本发明专利技术公开了一种盾构机用滚刀性能监测装置，属于盾构机监测设备，本发明专利技术要解决的技术问题为如何在不影响盾构机滚刀原有机械结构的基础上，实现自动监测盾构机滚刀旋转的绝对位置、滚刀旋转方向、滚刀转速、滚刀温度等性能参数，避免滚刀磨损严重，采用的技术方案为：其结构包括光收发器、温度传感器、滚刀刀体、刀轴和隔台，刀轴包括刀轴本体以及位于刀轴本体上的隔环，隔台与隔环之间的间隙处设置有旋转机构；旋转机构包括旋转台和旋转轴承，旋转轴承安装在隔环外部两侧处，旋转台安装在旋转轴承外侧，旋转台靠近旋转轴承的一侧设置有光栅环带，旋转台远离刀轴的一侧设置有隔台，隔台与旋转台联动。与旋转台联动。与旋转台联动。
【技术实现步骤摘要】
一种盾构机用滚刀性能监测装置
[0001]本专利技术涉及盾构机监测设备，具体地说是一种盾构机用滚刀性能监测装置。
技术介绍
[0002]盾构隧道掘进机，简称盾构机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
[0003]盾构机上安装有众多滚刀，现有技术中对滚刀性能的检测的方法是在滚刀外环镶嵌8颗磁铁，并在刀桶内部架设磁场监测器，当滚刀旋转时，可被磁场监测器感测到滚刀转速，但该方法存在下列几种缺点:
[0004](1)、岩石碎屑或泥土会磨损磁铁和滚刀表面，导致磁场监测器与磁铁的距离越来越远，磁场大幅减弱，降低精准度；
[0005](2)、岩石碎屑或泥土中参杂铁元素时，这些碎屑会吸附于磁铁之上并屏蔽磁场，降低监测精准度；
[0006](3)、镶嵌的磁铁可能在岩石撞击过程变形或刮伤或掉出；
[0007](4)、镶嵌的磁铁可能会因为滚刀与岩石或泥土的长时间工作下，因摩擦升温而降低磁力，导致失真；
[0008](5)、滚刀旋转速度不同时，因摩擦力不同或地质不同(如岩石和水流变换出现),工作温度也因而高低升降,导致磁场强度亦跟随变化，影响磁场监测精准度；
[0009](6)、无法监测并记录滚刀前端与岩石和土壤接触点的地质硬度变化或地质界面变化状况；
[0010](7)、无法监测滚刀旋转方向；
[0011](8)、无法监测滚刀旋转加速度；
[0012](9)、无法监测滚刀震动频率。
[0013]故如何在不影响盾构机滚刀原有机械结构的基础上，实现自动监测盾构机滚刀旋转的绝对位置、滚刀旋转方向、滚刀转速、滚刀温度等性能参数，避免滚刀磨损严重，进而造成刀盘的损伤是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
[0014]本专利技术的技术任务是提供一种盾构机用滚刀性能监测装置，来解决如何在不影响盾构机滚刀原有机械结构的基础上，实现自动监测盾构机滚刀旋转的绝对位置、滚刀旋转方向、滚刀转速、滚刀温度等性能参数，避免滚刀磨损严重，进而造成刀盘的损伤的问题。
[0015]本专利技术的技术任务是按以下方式实现的，一种盾构机用滚刀性能监测装置，该装置包括滚刀刀体、刀轴和隔台，刀轴包括刀轴本体以及位于刀轴本体上的隔环，隔台与隔环
之间的间隙处设置有旋转机构；
[0016]旋转机构包括旋转台和旋转轴承，旋转轴承安装在隔环外部两侧处，旋转台安装在旋转轴承外侧，旋转台靠近旋转轴承的一侧设置有光栅环带，旋转台远离刀轴的一侧设置有隔台，隔台与旋转台联动；
[0017]隔环上开设有隔环孔，隔环孔内设置有光收发器的收发光纤和温度传感器的探头，利用隔环与隔台之间的相对运动关系，当滚刀刀体旋转时，隔台带动光栅环带旋转，切割光纤内的出射光束，光栅环带无镂空的地方反射光束回去光纤，并进而传递到外面的光收发器，获得具有携带定位特征的脉冲信号，进而获取滚刀旋转速度、旋转方向、角加速度和震动频率。
[0018]作为优选，所述刀轴本体远离中心轴的一侧处开设有管线通道孔，管线通道孔与隔环孔相连通，管线通道孔内安装有光纤、电子信号线和电源线，温度传感器通过电子信号线向服务器端发送数据，光收发器向服务器端发送数据，电源线分别电连接光收发器和温度传感器为其供电。
[0019]更优地，该装置还包括滚刀箱，滚刀箱内设置有发电机构。
[0020]更优地，所述发电机构包括盘式发电机和齿轮发电机构，齿轮发电机构包括发电传动齿轮和发电齿轮，滚刀刀体上设置有刀体传动齿轮，发电传动齿轮分别与刀体传动齿轮和发电齿轮相啮合，发电齿轮连接盘式发电机的输入端，盘式发电机通过整流稳压电路电连接有可充电电池，可充电电池通过电源线电连接温度传感器和光收发器，光收发器设置在滚刀箱内。
[0021]更优地，所述发电机构设置在刀盘后侧面上，发电机构包括盘式发电机和齿轮发电机构，齿轮发电机构包括发电传动齿轮和发电增速齿轮，刀盘与刀舱相接的旋转轴承的外圈上设置有齿轮圈，发电传动齿轮分别与齿轮圈和发电增速齿轮相啮合，发电增速齿轮连接盘式发电机的输入端，盘式发电机通过整流稳压电路电连接有可充电电池，可充电电池通过电源线电连接温度传感器和光收发器，光收发器设置在刀盘后面。
[0022]更优地，所述刀盘和刀盘支架上焊接密封钢管通道,滚刀下方设置光纤和电线,沿着密封钢管通道通向刀盘后侧面靠近刀舱的位置,并转成无线信号发射,再由刀舱后方接收无线信号,转有线到服务器处理。
[0023]作为优选，所述光栅环带上开设有若干光栅孔，根据相邻光栅孔之间的距离间隔以及强度受光栅调变的反射光信号周期获取滚刀刀体的旋转速度，再根据滚刀刀体的旋转速度的变化获取旋转加速度；同时对脉冲光信号对时间取傅里叶变换，获得震动频率信号。
[0024]更优地，所述光栅孔沿光栅环带分布且光栅孔等间距等长设置。
[0025]更优地，若干光栅孔沿光栅环带分布，光栅孔的长度分别为d1、d2、
···
、dn，即所有光栅孔的长度均不相同；任一光栅孔的上边缘至相邻的下一个光栅孔的上边缘的距离均相等且均为p1；光栅孔的一侧处设有固定长度的参照光栅，参照光栅的长度均相等且均为p2；进而占空比sn的计算公式如下：
[0026][0027]通过光收发器监测周期，并与参考光栅进行比对，再结合占空比监测滚刀的实时
绝对旋转位置；同时以参照光栅作为对比基准，获取滚刀精准的旋转角度；其中，参考光栅采用参考光栅孔或光反射面或光漫射面或散射面。
[0028]更优地，所述光栅孔沿光栅环带呈周期性分布，具体如下：
[0029]光栅环带上设置有若干不等距的大周期光栅单元，大周期光栅单元的长度分别为D1、D2、
···
、Dn，每个大周期光栅单元内分别设置有数量不等的小周期光栅孔，小周期光栅孔的长度分别为d1、d2、
···
、dn，小周期光栅孔依附于大周期光栅单元之内，光收发器通过判读大周期光栅单元和小周期光栅孔获取旋转精准位置和旋转方向。
[0030]作为优选，所述光栅环带上设置有若干等长的滤波片，滤波片沿光栅环带均匀分布，光收发器根据滤波片的波长变化监测滚刀的实时绝对旋转位置。
[0031]作为优选，所述光栅环带上设置有若干偏振片，偏振片沿光栅环带均匀分布且偏振片采用大小相同的偏振片，光收发器根据偏振片的偏振角的变化监测滚刀的实时绝对旋转位置。
[0032]作为优选，所述光栅环带上设置有若干衍射片，衍射片上设置有不同的图案，光收发器根据衍射片上的图案监测滚刀的实时绝对旋转位置。
[0033]作为优选，所述旋转台远离旋转轴承的一侧设置有连接组件，连接组件一端连本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种盾构机用滚刀性能监测装置，其特征在于，该装置包括滚刀刀体、刀轴和隔台，刀轴包括刀轴本体以及位于刀轴本体上的隔环，隔台与隔环之间的间隙处设置有旋转机构；旋转机构包括旋转台和旋转轴承，旋转轴承安装在隔环外部两侧处，旋转台安装在旋转轴承外侧，旋转台靠近旋转轴承的一侧设置有光栅环带，旋转台远离刀轴的一侧设置有隔台，隔台与旋转台联动；隔环上开设有隔环孔，隔环孔内设置有光收发器的收发光纤和温度传感器的探头，利用隔环与隔台之间的相对运动关系，当滚刀刀体旋转时，隔台带动光栅环带旋转，切割光纤内的出射光束，光栅环带无镂空的地方反射光束回去光纤，并进而传递到外面的光收发器，获得具有携带定位特征的脉冲信号，进而获取滚刀旋转速度、旋转方向、角加速度和震动频率。2.根据权利要求1所述的盾构机用滚刀性能监测装置，其特征在于，所述刀轴本体远离中心轴的一侧处开设有管线通道孔，管线通道孔与隔环孔相连通，管线通道孔内安装有光纤、电子信号线和电源线，温度传感器通过电子信号线向服务器端发送数据，光收发器向服务器端发送数据，电源线分别电连接光收发器和温度传感器为其供电。3.根据权利要求1或2所述的盾构机用滚刀性能监测装置，其特征在于，该装置还包括滚刀箱，滚刀箱内设置有发电机构。4.根据权利要求3所述的盾构机用滚刀性能监测装置，其特征在于，所述发电机构包括盘式发电机和齿轮发电机构，齿轮发电机构包括发电传动齿轮和发电齿轮，滚刀刀体上设置有刀体传动齿轮，发电传动齿轮分别与刀体传动齿轮和发电齿轮相啮合，发电齿轮连接盘式发电机的输入端，盘式发电机通过整流稳压电路电连接有可充电电池，可充电电池通过电源线电连接温度传感器和光收发器，光收发器设置在滚刀箱内。5.根据权利要求3所述的盾构机用滚刀性能监测装置，其特征在于，所述发电机构设置在刀盘后侧面上，发电机构包括盘式发电机和齿轮发电机构，齿轮发电机构包括发电传动齿轮和发电增速齿轮，刀盘与刀舱相接的旋转轴承的外圈上设置有齿轮圈，发电传动齿轮分别与齿轮圈和发电增速齿轮相啮合，发电增速齿轮连接盘式发电机的输入端，盘式发电机通过整流稳压电路电连接有可充电电池，可充电电池通过电源线电连接温度传感器和光收发器，光收发器设置在刀盘后面。6.根据权利要求5所述的盾构机用滚刀性能监测装置，其特征在于，所述刀盘和刀盘支架上焊接密封钢管通道，滚刀下方设置光纤和电线，沿着密封钢管通道通向刀盘后侧面靠近刀舱的位置，并转成无线信号发射，再由刀舱后方接收无线信号，转有线到服务器处理。7.根据权利要求1所述的盾构机用滚刀性能监测装置，其特征在于，所述光栅环带上开设有若干光栅孔，根据相邻光栅孔之间的距离间隔以及强度受光栅调变的反射光信...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈南光，陈思齐，陈宣妤，曹菀姗，
申请(专利权)人：宣宇光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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