CN114086975A - 一种实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座及其安装方法 - Google Patents

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朱安民
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李增
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史志慧
申紫阳
王力
王占东
常帅鹏
冯武超
�田治
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Abstract

本发明公开了一种实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座，包括主框架，在主框架的两侧壁上分别设有“十”字型安装槽，在每个安装槽的底部两侧分别设有垫块，在垫块的上方分别设有载荷传感器；垫块、载荷传感器通过螺栓与主框架连接；在主框架前挡板的内侧设有信息采集模块；载荷传感器和信息采集模块的数据传输接头经传输线与安装在盾构中心回转接头上的电滑环连接，将采集的信号传输至采集终端。本发明还公开了该刀座的安装方法。本发明实现了对滚刀工作过程中的受力、刀圈磨损、旋转和温度参数进行实时监测，使施工人员随时掌握滚刀的工作状态；本发明结构简单、安装操作方便、施工安全性高、节约施工时间，提高施工效率。

Description

一种实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座及其安装方法
技术领域
本发明涉及盾构装备技术领域，具体涉及一种实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座及其安装方法。
背景技术
盾构机是用于隧道施工的高端工程装备，与传统隧道施工方式相比，采用盾构机修建隧道具有高安全性、高施工效率和低成本的特点，近年来在我国地铁、公路、铁路、水电隧道领域得到广泛应用。
盾构刀具是盾构机用于破碎岩石、切削土体的主要零部件，安装在刀盘的刀座上。在盾构机掘进过程中需要密切关注刀具工作状态，及时更换损坏的刀具，以确保刀具能正常工作，保证盾构机能顺利掘进。当前检测盾构机刀具工作状态的方式有两种，一种是采用带压进仓的方式，即工作人员进入高压（与常压环境相比）的泥水舱或土舱，采用目视或者辅助工具检查刀具状态；另一种是利用常压换刀装置，工作人员在常压环境下将刀具从刀盘上拆卸下来，检查刀具状态。这两种方式具有较大的局限性：
第一种方式具有盲目、滞后、低效的缺陷，工作人员主要依据施工经验、掘进参数变化情况间接判断刀具整体工作状态，无法精确掌握每把刀具实时状态，在此前提下组织带压进仓具有一定的盲目性；由于不能及时、准确掌握刀具工作状态，即使最终确认刀具已受损，需要更换，往往是已有大量刀具损坏，工作人员需要逐一检查、判断刀具状态，检修维护工作量大。工作人员在高压环境下的工作时长是有限的，且压力越高，工作时长越短，进一步降低了刀具检修工作效率。此外，带压进仓是一种高风险、低效率、高成本的作业方式，顺利进仓的前提是要能营造一个相对稳定的高压环境，这与地质条件息息相关。对于一条盾构隧道而言，一般挑选在地质条件较好的区域进行带压进仓作业，此外若无特殊需求，施工过程中一般会减少带压进仓次数，以降低施工风险和成本。
第二种方式可避免带压进仓的风险，检查刀具的次数可不受地质条件、泥水舱/土舱压力限制，但是由于常压换刀装置需要有一定的安装空间，这种方式适用性较低，不能在任意开挖直径的盾构机上使用，只能用在开挖直径较大（13m以上）的盾构机上，存在很大的局限性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座，解决了现有刀盘工作状态监测不到位的问题；还提供了该刀座的安装方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座，包括主框架，在所述主框架的两侧壁上分别设有“十”字型安装槽，在每个所述安装槽的底部两侧分别设有垫块，在所述垫块的上方分别设有载荷传感器；所述垫块、载荷传感器通过螺栓与所述主框架连接；在所述主框架前挡板的内侧设有信息采集模块；所述载荷传感器和信息采集模块的底部分别螺纹连接有数据传输接头；所述载荷传感器和信息采集模块的数据传输接头经传输线与安装在盾构中心回转接头上的电滑环连接，将采集的信号传输至采集终端。
针对上述技术方案，载荷传感器用来对滚刀的受力进行实时监测，载荷传感器称重能力强，量程为0-20吨，量程大、测量精准度高；信息采集模块用来对滚刀的磨损、旋转和温度进行实时监测，实现了对滚刀状态的自动化实时监测，对滚刀状态掌握的更加及时、精准，避免了人工手动检测的弊端；数据传输接头采用螺纹连接，方便安装和拆卸，同时增加了防护等级，可到IP68。
优选的，在所述主框架、垫块和载荷传感器上设有相连通的通孔，所述载荷传感器的传输线通过所述通孔而设置。通孔方便传输线的安装。
优选的，在所述载荷传感器和信息采集模块的传输线上均设有金属管。金属管起到防护的作用，提高传输线的抗破损性能。
优选的，所述载荷传感器和信息采集模块均通过螺栓固定设置在所述主框架上。提高载荷传感器和信息采集模块的抗震能力。
一种实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座的安装方法，包括以下步骤：
（1）将信息采集模块用螺栓安装在主框架前挡板的内侧处；
（2）将滚刀吊装到主框架内部，确保滚刀刀轴位于主框架上的安装槽内；
（3）在主框架的安装槽内依次放入载荷传感器、垫块，并用螺栓将载荷传感器、垫块与主框架连接在一起；
（4）将两个数据传输接头分别与载荷传感器和信息采集模块连接；
（5）对载荷传感器和信息采集模块的数据进行归零；
（6）将该刀座安装到盾构刀盘上，并将载荷传感器和信息采集模块与盾构主控室相连，主控室对传输的数据进行实时显示。
本方法操作简单、安装方便、对滚刀的状态实时监测数据精准。
本发明的有益效果是：
本发明实现了对滚刀工作过程中的受力、刀圈磨损、旋转、温度四种工作状态实时采集，便于工作人员实时掌握盾构工作过程中刀具的工作状态，为制定具有及时、针对性的换刀方案提供决策依据，施工安全性高，施工效率高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明底部方向立体图。
图中：1右侧板；2左侧板；3前挡板；4后挡板；5载荷传感器；6螺栓；7垫块；8金属管；9信息采集模块；10刀轴；11滚刀；12通孔；13数据传输接头；14安装槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
如图1-2所示，一种实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座，包括主框架，主框架由左侧板2、右侧板1、前挡板3和后挡板4焊接而成。在主框架的左右两侧板上分别设有“十”字型安装槽14，在每个安装槽14的底部两侧分别设有垫块7，在垫块7的上方分别设有载荷传感器5；垫块7、载荷传感器5通过螺栓6与主框架连接；在主框架、垫块7和载荷传感器5上设有相连通的通孔12。
在主框架前挡板3的内侧设有信息采集模块9，载荷传感器5和信息采集模块9均通过螺栓6固定设置在主框架上。载荷传感器5和信息采集模块9的底部分别螺纹连接有数据传输接头13，载荷传感器5和信息采集模块9的传输线与其相对应的数据传输接头13连接，且在载荷传感器5和信息采集模块9的传输线上均设有金属管8，其中载荷传感器5的传输线穿过通孔12而设置；载荷传感器5和信息采集模块9的数据传输接头13经传输线与安装在盾构中心回转接头上的电滑环连接，将采集的信号传输至采集终端。
实施例2
一种实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座的安装方法，包括以下步骤：
（1）将信息采集模块9用螺栓6安装在主框架前挡板的内侧处；
（2）将滚刀11吊装到主框架内部，确保滚刀11的刀轴10位于主框架上的安装槽14内；
（3）在主框架的安装槽14内依次放入载荷传感器5、垫块7，并用螺栓6将载荷传感器5、垫块7与主框架连接在一起；
（4）将两个数据传输接头13分别与载荷传感器5和信息采集模块9连接；
（5）对载荷传感器5和信息采集模块9的数据进行归零；
（6）将该刀座安装到盾构刀盘上，并将载荷传感器5和信息采集模块9与盾构主控室相连，主控室对传输的数据进行实时显示。
本发明实现了对滚刀状态的实时监测，可使施工人员掌握滚刀的实时状态，及早作出应对策略，确保施工安全性，同时提升了施工效率。
在以上实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件，所涉及的结构设置方式、工作方式或控制方式如无特别说明，均为本领域常规的设置方式、工作方式或控制方式。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座，其特征在于，包括主框架，在所述主框架的两侧壁上分别设有“十”字型安装槽，在每个所述安装槽的底部两侧分别设有垫块，在所述垫块的上方分别设有载荷传感器；所述垫块、载荷传感器通过螺栓与所述主框架连接；在所述主框架前挡板的内侧设有信息采集模块；所述载荷传感器和信息采集模块的底部分别螺纹连接有数据传输接头；所述载荷传感器和信息采集模块的数据传输接头经传输线与安装在盾构中心回转接头上的电滑环连接，将采集的信号传输至采集终端。
2.根据权利要求1所述的实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座，其特征在于，在所述主框架、垫块和载荷传感器上设有相连通的通孔，所述载荷传感器的传输线通过所述通孔而设置。
3.根据权利要求1所述的实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座，其特征在于，在所述载荷传感器和信息采集模块的传输线上均设有金属管。
4.根据权利要求1所述的实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座，其特征在于，所述载荷传感器和信息采集模块均通过螺栓固定设置在所述主框架上。
5.一种权利要求1-4所述的实时监测盾构刀具多维工作状态的刀座的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将信息采集模块用螺栓安装在主框架前挡板的内侧处；
（2）将滚刀吊装到主框架内部，确保滚刀刀轴位于主框架上的安装槽内；
（3）在主框架的安装槽内依次放入载荷传感器、垫块，并用螺栓将载荷传感器、垫块与主框架连接在一起；
（4）将两个数据传输接头分别与载荷传感器和信息采集模块连接；
（5）对载荷传感器和信息采集模块的数据进行归零；
（6）将该刀座安装到盾构刀盘上，并将载荷传感器和信息采集模块与盾构主控室相连，主控室对传输的数据进行实时显示。
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