泥水大盾构刀具检测系统、方法技术方案

本发明专利技术涉及盾构设备技术领域，具体而言涉及泥水大盾构刀具检测系统、方法，包括：外筒体，连接到盾构机的前盾，外筒体内设有圆形通道；伸缩杆，连接在所述外筒体的圆形通道内，所述伸缩杆被设置成由变频电机驱动，使所述伸缩杆伸出/缩回外筒体的出口；摄像头，连接到所述伸缩杆靠近所述外筒体出口的一端，并通过信号线将所采集的画面回传至盾构机驾驶室。本发明专利技术在需要进行刀具检查时，通过变频电机驱动伸缩杆将摄像头推入开挖仓，并结合编码器以及制动器准确的锁定摄像头所停留的检测位置，以实现通过自动化控制系统，精准的对摄像头的相对位置进行控制，再通过画面反馈调整摄像头所处位置、角度，可对刀具进行全方位检查。可对刀具进行全方位检查。可对刀具进行全方位检查。

【技术实现步骤摘要】
泥水大盾构刀具检测系统、方法


[0001]本专利技术涉及盾构设备
，具体而言涉及泥水大盾构刀具检测系统、方法。

技术介绍

[0002]随着经济的不断发展，城市轨道交通也在加速建设，这必然离不开盾构施工，但盾构机在掘进一段距离后，刀具会产生不同程度的磨损，磨损到一定程度后，需要更换刀具。在换刀之前，要先对刀具进行检查，确定磨损量与刀具更换数量。
[0003]传统的泥水盾构机刀具检查一般是开仓降液位后，人员进仓检查。后经过发展，采用手摇螺杆式伸缩装置或采用液控三级油缸式伸缩装置，在开挖仓降液位后推入摄像头，对刀具进行检查。但这两种控制都有不同程度的缺陷，手摇螺杆式耗费人力较多，而且空间狭小不变操作，也不符合自动化的发展趋势；三级油缸式虽然实现了自动伸缩，但存在着油缸伸缩长度控制较难，不变检查刀具；摄像头全方位旋转不变的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术第一方面提出一种泥水大盾构刀具检测系统，包括：外筒体，连接到盾构机的前盾，外筒体内设有圆形通道；伸缩杆，连接在所述外筒体的圆形通道内，所述伸缩杆被设置成由变频电机驱动，使所述伸缩杆伸出/缩回外筒体的出口；摄像头，连接到所述伸缩杆靠近所述外筒体出口的一端，并通过信号线将所采集的画面回传至盾构机驾驶室；其中，所述摄像头被所述伸缩杆驱动，伸入到盾构机的前盾与掌子面之间形成的开挖仓中；所述伸缩杆的伸缩控制系统包括：变频器，连接到电网，用于向所述变频电机供电；编码器，连接到所述变频电机转轴，用于采集变频电机的角位移信号；PLC，与所述编码器电连接，用于接收所述编码器发送的角位移信号；控制面板，设置在盾构机驾驶室；所述PLC与所述变频器、控制面板电连接，所述PLC将接收的角位移信号转变为所述伸缩杆的行程反馈至控制面板；且所述PLC接受所述控制面板的控制指令，控制所述变频器输出预设范围的频率，使所述变频电机以预定转速转动，并使伸缩杆达到预设位置。
[0005]优选的，所述变频器包括速度控制接口以及正反转控制模块，所述正反转控制模块包括正反转控制电路，所述正反转控制电路被设置成接受所述控制面板的指令而动作，所述速度控制接口被设置成接收所述控制面板的指令而动作，将电压信号转换成频率信号后加载到所述变频电机。
[0006]优选的，所述变频器还包括速度检测接口，所述速度检测接口根据所述速度控制
接口输出的电压值向所述PLC输出相应的电流信号，所述PLC根据所输入的电流信号调整输出到所述变频电机的频率。
[0007]优选的，所述变频电机的一端设有与转轴连接的制动器，所述制动器通过变压器连接到市电，且所述制动器的开关电路被设置成与所述变频器的正反转控制模块联动，当所述变频电机被驱动转动时，所述制动器不限制所述变频电机转轴的转动，当所述变频电机停止驱动时，所述制动器锁死所述变频电机的转轴。
[0008]优选的，所述变频器和变频电机通过10kV/380V变压器连接到电网，通过380V交流电对变频器和变频电机供电，所述制动器通过380V/220V变压器连接到10kV/380V变压器的二次侧，通过220V交流电对制动器供电，所述编码器和PLC通过220V/24V直流变压器连接到所述10kV/380V变压器的二次侧，通过24V直流电对编码器和PLC供电。
[0009]优选的，所述摄像头所连接的信号线及电源线被卷绕在电缆卷筒上，所述电缆卷筒位于所述外筒体远离所述开挖仓的一端。
[0010]优选的，所述外筒体靠近所述开挖仓的一端设有闸阀，用于控制所述外筒体出口的打开/关闭。
[0011]优选的，所述摄像头被设置成能绕所述伸缩杆的轴线转动，以及沿径向方向偏转
±
90
°
。
[0012]本专利技术第二方面提出一种技术方案，一种泥水大盾构刀具检测方法，使用上述的泥水大盾构刀具检测系统，包括以下步骤：步骤1、在盾构机停机状态下，降低开挖仓液面至待检测刀具之下；步骤2、打开闸阀，控制伸缩杆伸长，使摄像头伸入到开挖仓中；步骤3、通过摄像头获取开挖仓中待检测刀具的图像并回传至驾驶室内；步骤4、控制伸缩杆缩回，使摄像头缩回至外筒体中；步骤5、转动盾构机刀盘，重复步骤2
‑
4，对不同位置的刀具进行检测，直至完成全部刀具的检测，关闭闸阀；其中，伸缩杆的控制包括：a．通过控制面板向PLC输出伸缩杆伸长/缩短的长度、速度指令；b．PLC向变频器输出预设范围的电压值，使变频器控制加载到所述变频电机的频率，控制变频电机的转速和转向；c．通过编码器检测所述变频电机的角位移，并传输至PLC，使伸缩杆伸长至预定长度后停止伸长。
[0013]优选的，所述变频器向PLC输出与输出电压值对应的电流信号，所述PLC将与所述输出电流对应的变频电机的速度值反馈至控制面板。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术在需要进行刀具检查时，通过变频电机驱动伸缩杆将摄像头推入开挖仓，并结合编码器以及制动器准确的锁定摄像头所停留的检测位置，以实现通过自动化控制系统，精准的对摄像头的相对位置进行控制，再通过画面反馈调整摄像头所处位置、角度，可对刀具进行全方位检查；同时利用摄像头垂直方向偏转可方便检查刀盘结泥饼情况及掌子面泥膜情况。
附图说明
[0015]附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是本专利技术所示的泥水大盾构刀具检测系统与盾构机前盾之间的相对位置示意图；图2是本专利技术所示的泥水大盾构刀具检测系统的结构示意图；图3是本专利技术所示的泥水大盾构刀具检测系统的电气原理图；图4是本专利技术所示的伸缩电机的电控原理图；图5a、图5b是本专利技术所示的伸缩电机的制动器电控原理图；图6是本专利技术所示的编码器的电控原理图。
具体实施方式
[0016]为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所有附图说明如下。
[0017]泥水盾构机在隧道中钻进过程中刀具会发生磨损，磨损到一定程度后，需要更换刀具，而如何判断刀具是否磨损到需要更换的程度是需要解决的问题，传统的检查方法一般是开仓降液位后使用人工进行检查，但是降液位过程慢，人工检查危险性高，因此，在现有技术中，通过摄像头伸入到盾构机的前盾与掌子面之间形成的开挖仓101中，其中，伸缩杆一般有两种控制方式，一种是手动转动螺杆，虽然可精确的控制伸缩长度，但是耗费人力过多，若使用电动控制，由于驱动电机需要连接市电，难以对伸缩杆的伸缩进行精确控制，另外通过三级油缸的伸缩控制，仍存在精度低的问题。
[0018]本专利技术旨在通过变频电机作为伸缩杆的驱动，并以变频器、PLC以及控制面板对变频电机进行正反转和速度的控制，变频器和变频电机连接到市电，以24V的电压对PLC以及控制面板供电，控制面板作为人机交互设备，使操控者可视化的对伸缩杆的伸缩进行控制，PLC向变频器输入控制信号，使变频电机被精本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泥水大盾构刀具检测系统，其特征在于，包括：外筒体（71），连接到盾构机的前盾，外筒体（71）内设有圆形通道；伸缩杆（7），连接在所述外筒体（71）的圆形通道内，所述伸缩杆（7）被设置成由变频电机（3）驱动，使所述伸缩杆（7）伸出/缩回外筒体（71）的出口；摄像头（8），连接到所述伸缩杆（7）靠近所述外筒体（71）出口的一端，并通过信号线将所采集的画面回传至盾构机驾驶室；其中，所述摄像头（8）被所述伸缩杆（7）驱动，伸入到盾构机的前盾与掌子面之间形成的开挖仓（101）中；所述伸缩杆（7）的伸缩控制系统包括：变频器（2），连接到电网（1），用于向所述变频电机（3）供电；编码器（5），连接到所述变频电机（3）转轴，用于采集变频电机（3）的角位移信号；PLC（6），与所述编码器电连接，用于接收所述编码器（5）发送的角位移信号；控制面板，设置在盾构机驾驶室；所述PLC（6）与所述变频器（2）、控制面板电连接，所述PLC（6）将接收的角位移信号转变为所述伸缩杆（7）的行程反馈至控制面板；且所述PLC（6）接受所述控制面板的控制指令，控制所述变频器（2）输出预设范围的频率，使所述变频电机（3）以预定转速转动，并使伸缩杆（7）达到预设位置。2.根据权利要求1所述的泥水大盾构刀具检测系统，其特征在于，所述变频器（2）包括速度控制接口（201）以及正反转控制模块，所述正反转控制模块包括正反转控制电路，所述正反转控制电路被设置成接受所述控制面板的指令而动作，所述速度控制接口（201）被设置成接收所述控制面板的指令而动作，将电压信号转换成频率信号后加载到所述变频电机（3）。3.根据权利要求2所述的泥水大盾构刀具检测系统，其特征在于，所述变频器（2）还包括速度检测接口（202），所述速度检测接口（202）根据所述速度控制接口（201）输出的电压值向所述PLC（6）输出相应的电流信号，所述PLC（6）根据所输入的电流信号调整输出到所述变频电机（3）的频率。4.根据权利要求2所述的泥水大盾构刀具检测系统，其特征在于，所述变频电机（3）的一端设有与转轴连接的制动器（4），所述制动器（4）通过变压器连接到市电，且所述制动器（4）的开关电路被设置成与所述变频器（2）的正反转控制模块联动，当所述变频电机（3）被驱动转动时，所述制动器不限制所述变频电机（3）转轴的转动，当所述变频电机（3）停止驱动时，所述制动器锁死所述变频电机（3）的转轴。5.根据权利要求1所述的泥水大盾构刀具检测系统，其特征在于，所述变频器（...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓琴，高雷，张连昊，纪晓娟，
申请(专利权)人：中交天和机械设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：