一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统，包括盾构刮刀、磨损感知装置、数据采集电路、以及数据处理模块，磨损感知装置包括金属盒外壳、在金属盒外壳内多个纵向和横向等距设置的钢片、以及弹簧触发模块，金属盒外壳固设于盾构刮刀背面，横向的钢片从上至下逐级变短，弹簧触发模块下端与金属盒外壳下端固定相连，其上端顶住横向设置的钢片；数据采集电路由多个并联的电阻和电源及开关通过导线串联组成，每个电阻均与对应的弹簧触发模块内可移动块通过导线相连，数据处理模块包括单片机处理器和无线发射模块，本发明专利技术可以实现对盾构刮刀磨损量实时监测，灵敏度和量程均可调，同时可以防止水和岩渣侵扰，适用于盾构恶劣的掘进环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地下隧道工程机械化施工及机械智能监测领域，涉及新型传感器的应用，具体涉及一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统。
技术介绍
盾构法施工已广泛应用于城市地下轨道建设，盾构刮刀在泥土中掘进造成磨损，磨损量超过20mm就会严重降低掘进效率，引起工期延误甚至是卡机，实时感知刮刀的磨损量并进行更换具有重要意义。盾构刀盘与掌子面之间为带压工作，由工作人员进入刀盘内部测量刮刀磨损量的方法具有较大的危险性；通过理论计算或者施工经验对刮刀磨损量进行预估也具有较强的工程依赖性，难以得到推广。目前最可行的方法就是通过传感器对刮刀进行直接测量，以获取其磨损量。国内外已有这方面的研究，例如中国专利技术专利(公开号CN201540105U)提出了一种利用超声波测厚装置获取盾构刀具磨损量的方法，该方法需要改变刀具结构，在刀具内部安放超声波测厚装置；中国专利技术专利(公开号CN102288099A)公布了一种电阻排式盾构机刮刀磨损在线监测装置，将按固定间距排列的电阻置于刮刀内，刮刀的磨损引起电阻的变化，从而推算出磨损量，此方法仍需要改变刮刀结构，且盾构机在泥水中工作，泥水导电也会对监测结果产生一定的影响；中国技术专利(公开号CN203432558U)提出了一种利用压力传感器进行盾构刮刀磨损监测的装置，但此方法仅能对刮刀磨损至一定量值时进行报警，不能实现刮刀的在线实时监测。综上所述，目前对盾构刮刀磨损的监测方法都存在一定的不足，间接测量法误差太大，直接测量法多需要改变刮刀内部结构，难以实现，因而需要提出一种新的盾构刮刀磨损在线实时监测方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种盾构刮刀在线实时监测装置，可以在不改变盾构刮刀内部结构的基础上实现对其磨损量的实时感知。其具体技术方案是：一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统，包括盾构刮刀、磨损感知装置、数据采集电路、以及与数据采集电路相连的数据处理模块，其特征在于：所述磨损感知装置包括金属盒外壳、在金属盒外壳内多个纵向和横向等距设置的钢片、以及在纵向的钢片间隔内设置的弹簧触发模块，所述金属盒外壳固设于盾构刮刀背面，所述横向的钢片从上至下逐级变短，所述弹簧触发模块下端与金属盒外壳下端固定相连，其上端顶住横向设置的钢片；所述数据采集电路由多个并联的电阻和电源及开关通过导线串联组成，所述每个电阻均与对应的弹簧触发模块内可移动块通过导线相连，所述数据处理模块包括与多个并联的电阻两端相连的单片机处理器和与单片机处理器相连的无线发射模块。作为改进，所述弹簧触发模块包括上部开口的外金属套筒和设于外金属套筒内可上下移动的内金属套筒，所述外金属套筒底部和内金属套筒之间设有下弹簧，所述内金属套筒上端设有上弹簧和套在上弹簧上防止其偏移的弹簧定位保护套，所述上弹簧顶端通过金属片连接金属杆，所述外金属套筒底部与金属盒外壳底部固定相连，所述金属杆上端顶住金属盒外壳内横向设置的钢片，所述外金属套筒底部和内金属套筒顶部之间通过拉直的导线相连并且与相应的电阻串联。作为改进，所述内金属套筒内设有金属弹片，所述内金属套筒侧壁设有小孔，所述金属弹片下端部伸出内金属套筒侧壁的小孔顶在外金属套筒内壁，所述外金属套筒内壁上设有与金属弹片下端部相配合的小孔，当内金属套筒相对于外金属套筒向上运动一段距离时，从内金属套筒侧壁小孔中伸出的金属弹片刚好卡在外金属套筒内壁小孔中，从而使内金属套筒和外金属套筒相对位置固定。作为改进，所述金属盒外壳内横向的钢片上部空间填充环氧树脂，以提高金属盒外壳的刚性。作为改进，所述数据采集电路、单片机处理器、以及与无线发射模块均置于四氟乙烯保护箱内，四氟乙烯保护箱布置于盾构刮刀的刀盘背面防止损坏。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种全新的盾构刮刀磨损在线实时监测系统，可以不改变盾构刮刀的内部结构而获得磨损量，量程及精度均可根据实际需要调节，能够满足盾构刮刀磨损量监测需要。整个监测系统主要电路部分均位于刀盘背后的四氟乙烯保护箱中，仅触发装置与泥土直接接触，防止电路系统的损坏。磨损信号通过无线发射装置发出，避免了布线的困难。附图说明图1为盾构刮刀与磨损感知装置相对位置图。图2为盾构刮刀磨损在线监测系统结构示意图。图3为弹簧触发模块结构示意详图。图4为并联的电阻局部电路图。图5为电压值与磨损量值关系图。其中，盾构刮刀1，钢片2，环氧树脂3，金属杆4，金属盒外壳5，金属片6，上弹簧7，弹簧定位保护套8，外金属套筒9，内金属套筒10，金属弹片11，下弹簧12，胶水13，四氟乙烯保护箱14，电阻15，100Ω定值电阻16，3.2V直流电源17，A开关18，单片机处理器19，无线发射模块20，5V直流电源21，B开关22，导线23。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。如图1至图3所示一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统，包括盾构刮刀1、磨损感知装置、数据采集电路、与数据采集电路相连的数据处理模块、以及与数据处理模块相连的无线发射模块20，所述磨损感知装置包括纵横设置的钢片2、环氧树脂3、金属盒外壳5及弹簧触发模块，金属盒外壳5由厚铁板焊接而成，四面防护内部结构，并焊接于盾构刮刀1背面；所述纵横设置的钢片2在金属盒内均以固定间距排布，横向的钢片2逐级变短，纵向的钢片2通长布置，纵向的钢片2构成的间隔内安放弹簧触发模块；所述弹簧触发模块包括金属杆4、金属片6、上弹簧7、弹簧定位保护套8、外金属套筒9、内金属套筒10、金属弹片11、下弹簧12和胶水13，下弹簧12下部与外金属套筒9底部相连，上部与内金属套筒10相连，所述外金属套筒9底部与金属盒外壳5底部固定相连，内金属套筒10内布置金属弹片11；上弹簧7下部与内金属套筒10顶板相连，上部通过金属片6连接金属杆4，上弹簧7由弹簧定位保护套8保护，防止其发生偏移，金属杆4上部顶金属盒外壳5内横向设置的钢片2；所述内金属套筒10侧壁设有小孔，所述金属弹片11下端部伸出内金属套筒10侧壁的小孔顶在外金属套筒9内壁，所述外金属套筒9内壁上设有与金属弹片11下端部相配合的小孔，当内金属套筒10相对于外金属套筒9向上运动一段距离时，从内金属套筒10侧壁小孔中伸出的金属弹片11刚好卡在外金属套筒9内壁小孔中，从而使内金属套筒10和外金属套筒9相对位置固定。所述数据采集电路包括电阻15、100Ω定值电阻16、3.2V直流电源17、A开关18，所述电阻15为2KΩ定值电阻，若干2KΩ的电阻15并联，并联电路的导线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统，包括盾构刮刀(1)、磨损感知装置、数据采集电路、以及与数据采集电路相连的数据处理模块，其特征在于：所述磨损感知装置包括金属盒外壳(5)、在金属盒外壳(5)内多个纵向和横向等距设置的钢片(2)、以及在纵向的钢片(2)间隔内设置的弹簧触发模块，所述金属盒外壳(5)固设于盾构刮刀(1)背面，所述横向的钢片(2)从上至下逐级变短，所述弹簧触发模块下端与金属盒外壳(5)下端固定相连，其上端顶住横向设置的钢片(2)；所述数据采集电路由多个并联的电阻(15)和电源及开关通过导线(23)串联组成，所述每个电阻(15)均与对应的弹簧触发模块内可移动块通过导线(23)相连，所述数据处理模块包括与多个并联的电阻(15)两端相连的单片机处理器(19)和与单片机处理器(19)相连的无线发射模块(20)。

【技术特征摘要】
1.一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统，包括盾构刮刀(1)、磨损感知装置、数据采集
电路、以及与数据采集电路相连的数据处理模块，其特征在于：所述磨损感知装置包括金属
盒外壳(5)、在金属盒外壳(5)内多个纵向和横向等距设置的钢片(2)、以及在纵向的钢片
(2)间隔内设置的弹簧触发模块，所述金属盒外壳(5)固设于盾构刮刀(1)背面，所述横
向的钢片(2)从上至下逐级变短，所述弹簧触发模块下端与金属盒外壳(5)下端固定相连，
其上端顶住横向设置的钢片(2)；所述数据采集电路由多个并联的电阻(15)和电源及开关
通过导线(23)串联组成，所述每个电阻(15)均与对应的弹簧触发模块内可移动块通过导
线(23)相连，所述数据处理模块包括与多个并联的电阻(15)两端相连的单片机处理器(19)
和与单片机处理器(19)相连的无线发射模块(20)。
2.如权利要求1所述一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统，其特征在于：所述弹簧触发
模块包括上部开口的外金属套筒(9)和设于外金属套筒(9)内可上下移动的内金属套筒(10)，
所述外金属套筒(9)底部和内金属套筒(10)之间设有下弹簧(12)，所述内金属套筒(10)
上端设有上弹簧(7)和套在上弹簧(7)上的弹簧定位保护套(8)，所述上弹簧(7)顶端通
过金属片(6)连接金属杆(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泉声，张建明，张晓平，黄兴，张晓波，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42