CN203443715U - 盾构滚刀径向力测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种盾构滚刀径向力测试装置，包括刀轴、安装在刀轴上的刀体及安装在刀轴和刀体之间的轴承，轴承外设置有环形浮动密封，所述刀轴内开有通孔，刀轴内设置有连通通孔与轴承的润滑油通道，轴承内侧设置有应变片单元，变片单元上连接有数据线，数据线引出端穿过润滑油通道、通孔后从通孔左端引出与信号采集处理器连接。本实用新型设计简单，价格低廉，能实时测定滚刀径向力的变化，进而准确反映滚刀工作状态，有效解决了盾构施工过程中刀具维修和更换的滞后性难题。

Description

盾构滚刀径向力测试装置

技术领域

本实用新型涉及盾构技术基础研究领域，具体涉及一种盾构滚刀径向力测试装置。

背景技术

盾构施工过程中，滚刀作为最常用的掘进刀具，其工作性能的好坏直接影响到整个刀盘的破岩效率。由于地质条件的不可预见性，滚刀经常受到不可控制的非正常外载荷和巨大冲击力的作用，使得滚刀极易产生非正常磨损及其他破坏形式，而且当一把滚刀无法正常工作时，其周边的刀具也会受到严重影响，加速刀具的破坏。因此，如何准确掌控滚刀的工作状态，以便及时发现并更换受损的滚刀，显得尤为重要。而目前对于滚刀的管理，基本是定期开舱检查进行维修，或者是出现掘进困难等现象才进行刀具检查，因此具有明显的滞后性，严重影响盾构掘进效率。

如何标定盾构滚刀的工作状态是否正常，目前主要通过刀盘掘进时滚刀的转速、扭矩参数来反映，具体思路如下：

（1）转速测量：在刀盘或刀箱上安装转速传感器（磁电式、光电式、电容式等），这些传感器具有测量方便、精度高的优点。但一方面由于盾构刀盘掘进时，滚刀周围全部被渣土包围，转速传感器很难准确或根本无法接受到滚刀上的感应片传递的信号；二是，感应片若贴在刀盘侧面或刀圈表面，在渣土的作用下，极易磨损或脱落。因此，转速传感器很难在此处得到有效运用；

（2）扭矩测量：测定旋转扭矩的常规方法是扭矩角相位差式传感器，该方法是在弹性轴的两端安装两组齿数、形状及安装角度完全相同的扭矩传感器齿轮，在齿轮的外侧各安装一只接近（磁或光）传感器。当弹性轴旋转时，这两组传感器就可以测量出两组脉冲波，通过比较这两组脉冲波的前后沿相位差就可以计算出轴所承受的扭矩量。这种方法实现了转矩信号的非接触传递，检测信号为数字信号，低转速时由于脉冲波的前后沿较缓不易比较，因此低速性能不理想，即不适合用于盾构滚刀较低旋转速度工况下的扭矩测量。

扭矩测试比较成熟的检测手段为应变电测技术，它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。扭矩传感器的安装方法有两组联轴器辅助安装、套在被测试轴上、卡在被测试轴上等，由于滚刀轴不允许加长和拆卸，因此只能考虑将扭矩传感器安装在刀轴上。但这样一来，当滚刀正常工作时，传感器及其信号线便完全浸于渣土中，在土体扰动和较大摩擦力的作用下，很难获得准确的测量数据，传感器使用寿命也大大降低。

一般情况下，通过获取转速和扭矩参数，来分析转动物体的运动状态是最为直接、有效的方法，但由于受到滚刀复杂工况的限制，测量转速、扭矩的传感器均难以获得有效的安装位置，即无法获得实时变化的滚刀转速与扭矩值。因此，通过获取转速或扭矩来反映滚刀工作状态的思路是不可行的。

发明内容

本实用新型针对目前盾构施工过程中无法准确掌控滚刀工作状态，造成盾构滚刀维修和更换的滞后性，对盾构掘进效率造成严重影响的问题，提供一种盾构滚刀径向力测试装置，其在复杂地质条件下掘进时，能够及时有效地对盾构破岩滚刀所受径向力进行测定和显示，进而准确判定盾构滚刀的工作状态。

为实现上述目的，本实用新型采取技术方案为：

一种盾构滚刀径向力测试装置，包括刀轴、安装在刀轴上的刀体及安装在刀轴和刀体之间的轴承，轴承外设置有环形浮动密封，所述刀轴内开有通孔，刀轴内设置有连通通孔与轴承的润滑油通道，轴承内侧设置有应变片单元，变片单元上连接有数据线，数据线引出端穿过润滑油通道、通孔后从通孔左端引出与信号采集处理器连接。

所述应变片单元包括安装在轴承内侧的安装盘和安装在安装盘上由半导体材料制成的应变片，数据线连接在应变片上。

所述安装盘的厚度为5mm，内径为96mm，外径为182mm，安装盘上环形分布有圆孔，安装盘的上开有方形槽，应变片安装在方形槽内。

所述圆孔直径为6mm。

所述通孔的数据线引出端设置有第一道密封圈和第二道密封圈，第一道密封圈孔径与数据线直径相同，第二道密封圈为倒刺结构，通孔左端设置有堵头，通孔右端设置有密封活塞。

本实用新型在刀轴内开有通孔，刀轴内设置有连通通孔与轴承的润滑油通道，右端轴承内侧安装有应变片单元，应变片单元通过数据线与信号采集处理器连接，滚刀所受径向力大小可通过电压信号的变化来实时显示，进而可判断滚刀的工作状态。本实用新型设计简单，价格低廉，能实时测定滚刀径向力的变化，进而准确反映滚刀工作状态，有效解决了盾构施工过程中刀具维修和更换的滞后性难题。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为图1左视图。

图3为安装盘结构示意图。

图4为图3中A-A剖视图。

图5为图3俯视图。

图6为第二密封结构示意图。

图7为图6中B-B剖视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步说明。

如图1-图7所示，一种盾构滚刀径向力测试装置，包括刀轴14、安装在刀轴上的刀体11及安装在刀轴14和刀体11之间的轴承12，轴承12外设置有环形浮动密封6，环形浮动密封6外设置有端盖13，端盖13由键15固定在刀体上，刀体11外套有刀圈8，刀圈8用卡圈7固定，所述刀轴14内开有通孔17，刀轴14内设置有连通通孔17与轴承12的润滑油通道19，轴承12内侧设置有应变片单元，应变片单元上连接有数据线4，数据线4引出端穿过润滑油通道19、通孔17后，从通孔17左端引出后与信号采集处理器连接。信号采集处理器可与记录器23、峰值压力显示仪表24连接，能够实时显示盾构径向力的信息，也方便用户对信号采集处理器进行参数设置。本实用新型应变片由半导体材料制成，保证了应变片较高的测量精度和使用寿命。端盖左侧设置有油孔16，油孔16与轴承连通，给滚刀轴承提供润滑油。

本实用新型的应变片单元包括安装在轴承内侧的安装盘10和安装在安装盘10上由半导体材料制成的应变片9，数据线4连接在应变片9上。安装盘10的厚度为5mm，内径为96mm，外径为182mm，安装盘10上环形分布有圆孔20，圆孔直径为6mm，圆孔20有效保证了右端轴承的正常润滑；安装盘10的上开有方形槽21，应变片9安装在方形槽21内。

本实用新型的通孔17的数据线引出端设置有第一道密封圈2和第二道密封圈3，第一道密封圈2孔径与数据线直径相同，第二道密封圈3为倒刺结构，以保证润滑油不会从左端漏出；通孔左端设置有堵头1，通孔右端设置有密封活塞18。

本实用新型组装过程为：

（1）将轴承12安装在刀轴14上；

（2）安装安装盘10，贴好应变片9，将数据线4经刀轴内润滑油通道19和通孔17后从通孔17左端引出；

（3）然后再安装浮动密封6、刀体11、端盖13、键15；

（4）将刀圈8套在刀体11上，并用卡圈7对刀圈8进行定位和预紧；

（5）将由应变片单元引出的数据线与上位端的信号采集处理器等相连接即可。

本实用新型具体工作时，当滚刀所受外载荷发生变化时，安装在其上的应变片长度发生变化，进而引起应变片电阻发生变化，最终变现为输出电压的变化。即滚刀所受径向力的变化范围可通过信号采集处理器输出的电压信号的变化来实时显示，进而可判断滚刀的工作状态，有效解决了盾构施工过程中刀具维修和更换的滞后性难题。

Claims (5)

1.一种盾构滚刀径向力测试装置，包括刀轴（14）、安装在刀轴上的刀体（11）及安装在刀轴（14）和刀体（11）之间的轴承（12），轴承（12）外设置有环形浮动密封（6），其特征在于：所述刀轴（14）内开有通孔（17），刀轴（14）内设置有连通通孔（17）与轴承（12）的润滑油通道（19），轴承（12）内侧设置有应变片单元，变片单元上连接有数据线（4），数据线（4）引出端穿过润滑油通道（19）、通孔（17）后从通孔（17）左端引出与信号采集处理器连接（22）。 

2.根据权利要求1所述的盾构滚刀径向力测试装置，其特征在于：所述应变片单元包括安装在轴承内侧的安装盘（10）和安装在安装盘（10）上由半导体材料制成的应变片（9），数据线（4）连接在应变片（9）上。 

3.根据权利要求2所述的盾构滚刀径向力测试装置，其特征在于：所述安装盘（10）的厚度为5mm，内径为96mm，外径为182mm，安装盘（10）上环形分布有圆孔，安装盘（10）的上开有方形槽（21），应变片（9）安装在方形槽（21）内。 

4.根据权利要求3所述的盾构滚刀径向力测试装置，其特征在于：所述圆孔直径为6mm。 

5.根据权利要求2所述的盾构滚刀径向力测试装置，其特征在于：所述通孔（17）的数据线引出端设置有第一道密封圈（2）和第二道密封圈（3），第一道密封圈（2）孔径与数据线直径相同，第二道密封圈（3）为倒刺结构，通孔左端设置有堵头（1），通孔右端设置有密封活塞（18）。 

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