一种盾构机刀具磨损检测装置及盾构机刀具系统制造方法及图纸

一种盾构机刀具磨损检测装置及盾构机刀具系统，该装置包括：多个梯形电容网络传感器，多个电容网络传感器分别配置在盾构机刀具的不同位置处，用于根据各自的当前结构分别产生表征各自梯形电容网络的当前电容值的第一电信号；信号调理电路，其与若干梯形电容网络传感器连接，用于分别对若干梯形电容网络传感器传输来的第一电容号进行调理，得到对应的第二电信号；数据处理电路，其与信号调理电路连接，用于根据第二电信号确定盾构机刀具中对应于各个梯形电容网络传感器位置处的磨损量数据以及磨损形状数据。该装置能够实现对盾构机刀具不同位置处的磨损量以及磨损形状的准确检测。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及盾构机刀具
，具体地说，涉及一种盾构机刀具磨损检测装置及盾构机刀具系统。
技术介绍
盾构掘进机(简称盾构机)是隧道、地铁建设的大型装备。在盾构机的施工中，刀具是掘进过程中最重要的工具之一，在刀具到达磨损极限之前，必须更换刀具，否则可能造成灾难性的工程事故。因此能否准确检查盾构机刀具磨损的情况直接关系到隧道施工能否正常进行。目前对盾构机刀具磨损量的监测方法主要有停机检查法，阈值检测法、掘进参数估计法和在线监测法等。停机检查法是在停机状态下由施工人员进入刀盘部位进行检查以及实施操作，该方式的检查方式虽然直观，但频繁停机可能造成因周边土体失稳引发重大事故。阈值检测法主要利用添加在刀具内的金属探头或液体等判断刀具磨损状态，但是这种方法只有在磨损量达到磨损极限时才能有效，不能实现对刀具磨损的实时监测。掘进参数估计法，其主要是由理想地质条件是掘进参数的经验曲线或由半经验公式得到估算值，预测滚刀的磨损量。但一般的经验公式只适用于特定单一的地质条件，缺乏普适性，试图从理论上精确计算盾构机刀具的磨损量有很大难度。在线监测法主要分为厚度检测式、摄像头观察式、断电感应式和电容传感器检测式等。其中，厚度检测式主要包括压力传感器感知式和超声波探头探测式等。其中，压力传感器感知式主要采用的设备包括电磁压力传感器、接收器以及发射器，电磁压力传感器设置在刀头内，这种方式能够通过压力传感器感知磨损过程中外界的压力变化来监控刀具磨损状态。超声波探头探测式主要通过安装在周边刮刀内的超声波探头测量金属厚度，将数据由铺设在刀头里的信号线传送至蓝牙
发射装置，再由蓝牙接收装置收集刮刀厚度信息，达到监测目的。然而，受到安装方式的影响，现有的在线监测法所检测到的刀具磨损量存在较大的误差。基于上述情况，针对大型全断面掘进装备工作效率和安全运行的行业需求，研究开发满足要求的刀具磨损状态安全监测装置，已成为掘进设备中亟待解决的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供了一种盾构机刀具磨损检测装置，所述装置包括：多个梯形电容网络传感器，所述多个电容网络传感器分别配置在盾构机刀具的不同位置处，用于根据各自的当前结构分别产生表征各自梯形电容网络的当前电容值的第一电信号；信号调理电路，其与所述若干梯形电容网络传感器连接，用于分别对各个梯形电容网络传感器传输来的第一电容号进行调理，得到对应的第二电信号；数据处理电路，其与所述信号调理电路连接，用于根据所述第二电信号确定所述盾构机刀具中对应于各个梯形电容网络传感器位置处的磨损量数据以及磨损形状数据。根据本技术的一个实施例，同一盾构机刀具中所分布的所述梯形电容网络传感器彼此间距相等。根据本技术的一个实施例，所述梯形电容网络包括：若干第一电容，所述若干第一电容串联形成第一电容网络，所述第一电容网络的第一端形成所述梯形电容网络的第一外接端口；若干第二电容，所述第一电容网络的两端以及第一电容网络中两个相邻第一电容的交点均与一第二电容的第一端连接，各个所述第二电容的第二端通过导线连接并形成所述梯形电容网络的第二外接端口。根据本技术的一个实施例，所述第一电容与第二电容的容值之比大于预设比值，所述预设比值的取值范围包括[800，1200]。根据本技术的一个实施例，所述第一电容网络的形状呈直线状。根据本技术的一个实施例，所述第一电容网络中相邻第一电容之间的间距相等。根据本技术的一个实施例，所述装置还包括：信号发射电路，其与所述数据处理电路连接，用于将所述磨损量数据和磨损形状数据转换为无线信号向外发射；信号接收电路，其用于接收所述无线信号，并根据所述无线信号生成对应的第三电信号。根据本技术的一个实施例，所述数据处理电路配置为根据所述第二电信号计算所述梯形电容网络传感器中梯形电容网络的当前电容值，并根据所述当前电容值计算所述梯形电容网络的当前阶数，进而根据所述当前阶数确定所述梯形电容网络传感器位置处盾构机刀具的磨损量数据。根据本技术的一个实施例，所述数据处理电路配置为根据如下表达式计算所述梯形电容网络的当前阶数： C ( i ) = Σ k = 1 i A ( i , k ) × n i - k + 1 Σ k = 1 i B ( i , k ) × n i - k × C 1 ]]>其中，C(i)表示当前阶数为i的梯形电容网络的当前电容值，C1表示第一电容的电容值，n表示第二电容与第一电容的电容值之比，A(i,k)和B(i,k)分别表示分子系数矩阵A和分母系数矩阵B中第i行第k列的元素。本技术还提供了一种盾构机刀具系统，所述盾构机刀具系统包括：盾构机刀具；如上任一项所述的盾构机刀具磨损检测装置，其各个梯形电容网络传感器分别设置在所述盾构机刀具中的不同位置处并延伸至所述盾构机刀具的刀面处。根据本技术的一个实施例，所述盾构机刀具中形成有多个导孔，所述多个梯形电容网络传感器分别对应设置在所述多个导孔中，所述导孔的端口处形成有螺纹孔。本技术首先提供了一种用于盾构机刀具磨损检测的传感器，该传感器采用梯形电容网络来对盾构机刀具的磨损量进行检测。该传感器结构简单，易于实现。同时，为了更加准确地检测出盾构机刀具的磨损量，本实施例中将传感器中梯形电容网络配置为整个网络的电容值随阶数的减小而近似线性减小。本技术还提供了一种利用上述传感器对盾构机刀具磨损量进行检测的装置和系统，相较于现有的盾构机磨损量检测装置，本技术所提供的装置能够更加准确地确定出盾构机刀具的磨损量，同时，在需要的情况下，通过配置多个传感器还可以确定出盾构机刀具的磨损形状。本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盾构机刀具磨损检测装置，其特征在于，所述装置包括：多个梯形电容网络传感器，所述多个电容网络传感器分别配置在盾构机刀具的不同位置处，用于根据各自的当前结构分别产生表征各自梯形电容网络的当前电容值的第一电信号；信号调理电路，其与所述若干梯形电容网络传感器连接，用于分别对各个梯形电容网络传感器传输来的第一电容号进行调理，得到对应的第二电信号；数据处理电路，其与所述信号调理电路连接，用于根据所述第二电信号确定所述盾构机刀具中对应于各个梯形电容网络传感器位置处的磨损量数据以及磨损形状数据。

【技术特征摘要】
1.一种盾构机刀具磨损检测装置，其特征在于，所述装置包括：多个梯形电容网络传感器，所述多个电容网络传感器分别配置在盾构机刀具的不同位置处，用于根据各自的当前结构分别产生表征各自梯形电容网络的当前电容值的第一电信号；信号调理电路，其与所述若干梯形电容网络传感器连接，用于分别对各个梯形电容网络传感器传输来的第一电容号进行调理，得到对应的第二电信号；数据处理电路，其与所述信号调理电路连接，用于根据所述第二电信号确定所述盾构机刀具中对应于各个梯形电容网络传感器位置处的磨损量数据以及磨损形状数据。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，同一盾构机刀具中所分布的所述梯形电容网络传感器彼此间距相等。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述梯形电容网络包括：若干第一电容，所述若干第一电容串联形成第一电容网络，所述第一电容网络的第一端形成所述梯形电容网络的第一外接端口；若干第二电容，所述第一电容网络的两端以及第一电容网络中两个相邻第一电容的交点均与一第二电容的第一端连接，各个所述第二电容的第二端通过导线连接并形成所述梯形电容网络的第二外接端口。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一电容与第二电容的容值之比大于预设比值，所述预设比值的取值范围包括[80...

【专利技术属性】
技术研发人员：程永亮，暨智勇，夏毅敏，兰浩，薛静，苏翠侠，李建芳，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43