CN220472692U - 一种内嵌式tbm滚刀监测装置及刀箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种内嵌式TBM滚刀监测装置及刀箱，监测装置包括壳体和设置在壳体内的处理器，与处理器相连的用于监测滚刀状态的传感器，与处理器相连用于传输检测数据的通信模块和用于为监测装置供电的电源模块；所述传感器包括温度传感器和霍尔元件中的一种或多种；所述壳体呈圆柱形，并在外表面形成与刀箱侧壁上对应位置盲孔内螺纹相匹配的外螺纹。本实用新型的微型滚刀状态测量装置具有体积小、更可靠、安装牢固、不用频繁拆卸等优点。

Description

一种内嵌式TBM滚刀监测装置及刀箱

技术领域

本实用新型涉及一种内嵌式TBM滚刀监测装置及刀箱，属于隧道施工技术领域，尤其涉及TBM滚刀监测技术领域。

背景技术

滚刀在TBM施工掘进过程中扮演着重要的角色。滚刀状态直接影响TBM的掘进速度。因此，滚刀状态在线监测系统对于TBM的高效掘进是非常有意义的。滚刀状态监测系统实时监测滚刀的转速、温度、磨损等三种状态变量。

近年来，随着科技的发展，逐步出现了TBM刀具状态监测方面的相关研究。申请公布号为CN111486789A的中国专利申请文件公开了一种TBM滚刀磨损在线实时检测系统及方法，该方法采用用激光测距的原理测定滚刀的磨损量，该方法只测定了滚刀的磨损，无法对转速额外难度等状态变量进行监测。申请公布号为CN112184630A的中国专利申请文件公开了一种基于机器视觉的TBM滚刀磨损监测装置及监测方法，该方法采集滚刀刀刃的图像信息，通过机器视觉的方法提取刀刃的边缘轮廓，利用图像匹配的方法进行匹配融合，即可获得滚刀刀圈的磨损区域范围。但是该方法忽略了土仓内高温高湿强冲击的恶劣环境，因此该方法原理可行，但是实现有难度。申请公布号为CN110702777A的中国专利申请文件公开了一种隧道掘进机滚刀磨损在线检测装置，该装置分段式采集滚刀磨损，标定重复一致性差，且只能检测滚刀的磨损。

为解决以上现有技术的缺陷，申请公布号为CN108181484A的中国专利申请文件公开了一种常压刀盘滚刀转速和温度测量装置及磨损量测量方法。该方案利用霍尔原理检测检测滚刀转速、根据滚刀转速反映磨损量，以及通过滚刀周围环境温度反应滚刀温度。该方案的测量装置和滚刀的检测方法，实现了转速、温度、磨损等三种状态变量的实时监测，但方案中，用于检测转速的霍尔器件等设置在刀仓中刀具后方，不容易导致积渣，且那个位置高温高湿环境恶劣，且存在大量砂石灰尘，工作环境恶劣，容易导致霍尔元件失效，导致装置寿命低，可靠性差。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种内嵌式TBM滚刀监测装置，用以解决现有霍尔原理检测滚刀转速及磨损的方案存在霍尔元件易失效的问题；还提供了一种刀箱，用于解决目前采用霍尔原理检测滚刀转速及磨损的刀箱易积渣的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

本实用新型的一种内嵌式TBM滚刀监测装置的技术方案，包括壳体和设置在壳体内的处理器、与处理器相连的用于监测滚刀状态的传感器、与处理器相连用于传输检测数据的通信模块和用于为监测装置供电的电源模块；所述传感器包括温度传感器和霍尔元件中的一种或多种；所述壳体呈圆柱形，并在外表面形成与刀箱侧壁上对应位置盲孔内螺纹相匹配的外螺纹。

本实用新型的滚刀监测装置，壳体采用圆柱体且设置外螺纹，能够通过螺纹与刀箱侧壁连接。装置能够隐藏安装在刀仓侧壁之中，避免受到泥水砂石等恶劣环境侵扰，且刀仓侧壁导热良好，避免高温导致霍尔元件失效，有效延长了监测装置使用寿命，增加了装置的可靠性。

进一步地，所述壳体的一端设置有用于使用工具旋动圆柱形壳体的螺栓头。

端部增加螺栓头，便于通过工具拆装检修或更换监测装置。

进一步地，所述电源模块为DCDC模块，DCDC模块输入端用于外接供电线路，输出端供电连接处理器、传感器和通信模块。

通过外置接线供电，避免频繁拆卸更换电池，降低运维成本。

进一步地，所述通信模块为485通信模组。

装置采用有线供电、有线传输信号的方式，解决了无线通讯电池供电频繁更换电池、采集频率低、通讯不可靠的问题。

本实用新型的一种刀箱的技术方案，通过刀箱侧壁转动支撑设置有滚刀，在滚刀轴向的两个端面中，与刀箱侧壁相邻的一个端面上偏离旋转轴心的位置设置有磁体；在刀箱侧壁上与所述磁体相对应的位置上设置有滚刀监测装置；所述滚刀监测装置包括壳体和设置在壳体内的处理器、与处理器相连的霍尔元件、与处理器相连用于传输检测数据的通信模块和用于为滚刀监测装置供电的电源模块。

本实用新型的刀箱，用于滚刀状态监测的监测装置设置在刀箱侧壁上，通过滚刀侧面安装的传感器采集转速，防止积渣，减少了清理和冲洗刀箱的频率。

进一步地，在刀箱侧壁上与所述磁体相对应的位置上开设盲孔，所述滚刀监测装置嵌入盲孔之中。滚刀监测装置，壳体采用圆柱体且设置外螺纹，能够通过螺纹与刀箱侧壁连接。

本实用新型刀箱的滚刀监测装置隐藏安装在刀仓侧壁之中，避免受到泥水砂石等恶劣环境侵扰，且刀仓侧壁导热良好，避免高温导致霍尔元件失效，有效延长了监测装置使用寿命，增加了装置的可靠性。

进一步地，所述盲孔中车有内螺纹；所述壳体呈圆柱形，且圆柱形的外表面上设置有与内螺纹匹配的外螺纹；所述壳体旋入盲孔通过螺纹与刀箱侧壁连接。

通过螺纹固定连接，方便拆装检修更换，连接更牢固可靠。

进一步地，所述壳体在盲孔开口一侧设置有用于使用工具旋动圆柱形壳体的螺栓头。

端部增加螺栓头，便于通过工具拆装检修或更换监测装置。

进一步地，所述滚刀监测装置还包括设置在壳体内用于检测滚刀温度的温度传感器。

通过监测装置中的温度传感器，还能够进一步监测滚刀的温度。

进一步地，所述电源模块为DCDC模块，DCDC模块输入端用于外接供电线路，输出端供电连接处理器、温度传感器、霍尔元件和通信模块。

装置采用有线供电、有线传输信号的方式，解决了无线通讯电池供电频繁更换电池、采集频率低、通讯不可靠的问题。

附图说明

图1是本实用新型的刀箱结构及监测装置安装示意图；

图2是本实用新型的微型滚刀状态监测装置电路框架图；

图3是由本实用新型的微型滚刀状态监测装置组成的滚刀状态监测系统的系统框架图。

图中包括：1、刀箱侧壁；2、螺栓孔；3、微型滚刀状态监测装置；4、滚刀；5、磁铁；6、滚刀刀刃。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图及实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。

刀箱实施例：

如图1所示的TBM刀箱在滚刀部分的截面图，包括刀箱侧壁1和设置在刀箱侧壁1上的滚刀4。

本实施例为了方便描述，将滚刀4视为绕轴转动的圆柱体，滚刀刀刃6设置在圆柱体滚刀的外周面上；圆柱体滚刀的圆形面，即滚刀转动轴线方向上两端的表面为端面。

在滚刀4靠近刀箱侧壁1的端面上，偏离旋转轴心的位置内嵌设置有磁铁5，为了增加转速检测的精度和分辨率，磁铁在以旋转轴心为圆心的圆周位置均匀分布多个。具体地，在滚刀4的对应端面的某一以旋转轴心为圆心的圆周上，在若干个圆周的等分位置处开设盲孔，并将圆柱形磁铁5嵌入盲孔之中。本实施例中，滚刀4端面在圆周上均匀设置8个磁铁。

若刀箱内安装单个滚刀，则滚刀两个端面均与刀箱侧壁相邻，则两个端面均可设置磁体。若刀箱内并排安装两个滚刀，则两个滚刀朝外一侧的端面与刀箱侧壁相邻，与刀箱侧壁相邻的端面可设置磁体。

在刀箱侧壁1与各个磁铁5对应的位置上设置微型滚刀状态测量装置3，微型滚刀状态监测装置3内设霍尔元件和温度传感器。霍尔元件通过随滚刀4旋转的磁铁5检测滚刀4转速。温度传感器检测到的温度用来反映滚刀温度。

滚刀磨损后，其直径变小。根据该原理，可以通过滚刀转速计算出滚刀的当前磨损量。已知滚刀的磨损后的半径为R，滚刀的初始半径为r，滚刀理论转速为SPEED，滚刀实际转速为speed。则滚刀磨损量为r-R＝r×(1-speed/SPEED)。具体通过转速检测滚刀磨损量的方法是现有技术，本实施例不再赘述。

具体地，如图2所示，微型滚刀状态监测装置3由DC-DC降压稳压模块、MCU、485通讯模组、霍尔开关、线性霍尔、数字量温度传感器等组成。DC-DC降压稳压模块负责将输入电压转换成MCU等模块的工作电压。485通讯模组负责将ttl信号转换成485信号。霍尔开关和线性霍尔负责采集滚刀的转速信号。数字量温度传感器负责采集滚刀温度。MCU负责采集线性霍尔传感器、霍尔开关传感器、温度传感器的信息，并通过485通讯模组发送出去，485通讯模组还接收外部发来的信号。

进一步地，微型滚刀状态测量装置3采用内嵌式设计。将微型滚刀状态测量装置3各个部件封装进带有螺纹的圆柱形外壳，外壳结构可以成螺栓状，具有螺栓头，便于安装。刀箱侧壁1对应位置预先开有螺栓孔2，螺栓孔2位置与滚刀4上的磁铁5相对应。内嵌式微型滚刀状态测量装置3通过装置外壳的外螺纹将装置旋入刀箱侧壁1上的螺栓孔2。在滚刀4侧面圆周上均匀分布的8个磁铁5，在滚刀4旋转的过程中，磁铁5跟随滚刀4旋转。

本实用新型内嵌式微型滚刀状态测量装置具有尺寸小、易安装等优点。

作为其他实施方式，微型滚刀状态测量装置外形结构不限于螺栓形式，可以采用方形、圆形等形状，嵌入刀箱侧壁上对应位置的盲孔，或通过焊接、螺栓固定的方式固定在刀箱侧壁对应位置。

本实用新型的内嵌式TBM滚刀监测装置组成的监测系统如图3所示，TBM刀盘上多个刀箱的多个微型滚刀状态测量装置与485集线器相连。485集线器将多个微型滚刀状态测量装置的信号汇集成一路信号，通过承压连接器与滑环转子线相连接。滑环将旋转体的线缆转换成非旋转体线缆输出刀盘。滑环定子线通过接线盒与主控室内的通信转换模块相连接。通信转换模块将485信号转换成232信号，并发送给上位机。其中，485集线器可以采用分线板替代。

本实用新型的内嵌式TBM滚刀监测装置采用有线供电、有线传输信号的方案。该装置组成的监测系统由内嵌式微型滚刀状态测量装置、485集线器、分线板、信号转换器、上位机组成。这些模块都是通过有线连接，解决了无线通讯电池供电频繁更换电池、采集频率低、通讯不可靠的问题。

监测装置实施例：

本实用新型的一种内嵌式TBM滚刀监测装置，为刀箱实施例中的内嵌式TBM滚刀监测装置，该装置在刀箱实施例中介绍的足够清楚，此处不再赘述。

该装置能够通过螺纹旋入刀箱侧壁之中，不会积蓄渣土；且监测装置通过螺纹与刀箱侧壁紧密接触，导热良好，侧壁也有效保护了监测装置免受泥水和砂石的磨损和撞击，有效延长了监测装置内例如MCU和霍尔元件等器件的寿命，提高了装置可靠性。

Claims (10)

1.一种内嵌式TBM滚刀监测装置，其特征在于，包括壳体和设置在壳体内的处理器，与处理器相连的用于监测滚刀状态的传感器，与处理器相连用于传输检测数据的通信模块和用于为监测装置供电的电源模块；所述传感器包括温度传感器和霍尔元件中的一种或多种；所述壳体呈圆柱形，并在外表面形成与刀箱侧壁上对应位置盲孔内螺纹相匹配的外螺纹。

2.根据权利要求1所述的内嵌式TBM滚刀监测装置，其特征在于，所述壳体的一端设置有用于使用工具旋动圆柱形壳体的螺栓头。

3.根据权利要求2所述的内嵌式TBM滚刀监测装置，其特征在于，所述电源模块为DCDC模块，DCDC模块输入端用于外接供电线路，输出端供电连接处理器、传感器和通信模块。

4.根据权利要求1所述的内嵌式TBM滚刀监测装置，其特征在于，所述通信模块为485通信模组。

5.一种刀箱，通过刀箱侧壁转动支撑设置有滚刀，其特征在于，在滚刀轴向的两个端面中，与刀箱侧壁相邻的一个端面上偏离旋转轴心的位置设置有磁体；在刀箱侧壁上与所述磁体相对应的位置上设置有滚刀监测装置；所述滚刀监测装置包括壳体和设置在壳体内的处理器、与处理器相连的霍尔元件、与处理器相连用于传输检测数据的通信模块和用于为滚刀监测装置供电的电源模块。

6.根据权利要求5所述的刀箱，其特征在于，在刀箱侧壁上与所述磁体相对应的位置上开设盲孔，所述滚刀监测装置嵌入盲孔之中。

7.根据权利要求6所述的刀箱，其特征在于，所述盲孔中车有内螺纹；所述壳体呈圆柱形，且圆柱形的外表面上设置有与内螺纹匹配的外螺纹；所述壳体旋入盲孔通过螺纹与刀箱侧壁连接。

8.根据权利要求6所述的刀箱，其特征在于，所述壳体在盲孔开口一侧设置有用于使用工具旋动圆柱形壳体的螺栓头。

9.根据权利要求5所述的刀箱，其特征在于，所述滚刀监测装置还包括设置在壳体内用于检测滚刀温度的温度传感器。

10.根据权利要求5所述的刀箱，其特征在于，所述电源模块为DCDC模块，DCDC模块输入端用于外接供电线路，输出端供电连接处理器、霍尔元件和通信模块。