申请/专利权人：徐工集团凯宫重工南京有限公司

申请日：2017-11-24

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN108035724B

主分类号：E21D9/08

分类号：E21D9/08;E21F17/00;E21F17/18;G01B21/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2018.06.08#实质审查的生效;2018.05.15#公开

摘要：本发明涉及一种盾构机及其刀具磨损检测及自动补偿装置，刀具磨损检测及自动补偿装置包括用于与盾构机的刀盘连接安装座和安装于安装座上的刀具，刀具包括与安装座滑动移动配合的刀具基体和设置于刀具基体上的刀具刃具，刀具刃具突出于刀具基体，刀具基体上设置有检测装置，该刀具磨损检测及自动补偿装置还包括与检测装置信号连接的控制器，安装座内部设置有用于驱动刀具基体沿安装座导向运动的驱动机构，驱动机构与控制器控制连接，当刀具磨损长度到设定磨损值时，检测装置将信号传至控制器，控制器控制驱动机构将刀具向外推出以补偿刀具的磨损长度，安装座与刀具基体之间设置有对刀具基体导向移动设定距离后对其进行固定的固定结构。

主权项：1.一种盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置，其特征在于：包括用于与盾构机的刀盘连接的安装座和安装于安装座上的刀具，刀具包括与安装座滑动移动配合的刀具基体和固定设置于刀具基体上的刀具刃具，刀具刃具突出于刀具基体，刀具基体上设置有用于检测刀具磨损长度的检测装置，该刀具磨损检测及自动补偿装置还包括与检测装置信号连接的控制器，安装座内部设置有用于驱动刀具基体沿安装座导向运动的驱动机构，驱动机构与控制器控制连接，当刀具磨损长度到设定磨损值时，检测装置将信号传至控制器，控制器控制驱动机构将刀具向外推出以补偿刀具的磨损长度，安装座与刀具基体之间设置有对刀具基体导向移动设定距离后对其进行固定的固定结构；所述检测装置包括设置于刀具基体上的长度沿刀具基体的导向方向延伸的至少一个液压孔道，液压孔道朝向刀具基体的外端面延伸的端部为盲端，盲端位于刀具基体的外端面和刀具刃具远离刀具基体的外端面的刀具刃具端面之间，各液压孔道均连通有液压油管，各液压油管上均设置有油压传感器，各油压传感器与控制器信号连接，各液压管路上均设置有控制阀，各控制阀与控制器控制连接；所述固定结构包括径向设置于刀具基体上的凹槽，凹槽的数量为两个以上并沿刀具基体的导向方向间隔设置，安装座上设置有供刀具基体通过的安装孔，固定结构还包括设置于安装孔中的弹性止回环，弹性止回环的内壁上径向设置有与止回环挡止配合的凸起；所述凹槽为环槽，凸起为与环槽吻合适配的环形凸起，凹槽为楔形槽，凹槽的靠近刀具基体的外端面的槽壁垂直于刀具基体的导向方向，凹槽的另一个槽壁为弧面结构；按照刀具基体的外端面与各液压孔道的盲端之间的距离进行排序，其中任意相邻顺序的两个液压孔道的盲端之间距离等于相邻两个凹槽之间的距离或等于的相邻两个凹槽之间的距离的倍数；所述安装座为分体结构，安装座包括用于与刀盘连接的连接板和与连接板通过螺钉连接的安装筒。

全文数据：一种盾构机及其刀具磨损检测及自动补偿装置技术领域[0001]本发明涉及盾构机技术领域，具体涉及一种盾构机及其刀具磨损检测及自动补偿装置。背景技术[0002]盾构机刀具在盾构机掘进过程中有着极其重要的作用，刀具的高度、耐用度等对盾构机的掘进速度、效率有着极为重要的影响。在盾构机掘进过程中，刮削类刀具的作用有以下两点：1切削作用，在盾构机掘进时，刀具的刀刃部分不断的嵌入掌子面，使掌子面渣土连续不断的剥落进入土仓，实现盾构机的掘进;2保护作用，在刀具切削过程中，刀盘所受到的载荷主要集中在刀具上，而刀盘本体受到载荷相对较小，因此在长时间掘进过程中，刀具的磨损量要远远大于刀盘本体，对刀盘本体起到了相当大的保护作用。[0003]在现有盾构机刀盘上，刮削类刀具一般是通过螺纹连接或焊接的方法固定在刀盘上，且高度为一定值。在盾构机掘进过程中，由于渣土的不断磨削作用，刮削类刀具以一定的速率连续不断的磨损，当刀具磨损量较大时，如不及时更换刀具，将损坏刀盘本体，造成刀盘钢结构损坏变形，严重时将导致刀盘推力和扭矩过大，损坏驱动系统;若更换刀具，由于地下空间狭小，操作不便，同时为防止发生危险，还需在刀盘前方进行支护或者打竖井，造成操作时间较长，施工进度受到极大影响。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种能够检测盾构机的刀具磨损并能够自动补偿磨损高度的盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置；同时，本发明的目的还在于提供一种使用该刀具磨损检测及自动补偿装置的盾构机。[0005]为实现上述目的，本发明的一种盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置采用如下技术方案：一种盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置，包括用于与盾构机的刀盘连接的安装座和安装于安装座上的刀具，刀具包括与安装座滑动移动配合的刀具基体和固定设置于刀具基体上的刀具刃具，刀具刃具突出于刀具基体，刀具基体上设置有用于检测刀具磨损长度的检测装置，该刀具磨损检测及自动补偿装置还包括与检测装置信号连接的控制器，安装座内部设置有用于驱动刀具基体沿安装座导向运动的驱动机构，驱动机构与控制器控制连接，当刀具磨损长度到设定磨损值时，检测装置将信号传至控制器，控制器控制驱动机构将刀具向外推出以补偿刀具的磨损长度，安装座与刀具基体之间设置有对刀具基体导向移动设定距离后对其进行固定的固定结构。[0006]所述检测装置包括设置于刀具基体上的长度沿刀具基体的导向方向延伸的至少一个液压孔道，液压孔道朝向刀具基体的外端面延伸的端部为盲端，盲端位于刀具基体的外端面和刀具刃具远离刀具基体的外端面的刀具刃具端面之间，各液压孔道均连通有液压油管，各液压油管上均设置有油压传感器，各油压传感器与控制器信号连接，各液压管路上均设置有控制阀，各控制阀与控制器控制连接。[0007]所述液压孔道的数量为两个以上，且各液压孔道的盲端与刀具基体的外端面的距离各不相同。[0008]所述固定结构包括径向设置于刀具基体上的凹槽，凹槽的数量为两个以上并沿刀具基体的导向方向间隔设置，安装座上设置有供刀具基体通过的安装孔，固定结构还包括设置于安装孔中的弹性止回环，弹性止回环的内壁上径向设置有与止回环挡止配合的凸起。[0009]所述凹槽为环槽，凸起为与环槽吻合适配的环形凸起，凹槽为楔形槽，凹槽的靠近刀具基体的外端面的槽壁垂直于刀具基体的导向方向，凹槽的另一个槽壁为弧面结构。[0010]按照刀具基体的外端面与各液压孔道的盲端之间的距离进行排序，其中任意相邻顺序的两个液压孔道的盲端之间距离等于相邻两个凹槽之间的距离或等于的相邻两个凹槽之间的距离的倍数。[0011]所述驱动机构包括设置于安装座内部的行程方向与刀具基体的导向方向平行的液压缸，液压缸的一端连接于安装座上，液压缸的另一端连接于刀具基体上，驱动机构还包括控制液压缸伸缩行程的液压元件，液压元件与所述控制器信号连接。[0012]所述安装座为分体结构，安装座包括用于与刀盘连接的连接板和与连接板通过螺钉连接的安装筒。[0013]所述刀具基体与安装座之间设置有密封结构，密封结构包括设置于安装座上的密封圈沟槽，密封圈沟槽中安装有用于与刀具基体的外侧面密封配合的密封圈。[0014]本发明的一种盾构机采用如下技术方案：一种盾构机，包括刀盘和刀具磨损检测及自动补偿装置，刀具磨损检测及自动补偿装置包括用于与盾构机的刀盘连接的安装座和安装于安装座上的刀具，刀具包括与安装座滑动移动配合的刀具基体和固定设置于刀具基体上的刀具刃具，刀具刃具突出于刀具基体，刀具基体上设置有用于检测刀具磨损长度的检测装置，该刀具磨损检测及自动补偿装置还包括与检测装置信号连接的控制器，安装座内部设置有用于驱动刀具基体沿安装座导向运动的驱动机构，驱动机构与控制器控制连接，当刀具磨损长度到设定磨损值时，检测装置将信号传至控制器，控制器控制驱动机构将刀具向外推出以补偿刀具的磨损长度，安装座与刀具基体之间设置有对刀具基体导向移动设定距离后对其进行固定的固定结构。[0015]所述检测装置包括设置于刀具基体上的长度沿刀具基体的导向方向延伸的至少一个液压孔道，液压孔道朝向刀具基体的外端面延伸的端部为盲端，盲端位于刀具基体的外端面和刀具刃具远离刀具基体的外端面的刀具刃具端面之间，各液压孔道均连通有液压油管，各液压油管上均设置有油压传感器，各油压传感器与控制器信号连接，各液压管路上均设置有控制阀，各控制阀与控制器控制连接。[0016]所述液压孔道的数量为两个以上，且各液压孔道的盲端与刀具基体的外端面的距离各不相同。[0017]所述固定结构包括径向设置于刀具基体上的凹槽，凹槽的数量为两个以上并沿刀具基体的导向方向间隔设置，安装座上设置有供刀具基体通过的安装孔，固定结构还包括设置于安装孔中的弹性止回环，弹性止回环的内壁上径向设置有与止回环挡止配合的凸起。[0018]所述凹槽为环槽，凸起为与环槽吻合适配的环形凸起，凹槽为楔形槽，凹槽的靠近刀具基体的外端面的槽壁垂直于刀具基体的导向方向，凹槽的另一个槽壁为弧面结构。[0019]按照刀具基体的外端面与各液压孔道的盲端之间的距离进行排序，其中任意相邻顺序的两个液压孔道的盲端之间距离等于相邻两个凹槽之间的距离或等于的相邻两个凹槽之间的距离的倍数。[0020]所述驱动机构包括设置于安装座内部的行程方向与刀具基体的导向方向平行的液压缸，液压缸的一端连接于安装座上，液压缸的另一端连接于刀具基体上，驱动机构还包括控制液压缸伸缩行程的液压元件，液压元件与所述控制器信号连接。[0021]所述安装座为分体结构，安装座包括用于与刀盘连接的连接板和与连接板通过螺钉连接的安装筒。[0022]所述刀具基体与安装座之间设置有密封结构，密封结构包括设置于安装座上的密封圈沟槽，密封圈沟槽中安装有用于与刀具基体的外侧面密封配合的密封圈。[0023]本发明的有益效果：当刀具磨长度到设定磨损值时，检测装置将信号传至控制器，控制器控制驱动机构将刀具向外推出以补偿刀具的磨损长度，再由固定结构对伸出后的刀具进行固定。实现在刀具磨损长度达到一定值时可以自动补偿刀具磨损量，可以有效减少盾构机因刀具磨损严重而需要换刀的时间，同时达到刀具高度可以始终维持在一个相对恒定的高度范围，进而保护刀盘不受磨损或磨损量在一个可控的水平。附图说明[0024]图1是本发明的一种盾构机的一个实施例中的刀具磨损检测及自动补偿装置的结构示意图。具体实施方式[0025]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0026]本发明的一种盾构机的实施例，如图1所示，包括刀盘和刀具磨损检测及自动补偿装置，刀具磨损检测及自动补偿装置包括用于与盾构机的刀盘连接的安装座1和安装于安装座1上的刀具，刀具包括与安装座1滑动移动配合的刀具基体2和固定设置于刀具基体2上的刀具刃具3,刀具刃具3突出于刀具基体2。刀具基体3上设置有用于检测刀具磨损长度的检测装置和与检测装置信号连接的控制器18,控制器I8为控制CPU。本实施例中，检测装置包括设置于刀具基体2上的长度沿刀具基体2的导向方向延伸的多个液压孔道，液压孔道朝向刀具基体的外端面4延伸的端部为盲端，盲端位于刀具基体的外端4面和刀具刃具3远离刀具基体的外端面4的刀具刃具端面之间，且各液压孔道的盲端与刀具基体的外端面4的距离各不相同。各液压孔道均连通有液压油管丨5,各液压油管15上均设置有油压传感器17,各油压传感器17与控制器18信号连接，各液压管路15上均设置有控制阀I6,各控制阀16与控制器18控制连接。控制阀16采用电动球阀，电动球阀平时处于常开状态，当某一路通向刀具基体2内预留的液压孔道中的液压油发生泄压时，油压传感器17发出的信号被控制器18接收，控制器18向相应的电动球阀发出指令使相应的电动球阀关闭，从而使压力油停止外泄而保证刀具基体内的其他液压孔道压力正常，油压传感器17在液压管路中起到监测和反馈该路液压油压力的作用。[0027]安装座1内部设置有用于驱动刀具基体2沿安装座1导向运动的驱动机构，安装座1与刀具基体2之间设置有对刀具基体导向移动设定距离后对其进行固定的固定结构。固定结构包括径向设置于刀具基体上的凹槽，凹槽的数量为两个以上并沿刀具基体2的导向方向间隔设置，安装座1上设置有供刀具基体2通过的安装孔，固定结构还包括设置于安装孔中的弹性止回环8,弹性止回环8的内壁上径向设置有与止回环挡止配合的凸起，可防止刀具基体2在受力状态下后退，即保证刀具基体2只能向外伸出，不能回缩，同时还可以起到导向的作用使刀具基体2移动式与止回环导向移动配合。凹槽为环槽，凸起为与环槽吻合适配的环形凸起，凹槽为楔形槽，凹槽的靠近刀具基体的外端面的槽壁垂直于刀具基体的导向方向，凹槽的另一个槽壁为弧面结构。按照刀具基体的外端面4与各液压孔道的盲端之间的距离进行排序，其中任意相邻顺序的两个液压孔道的盲端之间距离等于相邻两个凹槽之间的距离。本实施例中以三个液压孔道为例，分别为盲端最靠近刀具基体的外端面的第一液压孔道12、盲端与刀具基体的外端面最远的第三液压孔道14和位于中间的第三液压孔道13。驱动机构包括设置于安装座1内部的行程方向与刀具基体的导向方向平行的液压缸9，安装座1内部设置有液压缸第一耳座10，液压缸9的一端连接于液压缸第一耳座10上，刀具基体2上设置有液压缸第二耳座11，液压缸9的另一端通过销轴铰接连接于液压缸第二耳座11上，驱动机构还包括控制液压缸9伸缩行程的液压元件，液压元件与控制器18信号连接。[0028]刀具基体2与安装座1之间设置有密封结构，密封结构包括设置于安装座1上的密封圈沟槽7,密封圈沟槽7中安装有用于与刀具基体的外侧面密封配合的密封圈。安装座1为分体结构，安装座1包括用于与刀盘连接的连接板5和与连接板5通过螺钉连接的安装筒6。密封圈沟槽7设置于连接板5的内侧面上，液压缸9设置于安装筒6的内腔中。液压缸9内置有用于检测其行程的位移传感器，位移传感器与控制器18信号连接，可实时向控制器18反馈液压缸9的伸缩行程，以达到检测刀具基体2位移的目的。[0029]如当刀具刃具3、刀具基体2的磨损量达到一定程度将第一液压孔道12的盲端磨穿时，该液压管路失压，此液压管路上的油压传感器17接收到失压信号后向控制器18发送信号，控制器18接收到失压信号后立即向此液压管路上的电动球阀16发出动作指令关闭该电动球阀，同时此管路失压表明刀具磨损量较大，控制器18也会向驱动液压缸9的液压元件发出信号，使液压缸9伸出一定值，当液压缸9内的位移传感器的位移与设定值相等时，位移传感器向控制器18发出信号，控制器18发出反馈信号使液压缸9停止伸出，此时安装于刀具安装座1上的止回环8上的凸起卡在刀具基体2的楔形槽上，防止刀具基体2在盾构机掘进时回缩。当刀具刃具3、刀具基体2的磨损量再次达到一定程度将第二液压孔13道的盲端磨穿时，各元件动作如上所述，再继续将第三液压孔道14的盲端磨穿时，各元件动作如上所述，最终达到刀具自动补偿高度的目的。[0030]上述刀具磨损检测及自动补偿装置具有的优点如下：1可以检测刀具磨损量并自动对磨损量进行补偿，有效地保护了刀盘免受严重磨损;2该装置可根据需要设计成具有多次补偿功能的装置，可一次安装多次使用，避免了换刀所占用的时间，大大提高了施工效率。[0031]在本发明的其他实施例中，第一液压孔道的盲端和第二液压孔道的盲端之间的距禺等于弟二液压孔道的盲端和第三液压孔道的盲端之间的距离，且第一液压孔道的盲端和第二液压孔道的盲端之间的距离等于相邻两个凹槽之间的距离的倍数;液压缸也可以由电机代替，此时电机与刀具基体之间设置有将电机的转动动作转化为直线运动的传动结构，传动结构与刀具基体连接;安装座也可以为一体式结构;凹槽也可以为三角槽;液压孔道的距离可根据实际需要进行调整。[0032]—种盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置的实施例与上述一种盾构机的各实施例中的刀具磨损检测及自动补偿装置的结构相同，此处不再赘述。

权利要求：1.一种盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置，其特征在于:包括用于与盾构机的刀盘连接的安装座和安装于安装座上的刀具，刀具包括与安装座滑动移动配合的刀具基体和固定设置于刀具基体上的刀具刃具，刀具刃具突出于刀具基体，刀具基体上设置有用于检测刀具磨损长度的检测装置，该刀具磨损检测及自动补偿装置还包括与检测装置信号连接的控制器，安装座内部设置有用于驱动刀具基体沿安装座导向运动的驱动机构，驱动机构与控制器控制连接，当刀具磨损长度到设定磨损值时，检测装置将信号传至控制器，控制器控制驱动机构将刀具向外推出以补偿刀具的磨损长度，安装座与刀具基体之间设置有对刀具基体导向移动设定距离后对其进行固定的固定结构。2.根据权利要求1所述的盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置，其特征在于：所述检测装置包括设置于刀具基体上的长度沿刀具基体的导向方向延伸的至少一个液压孔道，液压孔道朝向刀具基体的外端面延伸的端部为盲端，盲端位于刀具基体的外端面和刀具刃具远离刀具基体的外端面的刀具刃具端面之间，各液压孔道均连通有液压油管，各液压油管上均设置有油压传感器，各油压传感器与控制器信号连接，各液压管路上均设置有控制阀，各控制阀与控制器控制连接。3.根据权利要求2所述的盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置，其特征在于：所述液压孔道的数量为两个以上，且各液压孔道的盲端与刀具基体的外端面的距离各不相同。4.根据权利要求3所述的盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置，其特征在于：所述固定结构包括径向设置于刀具基体上的凹槽，凹槽的数量为两个以上并沿刀具基体的导向方向间隔设置，安装座上设置有供刀具基体通过的安装孔，固定结构还包括设置于安装孔中的弹性止回环，弹性止回环的内壁上径向设置有与止回环挡止配合的凸起。5.根据权利要求4所述的盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置，其特征在于:所述凹槽为环槽，凸起为与环槽吻合适配的环形凸起，凹槽为楔形槽，凹槽的靠近刀具基体的外端面的槽壁垂直于刀具基体的导向方向，凹槽的另一个槽壁为弧面结构。6.根据权利要求5所述的盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置，其特征在于:按照刀具基体的外端面与各液压孔道的盲端之间的距离进行排序，其中任意相邻顺序的两个液压孔道的盲端之间距离等于相邻两个凹槽之间的距离或等于的相邻两个凹槽之间的距离的倍数。7.根据权利要求1-6中任一项所述的盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置，其特征在于:所述驱动机构包括设置于安装座内部的行程方向与刀具基体的导向方向平行的液压缸，液压缸的一端连接于安装座上，液压缸的另一端连接于刀具基体上，驱动机构还包括控制液压缸伸缩行程的液压元件，液压元件与所述控制器信号连接。8.根据权利要求1所述的盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置，其特征在于:所述安装座为分体结构，安装座包括用于与刀盘连接的连接板和与连接板通过螺钉连接的安装筒。9.根据权利要求1所述的盾构机用刀具磨损检测及自动补偿装置，其特征在于:所述刀具基体与安装座之间设置有密封结构，密封结构包括设置于安装座上的密封圈沟槽，密封圈沟槽中安装有用于与刀具基体的外侧面密封配合的密封圈。10.—种盾构机，包括刀盘，其特征在于:还包括权利要求1-9中任一项所述的刀具磨损检测及自动补偿装置。

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