检测隧道掘进机的挖掘工具的机械载荷的高精度传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于挖掘岩石(102)的、隧道掘进机(180)的钻头(150)的挖掘工具(100)，其中，所述挖掘工具(100)具有用于容纳和支承能转动的切割轮(106)的可以安装在钻头(150)上的切割轮固定装置(104)，为了挖掘岩石(102)能转动地尤其可更换式地容纳在切割轮固定装置(104)中的切割轮(106)和用于检测所述挖掘工具(100)尤其所述切割轮(106)的机械载荷的传感器装置(112)，其中，所述传感器装置(112)构造为至少部分地在所述切割轮固定装置(104)内和/或在所述切割轮(106)上安装的套筒(177)，所述套筒(177)具有至少一个安装在其上的对载荷敏感的元件(108)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种挖掘工具，一种用于检测挖掘工具的机械载荷的系统，一种钻头和一种隧道掘进机。隧道掘进机是用于建造隧道的机器。隧道掘进机的部件是具有进给和支撑装置的挖掘盾、用于安装支撑和扩建措施的装置、用于移走物料的装置、供给单元(电力、压缩空气、通风、水)和用于剥除的材料、支撑器件和扩建措施的运输装置。隧道掘进机前侧的钻头配设用于挖掘岩石的挖掘工具。对于隧道掘进机，作为精确控制部件或组件的基础重要的是知道作用于固持在钻头上的挖掘工具的机械载荷。这在环境较脏、处于强烈的机械载荷的影响下、所以在恶劣条件下的许多情况中是必需的。本专利技术的申请人莱奥本矿业大学(Leoben)在专利文献DE202012103593U1中公开了一种用于隧道掘进机钻头的用于挖掘岩石的挖掘工具，其中，挖掘工具具有用于容纳和支承切割轮的可以安装在钻头上的切割轮固定装置，该切割轮为了挖掘岩石而可更换式地能容纳在切割轮固定装置上，该挖掘工具还具有用于检测挖掘工具尤其切割轮的机械载荷的传感器装置，其中，该传感器装置被规定在该切割轮固定装置上和/或其内部和/或其一部分。虽然该挖掘工具便于使用和功率强大，但是在确定的运行条件下在检测准确度方面还有改进的空间。在专利文献DE10030099C2中也公开了另外的现有技术。本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种用于确定机械载荷的高精度的传感装置，该机械载荷作用在固持在钻头上的挖掘工具上。上述技术问题通过具有独立权利要求的特征的技术方案解决。进一步的实施例在从属权利要求中。按照本专利技术的一个实施例提供一种用于挖掘岩石的隧道掘进机的钻头的挖掘工具，其中，挖掘工具具有能安装在钻头上的、(尤其借助容纳支承件或轴承)容纳和支承切割轮的切割轮固定装置，切割轮为了挖掘岩石(尤其可更换式地)能容纳在切割轮固定装置(尤其在容纳支承件)中(其中，切割轮优选地不被主动式地驱动，而是简单地从岩石上滚动)，挖掘工具还具有用于检测挖掘工具尤其切割轮的机械载荷的传感器装置(其可以具有至少一个对载荷敏感的元件、用于向评估单元传送传感器信号的连接器件等等)，其中，传感器装置构造为至少部分地在切割轮固定装置内和/或在切割轮上安装的套筒，套筒具有至少一个安装在其上的对载荷敏感的元件。按照本专利技术的另外的实施例，提供一种用于确定用来挖掘岩石的隧道掘进机的钻头的挖掘工具的(尤其切割轮的)机械载荷的系统，其中，该系统具有带有上述特征的挖掘工具，并且其中，系统具有评估单元(例如处理器)，其被安装用于以至少一个对载荷敏感的元件的传感器信号为基础确定信息(例如一个或者多个起作用的分力的大小和/或方向)，该信息对作用在挖掘工具的切割轮上的机械载荷是象征性或指示性的。按照本专利技术的进一步的实施例提供一种用于挖掘岩石的隧道掘进机的钻头，其中，该钻头具有能相对于岩石转动和平动地可运动的(例如筒形的)钻体，钻体具有多个(尤其前侧或者岩石侧的)用于固持挖掘工具的挖掘工具固持件，钻头还具有多个具有上述特征的挖掘工具，挖掘工具能尤其可更换式地被固持或已经固持在多个挖掘工具固持件中。根据本专利技术的又一种另外的实施例提供一种用于挖掘岩石的隧道掘进机，其具有带上述特征的钻头。按照一种示例性的实施例，在建造隧道时、更确切地说在借助带有切割轮的挖掘工具的隧道掘进机的钻头的穿钻运行期间，力的测量可以由下述方式以极度精确的方式进行，即一个或者多个对载荷敏感的元件(例如电阻应变片)集成在空心套筒中，该空心套筒可以被安装在挖掘工具的任意的位置上的在切割轮固定装置中和/或在切割轮中的对应的套筒孔中。通过使优选双侧打开的和因此可触及的空心体被用作用于容纳对载荷敏感的元件的容纳基件的方法，不仅能自由选择(只需要在预期位置构造容纳传感器套筒的套筒孔)在挖掘工具中测量力的位置，此外还可以有利地使用薄壁式空心套筒体的弹性，以便从根本上改变相对于传统方法的测量的敏感性。按照一种示例性的实施例，提供一种套筒形式的模块化测量单元，其被构造为用于确定用于剥离岩石的工具的外部剪切力。套筒可以摩擦配合、材料配合和/或形状配合地直接定位在工具的周围。这种配置的优点在于，可以为外部载荷直接分配测量信号。通过多个这种由套筒和对载荷敏感的一个或者多个元件组成的传感器装置的组合式布置可以在几乎任意的位置测量不同的力和其方向。通过以套筒构型(而非销栓构型)设计的和为在多个关键位置应用而最优化地定向和定位的传感器的测试表示在线性(约3％至5％和更好)、迟滞性(非常小)和偏移表现方面的优异表现。下面说明挖掘工具、系统、钻头和隧道掘进机的额外的示例性的实施例。按照一种实施例，切割轮固定装置可以具有切割轮容纳件和至少一个固定元件，固定元件用于使切割轮固定在切割轮容纳件上和/或用于使切割轮容纳件固定在钻头上，其中，传感器装置的至少一个对载荷敏感的元件(尤其在功能和空间上)与至少一个固定元件分开地配设。通过使挖掘工具的传感器装置的对载荷敏感的元件的定位与固定元件如螺栓或者销钉分开，实现与固定元件的预定位置无关的载荷测量。实验表明，通过有针对性地选择传感器套筒的位置和/或传感器套筒相对于切割轮的定向可以实现敏感度的明显提高。固定元件当然必须具有高机械稳定性和稳固性，和进而具有结实的结构，以便能承担其固定功能。相反的是，可以根据需要(例如在磨损时)被更换的传感器套筒有意地构造为薄壁式的物体，其自身(例如以偏转或者变形的形式)随外部载荷运动，如在隧道掘进机的钻头上出现的那样。按照一种实施例，套筒的至少一部分可以构造为(尤其不具有螺纹的)空心筒(例如构造为管段)，进一步地尤其构造为空心的圆筒。例如，这种空心筒可以具有轴向的通孔，其中，对载荷敏感的元件就可以在大面积的内壁上安装。这样安装传感器不仅在安装技术上是简单的，而且在运行期间也保护传感器不受损，而不必在此在探测准确度方面做出妥协。按照一种替代通孔结构的实施方式，也可以在基本上空心筒形的套筒体中单侧或者双侧地构造轴向的盲孔，该盲孔形成在传感器套筒内部的平的安装面，然后可以以极低的安装耗费在该安装面上安装一个或者多个对载荷敏感的元件。通过传感器套筒的圆筒形的外侧面可以实现传感器套筒引入在挖掘工具的预期测量位置上的圆形的(钻)孔中。按照一种实施例，至少一个对载荷敏感的元件中的至少一个可以安装在套筒壁的内表面上。传感器套筒的内壁是适合例如借助向壁槽中粘接或者压接安装传感器的地方。尤其在敲入或者旋入在挖掘工具中的套筒容纳孔时，在传感器套筒的内壁上对载荷敏感的元件受到保护不受损，在此不会在掘进过程期间影响测量准确性。因此，对载荷敏感的元件在内壁的确定的轴向和/或径向位置上的有针对性的安装也使得有可能记录与方向有关的载荷信息。按照一种实施例，多个对载荷敏感的元件相互径向角度错移地安装在套筒壁的内表面上。多个对载荷敏感的元件沿传感器套筒的内壁的圆周的相互角错移的安装使得探测与方向相关的力的信息成为可能。这种几何形状尤其对于全桥电路是有利的，(例如当四个连接为全桥的、对载荷敏感的元件处于相同温度时)该全桥电路可以确保测量结果不受温度影响。此外，一般传感器套筒的尺寸(例如长度在10mm和100mm之间、尤其在20mm和60mm之间，直径在3mm和30mm之间、尤其在6mm和20mm之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于挖掘岩石(102)的隧道掘进机(180)的钻头(150)的挖掘工具(100)，其中，所述挖掘工具(100)具有：用于容纳和支承能转动的切割轮(106)的可以安装在钻头(150)上的切割轮固定装置(104)；为了挖掘岩石(102)能转动地尤其能更换式地可以容纳在或已经容纳在切割轮固定装置(104)中的切割轮(106)；用于检测所述挖掘工具(100)、尤其所述切割轮(106)的机械载荷的传感器装置(112)，其中，所述传感器装置(112)构造为至少部分地安置在所述切割轮固定装置(104)内和/或在所述切割轮(106)上的套筒(177)，所述套筒(177)具有至少一个安装在所述套筒上的对载荷敏感的元件(108)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.08 DE 102014105014.21.一种用于挖掘岩石(102)的隧道掘进机(180)的钻头(150)的挖掘工具(100)，其中，所述挖掘工具(100)具有：用于容纳和支承能转动的切割轮(106)的可以安装在钻头(150)上的切割轮固定装置(104)；为了挖掘岩石(102)能转动地尤其能更换式地可以容纳在或已经容纳在切割轮固定装置(104)中的切割轮(106)；用于检测所述挖掘工具(100)、尤其所述切割轮(106)的机械载荷的传感器装置(112)，其中，所述传感器装置(112)构造为至少部分地安置在所述切割轮固定装置(104)内和/或在所述切割轮(106)上的套筒(177)，所述套筒(177)具有至少一个安装在所述套筒上的对载荷敏感的元件(108)。2.按照权利要求1所述的挖掘工具(100)，其中，所述切割轮固定装置(104)具有切割轮容纳件(194)和至少一个固定元件(110)，所述固定元件(110)用于使所述切割轮(106)固定在所述切割轮容纳件(194)上和/或用于使所述切割轮容纳件(194)固定在钻头(150)上，其中，所述传感器装置(112)的至少一个对载荷敏感的元件(108)与至少一个固定元件(110)分开地配设。3.按照权利要求1或2所述的挖掘工具(100)，其中，所述套筒(177)的至少一部分构造为空心筒，尤其构造为空心的圆筒。4.按照权利要求1至3之一所述的挖掘工具(100)，其中，至少一个对载荷敏感的元件(108)中的至少一个可以安装在套筒壁(175)的内表面上，尤其多个对载荷敏感的元件(108)相互分开地安装在套筒壁(175)的内表面上。5.按照权利要求4所述的挖掘工具(100)，其中，多个对载荷敏感的元件(108)相互径向角度错移地安装在套筒壁(175)的内表面上。6.按照权利要求4或5所述的挖掘工具(100)，其中，所述套筒壁(175)如此构造为薄壁式的，使得套筒壁(175)在挖掘运行的情况中处于机械载荷的影响下在对对载荷敏感的元件(108)的作用下能变形。7.按照权利要求1至6之一所述的挖掘工具(100)，其中，至少一个对载荷敏感的元件(108)的至少其中一个安装在所述套筒(177)的尤其平坦的板件(173)上，所述板件(173)布置在所述套筒(177)的空心筒式的部段中和安装在空心筒式的部段上。8.按照权利要求7所述的挖掘工具(100)，其中，多个对载荷敏感的元件(108)相互径向角度错移地安装在所述板件(173)上。9.按照权利要求7或8所述的挖掘工具(100)，其中，所述板件(173)构造为膜件。10.按照权利要求1至3之一所述的挖掘工具(100)，其中，两个对载荷敏感的元件(108)可以相互径向角度错移地安装在套筒壁(175)的内表面上，并且两个另外的对载荷敏感的元件(108)可以与内表面分开地配设。11.按照权利要求1至3之一所述的挖掘工具(100)，其中，四个对载荷敏感的元件(108)在所述套筒(177)的尤其平坦的板件(173)上绕套筒轴线径向分布地安装，其中，所述板件(173)布置在所述套筒(177)的空心筒式的部段中和安装在空心筒式的部段上。12.按照权利要求1至3之一所述的挖掘工具(100)，其中，四个对载荷敏感的元件(108)相互径向角度错移地安装在套筒壁(175)的内表面上。13.按照权利要求1至12之一所述的挖掘工具(100)，其中，所述挖掘工具具有至少一个至...

【专利技术属性】
技术研发人员：S巴尔瓦特，R加勒，
申请(专利权)人：莱奥本矿业大学，海瑞克股份公司，BG混凝土技术材料管理股份公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT