專利名稱：帶有針輪裝置的盾構(gòu)施工排土量實(shí)時(shí)在線測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬盾構(gòu)施工工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于盾構(gòu)施工排土量測(cè)量的針輪裝置以及由針輪構(gòu)成的在線實(shí)時(shí)測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
四川潤(rùn)智興科技有限公司的授權(quán)公告號(hào)為CN201852847U的實(shí)用新型專利“移動(dòng)物體的測(cè)速定位裝置”，主要由數(shù)據(jù)處理器、旋轉(zhuǎn)編碼器、同步機(jī)構(gòu)組成。其中同步機(jī)構(gòu)穿過旋轉(zhuǎn)編碼器并驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器同步轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，確定移動(dòng)物體的速度和位置。三一重工裝備有限公司的授權(quán)公告號(hào)為CN201805340U的實(shí)用新型專利“采煤機(jī) 位置檢測(cè)裝置”，該裝置在采煤機(jī)軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出端連接中央控制單元。采煤機(jī)行走時(shí)，通過檢測(cè)旋轉(zhuǎn)編碼器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)過一定邏輯運(yùn)算后向支架電液控制系統(tǒng)發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)工作面的自動(dòng)控制。'現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)渣土體積測(cè)量采用后方稱重法，把渣土存放在電瓶車的幾節(jié)車斗中運(yùn)到盾構(gòu)施工的后方，每隔一段時(shí)間人工數(shù)出電瓶車節(jié)數(shù)來間接計(jì)算渣土體積。這種方法測(cè)量信息滯后、精度差、自動(dòng)化程度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種盾構(gòu)施工排土量實(shí)時(shí)在線測(cè)量裝以及適用于該測(cè)量裝置內(nèi)的針輪裝置，在盾構(gòu)機(jī)上增添一套本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)排土體積的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)測(cè)量，提高原有測(cè)量方法的精度、實(shí)時(shí)性，滿足盾構(gòu)施工提出的要求。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種基于針輪裝置的盾構(gòu)施工排土量實(shí)時(shí)在線測(cè)量裝置，是使用螺旋輸送機(jī)出土口的截面積值對(duì)渣土的前進(jìn)速度積分得到排土體積速度的測(cè)量裝置，該裝置包括針輪裝置和由旋轉(zhuǎn)編碼器、信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)構(gòu)成的控制部分，所述針輪裝置安裝在盾構(gòu)機(jī)螺旋輸送機(jī)出土口處，且安裝在垂直與渣土速度方向的平面內(nèi)，渣土經(jīng)螺旋輸送機(jī)擠壓后形成質(zhì)地密實(shí)、表面光滑、截面形狀均勻的土柱體，出土口的渣土從螺旋輸送機(jī)擠出時(shí)帶動(dòng)插入渣土的針或者葉片使針輪轉(zhuǎn)動(dòng)；上位機(jī)通過信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)與旋轉(zhuǎn)編碼器連接，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、預(yù)處理、積算以及顯示操作，使用軟件把出土口截面積值對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出速度積分得到排土量體積。所述的針輪裝置
它包括針輪及其針輪軸，針輪通過鍵連接實(shí)現(xiàn)與針輪軸的徑向定位，通過兩端的圓螺母實(shí)現(xiàn)軸向定位，所述針輪由輪緣與插入輪緣中的針或葉片構(gòu)成；
還包括左箱體和右箱體兩個(gè)箱體，用于支撐針輪軸，箱體與針輪軸之間設(shè)置軸承；旋轉(zhuǎn)編碼器置于右箱體內(nèi)；
還包括聯(lián)軸器，所述針輪軸通過聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)編碼器相連，聯(lián)軸器置于右箱體內(nèi)；
還包括套筒，設(shè)于針輪軸的外面，用于防護(hù)針輪軸；還包括針輪殼，針輪殼罩住針輪的上面部分，防止落泥落水的影響，針輪殼下面部分開口，針輪安裝于針輪殼內(nèi)，針輪的針通過開口部分與渣土接觸；
還包括氈圈密封，設(shè)于所述左箱體和右箱體的端蓋處，用于防止灰塵進(jìn)入箱體，損壞內(nèi)部的零件。進(jìn)一步優(yōu)化，所述軸承為角接觸球軸承，可以減小轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩，更準(zhǔn)確的傳遞渣土的運(yùn)動(dòng)信息。進(jìn)一步優(yōu)化，所述聯(lián)軸器為彈性梅花型聯(lián)軸器，針輪軸經(jīng)過彈性梅花型聯(lián)軸器將運(yùn)動(dòng)傳遞給旋轉(zhuǎn)編碼器，對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到渣土的線速度。出土口的截面積值固定，渣土移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)針輪轉(zhuǎn)動(dòng)，針輪軸通過聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)動(dòng)情況傳遞給旋轉(zhuǎn)編碼器，上位機(jī)與旋轉(zhuǎn)編碼器連接，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、預(yù)處理、積算以及顯示操作，使用軟件把出土口截面積值對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出速度積分得到排土量體積。本發(fā)明裝置適用于盾構(gòu)機(jī)穿越潮濕、有一定粘度的土層，螺旋輸送機(jī)出土能形成 潮濕、有一定粘度的柱體的情況。針輪的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)是影響系統(tǒng)精度最關(guān)鍵的因素，通過選擇合適的參數(shù)可使測(cè)量精度上可以達(dá)到1%，能夠滿足盾構(gòu)施工的要求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)或積極效果
1、本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工中渣土的在線測(cè)量，即實(shí)時(shí)的獲得單位時(shí)間內(nèi)排土體積的數(shù)據(jù)，方便施工人員獲得影響施工質(zhì)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行快速有效的調(diào)整。針輪裝置具有高的可靠性，在裝置設(shè)計(jì)中特別注意了防泥防水的措施，針輪及其針輪軸由套筒和針輪外罩雙重保護(hù)，可以保護(hù)針輪裝置能在條件非常惡劣的盾構(gòu)施工環(huán)境中正常工作；
2、有較高的測(cè)量精度。裝置的測(cè)速通過技術(shù)上已經(jīng)非常成熟、有很高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)，從硬件上保證了整套裝置的精度，在裝置幾何參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，綜合運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和幾何關(guān)系的相關(guān)理論進(jìn)行分析，構(gòu)建理論模型，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)物仿真把精度提到最高，足以滿足工程應(yīng)用的要求。3、成本低。裝置中機(jī)械部分的加工不需要特殊的設(shè)備，對(duì)加工材料沒有苛刻要求，控制部分主要由價(jià)格經(jīng)濟(jì)的旋轉(zhuǎn)編碼器組成，因此整套裝置的成本較低，具有很好的性價(jià)比，方便使用中模塊化更換。


圖I為本發(fā)明裝置的工作原理圖。圖2針輪裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖3是針輪裝置與上位機(jī)通信原理圖。標(biāo)記說明1_左箱體，2-墊片，3-左箱體端蓋，4-法蘭，5-針輪殼，6-針輪，7-套筒，8-右箱體左端蓋，9-右箱體，10-聯(lián)軸器，11-旋轉(zhuǎn)編碼器，12-右箱體右端蓋，13-軸用擋圈，14-軸承，15-氈圈密封，16-針輪軸，17-圓螺母，18-渣土，19-軸承，20-孔用擋圈，21-圓螺母，信號(hào)調(diào)理模塊22，端子板23，數(shù)據(jù)采集卡24，工控機(jī)25，雙絞線26。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。本實(shí)施例基于針輪裝置的盾構(gòu)施工排土量實(shí)時(shí)在線測(cè)量裝置，是使用螺旋輸送機(jī)出土口的截面積值對(duì)渣土的前進(jìn)速度積分得到排土體積速度的測(cè)量裝置，該裝置包括針輪裝置和由旋轉(zhuǎn)編碼器、信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)構(gòu)成的控制部分，所述針輪裝置安裝在盾構(gòu)機(jī)螺旋輸送機(jī)出土口處(如圖I所示)，且安裝在垂直與渣土速度方向的平面內(nèi)(如圖I所示)，渣土經(jīng)螺旋輸送機(jī)擠壓后形成質(zhì)地密實(shí)、表面光滑、截面形狀均勻的土柱體，出土口的渣土從螺旋輸送機(jī)擠出時(shí)帶動(dòng)插入渣土的針或者葉片使針輪轉(zhuǎn)動(dòng)；工控機(jī)通過信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)與旋轉(zhuǎn)編碼器11連接(如圖3所示)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、預(yù)處理、積算以及顯示操作，使用軟件把出土口截面積值對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出速度積分得到排土量體積。如圖2所示的針輪裝置
它包括針輪6及其針輪軸16，針輪通過鍵連接實(shí)現(xiàn)與針輪軸的徑向定位，通過兩端的圓螺母實(shí)現(xiàn)軸向定位，所述針輪由輪緣與插入輪緣中的針構(gòu)成(如圖I所示的針結(jié)構(gòu)形態(tài))；還包括左箱體I和右箱體9兩個(gè)箱體，用于支撐針輪軸，箱體與針輪軸之間設(shè)置軸承 14 ；
還包括聯(lián)軸器10，所述針輪軸通過聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)編碼器11相連，聯(lián)軸器置于右箱體
內(nèi)；
還包括套筒7，設(shè)于針輪軸的外面，用于防護(hù)針輪軸；
還包括針輪殼5，針輪殼罩住針輪的上面部分，防止落泥落水的影響，針輪殼下面部分開口，針輪安裝于針輪殼內(nèi)，針輪的針通過開口部分與渣土接觸；
還包括氈圈密封15，設(shè)于所述左箱體和右箱體的端蓋處，用于防止灰塵進(jìn)入箱體，損壞內(nèi)部的零件。進(jìn)一步優(yōu)化，所述軸承為角接觸球軸承，可以減小轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩，更準(zhǔn)確的傳遞渣土的運(yùn)動(dòng)信息。進(jìn)一步優(yōu)化，所述聯(lián)軸器為彈性梅花型聯(lián)軸器，針輪軸經(jīng)過彈性梅花型聯(lián)軸器將運(yùn)動(dòng)傳遞給旋轉(zhuǎn)編碼器，對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到渣土的線速度?？刂撇糠?br> 包括市售的旋轉(zhuǎn)編碼器，為歐姆龍E6A2-CS5型，置于右箱體內(nèi)；
包括市售的信號(hào)調(diào)理模塊，為阿爾泰公司SlllO型，實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)編碼器輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)供數(shù)據(jù)采集卡采集；
本實(shí)施例還包括市售的端子板，為阿爾泰A37D- II型號(hào)，端子擰入旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)據(jù)線，另一端為37芯D型插頭，37芯D型插頭用來連接數(shù)據(jù)采集卡；
還包括數(shù)據(jù)采集卡，本實(shí)施例為市售的數(shù)據(jù)采集卡，為阿爾泰PCI8622型，插在工控機(jī)PCI插槽內(nèi)，使采集傳感器信號(hào)最終提供給工控機(jī)，數(shù)據(jù)采集卡作為傳感器旋轉(zhuǎn)編碼器與工控機(jī)之間溝通的橋梁。還包括工控機(jī)，用于存儲(chǔ)傳感器數(shù)據(jù)，運(yùn)行相關(guān)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，包括瞬時(shí)排土體積、一段時(shí)間累加的排土體積計(jì)算、顯示，運(yùn)行相關(guān)監(jiān)控軟件，以及檢測(cè)、顯示傳感器的工作狀態(tài)等。如圖I所示，將針輪安裝在垂直與渣土速度方向的平面內(nèi)，使針輪的針插入渣土中一定深度。渣土移動(dòng)帶動(dòng)針輪轉(zhuǎn)動(dòng)，針輪軸經(jīng)過聯(lián)軸器將針輪的轉(zhuǎn)動(dòng)情況傳遞給旋轉(zhuǎn)編碼器。v= Xr，其中V為渣土的線速度，r為針輪的半徑，《為旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)速。
為保證渣土對(duì)針輪有良好的同步帶動(dòng)效果，針輪的“插入結(jié)構(gòu)”可以做成針形或者葉片形。如圖2展示了針輪的左箱體和針輪部分，針輪外面加裝保護(hù)罩，針輪殼以外的針輪軸加裝保護(hù)套，減小盾構(gòu)施工環(huán)境中落泥、落水及粉塵的污染；針輪軸采取簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，左右箱體中各有一個(gè)角接觸球軸承起到支撐和減小阻力矩的作用；箱體端蓋采用氈圈密封，進(jìn)一步防止箱體內(nèi)部被污染；針輪軸通過彈性聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)編碼器相連，傳遞針輪運(yùn)動(dòng)，并 避免兩軸可能不對(duì)中而出現(xiàn)加載在旋轉(zhuǎn)編碼器上的彎矩。
權(quán)利要求
1.一種基于針輪裝置的盾構(gòu)施工排土量實(shí)時(shí)在線測(cè)量裝置，其特征在于，該裝置包括針輪裝置和由旋轉(zhuǎn)編碼器、信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)構(gòu)成的控制部分，所述針輪裝置安裝在盾構(gòu)機(jī)螺旋輸送機(jī)出土口處，且安裝在垂直與渣土速度方向的平面內(nèi)； 所述的針輪裝置 它包括針輪及其針輪軸，針輪通過鍵連接實(shí)現(xiàn)與針輪軸的徑向定位，通過兩端的圓螺母實(shí)現(xiàn)軸向定位，所述針輪由輪緣與插入輪緣中的針或葉片構(gòu)成； 還包括左箱體和右箱體兩個(gè)箱體，用于支撐針輪軸，箱體與針輪軸之間設(shè)置軸承；旋轉(zhuǎn)編碼器置于右箱體內(nèi)； 還包括聯(lián)軸器，所述針輪軸通過聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)編碼器相連，聯(lián)軸器置于右箱體內(nèi)； 還包括套筒，設(shè)于針輪軸的外面，用于防護(hù)針輪軸； 還包括針輪殼，針輪殼罩住針輪的上面部分，針輪殼下面部分開口，針輪安裝于針輪殼內(nèi)，針輪的針通過開口部分與渣土接觸； 上位機(jī)通過信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)與旋轉(zhuǎn)編碼器連接，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、預(yù)處理、積算以及顯示操作，使用軟件把出土口截面積值對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出速度積分得到排土量體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的針輪測(cè)量裝置，其特征在于，還包括氈圈密封，設(shè)于所述左箱體和右箱體的端蓋處。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的針輪測(cè)量裝置，其特征在于，所述軸承為角接觸球軸承。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的針輪測(cè)量裝置，其特征在于，所述聯(lián)軸器為彈性梅花型聯(lián)軸器。
全文摘要
本發(fā)明所屬盾構(gòu)施工工程技術(shù)領(lǐng)域，該基于針輪裝置的盾構(gòu)施工排土量實(shí)時(shí)在線測(cè)量裝置，包括針輪裝置，安裝在盾構(gòu)機(jī)螺旋輸送機(jī)出土口處，且安裝在垂直與渣土速度方向的平面內(nèi)。針輪裝置包括針輪、針輪軸、左右兩個(gè)箱體、聯(lián)軸器，針輪軸通過聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)編碼器相連。控制部分對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、預(yù)處理、積算以及顯示操作，使用軟件把出土口截面積值對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出速度積分得到排土量體積。本發(fā)明裝置適用于盾構(gòu)機(jī)穿越潮濕、有一定粘度的土層，螺旋輸送機(jī)出土能形成潮濕、有一定粘度的柱體的情況，實(shí)現(xiàn)排土體積的準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)測(cè)量，提高原有測(cè)量方法的精度、實(shí)時(shí)性，滿足盾構(gòu)施工提出的要求。
文檔編號(hào)E21D9/093GK102720510SQ20121020088
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者呂強(qiáng), 周奇才, 張恒, 王凱, 趙炯 申請(qǐng)人:上海地鐵盾構(gòu)設(shè)備工程有限公司