專利名稱：基于電阻排式的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量在線監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大型施工設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)，具體涉及一種用于盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工中對(duì)刀具磨損量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的裝置。
背景技術(shù)：
盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是隧道、地鐵建設(shè)的大型裝備。刀盤帶動(dòng)刀具進(jìn)行掘進(jìn)，其中地鐵施工所用的刀盤直徑6. 2-6. 4m,刀盤刀具是掘進(jìn)的關(guān)鍵部件，也是最易磨損和失效的部件，刀具磨損主要是指刀刃和刀體的磨損。刀具的磨損除了無(wú)法掘進(jìn)外也會(huì)危及人身安全。施工中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀具的磨損程度，已成為國(guó)外掘進(jìn)裝備生產(chǎn)商競(jìng)相開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)。目前對(duì)刀具檢查的有兩種一種是在停機(jī)狀態(tài)下施工人員經(jīng)過(guò)壓力倉(cāng)進(jìn)入刀盤部位，進(jìn)行檢查及實(shí)施操作；另一種方法是在刀盤刀具前端開(kāi)挖豎井或側(cè)井，施工人員進(jìn)入刀盤前端實(shí)施相同作業(yè)。后一種方法成本極高，前一種檢查方法雖然直觀，但風(fēng)險(xiǎn)大。主要表現(xiàn)為(1)停機(jī)可能造成因周邊土體失穩(wěn)引發(fā)重大事故；( 檢查或換刀過(guò)程，只有受過(guò)專門訓(xùn)練的人員才能承受壓力倉(cāng)內(nèi)2-5倍大氣壓力，特別是當(dāng)施工處于河流、重要建筑物等特殊地段時(shí)，因無(wú)法適時(shí)地判斷刀具磨損狀態(tài)而使得這一問(wèn)題更為突顯。而且上述兩種方法均要停機(jī)操作，每一次停機(jī)都將帶來(lái)巨大的成本支出。除了停機(jī)檢查方法外，目前國(guó)內(nèi)外主要采用閾值檢測(cè)方法或者是對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行估算的方法在線預(yù)測(cè)刀具磨損狀態(tài)。閾值檢測(cè)法。該方法主要采用添加劑、液壓以及嵌入式傳感器等來(lái)判斷刀具磨損狀態(tài)。添加劑技術(shù)的原理是，在刀具內(nèi)預(yù)裝異味添加劑或熒光材料，一旦刀具磨損超過(guò)許用尺寸，便釋放出異味或熒光進(jìn)行示警。液壓傳感器技術(shù)是在刀具中通入油壓，當(dāng)?shù)毒吣p超過(guò)允許尺寸時(shí)造成油路泄露進(jìn)行示警。閾值檢測(cè)技術(shù)對(duì)缺陷是(1)示警信號(hào)為開(kāi)關(guān)閾值， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)磨損量的連續(xù)監(jiān)測(cè)；(2)傳感器信號(hào)大多需要采用有線傳輸方式，這種方式對(duì)布線要求高且難于維護(hù)。掘進(jìn)參數(shù)估計(jì)法。其基本原理是由理想地質(zhì)條件下掘進(jìn)參數(shù)(推力、扭矩、掘進(jìn)速度、功率等)的經(jīng)驗(yàn)曲線或由半經(jīng)驗(yàn)公式得到估算值，將實(shí)際掘進(jìn)參數(shù)值與估算值進(jìn)行比對(duì)來(lái)估計(jì)刀具的整體磨損狀態(tài)。但所得估算值反映的是刀具總體磨損量的均值，其可靠程度受到兩方面因素的影響一是經(jīng)驗(yàn)曲線或經(jīng)驗(yàn)公式適應(yīng)于特定單一地質(zhì)條件，缺乏普適性。綜上所述，針對(duì)大型全斷面掘進(jìn)裝備工作效率和安全運(yùn)行的行業(yè)需求，研究開(kāi)發(fā)刀盤刀具磨損狀態(tài)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)，已成為掘進(jìn)裝備工程中急待解決的問(wèn)題。本發(fā)明的提出可對(duì)上述難題得到滿意的解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種判斷挖掘刀具磨損狀態(tài)的傳感器?；陔娮枧攀降亩軜?gòu)機(jī)刀具磨損量在線監(jiān)測(cè)裝置，具有電阻排、電阻排基座、刀具、橡膠墊、鎖母、刀盤、信號(hào)放大器、發(fā)射天線、土壓艙、接收天線、盾構(gòu)主機(jī)艙以及信號(hào)接收裝置，其結(jié)構(gòu)組成為由電阻排、電阻排基座和電阻引線插頭構(gòu)成電阻排式刀具磨損傳感器，電阻排式傳感器鑲嵌于盾構(gòu)機(jī)的刀具內(nèi)。電阻排與刀具接觸的部位填充環(huán)氧樹(shù)脂，以保證電阻排與刀具的絕緣。電阻排基座與刀具接觸的部位設(shè)有橡膠墊，橡膠墊亦具有密封作用，電阻排基座用鎖母與刀具固定為一體。刀盤上設(shè)有信號(hào)放大器，在刀盤背面與信號(hào)放大器的相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有發(fā)射天線，在土壓艙內(nèi)壁與發(fā)射天線相對(duì)位置設(shè)有接收天線，盾構(gòu)主機(jī)艙設(shè)有信號(hào)接收裝置。電阻排式刀具磨損傳感器的技術(shù)方案是電阻排由二列或二列以上平行排列的單電阻構(gòu)成，電阻排以印刷電路方式加工在絕緣襯底上。電阻排外表面涂有環(huán)氧樹(shù)脂絕緣，絕緣襯底與電阻引線插頭、電阻排基座三者固定為一體。電阻排上的各個(gè)單電阻并聯(lián)連接，各單電阻之間等間距分布。接收天線設(shè)有三支，呈120°分布。電阻排式刀具磨損傳感器的工作原理是安裝在絕緣襯底上的電阻排作為傳感器主體，因?yàn)樵撾娮枧疟话惭b于挖掘刀具的內(nèi)部，電阻排(傳感器)頂端與刀具的刀刃平齊。 當(dāng)?shù)毒弑荒p時(shí)絕緣襯底以及單電阻自身也被同時(shí)磨損乃至斷裂，從而導(dǎo)致傳感器自身輸出的總電阻發(fā)生變化。事先設(shè)計(jì)出每個(gè)電阻的阻值，設(shè)計(jì)總電阻與刀具磨損量之間為線性關(guān)系，測(cè)量出此總電阻的變化即可得到刀具的磨損量?？傠娮璧淖兓ㄟ^(guò)電阻排基座上的電阻引線插頭輸出，因?yàn)榈侗P是旋轉(zhuǎn)的，置于刀盤上的挖掘刀具也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，所以測(cè)量信號(hào)通過(guò)無(wú)線發(fā)射的方式傳輸?？傠娮枳柚敌盘?hào)通過(guò)電阻引線插頭接至(刀盤輪輻內(nèi))密閉空間中的信號(hào)放大器，經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)傳給刀盤背側(cè)的發(fā)射天線，然后由土壓艙內(nèi)的接收天線接收。盾構(gòu)主機(jī)艙(非轉(zhuǎn)動(dòng))是盾構(gòu)機(jī)工作人員的操作室，盾構(gòu)主機(jī)艙內(nèi)設(shè)有的信號(hào)接收裝置實(shí)時(shí)接收、記錄接收天線所傳送(刀具磨損量)電阻信號(hào)，該信號(hào)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和控制。本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果是，可以實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)挖掘刀具的磨損狀態(tài)，有效減小或避免因刀具事故停機(jī)所造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡等危險(xiǎn)事故的發(fā)生。由于可以及時(shí)掌握施工中刀盤、刀具的運(yùn)行情況，可有效保障保證掘進(jìn)的可靠性。同時(shí)也延長(zhǎng)了盾構(gòu)機(jī)的安使用壽命。


圖1為電阻排式刀具磨損傳感器的結(jié)構(gòu)圖。圖2為電阻排式刀具磨損傳感器置于挖掘刀具內(nèi)的結(jié)構(gòu)圖。圖3為刀具磨損信號(hào)傳遞所涉及到的盾構(gòu)機(jī)部分結(jié)構(gòu)原理圖。圖4為天線在刀盤上的布置示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例是敘述性的，而不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍?；陔娮枧攀降亩軜?gòu)機(jī)刀具磨損量在線監(jiān)測(cè)裝置，其結(jié)構(gòu)是由電阻排1、電阻排基座2和電阻引線插頭3構(gòu)成電阻排式刀具磨損傳感器(圖1)。電阻排式傳感器鑲嵌于盾構(gòu)機(jī)的刀具4內(nèi)，電阻排與刀具接觸的部位填充環(huán)氧樹(shù)脂，電阻排基座2與刀具接觸的部位設(shè)有橡膠墊5，電阻排基座2通過(guò)鎖母6與刀具固定為一體(圖幻。刀盤7上設(shè)有信號(hào)放大器8，在刀盤背面與信號(hào)放大器的相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有發(fā)射天線9，在土壓艙10內(nèi)壁與發(fā)射天線相對(duì)位置設(shè)有接收天線11。盾構(gòu)主機(jī)艙12設(shè)有信號(hào)接收裝置13(圖3)。電阻排1由二列或二列以上平行排列的單電阻構(gòu)成，電阻排以印刷電路方式加工在絕緣襯底14上，電阻排外表面涂有環(huán)氧樹(shù)脂絕緣。絕緣襯底14與電阻引線插頭3、電阻排基座2三者固定為一體。電阻排1上的各個(gè)單電阻并聯(lián)連接，各單電阻之間等間距分布。接收天線9設(shè)有三支，每支間隔120° (圖4)?？傠娮璧妮敵龆丝梢允莾筛鶎?dǎo)線也可以是低接觸電阻的活動(dòng)插頭，通過(guò)低接觸電阻的活動(dòng)插頭與二次儀表連接，這樣既方便連接又可減小干擾。傳感器下端的電阻排基座，其作用是將傳感器安裝于刀具內(nèi)部時(shí)起定位作用(如圖2)。本實(shí)施例的絕緣襯底為印刷電路板。在印刷電路板上設(shè)計(jì)二列平行排列的單電阻，電阻的外形尺寸為0. 3X0. 25mm，傳感器的分辨率可以做到0. 3mm。每個(gè)單電阻之間的間距為0. 6mm。傳感器的初始總電阻是2Ω，每磨斷一個(gè)電阻總阻值增0. 5Ω，測(cè)量出總電阻值即可得知磨斷了幾個(gè)電阻。刀具的磨損程度等于被磨斷的單電阻數(shù)量乘以電阻間的間距。傳感器安裝于刀具的安裝孔中，通過(guò)下部的基座圓柱與安裝孔的內(nèi)端面實(shí)現(xiàn)定位，二者之間墊有密封墊，防止地下水流入。傳感器和安裝孔之間的空隙中注滿環(huán)氧樹(shù)脂， 起到輔助的固定傳感器和密封的作用。刀具下端的鎖母起到實(shí)質(zhì)緊固傳感器的作用。由于盾構(gòu)機(jī)工作在地下，主機(jī)艙、刀盤、刀具被巖土介質(zhì)和地下水包圍，因此信號(hào)放大器設(shè)置于密閉空間中的(輪輻內(nèi)的)刀盤上。發(fā)射天線安裝于刀盤的背側(cè)并用高強(qiáng)度工程塑料盒保護(hù)，接收天線安裝于盾構(gòu)機(jī)主機(jī)艙的前表面。為了克服巖土介質(zhì)和水對(duì)無(wú)線電波屏蔽作用， 接收天線安裝了三支，天線也用高強(qiáng)度工程塑料盒保護(hù)。測(cè)量信號(hào)通過(guò)無(wú)線發(fā)射的方式，完成電阻排磨損量的測(cè)量和信號(hào)傳輸。
權(quán)利要求
1.基于電阻排式的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量在線監(jiān)測(cè)裝置，具有電阻排、電阻排基座、刀具、 橡膠墊、鎖母、刀盤、信號(hào)放大器、發(fā)射天線、土壓艙、接收天線、盾構(gòu)主機(jī)艙以及信號(hào)接收裝置，其特征是由電阻排(1)、電阻排基座(2)和電阻引線插頭(3)構(gòu)成電阻排式刀具磨損傳感器，電阻排式傳感器鑲嵌于盾構(gòu)機(jī)的刀具內(nèi)，電阻排與刀具接觸的部位填充環(huán)氧樹(shù)脂，電阻排基座(2)與刀具接觸的部位設(shè)有橡膠墊(5)，電阻排基座(2)通過(guò)鎖母(6)與刀具固定為一體，刀盤(7)上設(shè)有信號(hào)放大器(8)，在刀盤背面與信號(hào)放大器的相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有發(fā)射天線(9)，在土壓艙(10)內(nèi)壁與發(fā)射天線相對(duì)位置設(shè)有接收天線(11)，盾構(gòu)主機(jī)艙(12)設(shè)有信號(hào)接收裝置(13)。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于電阻排式的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述電阻排⑴由二列或二列以上平行排列的單電阻構(gòu)成，電阻排以印刷電路方式加工在絕緣襯底(14)上，電阻排外表面涂有環(huán)氧樹(shù)脂絕緣，絕緣襯底(14)與所述電阻引線插頭 (3)、電阻排基座(2)三者固定為一體。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的基于電阻排式的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述電阻排(1)上的各個(gè)單電阻并聯(lián)連接，各單電阻之間等間距分布。
4.按照權(quán)利要求1所述的基于電阻排式的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述接收天線(9)設(shè)有三支，每支間隔120°。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于電阻排式的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量在線監(jiān)測(cè)裝置，其結(jié)構(gòu)組成是由電阻排、電阻排基座和電阻引線插頭構(gòu)成電阻排式刀具磨損傳感器，傳感器鑲嵌于盾構(gòu)機(jī)的刀具內(nèi)。電阻排與刀具接觸的部位填充環(huán)氧樹(shù)脂，以保證電阻排與刀具的絕緣。電阻排基座與刀具接觸的部位設(shè)有橡膠墊，橡膠墊亦具有密封作用，電阻排基座用鎖母與刀具固定為一體。刀盤上設(shè)有三個(gè)信號(hào)放大器，在刀盤背面與信號(hào)放大器的相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有三支發(fā)射天線，在土壓艙內(nèi)壁與發(fā)射天線相對(duì)位置設(shè)有接收天線，盾構(gòu)主機(jī)艙設(shè)有信號(hào)接收裝置。本發(fā)明可在線預(yù)測(cè)挖掘刀具的磨損狀態(tài)，有效減小或避免因刀具事故停機(jī)所造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡等危險(xiǎn)事故的發(fā)生。
文檔編號(hào)G01B7/00GK102288099SQ20111019086
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者亢一瀾, 侯振德, 岳澄, 王燕群, 蔡宗熙 申請(qǐng)人:天津大學(xué)