降运动。

在本发明的一些实施例中，托板119上设有用于定位滚刀200的刀具夹具。结合图3，托板119上设有与滚刀200底部适配的刀具夹具，刀具夹具由两个间隔设置的定位块114组成，两个定位块114之间的区域与滚刀200的底部适配，滚刀200的底部可以卡设在两个定位块114之间，由于定位块114具有一定高度，滚刀200随着托盘106在滑轨104上运动过程中不易倾倒，实现滚刀200的周向定位。

在本发明的一些实施例中，支撑台102的上端面设有多个定位销115，托板119上设有与定位销115适配的定位孔116。结合图3，当托盘106随着导轨运动到支撑台102上方，导轨下降从而使得托板119落至支撑台102上，定位销115从定位孔116中穿过，实现托板119在支撑台102上的定位。

在本发明的一些实施例中，扭矩测试系统还包括安装支架，摩擦轮105设置在安装支架上，安装支架和机架101之间设有竖直设置的第二升降油缸113。结合图1，机架101上设置有升降导杆111，安装支架上设有与升降导杆111配合的导块112，安装支架的升降通过导块112在升降导杆111上的上下移动实现，安装支架与机架101之间的第二升降油缸113能够驱动导块112在升降导杆111上的运动。

在本发明的一些实施例中，安装支架上设有水平放置的压紧油缸110，压紧油缸110能够用于调节摩擦轮105与滚刀200之间的距离。在测试转动扭矩时，压紧油缸110伸出使得摩擦轮105与滚刀200贴合，通过改变压紧油缸110对摩擦轮105的压力，能够改变摩擦轮105对滚刀200的压力，从而可以模拟不同的岩层结构对滚刀200的压力。得到摩擦轮105克服摩擦转动而需要的扭矩大小后，再通过摩擦轮105与滚刀200的刀圈直径的比值，换算出滚刀200的转动扭矩。

由于滚刀200承受巨大的载荷和冲击，剧烈的摩擦和高温，滚刀200的密封性能极易被破坏，在本发明的一些实施例中，滚刀200的密封性也可以测试。需要在滚刀200的加油口连接压力表(图中未示出)和压力传感器(图中未示出)，在滚刀200破跑合过程中还可以测试滚刀200内部的压力，设定压紧油缸的压力来模拟滚刀200在各自地层所受的反作用力，调整所要求的的滚刀200转速，即可测试滚刀200的密封性。

本方案同样可以进行滚刀的跑合试验，将滚刀200装载后跑合一定时间，如运转平稳且无异常噪音，则滚刀装配后的轴承性能合格。本装置可以对滚刀200的综合性能进行检测，应用广泛，在一定程度上降低了成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种盾构机滚刀自动调节扭矩装置，其特征在于，包括：

机架；

支撑台，设置在所述机架上；

上料系统，设置在所述机架上，用于将待装配的滚刀运送至所述支撑台上；

压紧系统，能够升降地设置于所述机架上且位于所述支撑台的上方，用于给所述支撑台上的滚刀的轴承内圈施加压力；

扭矩测试系统，设置于所述机架上，所述扭矩测试系统设置有能够移动的摩擦轮和扭矩传感器，所述摩擦轮在移动调节的过程中具有至少两个位置状态，其中一个位置状态下所述摩擦轮贴合滚刀的刀圈，另一个位置状态下所述摩擦轮与滚刀分离；所述扭矩传感器用于测量所述摩擦轮的扭矩。

2.根据权利要求1所述的盾构机滚刀自动调节扭矩装置，其特征在于：所述压紧系统包括液压千斤顶、比例阀和泵站，所述泵站的输出端通过管道与比例阀连接，所述比例阀与所述液压千斤顶的油缸连接。

3.根据权利要求2所述的盾构机滚刀自动调节扭矩装置，其特征在于：所述上料系统设置有用于装载滚刀的工作平台，所述工作平台能够进行水平方向和竖直方向移动调节地设置于所述机架上；所述工作平台在进行水平方向移动的过程中能够进出所述支撑台和所述压紧系统之间的区域，所述工作平台在进行竖直方向移动的过程中能够将滚刀放置于所述支撑台上或者将滚刀从所述支撑台上抬起。

4.根据权利要求3所述的盾构机滚刀自动调节扭矩装置，其特征在于：所述工作平台包括两根沿水平方向平行且间隔设置的滑轨和跨设在两根所述滑轨上且能沿所述滑轨滑动的托盘，所述托盘用于装载滚刀。

5.根据权利要求4所述的盾构机滚刀自动调节扭矩装置，其特征在于：两根所述滑轨之间设有平行于所述导轨的丝杠，所述丝杠由设置在所述丝杠一端的步进电机驱动；所述托盘包括托盘框和架设在所述托盘框中的托板，所述托盘框的底部成形有与所述丝杆适配的螺孔；所述支撑台能够从所述托盘框中穿过，且所述支撑台设有供所述丝杠穿过的让位槽。

6.根据权利要求5所述的盾构机滚刀自动调节扭矩装置，其特征在于：所述滑轨的底部与所述机架之间连接有多个竖直设置的第一升降油缸。

7.根据权利要求5所述的盾构机滚刀自动调节扭矩装置，其特征在于：所述托板上设有用于定位所述滚刀的刀具夹具。

8.根据权利要求7所述的盾构机滚刀自动调节扭矩装置，其特征在于：所述支撑台的上端面设有多个定位销，所述托板上设有与所述定位销适配的定位孔。

9.根据权利要求1所述的盾构机滚刀自动调节扭矩装置，其特征在于：所述扭矩测试系统还包括安装支架，所述摩擦轮设置在所述安装支架上，所述安装支架和所述机架之间设有竖直设置的第二升降油缸。

10.根据权利要求9所述的盾构机滚刀自动调节扭矩装置，其特征在于：所述安装支架上设有水平放置的压紧油缸，所述压紧油缸能够调节所述摩擦轮与所述滚刀之间的距离。

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