在線檢測全斷面硬地質(zhì)掘進(jìn)機(jī)滾刀受力的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種在線檢測全斷面硬地質(zhì)掘進(jìn)機(jī)滾刀受力的裝置，包括刀具中心軸的軸端支撐結(jié)構(gòu)、用于檢測滾刀受力的傳感器、信號(hào)放大器、發(fā)射天線、信號(hào)接收裝置和監(jiān)測計(jì)算機(jī)；所述刀具中心軸的軸端支撐結(jié)構(gòu)包括所述刀具中心軸的軸端結(jié)構(gòu)、支撐楔塊和鎖緊楔塊；在支撐楔塊上形成有傳感器。本實(shí)用新型利用支撐楔塊作為彈性體，通過在彈性體上粘貼電阻應(yīng)變片形成用于檢測滾刀受力的傳感器，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，傳感器可在線檢測滾刀刀刃所承受的三個(gè)方向的受力，據(jù)此可以調(diào)整掘進(jìn)操作方案，延長刀具使用壽命，以取得好的掘進(jìn)效率。還可識(shí)別是否發(fā)生弦磨，及時(shí)掌握滾刀的工作狀態(tài)，如發(fā)生刀刃弦磨可及時(shí)換刀具保證掘進(jìn)效率。
【專利說明】在線檢測全斷面硬地質(zhì)掘進(jìn)機(jī)滾刀受力的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于大型機(jī)械施工設(shè)備，具體涉及一種對(duì)全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)所用的滾刀受力和磨損進(jìn)行監(jiān)測的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]TBM是全斷面硬地質(zhì)掘進(jìn)機(jī)的英文縮寫，包括硬巖掘進(jìn)機(jī)和復(fù)合盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)等，前者主要用于巖石地質(zhì)結(jié)構(gòu)的隧道、涵洞等地下交通工程建設(shè)；后者主要用于掘進(jìn)既有土質(zhì)又有巖石的地質(zhì)。硬巖掘進(jìn)機(jī)的刀盤上裝有滾刀；復(fù)合盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的刀盤上既有刮刀又有滾刀。為敘述方便在下文中將硬巖掘進(jìn)機(jī)和復(fù)合盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)統(tǒng)稱為掘進(jìn)機(jī)。掘進(jìn)機(jī)在推進(jìn)力的作用下，滾刀緊壓巖面，隨著刀盤的旋轉(zhuǎn)，滾刀將巖石碾碎，也稱為破巖，從而使隧道全斷面一次成型。在破巖過程中，滾刀的受力很大，這是破巖所必須的。由此所產(chǎn)生的結(jié)果是滾刀易損壞。表現(xiàn)為滾刀結(jié)構(gòu)損壞而失去破巖功能。損壞的形式分為兩種，一種是構(gòu)件斷裂，另一種是可旋轉(zhuǎn)的刀刃(也稱刀圈)發(fā)生弦磨導(dǎo)致無法轉(zhuǎn)動(dòng)而失去破巖功能。因此，在線測量滾刀在工作時(shí)的受力，進(jìn)而調(diào)整工作方式有助于減少損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種在線檢測全斷面硬地質(zhì)掘進(jìn)機(jī)滾刀受力的裝置。
[0004]本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種在線檢測全斷面硬地質(zhì)掘進(jìn)機(jī)滾刀受力的裝置，包括刀具中心軸的軸端支撐結(jié)構(gòu)、用于檢測滾刀受力的傳感器、信號(hào)放大器、發(fā)射天線、信號(hào)接收裝置和監(jiān)測計(jì)算機(jī)；
[0005]所述刀具中心軸的軸端支撐結(jié)構(gòu)包括所述刀具中心軸的軸端結(jié)構(gòu)、支撐楔塊和鎖緊楔塊；所述刀具中心軸的軸端結(jié)構(gòu)包括一底部平面、一側(cè)立面和一側(cè)斜面，所述側(cè)斜面和所述側(cè)立面分設(shè)在所述刀具中心軸的軸端兩側(cè)；所述支撐楔塊設(shè)有與所述刀具中心軸的軸端結(jié)構(gòu)適配的底部支撐平面、側(cè)部支撐立面和側(cè)部開口 ；在刀架上設(shè)有楔嵌槽，所述支撐楔塊安裝在所述楔嵌槽內(nèi)，所述刀具中心軸的軸端被支承在所述支撐楔塊內(nèi)，所述鎖緊楔塊壓在所述刀具中心軸的側(cè)斜面上，并與所述刀架固接；所述支撐楔塊被刀具中心軸和所述鎖緊楔塊壓緊固定在所述楔嵌槽內(nèi)；
[0006]所述支撐楔塊設(shè)有兩個(gè)端面，一個(gè)端面朝向刀刃，另一個(gè)端面背向刀刃，在所述支撐楔塊的兩個(gè)端面設(shè)有一一相對(duì)的電阻應(yīng)變片；在所述支撐楔塊的每個(gè)端面上設(shè)有貼片凹槽，在所述貼片凹槽內(nèi)設(shè)有兩個(gè)矩形貼片區(qū)，一個(gè)是下部貼片區(qū)，另一個(gè)是側(cè)部貼片區(qū)；在每個(gè)所述貼片區(qū)內(nèi)設(shè)有兩組電阻應(yīng)變片，每組電阻應(yīng)變片由一橫一縱設(shè)置的兩個(gè)電阻應(yīng)變片組成；每個(gè)貼片區(qū)內(nèi)的兩個(gè)橫置電阻應(yīng)變片串聯(lián)形成橫向片，兩個(gè)縱置電阻應(yīng)變片串聯(lián)形成縱向片，連接同一端面上的所述橫向片和所述縱向片形成兩相鄰橋臂，連接兩個(gè)端面上相對(duì)的所述橫向片和縱向片分別形成相對(duì)橋臂，相對(duì)的兩個(gè)貼片區(qū)內(nèi)的電阻應(yīng)變片相連形成一電橋電路，所述電橋電路設(shè)有供電線和輸出線，每個(gè)所述電橋電路構(gòu)成一所述傳感器；
[0007]所述信號(hào)放大器接收所述傳感器的信號(hào)，所述發(fā)射天線接收所述信號(hào)放大器的信號(hào)，所述信號(hào)接收裝置接收所述發(fā)射天線的信號(hào)，所述監(jiān)測計(jì)算機(jī)接收所述信號(hào)接收裝置的信號(hào)。
[0008]所述側(cè)部貼片區(qū)的中心到所述側(cè)部支撐立面的距離為該中心部位支撐楔塊厚度的0.3-0.4倍，所述側(cè)部貼片區(qū)的中心位于所述側(cè)部支撐立面接觸部分的水平平分面內(nèi)；所述下部貼片區(qū)的中心到所述底部支撐平面的距離為該中心部位支撐楔塊厚度的0.3-0.4倍，所述下部貼片區(qū)的中心相對(duì)所述底部支撐平面接觸部分的垂直平分面向所述側(cè)部開口方向偏離0.2-0.3倍的底部支撐平面的長度。
[0009]所述矩形貼片區(qū)的寬度為3_6mm，所述矩形貼片區(qū)的長度為所述側(cè)立面的長度的
0.25-0.4倍或所述底部平面的長度的0.25-0.4倍。
[0010]支撐楔塊朝向刀刃的端面上設(shè)有與其固接的保護(hù)蓋板。
[0011]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:利用支撐楔塊作為彈性體，通過在彈性體上粘貼電阻應(yīng)變片形成用于檢測滾刀受力的傳感器，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，傳感器可在線檢測滾刀刀刃所承受的三個(gè)方向的受力，據(jù)此可以調(diào)整掘進(jìn)操作方案，延長刀具使用壽命，以取得好的掘進(jìn)效率。還可識(shí)別是否發(fā)生弦磨，及時(shí)掌握滾刀的工作狀態(tài)，如發(fā)生刀刃弦磨可及時(shí)換刀具保證掘進(jìn)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為掘進(jìn)機(jī)刀盤上滾刀安裝的示意簡圖；
[0013]圖2為滾刀安裝結(jié)構(gòu)的側(cè)向簡圖；
[0014]圖3為滾刀安裝結(jié)構(gòu)的正向結(jié)構(gòu)簡圖；
[0015]圖4為圖3的A-A向視圖；
[0016]圖5為圖4的局部放大圖；
[0017]圖6為本實(shí)用新型在朝向刀刃端面上的結(jié)構(gòu)簡圖；
[0018]圖7為本實(shí)用新型在背向刀刃端面上的結(jié)構(gòu)簡圖；
[0019]圖8為支撐楔塊側(cè)部應(yīng)變片組成橋式電路的原理示意圖；
[0020]圖9為支撐楔塊下部應(yīng)變片組成橋式電路的原理示意圖；
[0021]圖10為滾刀受力示意圖。
[0022]圖中:1、刀盤；2、滾刀裝置；3、滾刀刀刃；4、軸承；5、刀具中心軸；6、底部平面；7、側(cè)立面；8、側(cè)斜面；9、支撐楔塊；10、鎖緊楔塊；11、螺栓；12、刀架；13、朝向刀刃的端面；14、背向刀刃的端面；15、16、20、21、區(qū)域；17、過孔；18、出線孔。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0024]請(qǐng)參閱圖1?圖10，在全斷面硬地質(zhì)掘進(jìn)機(jī)的刀盤I上安裝有多個(gè)滾刀裝置2，滾刀刀刃3呈扁平圓盤形狀，也稱刀圈，滾刀刀刃3通過軸承4支承在刀具中心軸5上，所述刀具中心軸5的兩端各設(shè)一軸端支撐結(jié)構(gòu)。[0025]本實(shí)用新型一種在線檢測全斷面硬地質(zhì)掘進(jìn)機(jī)滾刀受力的裝置，包括刀具中心軸5的軸端支撐結(jié)構(gòu)、用于檢測滾刀受力的傳感器、信號(hào)放大器、發(fā)射天線、信號(hào)接收裝置和監(jiān)測計(jì)算機(jī)。
[0026]所述刀具中心軸5的軸端支撐結(jié)構(gòu)包括所述刀具中心軸5的軸端結(jié)構(gòu)、支撐楔塊9和鎖緊楔塊10 ;所述刀具中心軸5的軸端結(jié)構(gòu)包括一底部平面6、一側(cè)立面7和一側(cè)斜面8，所述側(cè)斜面8和所述側(cè)立面7分設(shè)在所述刀具中心軸5的軸端兩側(cè)；所述支撐楔塊9設(shè)有與所述刀具中心軸5的軸端結(jié)構(gòu)適配的底部支撐平面、側(cè)部支撐立面和側(cè)部開口 ；在刀架12上設(shè)有楔嵌槽,所述支撐楔塊9安裝在所述楔嵌槽內(nèi)，所述刀具中心軸5的軸端被支承在所述支撐楔塊9內(nèi)，所述鎖緊楔塊10壓在所述刀具中心軸5的側(cè)斜面8上，并與所述刀架12固接；所述支撐楔塊9被刀具中心軸5和所述鎖緊楔塊10壓緊固定在所述楔嵌槽內(nèi)。上述結(jié)構(gòu)形成一軸端支撐結(jié)構(gòu)。
[0027]刀架12是固定中心軸5的框形結(jié)構(gòu)并被焊接在刀盤I上。支撐楔塊9位于刀架12上的楔嵌槽內(nèi)，固定不動(dòng)。所起作用是支撐刀具中心軸5，便于更換滾刀，滾刀所受外載荷直接由支撐楔塊9承載。掘進(jìn)過程中，滾刀刀刃3、刀具中心軸5是易損件，可隨時(shí)更換，而支撐楔塊9可重復(fù)使用。
[0028]本實(shí)用新型選擇支撐楔塊9作為載荷傳遞元件或稱彈性體，通過在支撐楔塊9上貼電阻應(yīng)變片來實(shí)現(xiàn)受力測量。
[0029]所述支撐楔塊9設(shè)有兩個(gè)端面，一個(gè)端面朝向刀刃，另一個(gè)端面背向刀刃，在所述支撐楔塊9的兩個(gè)端面設(shè)有一一相對(duì)的電阻應(yīng)變片；請(qǐng)參見圖6，在所述支撐楔塊9的每個(gè)端面上設(shè)有貼片凹槽，在所述貼片凹槽內(nèi)設(shè)有兩個(gè)矩形貼片區(qū)，一個(gè)是下部貼片區(qū)，另一個(gè)是側(cè)部貼片區(qū)，在每個(gè)所述貼片區(qū)內(nèi)設(shè)有兩組電阻應(yīng)變片，每組電阻應(yīng)變片由一橫一縱設(shè)置的兩個(gè)電阻應(yīng)變片組成，每個(gè)貼片區(qū)內(nèi)的兩個(gè)橫置電阻應(yīng)變片串聯(lián)形成橫向片，兩個(gè)縱置電阻應(yīng)變片串聯(lián)形成縱向片，連接同一端面上的所述橫向片和所述縱向片形成兩相鄰橋臂，連接兩個(gè)端面上相對(duì)的所述橫向片和縱向片分別形成相對(duì)橋臂，相對(duì)的兩個(gè)貼片區(qū)內(nèi)的電阻應(yīng)變片相連形成電橋電路，所述電橋電路設(shè)有供電線和輸出線，每個(gè)所述電橋電路構(gòu)成一所述傳感器。每個(gè)支撐楔塊上有兩組相對(duì)的貼片區(qū)，因此每一軸端支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)有兩組用于檢測滾刀受力的傳感器。
[0030]具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參見圖6?圖9，在支撐楔塊9朝向刀刃的端面13上和背向刀刃的端面14上，分別加工出深1-1.5mm的貼片凹槽，用于粘貼電阻應(yīng)變片。在支撐楔塊9朝向刀刃的端面上選擇區(qū)域15、16作為貼片區(qū)域，在位于側(cè)部的區(qū)域15內(nèi)粘貼縱置的一組應(yīng)變片R11、R12以及一組橫置的應(yīng)變片R13、R14，在位于下部的區(qū)域16內(nèi)粘貼一組縱置的應(yīng)變片R15、R16以及一組橫置的應(yīng)變片R17、R18，在支撐楔塊9背向刀刃的端面14上選擇區(qū)域20、21作為貼片區(qū)域，在位于側(cè)部的區(qū)域20內(nèi)粘貼縱置的一組應(yīng)變片R21、R22以及一組橫置的應(yīng)變片R23、R24，在位于下部的區(qū)域21內(nèi)粘貼一組縱置的應(yīng)變片R25和R26以及一組橫置的應(yīng)變片R27、R28，且每組的兩個(gè)應(yīng)變片串聯(lián)后作為橋臂，相對(duì)的兩個(gè)區(qū)域15、20內(nèi)的四組8個(gè)應(yīng)變片R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23、R24連接形成一電橋電路，在輸入端施加電壓V01，輸出端的輸出電壓VSCl隨著橋路上電阻阻值的變化增加或者減小。相對(duì)的兩個(gè)區(qū)域16、21內(nèi)的四組8個(gè)應(yīng)變片R15、R16、R17、R18、R25、R26、R27、R28連接形成一電橋電路，在輸入端施加電壓V02，輸出端的輸出電壓VSC2隨著橋路上電阻阻值的變化增加或者減小。電橋電路的引線包括供電線和輸出線，均引入到過孔17，再由出線孔18引出。輸出導(dǎo)線經(jīng)防護(hù)鋼管，內(nèi)徑0S_即可，連接到無線應(yīng)變放大器，放大器和發(fā)射天線放置在刀盤箱體不易受碎石沖擊之處，并用高強(qiáng)度工程塑料殼保護(hù)。無線接收裝置接收到所有測量信號(hào)后，再由監(jiān)測計(jì)算機(jī)采集并處理數(shù)據(jù)。
[0031]支撐楔塊背向刀刃的端面緊貼刀架12的內(nèi)壁不會(huì)受到碎石的破壞，而朝向刀刃的端面與軸承4之間會(huì)有間隙。為了確保電阻應(yīng)變片不被碎石損壞，在這一端面增加了保護(hù)蓋板19。蓋板19通過螺釘緊固于支撐楔塊9上。
[0032]在本文中，矩形貼片區(qū)位于貼片區(qū)域內(nèi)，是下部貼片區(qū)和側(cè)部貼片區(qū)的統(tǒng)稱。矩形貼片區(qū)的寬度代表一橫一縱粘貼的應(yīng)變片的外側(cè)尺寸，矩形貼片區(qū)的長度代表兩平行應(yīng)變片的中軸線之間的距離，并非虛線框的幾何尺寸。為了使測量的準(zhǔn)確性最好，矩形貼片區(qū)的寬度是3-6mm，長度為所述側(cè)立面7的長度的0.25-0.4倍或所述底部平面6的長度的
0.25-0.4 倍。
[0033]矩形貼片區(qū)域的位置確定如下，請(qǐng)參見圖6，所述側(cè)部貼片區(qū)的中心到所述側(cè)部支撐立面的距離為該中心部位支撐楔塊厚度的0.3-0.4倍，且所述側(cè)部貼片區(qū)的中心位于所述側(cè)部支撐立面接觸部分的水平平分面內(nèi)；所述下部貼片區(qū)的中心到所述底部支撐平面的距離為該中心部位支撐楔塊厚度的0.3-0.4倍，所述下部貼片區(qū)的中心相對(duì)所述底部支撐平面接觸部分的垂直平分面向所述側(cè)部開口方向偏離0.2-0.3倍的底部支撐平面的長度。選擇上述位置和尺 寸的目的:是在此貼片對(duì)外力的大小盡量敏感而對(duì)力作用點(diǎn)的變化盡量不敏感。
[0034]每套滾刀有兩個(gè)支撐楔塊9，因此可形成四個(gè)傳感器。利用傳感器的測量信號(hào)，可得到滾刀的三個(gè)受力，進(jìn)而可判斷弦磨。
[0035]請(qǐng)參見圖10，外力識(shí)別:滾刀工作時(shí)受到互相垂直的三個(gè)方向力的作用，分別為正向壓力Fn、側(cè)向力Fs和滾壓阻力Fr。這些力傳遞到滾刀的兩個(gè)支撐楔塊上，分別為，F(xiàn)nl,Fn2, Frl,匕2，可由四個(gè)電橋電路即四個(gè)傳感器測量，三個(gè)力的最終測量值分別為:
[0036]Fn = FnJFn2
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種在線檢測全斷面硬地質(zhì)掘進(jìn)機(jī)滾刀受力的裝置，其特征在于，包括刀具中心軸的軸端支撐結(jié)構(gòu)、用于檢測滾刀受力的傳感器、信號(hào)放大器、發(fā)射天線、信號(hào)接收裝置和監(jiān)測計(jì)算機(jī)； 所述刀具中心軸的軸端支撐結(jié)構(gòu)包括所述刀具中心軸的軸端結(jié)構(gòu)、支撐楔塊和鎖緊楔塊；所述刀具中心軸的軸端結(jié)構(gòu)包括一底部平面、一側(cè)立面和一側(cè)斜面，所述側(cè)斜面和所述側(cè)立面分設(shè)在所述刀具中心軸的軸端兩側(cè)；所述支撐楔塊設(shè)有與所述刀具中心軸的軸端結(jié)構(gòu)適配的底部支撐平面、側(cè)部支撐立面和側(cè)部開口 ；在刀架上設(shè)有楔嵌槽，所述支撐楔塊安裝在所述楔嵌槽內(nèi)，所述刀具中心軸的軸端被支承在所述支撐楔塊內(nèi)，所述鎖緊楔塊壓在所述刀具中心軸的側(cè)斜面上，并與所述刀架固接；所述支撐楔塊被刀具中心軸和所述鎖緊楔塊壓緊固定在所述楔嵌槽內(nèi)； 所述支撐楔塊設(shè)有兩個(gè)端面，一個(gè)端面朝向刀刃，另一個(gè)端面背向刀刃，在所述支撐楔塊的兩個(gè)端面設(shè)有一一相對(duì)的電阻應(yīng)變片；在所述支撐楔塊的每個(gè)端面上設(shè)有貼片凹槽，在所述貼片凹槽內(nèi)設(shè)有兩個(gè)矩形貼片區(qū)，一個(gè)是下部貼片區(qū)，另一個(gè)是側(cè)部貼片區(qū)；在每個(gè)所述貼片區(qū)內(nèi)設(shè)有兩組電阻應(yīng)變片，每組電阻應(yīng)變片由一橫一縱設(shè)置的兩個(gè)電阻應(yīng)變片組成；每個(gè)貼片區(qū)內(nèi)的兩個(gè)橫置電阻應(yīng)變片串聯(lián)形成橫向片，兩個(gè)縱置電阻應(yīng)變片串聯(lián)形成縱向片，連接同一端面上的所述橫向片和所述縱向片形成兩相鄰橋臂，連接兩個(gè)端面上相對(duì)的所述橫向片和縱向片分別形成相對(duì)橋臂，相對(duì)的兩個(gè)貼片區(qū)內(nèi)的電阻應(yīng)變片相連形成一電橋電路，所述電橋電路設(shè)有供電線和輸出線，每個(gè)所述電橋電路構(gòu)成一所述傳感器； 所述信號(hào)放大器接收所述傳感器的信號(hào)，所述發(fā)射天線接收所述信號(hào)放大器的信號(hào)，所述信號(hào)接收裝置接收所述發(fā)射天線的信號(hào)，所述監(jiān)測計(jì)算機(jī)接收所述信號(hào)接收裝置的信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線檢測全斷面硬地質(zhì)掘進(jìn)機(jī)滾刀受力的裝置，其特征在于，所述側(cè)部貼片區(qū)的中心到所述側(cè)部支撐立面的距離為該中心部位支撐楔塊厚度的0.3-0.4倍，所述側(cè)部貼片區(qū)的中心位于所述側(cè)部支撐立面接觸部分的水平平分面內(nèi)；所述下部貼片區(qū)的中心到所述底部支撐平面的距離為該中心部位支撐楔塊厚度的0.3-0.4倍，所述下部貼片區(qū)的中心相對(duì)所述底部支撐平面接觸部分的垂直平分面向所述側(cè)部開口方向偏離0.2-0.3倍的底部支撐平面的長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線檢測全斷面硬地質(zhì)掘進(jìn)機(jī)滾刀受力的裝置，其特征在于，所述矩形貼片區(qū)的寬度為3-6mm，所述矩形貼片區(qū)的長度為所述側(cè)立面的長度的0.25-0.4倍或所述底部平面的長度的0.25-0.4倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線檢測全斷面硬地質(zhì)掘進(jìn)機(jī)滾刀受力的裝置，其特征在于，支撐楔塊朝向刀刃的端面上設(shè)有與其固接的保護(hù)蓋板。
【文檔編號(hào)】G01L5/16GK203772472SQ201320895694
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】侯振德, 岳澄, 陳超, 亢一瀾, 蔡宗熙 申請(qǐng)人:天津大學(xué)