申请/专利权人：中铁隧道局集团有限公司;盾构及掘进技术国家重点实验室

申请日：2018-10-08

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109238491B

主分类号：G01K7/02

分类号：G01K7/02;G01P3/64;G01N27/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.02.19#实质审查的生效;2019.01.18#公开

摘要：本发明涉及一种盾构滚刀工作和刀圈断裂状态的无线监测装置和方法。该装置包括在滚刀刀圈（1）内嵌设一周环形电路，在刀圈中等间距嵌设两个带有无线发射器的温度传感器（5），温度传感器（5）包括电路板和供电装置，电路板与环形电路连通，在刀榖（2）内滚刀支座上对应高度位置安装无线接收天线（7），其通过电缆与刀筒外部无线信号发射器（8）相连，在盾构机刀盘后部开放空间安装中端路由器（9），中端路由器（9）与盾构机控制室内的上位机PC（10）连接。使用本发明的监测装置和方法，施工人员可实时掌握滚刀转动情况、刀圈温度及刀圈是否发生断裂损坏，及时采取对应的处理措施，保证盾构施工的安全可靠。

主权项：1.一种盾构滚刀工作及刀圈状态监测装置，包括滚刀刀圈（1）、刀榖（2）、温度传感器（5），环形电路导线（6），无线接收天线（7），其特征在于在滚刀刀圈（1）内嵌设一周环形电路导线（6），在滚刀刀圈（1）中等间距嵌设两个带有无线发射器的温度传感器（5），温度传感器（5）包括电路板、供电装置、无线发射器，电路板与环形电路导线（6）连通，在刀榖（2）内滚刀支座上对应高度位置安装无线接收天线（7），安装无线接收天线（7）通过电缆与刀筒外部中继无线发射器（8）相连，在所述监测装置外部设置中端路由器（9），中端路由器（9）与盾构机控制室内的上位机PC（10）信号连接；在刀榖（2）与滚刀刀圈（1）之间设置挡圈（4），在滚刀刀圈（1）与挡圈（4）接触位置的刀圈表面加工一周1mm宽、1.5mm深细缝，细缝内嵌设一周环形电路导线（6），环形电路导线（6）所形成的电路为环形电路；温度传感器（5）中电路板与所述环形电路连通，电源装置为所述环形电路提供电能，电路板将温度传感器（5）和所述环形电路产生的模拟电信号经过处理变成数字信号，经所述无线发射器发射；在刀榖（2）内滚刀支座上与温度传感器（5）对应高度位置安装无线接收天线（7），无线接收天线（7）通过电缆与刀筒外部中继无线信号发射器（8）相连；在刀盘后部开放空间安装多个中端路由器（9），中端路由器（9）通过电缆与盾构机操作室内上位机PC（10）相连；环形电路导线（6）采用镀银铜芯，包线采为耐高温绝缘材料，所述细缝采用高温胶水填充，使得环形电路导线（6）与滚刀刀圈（1）紧密连接；温度传感器（5）为热电偶传感器，温度传感器（5）安装在滚刀刀圈（1）预留孔中，传感器探头与刀圈接触。

全文数据：一种盾构滚刀工作及刀圈断裂状态的检测装置和方法技术领域本发明专利属于隧道掘进工程设备检测的技术领域，具体涉及一种盾构滚刀工作和刀圈断裂状态的无线检测装置和方法。背景技术盾构施工过程中，滚刀作为最常用的掘进刀具，其工作性能的好坏直接影响到整个刀盘的破岩效率。由于地质条件的不可预见性，滚刀经常受到不可控制的非正常外载荷和巨大冲击力的作用，使得滚刀极易产生非正常磨损、刀圈断裂等破坏形式，且当一把滚刀无法正常工作时，其周边的刀具也会受到严重影响，加速刀具的破坏。刀具的温度、转速及刀圈状态是判断盾构正常掘进中的关键因素，如何判断刀具的工作状态，对盾构安全掘进至关重要。在实际施工过程中，往往难于确定盾构滚刀刀圈的实时温度、滚刀是否正常转动及刀圈是否发生断裂，进而造成滚刀过度磨损或严重偏磨，如果刀圈断裂，断裂后的碎块可能与其他滚刀碰撞造成更多滚刀损坏，甚至造成刀盘结构和刀箱磨损变形，给施工和刀盘磨损的修复带来了严重的影响。因此，施工中，实时监测刀具的温度、转速和刀圈完整性有助于提高施工效率和安全性。在现有技术中，专利号为CN103472247A，公开了一种TBM滚刀转速在线监测装置，该装置采用电涡流传感器，利用非接触式测量挖掘滚刀的转速。专利号为CN104111346A，公开了一种盾构滚刀工作及磨损状态在线检测方法，利用电涡流传感器对盾构滚刀的转速进行测量和磨损量进行测量，从而判断其运动状态及磨损状态。专利号为CN107560741A，公开了一种盾构滚刀温度检测装置及方法，在刀圈内嵌设温度传感器进行刀圈温度监测。由上述现有技术记载内容可知，目前监测项目均为一到两个，且不能准确区分判断刀圈断裂和滚刀停转两种状态。发明内容本发明是在对刀具工作特点以及刀具温度的分布特征的研究之上，提出了一种解决以上问题的方法，提供一种能同时检测盾构滚刀旋转、温度及刀圈完整性的检测装置及方法。通过检测刀具的旋转情况、实时温度及刀圈完整性，可根据检测结果及时的调节掘进参数，更换异常损坏的滚刀，防止造成更大范围的滚刀损坏，提高工作效率。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种盾构滚刀工作及刀圈断裂状态监测装置，在滚刀刀圈内嵌设一周环形电路，在刀圈中等间距嵌设两个带有无线发射器的温度传感器，温度传感器包括电路板和供电装置，电路板与环形电路连通，在刀筒内滚刀支座上对应高度位置安装无线接收天线，无线接收天线接收信号后通过电缆与刀筒外部无线信号发射器相连，在盾构机刀盘后部开放空间安装中端路由器，路由器与盾构机控制室内的上位机连接。利用温度传感器监测滚刀温度，利用环形电路电流通断判断滚刀刀圈是否崩断，利用无线信号发射器交替经过信号接收器的时间差判断滚刀的转动情况。对上述的描述作进一步说明，所述刀圈与挡圈接部位的刀圈表面加工一周1mm宽、1.5mm深细缝，细缝内铺设一条外部涂有耐高温绝缘层的导线，形成一个闭合环形电路。所述两个带有无线发射器的温度传感器等间距嵌设在刀圈中，温度传感器包括电路板和电源装置，电源装置为环形电路提供电能，电路板接收并将温度传感器和环形电路产生的模拟电信号处理变成数字信号。所述无线接收天线安装在刀筒内滚刀支座上与温度传感器对应高度位置，无线接收天线通过电缆与刀筒外部中继无线信号发射器相连。所述中端路由器均匀安装在刀盘后部开放空间，路由器接收中继无线信号发射器发射的信号，路由器通过电路与盾构机操作室内上位机相连，信号经有线传输的方式传至上位机，实现对滚刀旋转、温度及刀圈状态的监控。所述环形电路导线采用镀银铜芯，包线采用耐高温绝缘材料，细缝采用高温胶水填充，确保导线与刀圈紧密连接。所述温度传感器为热电偶传感器，传感器中集成无线发射器，传感器探头与刀圈接触。所述两个温度传感器中的无线发射器发射不同频段无线信号。所述温度传感器外壳为耐高温绝缘材料，对无线信号无屏蔽性，外壳与刀圈之间用耐热泥填充。一种盾构滚刀工作及刀圈断裂状态的检测方法，采用上述盾构滚刀工作及刀圈断裂状态检测装置，首先在滚刀刀圈表面附近嵌设一周环形电路，在刀圈中等间距嵌设两个带有无线发射器的温度传感器，温度传感器包括电路板和电源装置，电源装置为环形电路和无线发射器供电，电路板接收并将温度传感器和环形电路产生的模拟电信号处理变成数字信号，经无线发射器发射。在刀筒内滚刀安装支座上与温度传感器对应高度位置设置无线接收团下，无线接收天线与刀筒外部中继无线信号发射器相连，数据信号经刀筒外部中继无线信号发射器进行发射。在刀盘后适当位置设置中端路由器，接收各个刀榖上中继无线信号发射器发射的信号，再经有线传输的方式传送到盾构操控室上位机上，实现对滚刀旋转、温度及刀圈状态的监测。本发明技术效果：本发明的特点主要是将环形电路与刀圈固定在一起，将带有无线发射器的温度传感器等间距设置在环形电路中，刀圈断裂使环形电路断开，以此准确判断刀圈发生断裂，温度传感器嵌设在刀圈中，测得温度数据可靠，利用两个温度传感器中无线发射器交替经过无线接收天线发射不同频率信号，判断滚刀转动状态，达到一套装置同时监测三项内容的效果。通过使用本发明，设备操作人员可以实时掌握滚刀的温度、转动情况，并能准确判断刀圈是否发生断裂，以便及时采取相应的处理措施，保证掘进施工的安全高效。附图说明图1是本发明监测装置结构示意图。图2是图1中A部位放大示意图。图3是本发明的检测方法示意图。1滚刀刀圈，2刀榖，3刀轴，4挡圈，5温度传感器，6环形电路导线，7无线接收天线，8中继无线发射器，9中端路由器，10上位机PC。具体实施方式如图1-图3所示，滚刀通过刀轴（3）进行固定，在滚刀刀圈（1）外侧与刀轴（3）之间设置有刀榖（2），在刀榖（2）与滚刀刀圈（1）之间设置挡圈（4），在滚刀刀圈（1）与挡圈（4）接触位置的刀圈表面加工一周1mm宽、1.5mm深细缝，细缝内嵌设一周环形电路导线（6），在刀圈（1）中环向等间距嵌设两个带有无线发射器的温度传感器（5），温度传感器（5）与环形电路导线（6）连通。温度传感器（5）包括电路板和电源装置，电路板将环形电路中的电流信号和温度传感器（5）产生的模拟点信号处理变成数字信号，将上述信号发送至一个无线发射器进行发送，由刀榖（2）内安装的无线接收天线（7）接收上述信号后，经电缆传输至刀筒设置在外部的中继无线信号发射器（8）将信号发送，在监测装置外部还设置了中端路由器（9）用于接收所述中继无线信号发射器（8）的信号，以有线传输方式传送至盾构机控制室内上位机PC（10）上，可在盾构机刀盘后部开放空间安装中端路由器（9）。环形电路导线（6）所形成的电路称之为环形电路，环形电路导线（6）镶嵌在刀圈（1）表面附近，与刀圈（1）形成固定接触，用来监测刀圈是否断裂，其具体监测方法如下：刀圈（1）中温度传感器（5）中设置电源装置为环形电路导线（6）提供电能，使环形电路处于通路状态，刀圈（1）发生断裂后环形电路导线（6）断开，电路处于断开状态，根据电路的通断状态即可判断刀圈是否断裂。环形电路导线（6）包线为耐高温绝缘材料，防止刀圈温度过高时导线与刀圈连通。温度传感器（5）是热电偶传感器，测量刀圈内部温度，其测量方法为：热电偶传感器探头由两种不同的导体结合成回路，当结合点的温度变化时，回路就会产生电动势；温度传感器（5）带有无线发射器、电路板和电源装置，传感器探头露出无线信号发射器外壳，探头与刀圈（1）接触；两个温度传感器（5）中的无线发射器发射信号频率不同，用来监测滚刀旋转状态，其具体监测方法为：两个温度传感器（5）中信号发射器等间距嵌设在刀圈（1）中，同一时间只有一个无线信号发射器旋转至刀榖（2）内部发射信号，信号经无线接收天线（7）接收后最终传输至操控室内上位机（10）上，通过接收两种频率信号时间差识别判断滚刀转动情况。温度传感器（5）外壳采用耐高温绝缘材料，温度传感器（5）与刀圈（1）开孔之间用耐热泥填充，防止刀圈温度过高损坏内部电路。刀榖（2）内与温度在传感器（5）对应高度位置安装无线接收天线（7）。中端路由器（9）收到中继无线信号发射器（8）发出的信号后，经有线传输的方式将信号传送至盾构机操控室内上位机（10）上，对其中的环形电路电流信号、温度传感器信号进行提取分析，根据接收两种频率信号的时间差判断刀圈旋转情况。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

权利要求：1.一种盾构滚刀工作及刀圈状态监测装置，包括滚刀刀圈（1）、刀榖（2）、温度传感器（5），环形电路导线（6），无线接收天线（7），其特征在于在滚刀刀圈（1）内嵌设一周环形电路导线（6），在滚刀刀圈（1）中等间距嵌设两个带有无线发射器的温度传感器（5），温度传感器（5）包括电路板、供电装置、无线发射器，电路板与环形电路导线（6）连通，在刀榖（2）内滚刀支座上对应高度位置安装无线接收天线（7），安装无线接收天线（7）通过电缆与刀筒外部中继无线发射器（8）相连，在所述检测装置外部设置中端路由器（9），中端路由器（9）与盾构机控制室内的上位机PC（10）信号连接。2.根据权利要求1所述的盾构滚刀工作及刀圈断裂状态监测装置，其特征在于：在刀榖（2）与滚刀刀圈（1）之间设置挡圈（4），在滚刀刀圈（1）与挡圈（4）接触位置的刀圈表面加工一周1mm宽、1.5mm深细缝，细缝内嵌设一周环形电路导线（6），环形电路导线（6）所形成的电路为环形电路。3.根据权利要求2所述的盾构滚刀工作及刀圈断裂状态监测装置，其特征在于：温度传感器（5）中电路板与所述环形电路连通，电源装置为所述环形电路提供电能，电路板将温度传感器（5）和所述环形电路产生的模拟电信号经过处理变成数字信号，经所述无线发射器发射。4.根据权利要求1所述的盾构滚刀工作及刀圈断裂状态监测装置，其特征在于：在刀榖（2）内滚刀支座上与温度传感器（5）对应高度位置安装无线接收天线（7），无线接收天线（7）通过电缆与刀筒外部中继无线信号发射器（8）相连。5.根据权利要求1所述的盾构滚刀工作及刀圈断裂状态监测装置，其特征在于：在刀盘后部开放空间安装多个中端路由器（9），中端路由器（9）通过电缆与盾构机操作室内上位机PC（10）相连。6.根据权利要求2所述的盾构滚刀工作及刀圈断裂状态监测装置，其特征在于：环形电路导线（6）采用镀银铜芯，包线采为耐高温绝缘材料，所述细缝采用高温胶水填充，使得环形电路导线（6）与滚刀刀圈（1）紧密连接。7.根据权利要求1所述的盾构滚刀工作及刀圈断裂状态监测装置，其特征在于：温度传感器（5）为热电偶传感器，温度传感器（5）安装在滚刀刀圈（1）预留孔中，传感器探头与刀圈接触。8.一种权利要求1所述的监测装置进行滚刀工作及刀圈断裂状态检测的方法，其特征在于：两个温度传感器（5）中的电路板将环形电路导线（6）形成的环形电路中的电流信号和温度传感器（5）产生的模拟点信号处理变成数字信号，将上述信号发送至温度传感器（5）中的无线发射器进行发送，由刀榖（2）内安装的无线接收天线（7）接收上述信号后，经电缆传输至刀筒设置在外部的中继无线信号发射器（8）将信号发送，在监测装置外部设置中端路由器（9）接收所述中继无线信号发射器（8）的信号，以有线传输方式传送至盾构机控制室内上位机PC（10）上。9.根据权利要求8所述的进行滚刀工作及刀圈断裂状态检测的方法，其特征在于：两个温度传感器（5）中均集成无线发射器，两个无线发射器发射信号频率不同，滚刀转动过程中无线发射器交替经过无线接收天线（7），根据交替经过的时间差判断滚刀转动状态。10.一种采用上述装置进行滚刀工作及刀圈断裂状态检测的方法，其特征在于：环形电路导线（6）与滚刀刀圈（1）通过高温胶水固定在一起，滚刀刀圈（1）断裂使环形电路导线断开，温度传感器（5）中电路板将所述环形电路电流信号处理变成数字信号，利用环形电路通断状态判断刀圈是否断裂。

百度查询： 中铁隧道局集团有限公司;盾构及掘进技术国家重点实验室 一种盾构滚刀工作及刀圈断裂状态的检测装置和方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD