CN211900617U - 一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及隧道掘进机刀具监测技术领域，具体涉及一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，包括刀轴、刀毂和设置在刀轴和刀毂之间的轴承，轴承之间设有隔圈，刀毂上设置有刀圈，该掘进机滚刀内部设有全状态在线监测装置，全状态在线监测装置包括主控装置、传感头装置、副控装置和刀圈磨损检测装置；传感头装置固定在隔圈上，且其上设有温度、压力传感器；主控装置安装在刀轴钻孔内，通过导线与温度、压力传感器连接，主控装置引出的导线穿过刀轴的钻孔与设置在刀轴端面槽的数据发射装置连接；刀圈磨损检测装置通过导线与副控装置连接，副控装置与主控装置无线连接。本实用新型能方便在滚刀内部安装全状态在线监测装置并实现实时监测。

Description

一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀

技术领域

本实用新型涉及隧道掘进机刀具监测技术领域，具体涉及一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀。

背景技术

随着地下空间开发的兴起，越来越多的地下工程开始建设。相比传统的矿山法，用盾构法的机械进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞等特点。目前盾构机和TBM破岩基本采用滚刀挤压方式破岩，滚刀作为掘进机的牙齿，其消耗可占整个隧道施工成本20%-30%。随着目前掘进机所施工地层越来越恶劣，滚刀消耗也越来越大，且异常失效的情况也越来越频繁，为了对滚刀运行情况进行实时了解，因此对滚刀的实时监测也越发重要。目前国内外已有多种监测滚刀运行方式的方法，如申请号：201821047205.5滚刀磨损量检测装置；申请号：201310111123.8 TBM滚刀磨损检测装置。但上述装置均安装在设备外部且功能单一，无法满足对滚刀的运行情况监测需求。

现有的掘进机滚刀监测装置的缺点主要有以下几点：1. 采用外置安装监测装置的方式，需要对旧结构进行改造或新增线路；2. 掘进机工作环境恶劣复杂，外置监测装置容易损坏；3. 监测方式单一，不能充分反映滚刀运行实际情况；4. 后期维护成本高，且不方便。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，其能方便在滚刀内部安装全状态在线监测装置，可使滚刀出厂即带有监测装置，无需对旧结构进行改造和新安装线路，正常安装即可实现监测，能同时对滚刀转速、内部温度、内部压力以及滚刀磨损量实时监测，便于及时发现问题，无需外部供电，本设计后期维护是跟随滚刀定期维护一起维护，成本低，维护方便。

为实现上述实用新型的目的，本实用新型的技术方案是：

一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，包括刀轴、刀毂和设置在刀轴和刀毂之间的轴承，相邻轴承之间设有隔圈，所述刀毂上设置有刀圈，该掘进机滚刀内部设有全状态在线监测装置，所述全状态在线监测装置包括主控装置、传感头装置、副控装置和刀圈磨损检测装置；所述传感头装置固定在所述隔圈上，且其上设有多个传感器；所述主控装置安装在刀轴的钻孔内，所述主控装置通过导线与与所述传感头装置上的多个传感器连接，所述主控装置引出的导线穿过刀轴的钻孔与设置在刀轴端面槽的数据发射装置连接；所述刀圈磨损检测装置通过导线与副控装置连接，所述副控装置与所述主控装置无线连接。

进一步地，在上述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀中，所述磨损检测装置为由绝缘漆包裹的电阻材料，其安装在刀圈表面的径向开槽内部，且与刀圈表面相贴合，所述磨损检测装置的两头引出导线穿过刀毂开孔与副控装置相连接，所述副控装置安装在刀毂凹槽内。

进一步地，在上述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀中，所述主控装置和副控装置均通过电子灌封胶密封。

进一步地，在上述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀中，所述主控装置和副控装置均包括电池、微处理器和无线模块，所述数据发射装置为主控装置中无线模块的外置天线，所述外置天线通过导线与主控装置的无线模块连接。

进一步地，在上述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀中，所述外置天线与监测终端无线连接。

进一步地，在上述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀中，所述传感头装置上设有温度传感器、压力传感器和霍尔传感器，所述刀毂的内壁上固定连接有与所述霍尔传感器对应的磁铁装置，所述磁铁装置的顶部安装有一块强磁铁。

进一步地，在上述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀中，所述传感头装置包括螺纹头及通过电子灌封胶密封安装在螺纹头上的温度传感器、压力传感器和霍尔传感器，螺纹头安装在隔圈上的螺纹孔内，且与刀轴孔相对齐，所述螺纹头的中心设有供导线穿过的轴孔。

进一步地，在上述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀中，所述磁铁装置螺接在所述刀毂的螺纹孔内。

本实用新型的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀的有益效果：

本实用新型的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，其能方便在滚刀内部安装全状态在线监测装置，可使滚刀出厂即带有监测装置，无需对旧结构进行改造和新安装线路，正常安装即可实现监测；能同时对滚刀转速、内部温度、内部压力以及滚刀磨损量实时监测，当滚刀转动速度、温度、压力、磨损量异常时能及时报警，便于及时发现问题；无需外部供电，本设计后期维护是跟随滚刀定期维护一起维护，成本低，维护方便；通过在监测终端查看滚刀运行数据，能够不进入刀盘内部即可知道哪些刀具需要维修，保证了人员安全和效率；更换简单。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀的结构示意图。

图2是根据本实用新型实施例的传感头装置的结构示意图。

图3是根据本实用新型实施例的磁铁装置的主视及仰视结构示意图。

图4是根据本实用新型实施例的刀毂的立体结构示意图。

图5是根据本实用新型实施例的磨损检测装置在刀圈上安装的结构示意图。

图6是根据本实用新型实施例的全状态在线监测装置的信号传递流程图。

图中：1是刀轴，2是上端盖，3是刀毂，4是刀圈，5是浮动密封，6是下端盖，7是油塞，8是O型圈，9是轴承，10是挡环，11是O型圈，12是固定块，13是隔圈，14是主控装置，15是传感头装置，16是磁铁装置，17是副控装置，18是磨损检测装置，19是外置天线，151是温度传感器，152是压力传感器，153是霍尔传感器，154是螺纹头，161是强磁铁，31是刀毂凹槽。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施方式对本实用新型的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀做更加详细的描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

参见图1-图6，本实施例公开了一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，包括刀轴、刀毂和设置在刀轴和刀毂之间的轴承，相邻轴承之间设有隔圈，刀毂上设置有刀圈，轴承两端分别设有上端盖和下端盖，上端盖、下端盖与刀毂之间设有浮动密封，上端盖和轴承之间、下端盖和刀轴之间设有O型圈，刀圈的一侧设有挡环，上端盖的外侧设有固定块，该掘进机滚刀内部设有全状态在线监测装置，全状态在线监测装置包括主控装置、传感头装置、副控装置和刀圈磨损检测装置；传感头装置固定在隔圈上，且其上设有温度传感器、压力传感器和霍尔传感器，刀毂的内壁上固定连接有与霍尔传感器对应的磁铁装置，具体地，磁铁装置螺接在刀毂的螺纹孔内，磁铁装置的顶部安装有一块强磁铁，当滚刀旋转时，刀圈旋转带动刀毂再带动磁铁装置旋转，传感头装置上霍尔传感器可以检测磁场变化，通过每转一圈的时间可以得到滚刀的运行速度，并且可以监测滚刀是否在正常运行，若长时间无磁场变化，可以初步判断滚刀停转或发生堵转情况，如图3所示；主控装置安装在刀轴的径向钻孔内，刀轴中心加工直径16mm孔用于安放主控装置，主控装置安装到孔并引出导线后，由于刀轴与滚刀润滑油相接触，使用电子灌封胶进行密封，电子灌封胶固化后可以起到防水防潮、防尘、绝缘、导热的作用，保证主控装置的内部电子元件在刀轴钻孔内正常工作，如图1所示；主控装置通过导线与温度传感器（DS18B20等）、压力传感器和霍尔传感器连接，当然，根据监测需要，还可以增加其他种类的传感器，主控装置引出的导线穿过刀轴的钻孔与设置在刀轴端面槽的数据发射装置连接；刀圈磨损检测装置通过导线与副控装置连接，副控装置与主控装置无线连接。

本实施例中，优选地，磨损检测装置为由绝缘漆包裹的电阻材料，绝缘漆保证磨损检测装置与刀圈不短路，磨损检测装置安装在刀圈表面的径向开槽内部，且与刀圈表面相贴合，磨损检测装置的两头引出导线穿过刀毂开孔与副控装置相连接，副控装置安装在刀毂凹槽内，由于电阻与横截面积S成反比，刀圈在工作过程中，刀圈因磨损导致高度降低，磨损检测装置跟随刀圈磨损而缩短，其电阻也越来越大，通过电阻变化和长度对比可以得知刀圈磨损量大小，如图5所示。

本实施例中，优选地，主控装置和副控装置均包括聚合物锂离子电池、微处理器和无线模块（nrf2401等），微处理器可以为嵌入式单片机（stm32等），数据发射装置为主控装置中无线模块的外置天线，外置天线通过导线与主控装置的无线模块连接，外置天线布置在刀轴端面，与外界空间相接触，能避免信号隔离。

外置天线与监测终端无线连接，监测终端可以为手机或者电脑等能接受数据的装置，能够实时查看每把滚刀运行情况，当刀盘上全部安装该新型滚刀时，能很好的对滚刀运行情况进行监测，当滚刀转动速度、温度、压力、磨损量异常时能及时报警。

副控装置主要处理滚刀磨损数据，再通过无线的方式发送数据给主控装置，并由主控装置发送给监测终端，副控装置使用电子灌封胶密封在刀毂凹槽内，如图4所示。

本实施例中，优选地，传感头装置包括螺纹头及通过电子灌封胶密封安装在螺纹头上的温度传感器、压力传感器和霍尔传感器，螺纹头安装在隔圈上的螺纹通孔内，且与刀轴孔相对齐，螺纹头的中心设有供各个传感器的导线穿过的轴孔，各个传感器通过导线与主控装置相连，实现对滚刀运转时速度、温度和压力数据的实时采集，如图2所示。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中如使用“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，如使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

上文中参照优选的实施例详细描述了本实用新型的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本实用新型理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本实用新型提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，包括刀轴、刀毂和设置在刀轴和刀毂之间的轴承，相邻轴承之间设有隔圈，所述刀毂上设置有刀圈，其特征在于，该掘进机滚刀内部设有全状态在线监测装置，所述全状态在线监测装置包括主控装置、传感头装置、副控装置和刀圈磨损检测装置；

所述传感头装置固定在所述隔圈上，且其上设有多个传感器；

所述主控装置安装在刀轴的钻孔内，所述主控装置通过导线与所述传感头装置上的多个传感器连接，所述主控装置引出的导线穿过刀轴的钻孔与设置在刀轴端面槽的数据发射装置连接；

所述刀圈磨损检测装置通过导线与副控装置连接，所述副控装置与所述主控装置无线连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，其特征在于，所述磨损检测装置为由绝缘漆包裹的电阻材料，其安装在刀圈表面的径向开槽内部，且与刀圈表面相贴合，所述磨损检测装置的两头引出导线穿过刀毂开孔与副控装置相连接，所述副控装置安装在刀毂凹槽内。

3.根据权利要求1所述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，其特征在于，所述主控装置和副控装置均通过电子灌封胶密封。

4.根据权利要求1所述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，其特征在于，所述主控装置和副控装置均包括电池、微处理器和无线模块，所述数据发射装置为主控装置中无线模块的外置天线，所述外置天线通过导线与主控装置的无线模块连接。

5.根据权利要求4所述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，其特征在于，所述外置天线与监测终端无线连接。

6.根据权利要求1所述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，其特征在于，所述传感头装置上设有温度传感器、压力传感器和霍尔传感器，所述刀毂的内壁上固定连接有与所述霍尔传感器对应的磁铁装置，所述磁铁装置的顶部安装有一块强磁铁。

7.根据权利要求6所述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，其特征在于，所述传感头装置包括螺纹头及通过电子灌封胶密封安装在螺纹头上的温度传感器、压力传感器和霍尔传感器，螺纹头安装在隔圈上的螺纹孔内，且与刀轴孔相对齐，所述螺纹头的中心设有供导线穿过的轴孔。

8.根据权利要求6所述的一种新型内置全状态在线监测装置的掘进机滚刀，其特征在于，所述磁铁装置螺接在所述刀毂的螺纹孔内。

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