專利名稱：基于電阻排式的盾構(gòu)機刀具磨損量在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大型施工設(shè)備的檢測技術(shù)，具體涉及一種用于盾構(gòu)掘進機施工中對刀具磨損量進行監(jiān)測的裝置。
背景技術(shù)：
盾構(gòu)掘進機是隧道、地鐵建設(shè)的大型裝備。刀盤帶動刀具進行掘進，其中地鐵施工所用的刀盤直徑6. 2-6. 4m,刀盤刀具是掘進的關(guān)鍵部件，也是最易磨損和失效的部件，刀具磨損主要是指刀刃和刀體的磨損。刀具的磨損除了無法掘進外也會危及人身安全。施工中實時監(jiān)測刀具的磨損程度，已成為國外掘進裝備生產(chǎn)商競相開發(fā)的核心技術(shù)。目前對刀具檢查的有兩種一種是在停機狀態(tài)下施工人員經(jīng)過壓力倉進入刀盤部位，進行檢查及實施操作；另一種方法是在刀盤刀具前端開挖豎井或側(cè)井，施工人員進入刀盤前端實施相同作業(yè)。后一種方法成本極高，前一種檢查方法雖然直觀，但風(fēng)險大。主要表現(xiàn)為(1)停機可能造成因周邊土體失穩(wěn)引發(fā)重大事故；( 檢查或換刀過程，只有受過專門訓(xùn)練的人員才能承受壓力倉內(nèi)2-5倍大氣壓力，特別是當(dāng)施工處于河流、重要建筑物等特殊地段時，因無法適時地判斷刀具磨損狀態(tài)而使得這一問題更為突顯。而且上述兩種方法均要停機操作，每一次停機都將帶來巨大的成本支出。除了停機檢查方法外，目前國內(nèi)外主要采用閾值檢測方法或者是對掘進參數(shù)進行估算的方法在線預(yù)測刀具磨損狀態(tài)。閾值檢測法。該方法主要采用添加劑、液壓以及嵌入式傳感器等來判斷刀具磨損狀態(tài)。添加劑技術(shù)的原理是，在刀具內(nèi)預(yù)裝異味添加劑或熒光材料，一旦刀具磨損超過許用尺寸，便釋放出異味或熒光進行示警。液壓傳感器技術(shù)是在刀具中通入油壓，當(dāng)?shù)毒吣p超過允許尺寸時造成油路泄露進行示警。閾值檢測技術(shù)對缺陷是(1)示警信號為開關(guān)閾值， 無法實現(xiàn)對磨損量的連續(xù)監(jiān)測；(2)傳感器信號大多需要采用有線傳輸方式，這種方式對布線要求高且難于維護。掘進參數(shù)估計法。其基本原理是由理想地質(zhì)條件下掘進參數(shù)(推力、扭矩、掘進速度、功率等)的經(jīng)驗曲線或由半經(jīng)驗公式得到估算值，將實際掘進參數(shù)值與估算值進行比對來估計刀具的整體磨損狀態(tài)。但所得估算值反映的是刀具總體磨損量的均值，其可靠程度受到兩方面因素的影響一是經(jīng)驗曲線或經(jīng)驗公式適應(yīng)于特定單一地質(zhì)條件，缺乏普適性。綜上所述，針對大型全斷面掘進裝備工作效率和安全運行的行業(yè)需求，研究開發(fā)刀盤刀具磨損狀態(tài)安全監(jiān)測技術(shù)，已成為掘進裝備工程中急待解決的問題。本發(fā)明的提出可對上述難題得到滿意的解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種判斷挖掘刀具磨損狀態(tài)的傳感器?；陔娮枧攀降亩軜?gòu)機刀具磨損量在線監(jiān)測裝置，具有電阻排、電阻排基座、刀具、橡膠墊、鎖母、刀盤、信號放大器、發(fā)射天線、土壓艙、接收天線、盾構(gòu)主機艙以及信號接收裝置，其結(jié)構(gòu)組成為由電阻排、電阻排基座和電阻引線插頭構(gòu)成電阻排式刀具磨損傳感器，電阻排式傳感器鑲嵌于盾構(gòu)機的刀具內(nèi)。電阻排與刀具接觸的部位填充環(huán)氧樹脂，以保證電阻排與刀具的絕緣。電阻排基座與刀具接觸的部位設(shè)有橡膠墊，橡膠墊亦具有密封作用，電阻排基座用鎖母與刀具固定為一體。刀盤上設(shè)有信號放大器，在刀盤背面與信號放大器的相對應(yīng)的位置設(shè)有發(fā)射天線，在土壓艙內(nèi)壁與發(fā)射天線相對位置設(shè)有接收天線，盾構(gòu)主機艙設(shè)有信號接收裝置。電阻排式刀具磨損傳感器的技術(shù)方案是電阻排由二列或二列以上平行排列的單電阻構(gòu)成，電阻排以印刷電路方式加工在絕緣襯底上。電阻排外表面涂有環(huán)氧樹脂絕緣，絕緣襯底與電阻引線插頭、電阻排基座三者固定為一體。電阻排上的各個單電阻并聯(lián)連接，各單電阻之間等間距分布。接收天線設(shè)有三支，呈120°分布。電阻排式刀具磨損傳感器的工作原理是安裝在絕緣襯底上的電阻排作為傳感器主體，因為該電阻排被安裝于挖掘刀具的內(nèi)部，電阻排(傳感器)頂端與刀具的刀刃平齊。 當(dāng)?shù)毒弑荒p時絕緣襯底以及單電阻自身也被同時磨損乃至斷裂，從而導(dǎo)致傳感器自身輸出的總電阻發(fā)生變化。事先設(shè)計出每個電阻的阻值，設(shè)計總電阻與刀具磨損量之間為線性關(guān)系，測量出此總電阻的變化即可得到刀具的磨損量。總電阻的變化通過電阻排基座上的電阻引線插頭輸出，因為刀盤是旋轉(zhuǎn)的，置于刀盤上的挖掘刀具也隨之轉(zhuǎn)動，所以測量信號通過無線發(fā)射的方式傳輸?？傠娮枳柚敌盘柾ㄟ^電阻引線插頭接至(刀盤輪輻內(nèi))密閉空間中的信號放大器，經(jīng)過放大的信號傳給刀盤背側(cè)的發(fā)射天線，然后由土壓艙內(nèi)的接收天線接收。盾構(gòu)主機艙(非轉(zhuǎn)動)是盾構(gòu)機工作人員的操作室，盾構(gòu)主機艙內(nèi)設(shè)有的信號接收裝置實時接收、記錄接收天線所傳送(刀具磨損量)電阻信號，該信號由計算機進行分析和控制。本發(fā)明的特點及有益效果是，可以實時預(yù)測挖掘刀具的磨損狀態(tài)，有效減小或避免因刀具事故停機所造成的巨大經(jīng)濟損失和人身傷亡等危險事故的發(fā)生。由于可以及時掌握施工中刀盤、刀具的運行情況，可有效保障保證掘進的可靠性。同時也延長了盾構(gòu)機的安使用壽命。


圖1為電阻排式刀具磨損傳感器的結(jié)構(gòu)圖。圖2為電阻排式刀具磨損傳感器置于挖掘刀具內(nèi)的結(jié)構(gòu)圖。圖3為刀具磨損信號傳遞所涉及到的盾構(gòu)機部分結(jié)構(gòu)原理圖。圖4為天線在刀盤上的布置示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖并通過具體實施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進一步的說明。需要說明的是，本實施例是敘述性的，而不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍?；陔娮枧攀降亩軜?gòu)機刀具磨損量在線監(jiān)測裝置，其結(jié)構(gòu)是由電阻排1、電阻排基座2和電阻引線插頭3構(gòu)成電阻排式刀具磨損傳感器(圖1)。電阻排式傳感器鑲嵌于盾構(gòu)機的刀具4內(nèi)，電阻排與刀具接觸的部位填充環(huán)氧樹脂，電阻排基座2與刀具接觸的部位設(shè)有橡膠墊5，電阻排基座2通過鎖母6與刀具固定為一體(圖幻。刀盤7上設(shè)有信號放大器8，在刀盤背面與信號放大器的相對應(yīng)的位置設(shè)有發(fā)射天線9，在土壓艙10內(nèi)壁與發(fā)射天線相對位置設(shè)有接收天線11。盾構(gòu)主機艙12設(shè)有信號接收裝置13(圖3)。電阻排1由二列或二列以上平行排列的單電阻構(gòu)成，電阻排以印刷電路方式加工在絕緣襯底14上，電阻排外表面涂有環(huán)氧樹脂絕緣。絕緣襯底14與電阻引線插頭3、電阻排基座2三者固定為一體。電阻排1上的各個單電阻并聯(lián)連接，各單電阻之間等間距分布。接收天線9設(shè)有三支，每支間隔120° (圖4)。總電阻的輸出端可以是兩根導(dǎo)線也可以是低接觸電阻的活動插頭，通過低接觸電阻的活動插頭與二次儀表連接，這樣既方便連接又可減小干擾。傳感器下端的電阻排基座，其作用是將傳感器安裝于刀具內(nèi)部時起定位作用(如圖2)。本實施例的絕緣襯底為印刷電路板。在印刷電路板上設(shè)計二列平行排列的單電阻，電阻的外形尺寸為0. 3X0. 25mm，傳感器的分辨率可以做到0. 3mm。每個單電阻之間的間距為0. 6mm。傳感器的初始總電阻是2Ω，每磨斷一個電阻總阻值增0. 5Ω，測量出總電阻值即可得知磨斷了幾個電阻。刀具的磨損程度等于被磨斷的單電阻數(shù)量乘以電阻間的間距。傳感器安裝于刀具的安裝孔中，通過下部的基座圓柱與安裝孔的內(nèi)端面實現(xiàn)定位，二者之間墊有密封墊，防止地下水流入。傳感器和安裝孔之間的空隙中注滿環(huán)氧樹脂， 起到輔助的固定傳感器和密封的作用。刀具下端的鎖母起到實質(zhì)緊固傳感器的作用。由于盾構(gòu)機工作在地下，主機艙、刀盤、刀具被巖土介質(zhì)和地下水包圍，因此信號放大器設(shè)置于密閉空間中的(輪輻內(nèi)的)刀盤上。發(fā)射天線安裝于刀盤的背側(cè)并用高強度工程塑料盒保護，接收天線安裝于盾構(gòu)機主機艙的前表面。為了克服巖土介質(zhì)和水對無線電波屏蔽作用， 接收天線安裝了三支，天線也用高強度工程塑料盒保護。測量信號通過無線發(fā)射的方式，完成電阻排磨損量的測量和信號傳輸。
權(quán)利要求
1.基于電阻排式的盾構(gòu)機刀具磨損量在線監(jiān)測裝置，具有電阻排、電阻排基座、刀具、 橡膠墊、鎖母、刀盤、信號放大器、發(fā)射天線、土壓艙、接收天線、盾構(gòu)主機艙以及信號接收裝置，其特征是由電阻排(1)、電阻排基座(2)和電阻引線插頭(3)構(gòu)成電阻排式刀具磨損傳感器，電阻排式傳感器鑲嵌于盾構(gòu)機的刀具內(nèi)，電阻排與刀具接觸的部位填充環(huán)氧樹脂，電阻排基座(2)與刀具接觸的部位設(shè)有橡膠墊(5)，電阻排基座(2)通過鎖母(6)與刀具固定為一體，刀盤(7)上設(shè)有信號放大器(8)，在刀盤背面與信號放大器的相對應(yīng)的位置設(shè)有發(fā)射天線(9)，在土壓艙(10)內(nèi)壁與發(fā)射天線相對位置設(shè)有接收天線(11)，盾構(gòu)主機艙(12)設(shè)有信號接收裝置(13)。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于電阻排式的盾構(gòu)機刀具磨損量在線監(jiān)測裝置，其特征是所述電阻排⑴由二列或二列以上平行排列的單電阻構(gòu)成，電阻排以印刷電路方式加工在絕緣襯底(14)上，電阻排外表面涂有環(huán)氧樹脂絕緣，絕緣襯底(14)與所述電阻引線插頭 (3)、電阻排基座(2)三者固定為一體。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的基于電阻排式的盾構(gòu)機刀具磨損量在線監(jiān)測裝置，其特征是所述電阻排(1)上的各個單電阻并聯(lián)連接，各單電阻之間等間距分布。
4.按照權(quán)利要求1所述的基于電阻排式的盾構(gòu)機刀具磨損量在線監(jiān)測裝置，其特征是所述接收天線(9)設(shè)有三支，每支間隔120°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于電阻排式的盾構(gòu)機刀具磨損量在線監(jiān)測裝置，其結(jié)構(gòu)組成是由電阻排、電阻排基座和電阻引線插頭構(gòu)成電阻排式刀具磨損傳感器，傳感器鑲嵌于盾構(gòu)機的刀具內(nèi)。電阻排與刀具接觸的部位填充環(huán)氧樹脂，以保證電阻排與刀具的絕緣。電阻排基座與刀具接觸的部位設(shè)有橡膠墊，橡膠墊亦具有密封作用，電阻排基座用鎖母與刀具固定為一體。刀盤上設(shè)有三個信號放大器，在刀盤背面與信號放大器的相對應(yīng)的位置設(shè)有三支發(fā)射天線，在土壓艙內(nèi)壁與發(fā)射天線相對位置設(shè)有接收天線，盾構(gòu)主機艙設(shè)有信號接收裝置。本發(fā)明可在線預(yù)測挖掘刀具的磨損狀態(tài)，有效減小或避免因刀具事故停機所造成的巨大經(jīng)濟損失和人身傷亡等危險事故的發(fā)生。
文檔編號G01B7/00GK102288099SQ20111019086
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者亢一瀾, 侯振德, 岳澄, 王燕群, 蔡宗熙 申請人:天津大學(xué)