[发明专利]一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及TBM滚刀监测领域，特别是指一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统及其测量方法。

背景技术

TBM作为大型的工程机械，工作环境恶劣，系统复杂且庞大，任意一部分出现问题就可能导致系统停机，致使施工效率大大降低。TBM刀具是TBM向前掘进的直接执行者，极易损耗。刀具的磨损量直接影响到施工效率，间接增加了施工成本。根据以往施工情况，TBM工作耗时中，刀具的检测和过度磨损导致设备意外停机更换与维修占用的时间和费用约为整体工程的30%。因而需要对TBM滚刀整体运行状态进行实时监测，以便及时进行刀具维修或零部件的更换，避免浪费不必要的工时而影响施工效率。

目前国内外检测盾构刀具状态的方法主要有：开仓检查、异味检测、油压检测、掘进参数分析等。其物理检测方面的可靠性较低，且只能等刀体完全损坏后才能发现；开仓检查需停机后对每把刀进行人工检查，有较大危险行且耗时较长；而掘进参数分析具有较大的主观性，且需较大的数据量，不能实现普适性。

国内已有TBM滚刀磨损方面的研究，例如授权公告号为CN 103969139 B、授权公告日为2016.06.22的发明专利提出了一种掘进机在线TBM滚刀磨损检测方法，利用位移传感器及速度传感器可以实现对TBM滚刀磨损量及转速的测量，但是此方法所用的位移传感器在岩渣较多时可能会受到大的干扰，难以检测到有效数据；授权公告号为CN 103234903 B、授权公告日为2015.08.19的发明专利公开了一种TBM滚刀磨损检测装置，利用激光发射器和光敏传感器对TBM滚刀的磨损量进行监测，但是此方法同样会受到异物的影响，不能进行有效测量，监测的数据缺乏可靠性；申请公布号为CN 105352420 A、申请日为2016.02.24的发明专利公开了一种TBM滚刀磨损在线实时监测装置及监测方法，利用永磁体和磁敏元件对TBM滚刀磨损量进行测量，但其受周围金属磁化效应的影响，监测的结果存在很大的误差，因此监测的数据同样缺乏可靠性。

综上所述，对于TBM滚刀整体状态的监测尚未有可大范围推广应用的成熟设备及系统，亟需开发一种精度高、量程大、测量数据多且稳定可靠的监测系统解决TBM滚刀状态监测难的问题。

发明内容

本发明为解决现有TBM滚刀磨损检测装置和方法监测数据不可靠的问题，而公开一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统及其测量方法。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种TBM滚刀全状态实时在线监测系统，包括电感式传感器、霍尔元件、应变片、传感器基座，电感式传感器和霍尔元件均设置在传感器基座内，所述电感式传感器与TBM滚刀的刀圈相对应，TBM滚刀上与所述霍尔元件相对设置有磁块，TBM滚刀上设置有支撑楔块和拉紧楔块，应变片设置在支撑楔块内，传感器基座内设置有信号处理单元，电感式传感器、霍尔元件及应变片均与信号处理单元相连，信号处理单元通过无线通信模块与TBM上位机相连。设置电感式传感器、霍尔元件、应变片，可以实时监测TBM滚刀磨损量、TBM滚刀转速和TBM滚刀的受力大小，通过对多个指标的实时监测可以将误差缩减到低于2%，通过与TBM上位机数据通信，可以确保在TBM滚刀受损严重或者其他TBM不适继续掘进时及时停机维修，解决了现有技术监测数据不可靠的问题。

进一步地，所述信号处理单元包括一次连接的信号采集模块、处理器和工作启停开关，电感式传感器、霍尔元件及应变片均与信号采集模块相连，所述传感器基座内设置有对信号处理单元供电的电源模块，电源模块和信号处理单元的外周设置有密封圈。

进一步地，所述传感器基座包括基座本体和基座外延模块，基座外延模块与TBM滚刀的刀毂相对应，信号处理单元和电感式传感器均设置在基座本体内，霍尔元件设置在基座外延模块内，所述磁块设置在与霍尔元件相对应的刀毂上。电感式传感器设置在基座本体内既保证了工作的可靠性，又缩短了信号处理单元与电感式传感器的连接线路；将霍尔元件设置在刀毂上既不影响刀圈正常工作，又可以精确地测量TBM滚刀的转速。

进一步地，所述应变片设置有两个，两个应变片的位置相互垂直，所述应变片通过型块紧密地设置在支撑楔块内。设置两个相互垂直的应变片可以在纵向和横向两个方向监测TBM滚刀的受力大小，使监测数据更加精确可靠。

进一步地，所述应变片上设置有用于监测TBM滚刀温度的热电偶，所述热电偶与信号处理单元相连。设置电热偶配合应变片、电感式传感器、霍尔元件使用，可以同时监测TBM滚刀的磨损量、TBM滚刀转速、TBM滚刀受力、TBM滚刀工作温度四个指标参数，使检测效果更加精确可靠。