CN104111346A - 一种盾构滚刀工作及磨损状态在线检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构滚刀工作及磨损状态在线检测方法，适用于盾构施工技术领域。具体包括两个电涡流传感器、采集电路和上位机，利用一个电涡流传感器对盾构滚刀的转速进行测量，一个电涡流传感器对滚刀的磨损量进行测量，从而判断其运动状态及磨损状态。本发明的有益效果如下：可以及时监测盾构滚刀的运动状态及磨损状态，试验方法简便易行，试验结果准确，可以实时监测到滚刀的运动状态及磨损状态从而及时换刀，减少过早或过晚换刀带来的不必要损失，确保盾构施工的安全顺利进行。
Description
技术领域
本发明属于盾构施工技术领域。
背景技术
随着盾构机在国内的广泛使用，刀具磨损已经成为一个影响工程质量和进度的关键问题。刀具的完善性及刀具的磨损状态判断是盾构正常掘进中的关键因素，如何判断刀具的运动状态及磨损状态，对盾构安全掘进至关重要。当刀具的磨损量到达一定程度后,必须立即进行更换,否则会增加临近刀具的负荷,加快剩余刀具的磨损速度,形成恶性循环，因此,对刀具的运动状态及磨损状态进行准确判断,及时指导刀具的更换就显得十分的重要。
经检索，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CN1818640A，公开了一种隧道掘进机掘进过程中刀具磨损的检测方法，利用掘进机在掘进过程中的掘进参数预测刀具的磨损状况，包括数据采集、参数提取、参数分析，通过获得掘进速度或者刀盘扭矩的理论值和实际值之间的偏差，来检测刀具的磨损状况。上述公开的两个专利中的检测装置或者方法相对复杂，并且还要通过计算来获得滚刀的磨损状态，处理速度会影响实时监测的准确性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种盾构滚刀工作及磨损状态在线检测方法，本方法通过简单的测试***，即可准确判断其运动状态及磨损状态，实现实时监测到滚刀的磨损状态从而及时换刀，减少及早或过晚换刀带来的不必要损失。
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磨损状态在线检测方法，其特征在于：采用非接触测量方式，并在刀体的外表面焊接至少1个凸起块，利用传感器、采集电路和上位机对盾构滚刀的转速转动状态进行测量；利用另一个传感器、采集电路和上位机对准滚刀的刀圈最外圈的位移变化进行测量，从而判断其运动状态及磨损状态。
对上述的描述作进一步说明，所述检测方法采用的检测装置包括两个电涡流传感器、采集电路和上位机，采用非接触测量方式，将一个测距电涡流传感器安装在对准盾构滚刀的刀体，并在刀体的外表面焊接两个关于刀体中心线对称的硬质合金凸起块，该电涡流传感器对盾构滚刀的转速转动状态进行测量；将另一个测距电涡流传感器对准滚刀的刀圈，该电涡流传感器对滚刀的磨损量进行测量，从而判断其运动状态及磨损状态；
在线检测的具体步骤包括：
（1）开启盾构及传感器及测量***，首先利用滚刀对测量刀具磨损量的传感器电流、距离曲线进行测量，记录其标定曲线，然后通过测量电涡流传感器的电流值来计算距离；利用电涡流传感器的标定距离曲线，标定时测量传感器与刀圈的距离D，同时读取采集的转换后的电流量I；经过多次改变D，并记录相应的电流量I；用最小二乘法直线拟合出I与D的关系式；
（2）判断滚刀的运动状态：记录滚刀刀体凸起块与电涡流传感器的安装距离，利用上位机进行判断，通过记录经过两次凸起块的时间间隔来计算转速；如果在刀盘转动一圈的时间内，滚刀的凸起块仍未经过两次，则说明滚刀卡住了，应停止盾构机并进行检查;
（3）记录下滚刀刀圈与电涡流传感器的安装初始距离d，利用上位机观察滚刀转速，如果转速不为0，则进行步骤（4）；
（4）在测量刀具磨损时，根据读取的电流I，计算出传感器与滚刀的距离D，从而得知滚刀的磨损量 ;
（5）判断的大小从而确定滚刀的磨损状态，对边滚刀的磨损极限dmax进行控制，使dmax≤20mm；如果在dmax内平缓增加，则滚刀处于正常磨损状态；若果发生突变，则刀圈断裂，需进行换刀；如果在滚刀转一圈的过程中，有一部分连续偏大，另一部分连续偏小，则滚刀出现偏磨，应进行换刀；若果超过dmax，滚刀超出磨损范围，应进行换刀;
（6）重复步骤（2）、（3）、（4）、(5)可实时得到滚刀的磨损状态;
（7）在多个滚刀上安装传感器可测得多个滚刀的磨损状态。
对上述的描述作进一步说明，所述的电涡流传感器采用探头直径为25mm的探头。
对上述的描述作进一步说明，所述的采集电路为4～20mA转串口采集模块。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过提供一种盾构滚刀磨损状态检测方法，可以及时监测盾构滚刀的磨损状态，检测方法简便易行，结果准确，可以实时监测到滚刀的磨损状态从而及时换刀，减少及早或过晚换刀带来的不必要损失，确保盾构施工的顺利进行，保证工作效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是盾构滚刀运动状态及磨损在线检测装置示意图。
具体实施方式
如附图1所示盾构滚刀运动状态及磨损在线检测装置组成，包括两个电涡流传感器、采集电路和上位机，其中需要将一个测距电涡流传感器安装在对准盾构滚刀的刀体，并在刀体上焊接两个对称的硬质合金凸起块；将另一个测距电涡流传感器对准滚刀的刀圈。利用对准盾构滚刀的刀体的电涡流传感器，通过测距及记录两次经过凸起的时间，测出滚刀的转速；利用对准滚刀刀圈的电涡流传感器，通过测量距离变化，判断滚刀的磨损状态。其中采集电路为4～20mA转串口采集模块。
具体检测过程如下：
首先利用滚刀对测量刀具磨损量的传感器的电流、距离曲线进行测量，记录其标定曲线，然后通过测量电涡流传感器的电流值来计算距离。记录下电涡流传感器与滚刀刀圈边缘初始距离D和磨损量d t ；记录滚刀刀体上硬质合金凸起块与电涡流传感器的安装距离d，利用上位机进行判断，通过记录经过两次硬质合金凸起块的时间间隔来计算转速。如果在刀盘转动一圈的时间内，滚刀的硬质合金凸起块块仍未经过两次，则说明滚刀不转动，应停止盾构机并进行检查。若滚刀转动，则利用上位机观察示刀具磨损量d t 的波形，若幅值大于对边滚刀的磨损极限d max ，则超出磨损范围，其中边滚刀的磨损极限dmax一般不超过20mm(可自行设定)；若幅值处于两者之间且波形平缓，则滚刀处于正常磨损状态；若幅值波形出现巨大波动，则滚刀断裂；若幅值处于两者之间且出现周期性连续偏小幅值，则滚刀处于偏磨状态，应进行调整或换刀。
在上述标定过程中，需要利用电涡流传感器的标定距离曲线，一般通过最小二乘法直线拟合公式：I=1.364×D-2.208（I：输出电流，单位：mA；D：探头与试件间距，单位：mm）。则可根据输出电流计算出探头与滚刀的距离，从而得知滚刀的磨损量。
通过上述的检测方法，可以及时监测盾构滚刀的磨损状态，试验方法简便易行，试验结果准确，可以实时监测到滚刀的磨损状态从而及时换刀，减少及早或过晚换刀带来的不必要损失，确保盾构施工的顺利进行。
Claims (4)
1.一种盾构滚刀工作及磨损状态在线检测方法，其特征在于：采用非接触测量方式，并在刀体的外表面焊接至少1个凸起块，利用传感器、采集电路和上位机对盾构滚刀的转速转动状态进行测量；利用另一个传感器、采集电路和上位机对准滚刀的刀圈最外圈的位移变化进行测量，从而判断其运动状态及磨损状态。
2.根据权利要求１所述的一种盾构滚刀工作及磨损状态在线检测方法，其特征在于：所述检测方法采用的检测装置包括两个电涡流传感器、采集电路和上位机，采用非接触测量方式，将一个测距电涡流传感器安装在对准盾构滚刀的刀体，并在刀体的外表面焊接两个关于刀体中心线对称的硬质合金凸起块，该电涡流传感器对盾构滚刀的转速转动状态进行测量；将另一个测距电涡流传感器对准滚刀的刀圈，该电涡流传感器对滚刀的磨损量进行测量，从而判断其运动状态及磨损状态；
在线检测的具体步骤包括：
（1）开启盾构及传感器及测量***，首先利用滚刀对测量刀具磨损量的传感器电流、距离曲线进行测量，记录其标定曲线，然后通过测量电涡流传感器的电流值来计算距离；利用电涡流传感器的标定距离曲线，标定时测量传感器与刀圈的距离D，同时读取采集的转换后的电流量I；经过多次改变D，并记录相应的电流量I；用最小二乘法直线拟合出I与D的关系式；
（2）判断滚刀的运动状态：记录滚刀刀体凸起块与电涡流传感器的安装距离，利用上位机进行判断，通过记录经过两次凸起块的时间间隔来计算转速；如果在刀盘转动一圈的时间内，滚刀的凸起块仍未经过两次，则说明滚刀卡住了，应停止盾构机并进行检查;
（3）记录下滚刀刀圈与电涡流传感器的安装初始距离d，利用上位机观察滚刀转速，如果转速不为0，则进行步骤（4）；
（4）在测量刀具磨损时，根据读取的电流I，计算出传感器与滚刀的距离D，从而得知滚刀的磨损量 ;
（5）判断的大小从而确定滚刀的磨损状态，对边滚刀的磨损极限dmax进行控制，使dmax≤20mm；如果在dmax内平缓增加，则滚刀处于正常磨损状态；若果发生突变，则刀圈断裂，需进行换刀；如果在滚刀转一圈的过程中，有一部分连续偏大，另一部分连续偏小，则滚刀出现偏磨，应进行换刀；若果超过dmax，滚刀超出磨损范围，应进行换刀;
（6）重复步骤（2）、（3）、（4）、(5)可实时得到滚刀的磨损状态;
（7）在多个滚刀上安装传感器可测得多个滚刀的磨损状态。
3.根据权利要求１所述的盾构滚刀工作及磨损状态在线检测方法，其特征在于所述的电涡流传感器采用探头直径为25mm的探头。
4.根据权利要求１所述的盾构滚刀工作及磨损状态在线检测方法，其特征在于所述的采集电路为4～20mA转串口采集模块。
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