一种用于盾构机刀具的多维力传感器及监测系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种用于盾构机刀具的多维力传感器及监测系统，属于盾构机设备领域，该传感器包括两个对称设置的法兰、呈阵列分布在两个所述法兰之间的四个弹性体以及用于测量四个所述弹性体的形变信号的测量电桥；所述弹性体为方形立柱；所述测量电桥包括分别用于测量所述弹性体的x、y和z三轴方向的力值信号的第一电桥、第二电桥、第三电桥以及用于测量所述弹性体的z轴方向的扭矩值信号的第四电桥。本实用新型专利技术结构简单、使用方便，能够有效地对盾构机刀具受力状态进行检测，避免刀具负荷过大造成损坏，从而有效地保证盾构机刀具的使用寿命，以此保证施工安全及效率。以此保证施工安全及效率。以此保证施工安全及效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于盾构机刀具的多维力传感器及监测系统


[0001]本技术属于盾构机设备
，尤其涉及一种用于盾构机刀具的多维力传感器及监测系统。

技术介绍

[0002]盾构机，可称作隧道掘进机，是隧道施工设备中最主要的一种机械设备。盾构机为一个圆柱体的钢组件，主要通过安装于盾构机前端的刀盘上的刀具进行土壤掘削工作。
[0003]盾构机的关键技术在于刀具的使用寿命，因为盾构机在掘进过程中，刀盘进行着转动及前进运动，刀具会受到切削阻力及掘进阻力，两者均影响着刀具的强度及磨损程度。若掘削工作中，操作不当或遇到含硬岩较多的复合岩层，会造成刀具承受载荷过大，刀具轴承挤压变形，造成刀圈偏磨甚而断裂，影响施工安全及效率。

技术实现思路

[0004]本技术实施例提供一种用于盾构机刀具的多维力传感器及监测系统，旨在解决
技术介绍
中提出的问题。
[0005]本技术实施例是这样实现的，一种用于盾构机刀具的多维力传感器，该传感器包括两个对称设置的法兰、呈阵列分布在两个所述法兰之间的四个弹性体以及用于测量四个所述弹性体的形变信号的测量电桥；
[0006]所述弹性体为方形立柱；
[0007]所述测量电桥包括分别用于测量所述弹性体的x、y和z三轴方向的力值信号的第一电桥、第二电桥、第三电桥以及用于测量所述弹性体的z轴方向的扭矩值信号的第四电桥。
[0008]优选的，所述第一电桥、第二电桥、第三电桥和第四电桥分别包括设置在所述弹性体侧壁上的第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片；
[0009]优选的，所述传感器还包括设置在四个所述弹性体外侧的壳体，所述壳体的侧壁上设置有分别与所述第一电桥、第二电桥、第三电桥和第四电桥相连的导线接头。
[0010]优选的，所述传感器采用不锈钢材料制成。
[0011]一种用于盾构机刀具的多维力监测系统，该监测系统包括控制单元、与所述控制单元的输入端通信连接的变送器、与所述控制单元的输出端通信连接的显示单元和声光报警模块、与所述控制单元双向通信连接的存储模块以及上述的多维力传感器；
[0012]所述多维力传感器与所述变送器的输入端通信连接。
[0013]本技术结构简单、使用方便，能够有效地对盾构机刀具受力状态进行检测，避免刀具负荷过大造成损坏，从而有效地保证盾构机刀具的使用寿命，以此保证施工安全及效率。
附图说明
[0014]图1是一种用于盾构机刀具的多维力传感器的结构示意图；
[0015]图2是一种用于盾构机刀具的多维力传感器的横截面结构示意图；
[0016]图3是一种用于盾构机刀具的多维力传感器中第一电桥的原理图；
[0017]图4是一种用于盾构机刀具的多维力传感器中第二电桥的原理图；
[0018]图5是一种用于盾构机刀具的多维力传感器中第三电桥的原理图；
[0019]图6是一种用于盾构机刀具的多维力传感器中第四电桥的原理图；
[0020]图7是一种具有壳体的多维力传感器的结构示意图；
[0021]图8是一种用于盾构机刀具的多维力监测系统的系统架构图。
具体实施方式
[0022]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0023]本技术提供一种用于盾构机刀具的多维力传感器，如图1 和图2所示，该传感器包括两个对称设置的法兰1、呈阵列分布在两个所述法兰1之间的四个弹性体2以及用于测量四个所述弹性体2的形变信号的测量电桥；
[0024]所述弹性体2为方形立柱；
[0025]所述测量电桥包括分别用于测量所述弹性体2的x、y和z三轴方向的力值信号的第一电桥、第二电桥、第三电桥以及用于测量所述弹性体2的z轴方向的扭矩值信号的第四电桥。
[0026]其中，所述第一电桥、第二电桥、第三电桥和第四电桥分别包括设置在所述弹性体2侧壁上的第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片；
[0027]所述第一应变片、第二应变片、第三应变片和所述第四应变片分别构成惠斯顿全桥电路。
[0028]如图3所示，所述第一电桥包括8个第一应变片，分别为R11、 R12、R13、R14、R15、R16、R17和R18。8个所述第一应变片分别粘结在所述弹性体2侧壁上。8个第一应变片的桥组方式为R11与R12 串联，R13与R14串联，R15与R16串联，R17和R18串联，R11、R13、 R15和R17构成惠斯顿全桥电路。
[0029]如图4所示，第二电桥包括8个第二应变片，分别为R21、R22、 R23、R24、R25、R26、R27和R28。8个所述第二应变片分别粘结在所述弹性体2侧壁上。8个第二应变片的桥组方式为R21与R22串联， R23与R24串联，R25与R26串联，R27与R28串联，R21、R23、R25 和R27构成惠斯顿全桥电路。
[0030]如图5所示，第三电桥包括16个第三应变片，分别为R301、R302、R303、R304、R305、R306、R307、R308、R309、R310、R311、R312、 R313、R314、R315和R316。16个所述第三应变片分别粘结在所述弹性体2侧壁上。其中，16个第三应变片的桥组方式为R301、R302、 R303、R304串联，R305、R306、R307、R308串联，R309、R310、R311、 R312串联，R313、R314、R315、R316串联，R301、R305、R309和R313 构成惠斯顿全桥电路。
[0031]如图6所示，第四电桥包括8个第四应变片，分别为R41、R42、 R43、R44、R45、R46、
R47和R48。8个所述第四应变片分别粘结在所述弹性体2侧壁上。8个第四应变片的桥组方式为R41与R42串联， R43与R44串联，R45与R46串联，R47与R48串联，R41、R43、R45 和R47构成惠斯顿全桥电路。
[0032]在掘削过程中，刀具工作环境易对传感器内部器件造成损害，而为了对器件进行防护，保证传感器的使用寿命，如图7所示，所述传感器还包括设置在四个所述弹性体2外侧的壳体3，所述壳体3的侧壁上设置有分别与所述第一电桥、第二电桥、第三电桥和第四电桥相连的导线接头4。所述传感器采用不锈钢材料制成。
[0033]本专利技术还提供一种用于盾构机刀具的多维力监测系统，如图8 所示，该监测系统包括控制单元、与所述控制单元的输入端通信连接的变送器、与所述控制单元的输出端通信连接的显示单元和声光报警模块、与所述控制单元双向通信连接的存储模块以及上述的多维力传感器；
[0034]所述多维力传感器与所述变送器的输入端通信连接。
[0035]在盾构机在掘削过程中刀具会受到多方向阻力以及设备旋转所产生的扭力，为此该定制款传感器可测x、y、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于盾构机刀具的多维力传感器，其特征在于，所述传感器包括两个对称设置的法兰(1)、呈阵列分布在两个所述法兰(1)之间的四个弹性体(2)以及用于测量四个所述弹性体(2)的形变信号的测量电桥；所述弹性体(2)为方形立柱；所述测量电桥包括分别用于测量所述弹性体(2)的x、y和z三轴方向的力值信号的第一电桥、第二电桥、第三电桥以及用于测量所述弹性体(2)的z轴方向的扭矩值信号的第四电桥。2.如权利要求1所述的用于盾构机刀具的多维力传感器，其特征在于，所述第一电桥、第二电桥、第三电桥和第四电桥分别包括设置在所述弹性体(2)侧壁上的第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四应变片。3.如权利要求2所述的用于盾构机刀具的多维力传感器，其特征在于，所述第一应变片、第二应变片、第三应变片和第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱成平，
申请(专利权)人：上海尚测科技有限公司，
类型：新型
国别省市：