一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统及其测量方法，包括电感式传感器、霍尔元件、应变片、传感器基座，电感式传感器和霍尔元件均设置在传感器基座内，所述电感式传感器与TBM滚刀的刀圈相对应，TBM滚刀上与所述霍尔元件相对设置有磁块，TBM滚刀的轴孔设置有支撑楔块和拉紧楔块，应变片设置在支撑楔块内，传感器基座内设置有信号处理单元，电感式传感器、霍尔元件及应变片均与信号处理单元相连，信号处理单元通过无线通信模块与TBM上位机相连。本发明专利技术可以监测TBM滚刀的磨损量、TBM滚刀转速、TBM滚刀受力和TBM滚刀工作温度四个指标参数，通过实时监测可以精确地监控TBM滚刀的工作状态，及时得知TBM滚刀受损状况，便于及时对TBM滚刀进行维修或者更换。

A full state real-time on-line monitoring system for TBM hob and its measurement method

The invention discloses a TBM hob real-time online monitoring system of state and the measurement method, including inductive sensor, Holzer element, strain gauge, sensor base, inductive sensor and Holzer elements are arranged in the sensor base, the cutter ring inductance sensor and the corresponding TBM TBM hob, hob and the Holzer element is arranged corresponding to the magnetic block, TBM hob shaft hole is provided with a supporting wedge and wedge block, strain gauge is arranged on the supporting wedge, a sensor base is arranged in the signal processing unit, inductive sensor, Holzer element and the strain gauge is connected to the signal processing unit, signal processing unit by wireless the communication module and the PC connected TBM. The invention can wear monitoring TBM hob hob speed, volume, TBM TBM stress and TBM hob hob working temperature of four parameters, can accurately monitor TBM hob through real-time monitoring of the working state of time that TBM hob damaged condition, to facilitate timely repair or replacement of TBM hob.

【技术实现步骤摘要】
一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统及其测量方法
本专利技术涉及TBM滚刀监测领域，特别是指一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统及其测量方法。
技术介绍
TBM作为大型的工程机械，工作环境恶劣，系统复杂且庞大，任意一部分出现问题就可能导致系统停机，致使施工效率大大降低。TBM刀具是TBM向前掘进的直接执行者，极易损耗。刀具的磨损量直接影响到施工效率，间接增加了施工成本。根据以往施工情况，TBM工作耗时中，刀具的检测和过度磨损导致设备意外停机更换与维修占用的时间和费用约为整体工程的30%。因而需要对TBM滚刀整体运行状态进行实时监测，以便及时进行刀具维修或零部件的更换，避免浪费不必要的工时而影响施工效率。目前国内外检测盾构刀具状态的方法主要有：开仓检查、异味检测、油压检测、掘进参数分析等。其物理检测方面的可靠性较低，且只能等刀体完全损坏后才能发现；开仓检查需停机后对每把刀进行人工检查，有较大危险行且耗时较长；而掘进参数分析具有较大的主观性，且需较大的数据量，不能实现普适性。国内已有TBM滚刀磨损方面的研究，例如授权公告号为CN103969139B、授权公告日为2016.06.22的专利技术专利提出了一种掘进机在线TBM滚刀磨损检测方法，利用位移传感器及速度传感器可以实现对TBM滚刀磨损量及转速的测量，但是此方法所用的位移传感器在岩渣较多时可能会受到大的干扰，难以检测到有效数据；授权公告号为CN103234903B、授权公告日为2015.08.19的专利技术专利公开了一种TBM滚刀磨损检测装置，利用激光发射器和光敏传感器对TBM滚刀的磨损量进行监测，但是此方法同样会受到异物的影响，不能进行有效测量，监测的数据缺乏可靠性；申请公布号为CN105352420A、申请日为2016.02.24的专利技术专利公开了一种TBM滚刀磨损在线实时监测装置及监测方法，利用永磁体和磁敏元件对TBM滚刀磨损量进行测量，但其受周围金属磁化效应的影响，监测的结果存在很大的误差，因此监测的数据同样缺乏可靠性。综上所述，对于TBM滚刀整体状态的监测尚未有可大范围推广应用的成熟设备及系统，亟需开发一种精度高、量程大、测量数据多且稳定可靠的监测系统解决TBM滚刀状态监测难的问题。
技术实现思路
本专利技术为解决现有TBM滚刀磨损检测装置和方法监测数据不可靠的问题，而公开一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统及其测量方法。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统，包括电感式传感器、霍尔元件、应变片、传感器基座，电感式传感器和霍尔元件均设置在传感器基座内，所述电感式传感器与TBM滚刀的刀圈相对应，TBM滚刀上与所述霍尔元件相对设置有磁块，TBM滚刀上设置有支撑楔块和拉紧楔块，应变片设置在支撑楔块内，传感器基座内设置有信号处理单元，电感式传感器、霍尔元件及应变片均与信号处理单元相连，信号处理单元通过无线通信模块与TBM上位机相连。设置电感式传感器、霍尔元件、应变片，可以实时监测TBM滚刀磨损量、TBM滚刀转速和TBM滚刀的受力大小，通过对多个指标的实时监测可以将误差缩减到低于2%，通过与TBM上位机数据通信，可以确保在TBM滚刀受损严重或者其他TBM不适继续掘进时及时停机维修，解决了现有技术监测数据不可靠的问题。进一步地，所述信号处理单元包括一次连接的信号采集模块、处理器和工作启停开关，电感式传感器、霍尔元件及应变片均与信号采集模块相连，所述传感器基座内设置有对信号处理单元供电的电源模块，电源模块和信号处理单元的外周设置有密封圈。进一步地，所述传感器基座包括基座本体和基座外延模块，基座外延模块与TBM滚刀的刀毂相对应，信号处理单元和电感式传感器均设置在基座本体内，霍尔元件设置在基座外延模块内，所述磁块设置在与霍尔元件相对应的刀毂上。电感式传感器设置在基座本体内既保证了工作的可靠性，又缩短了信号处理单元与电感式传感器的连接线路；将霍尔元件设置在刀毂上既不影响刀圈正常工作，又可以精确地测量TBM滚刀的转速。进一步地，所述应变片设置有两个，两个应变片的位置相互垂直，所述应变片通过型块紧密地设置在支撑楔块内。设置两个相互垂直的应变片可以在纵向和横向两个方向监测TBM滚刀的受力大小，使监测数据更加精确可靠。进一步地，所述应变片上设置有用于监测TBM滚刀温度的热电偶，所述热电偶与信号处理单元相连。设置电热偶配合应变片、电感式传感器、霍尔元件使用，可以同时监测TBM滚刀的磨损量、TBM滚刀转速、TBM滚刀受力、TBM滚刀工作温度四个指标参数，使检测效果更加精确可靠。进一步地，所述基座上设置有用于防止霍尔元件沾湿和震动的保护垫层，霍尔元件的外端设置有无磁钛合金端盖。在霍尔元件后方设置保护垫层，可以有效保护霍尔元件免受损伤，同时也可以降低霍尔元件的震动幅度，则可保证TBM滚刀转速测量的可靠性；无磁钛合金端盖的设置不仅起到碰撞防护的作用，而且可以有效避免磁性金属对霍尔元件造成测量不精确的影响。进一步地，所述传感器基座内设置有定位轴套，电感式传感器设置在定位轴套内，电感式传感器的端部设置有保护端盖。设置定位轴套可以使电感式传感器精确地对准刀圈的刀刃，进一步保证测量结果的精确度。进一步地，所述保护端盖的前端设置有用于挡止岩渣的耐磨块。设置耐磨块可以有效阻挡岩渣对保护端盖的冲击，进而可以保证保护端盖内电感式传感器免受损坏。一种TBM滚刀全状态实时监测系统测量方法，包括以下步骤：①将未磨损的TBM滚刀装入所述TBM滚刀全状态实时在线监测系统的刀座上，TBM上位机发出指令使TBM滚刀全状态实时在线监测系统工作，电感式传感器、霍尔元件、应变片及热电偶将采集到的实时数据作为初始值通过信号处理单元传输至TBM上位机；②TBM滚刀工作时会受到岩石的法向挤压力和周向推力，随着工作时间的积累，TBM滚刀的刀圈产生磨损，进而应变片、热电偶、霍尔元件及电感式传感器监测到的实时数据都会发生相应的变化，则TBM上位机可以接收到变化后的实时数据；③TBM上位机接收到变化后的实时数据后，TBM上位机对变化后的实时数据进行计算，可得到TBM滚刀现磨损量、受力、温度及转速的变化。本专利技术一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统，设置电感式传感器、应变片、电热偶和霍尔元件，可以同时监测TBM滚刀的磨损量、TBM滚刀转速、TBM滚刀受力和TBM滚刀工作温度四个指标参数，通过对所述四个指标参数的实时监测可以精确地监控TBM滚刀的工作状态，可以及时得知TBM滚刀何时受损，便于及时对TBM滚刀进行维修或者更换；将信号处理单元和电源模块设置在传感器基座内，避免了额外的线缆铺设，可有效降低因线缆破损而引发的故障率，设置密封圈可以有效保护信号处理单元及电源模块避免受损；设计可拆卸的传感器基座，能在恶劣环境下持续工作，如有损坏可以及时更换零部件。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统的主视结构示意图；图2为一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统的俯视结构示意图；图3为一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统，其特征在于：包括电感式传感器（1）、霍尔元件（2）、应变片（3）、传感器基座（4），电感式传感器（1）和霍尔元（2）件均设置在传感器基座（4）内，所述电感式传感器（1）与TBM滚刀（5）的刀圈（51）相对应，TBM滚刀（5）上与所述霍尔元件（2）相对设置有磁块（52），TBM滚刀（5）的轴孔内设置有支撑楔块（53）和拉紧楔块（54），应变（3）片设置在支撑楔块（53）内，传感器基座（4）内设置有信号处理单元（41），电感式传感器（1）、霍尔元件（2）及应变片（3）均与信号处理单元（41）相连，信号处理单元（41）通过无线通信模块与TBM上位机相连。

【技术特征摘要】
1.一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统，其特征在于：包括电感式传感器（1）、霍尔元件（2）、应变片（3）、传感器基座（4），电感式传感器（1）和霍尔元（2）件均设置在传感器基座（4）内，所述电感式传感器（1）与TBM滚刀（5）的刀圈（51）相对应，TBM滚刀（5）上与所述霍尔元件（2）相对设置有磁块（52），TBM滚刀（5）的轴孔内设置有支撑楔块（53）和拉紧楔块（54），应变（3）片设置在支撑楔块（53）内，传感器基座（4）内设置有信号处理单元（41），电感式传感器（1）、霍尔元件（2）及应变片（3）均与信号处理单元（41）相连，信号处理单元（41）通过无线通信模块与TBM上位机相连。2.根据权利要求1所述的一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统，其特征在于：所述信号处理单元（41）包括依次连接的信号采集模块、处理器和工作启停开关，电感式传感器（1）、霍尔元件（2）及应变片（3）均与信号采集模块相连，所述传感器基座（4）内设置有对信号处理单元（41）供电的电源模块（45），电源模块（45）和信号处理单元（41）的外周设置有密封圈（47）。3.根据权利要求1所述的一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统，其特征在于：所述传感器基座（4）包括基座本体（7）和基座外延模块（8），基座外延模块（8）与TBM滚刀（5）的刀毂（55）相对应，信号处理单元（41）和电感式传感器（1）均设置在基座本体（7）内，霍尔元件（2）设置在基座外延模块（8）内，所述磁块（52）设置在与霍尔元件（2）相对应的刀毂（55）上。4.根据权利要求1所述的一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统，其特征在于：所述应变片（3）设置有两个，两个应变片（3）的位置相互垂直，所述应变片...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠翔宇，李建斌，荆留杰，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41