專利名稱：帶有針輪裝置的盾構施工排土量實時在線測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明所屬盾構施工工程技術領域，具體是一種用于盾構施工排土量測量的針輪裝置以及由針輪構成的在線實時測量裝置。
背景技術：
四川潤智興科技有限公司的授權公告號為CN201852847U的實用新型專利“移動物體的測速定位裝置”，主要由數據處理器、旋轉編碼器、同步機構組成。其中同步機構穿過旋轉編碼器并驅動旋轉編碼器同步轉動，根據旋轉編碼器的轉動狀態(tài)，確定移動物體的速度和位置。三一重工裝備有限公司的授權公告號為CN201805340U的實用新型專利“采煤機 位置檢測裝置”，該裝置在采煤機軸上安裝旋轉編碼器，旋轉編碼器的輸出端連接中央控制單元。采煤機行走時，通過檢測旋轉編碼器的運動狀態(tài)，經過一定邏輯運算后向支架電液控制系統發(fā)出指令，實現工作面的自動控制。'現有盾構機渣土體積測量采用后方稱重法，把渣土存放在電瓶車的幾節(jié)車斗中運到盾構施工的后方，每隔一段時間人工數出電瓶車節(jié)數來間接計算渣土體積。這種方法測量信息滯后、精度差、自動化程度低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種盾構施工排土量實時在線測量裝以及適用于該測量裝置內的針輪裝置，在盾構機上增添一套本發(fā)明裝置實現排土體積的準確、實時測量，提高原有測量方法的精度、實時性，滿足盾構施工提出的要求。本發(fā)明是通過以下技術方案實現
一種基于針輪裝置的盾構施工排土量實時在線測量裝置，是使用螺旋輸送機出土口的截面積值對渣土的前進速度積分得到排土體積速度的測量裝置，該裝置包括針輪裝置和由旋轉編碼器、信號調理模塊、數據采集卡和上位機構成的控制部分，所述針輪裝置安裝在盾構機螺旋輸送機出土口處，且安裝在垂直與渣土速度方向的平面內，渣土經螺旋輸送機擠壓后形成質地密實、表面光滑、截面形狀均勻的土柱體，出土口的渣土從螺旋輸送機擠出時帶動插入渣土的針或者葉片使針輪轉動；上位機通過信號調理模塊、數據采集卡實現與旋轉編碼器連接，對原始數據進行存儲、預處理、積算以及顯示操作，使用軟件把出土口截面積值對旋轉編碼器輸出速度積分得到排土量體積。所述的針輪裝置
它包括針輪及其針輪軸，針輪通過鍵連接實現與針輪軸的徑向定位，通過兩端的圓螺母實現軸向定位，所述針輪由輪緣與插入輪緣中的針或葉片構成；
還包括左箱體和右箱體兩個箱體，用于支撐針輪軸，箱體與針輪軸之間設置軸承；旋轉編碼器置于右箱體內；
還包括聯軸器，所述針輪軸通過聯軸器與旋轉編碼器相連，聯軸器置于右箱體內；
還包括套筒，設于針輪軸的外面，用于防護針輪軸；還包括針輪殼，針輪殼罩住針輪的上面部分，防止落泥落水的影響，針輪殼下面部分開口，針輪安裝于針輪殼內，針輪的針通過開口部分與渣土接觸；
還包括氈圈密封，設于所述左箱體和右箱體的端蓋處，用于防止灰塵進入箱體，損壞內部的零件。進一步優(yōu)化，所述軸承為角接觸球軸承，可以減小轉動阻力矩，更準確的傳遞渣土的運動信息。進一步優(yōu)化，所述聯軸器為彈性梅花型聯軸器，針輪軸經過彈性梅花型聯軸器將運動傳遞給旋轉編碼器，對旋轉編碼器輸出的數據進行處理得到渣土的線速度。出土口的截面積值固定，渣土移動時帶動針輪轉動，針輪軸通過聯軸器將轉動情況傳遞給旋轉編碼器，上位機與旋轉編碼器連接，對原始數據進行存儲、預處理、積算以及顯示操作，使用軟件把出土口截面積值對旋轉編碼器輸出速度積分得到排土量體積。本發(fā)明裝置適用于盾構機穿越潮濕、有一定粘度的土層，螺旋輸送機出土能形成 潮濕、有一定粘度的柱體的情況。針輪的尺寸參數設計是影響系統精度最關鍵的因素，通過選擇合適的參數可使測量精度上可以達到1%，能夠滿足盾構施工的要求。本發(fā)明與現有技術相比所具有的優(yōu)點或積極效果
1、本發(fā)明可以實現盾構施工中渣土的在線測量，即實時的獲得單位時間內排土體積的數據，方便施工人員獲得影響施工質量的實時數據，對施工參數進行快速有效的調整。針輪裝置具有高的可靠性，在裝置設計中特別注意了防泥防水的措施，針輪及其針輪軸由套筒和針輪外罩雙重保護，可以保護針輪裝置能在條件非常惡劣的盾構施工環(huán)境中正常工作；
2、有較高的測量精度。裝置的測速通過技術上已經非常成熟、有很高精度的旋轉編碼器實現，從硬件上保證了整套裝置的精度，在裝置幾何參數設計時，綜合運用運動學、動力學和幾何關系的相關理論進行分析，構建理論模型，進行計算機仿真和實物仿真把精度提到最高，足以滿足工程應用的要求。3、成本低。裝置中機械部分的加工不需要特殊的設備，對加工材料沒有苛刻要求，控制部分主要由價格經濟的旋轉編碼器組成，因此整套裝置的成本較低，具有很好的性價比，方便使用中模塊化更換。


圖I為本發(fā)明裝置的工作原理圖。圖2針輪裝置的結構圖。圖3是針輪裝置與上位機通信原理圖。標記說明1_左箱體，2-墊片，3-左箱體端蓋，4-法蘭，5-針輪殼，6-針輪，7-套筒，8-右箱體左端蓋，9-右箱體，10-聯軸器，11-旋轉編碼器，12-右箱體右端蓋，13-軸用擋圈，14-軸承，15-氈圈密封，16-針輪軸，17-圓螺母，18-渣土，19-軸承，20-孔用擋圈，21-圓螺母，信號調理模塊22，端子板23，數據采集卡24，工控機25，雙絞線26。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明技術方案作進一步說明。本實施例基于針輪裝置的盾構施工排土量實時在線測量裝置，是使用螺旋輸送機出土口的截面積值對渣土的前進速度積分得到排土體積速度的測量裝置，該裝置包括針輪裝置和由旋轉編碼器、信號調理模塊、數據采集卡和工控機構成的控制部分，所述針輪裝置安裝在盾構機螺旋輸送機出土口處(如圖I所示)，且安裝在垂直與渣土速度方向的平面內(如圖I所示)，渣土經螺旋輸送機擠壓后形成質地密實、表面光滑、截面形狀均勻的土柱體，出土口的渣土從螺旋輸送機擠出時帶動插入渣土的針或者葉片使針輪轉動；工控機通過信號調理模塊、數據采集卡實現與旋轉編碼器11連接(如圖3所示)，對原始數據進行存儲、預處理、積算以及顯示操作，使用軟件把出土口截面積值對旋轉編碼器輸出速度積分得到排土量體積。如圖2所示的針輪裝置
它包括針輪6及其針輪軸16，針輪通過鍵連接實現與針輪軸的徑向定位，通過兩端的圓螺母實現軸向定位，所述針輪由輪緣與插入輪緣中的針構成(如圖I所示的針結構形態(tài))；還包括左箱體I和右箱體9兩個箱體，用于支撐針輪軸，箱體與針輪軸之間設置軸承 14 ；
還包括聯軸器10，所述針輪軸通過聯軸器與旋轉編碼器11相連，聯軸器置于右箱體
內；
還包括套筒7，設于針輪軸的外面，用于防護針輪軸；
還包括針輪殼5，針輪殼罩住針輪的上面部分，防止落泥落水的影響，針輪殼下面部分開口，針輪安裝于針輪殼內，針輪的針通過開口部分與渣土接觸；
還包括氈圈密封15，設于所述左箱體和右箱體的端蓋處，用于防止灰塵進入箱體，損壞內部的零件。進一步優(yōu)化，所述軸承為角接觸球軸承，可以減小轉動阻力矩，更準確的傳遞渣土的運動信息。進一步優(yōu)化，所述聯軸器為彈性梅花型聯軸器，針輪軸經過彈性梅花型聯軸器將運動傳遞給旋轉編碼器，對旋轉編碼器輸出的數據進行處理得到渣土的線速度。控制部分
包括市售的旋轉編碼器，為歐姆龍E6A2-CS5型，置于右箱體內；
包括市售的信號調理模塊，為阿爾泰公司SlllO型，實現將旋轉編碼器輸出電流信號轉化成電壓信號供數據采集卡采集；
本實施例還包括市售的端子板，為阿爾泰A37D- II型號，端子擰入旋轉編碼器的數據線，另一端為37芯D型插頭，37芯D型插頭用來連接數據采集卡；
還包括數據采集卡，本實施例為市售的數據采集卡，為阿爾泰PCI8622型，插在工控機PCI插槽內，使采集傳感器信號最終提供給工控機，數據采集卡作為傳感器旋轉編碼器與工控機之間溝通的橋梁。還包括工控機，用于存儲傳感器數據，運行相關程序實現對數據的處理，包括瞬時排土體積、一段時間累加的排土體積計算、顯示，運行相關監(jiān)控軟件，以及檢測、顯示傳感器的工作狀態(tài)等。如圖I所示，將針輪安裝在垂直與渣土速度方向的平面內，使針輪的針插入渣土中一定深度。渣土移動帶動針輪轉動，針輪軸經過聯軸器將針輪的轉動情況傳遞給旋轉編碼器。v= Xr，其中V為渣土的線速度，r為針輪的半徑，《為旋轉編碼器的轉速。
為保證渣土對針輪有良好的同步帶動效果，針輪的“插入結構”可以做成針形或者葉片形。如圖2展示了針輪的左箱體和針輪部分，針輪外面加裝保護罩，針輪殼以外的針輪軸加裝保護套，減小盾構施工環(huán)境中落泥、落水及粉塵的污染；針輪軸采取簡支結構，左右箱體中各有一個角接觸球軸承起到支撐和減小阻力矩的作用；箱體端蓋采用氈圈密封，進一步防止箱體內部被污染；針輪軸通過彈性聯軸器與旋轉編碼器相連，傳遞針輪運動，并 避免兩軸可能不對中而出現加載在旋轉編碼器上的彎矩。
權利要求
1.一種基于針輪裝置的盾構施工排土量實時在線測量裝置，其特征在于，該裝置包括針輪裝置和由旋轉編碼器、信號調理模塊、數據采集卡和工控機構成的控制部分，所述針輪裝置安裝在盾構機螺旋輸送機出土口處，且安裝在垂直與渣土速度方向的平面內； 所述的針輪裝置 它包括針輪及其針輪軸，針輪通過鍵連接實現與針輪軸的徑向定位，通過兩端的圓螺母實現軸向定位，所述針輪由輪緣與插入輪緣中的針或葉片構成； 還包括左箱體和右箱體兩個箱體，用于支撐針輪軸，箱體與針輪軸之間設置軸承；旋轉編碼器置于右箱體內； 還包括聯軸器，所述針輪軸通過聯軸器與旋轉編碼器相連，聯軸器置于右箱體內； 還包括套筒，設于針輪軸的外面，用于防護針輪軸； 還包括針輪殼，針輪殼罩住針輪的上面部分，針輪殼下面部分開口，針輪安裝于針輪殼內，針輪的針通過開口部分與渣土接觸； 上位機通過信號調理模塊、數據采集卡實現與旋轉編碼器連接，對原始數據進行存儲、預處理、積算以及顯示操作，使用軟件把出土口截面積值對旋轉編碼器輸出速度積分得到排土量體積。
2.根據權利要求I所述的針輪測量裝置，其特征在于，還包括氈圈密封，設于所述左箱體和右箱體的端蓋處。
3.根據權利要求I所述的針輪測量裝置，其特征在于，所述軸承為角接觸球軸承。
4.根據權利要求I所述的針輪測量裝置，其特征在于，所述聯軸器為彈性梅花型聯軸器。
全文摘要
本發(fā)明所屬盾構施工工程技術領域，該基于針輪裝置的盾構施工排土量實時在線測量裝置，包括針輪裝置，安裝在盾構機螺旋輸送機出土口處，且安裝在垂直與渣土速度方向的平面內。針輪裝置包括針輪、針輪軸、左右兩個箱體、聯軸器，針輪軸通過聯軸器與旋轉編碼器相連?？刂撇糠謱υ紨祿M行存儲、預處理、積算以及顯示操作，使用軟件把出土口截面積值對旋轉編碼器輸出速度積分得到排土量體積。本發(fā)明裝置適用于盾構機穿越潮濕、有一定粘度的土層，螺旋輸送機出土能形成潮濕、有一定粘度的柱體的情況，實現排土體積的準確、實時測量，提高原有測量方法的精度、實時性，滿足盾構施工提出的要求。
文檔編號E21D9/093GK102720510SQ20121020088
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權日2012年6月19日
發(fā)明者呂強, 周奇才, 張恒, 王凱, 趙炯 申請人:上海地鐵盾構設備工程有限公司