CN108317956A - 便携式滚刀智能检测仪及滚刀磨损数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便携式滚刀智能检测仪及滚刀磨损数据处理方法，其中便携式滚刀智能检测仪包括外壳，在外壳内安装有第一滑轨和电动伺服滑轨，在第一滑轨上安装有用于卡接滚刀刀圈两端的第一支脚和第二支脚；在电动伺服滑轨上滑动装配有激光测量仪；在外壳内还设有蓄电池、存储器、处理器和无线通讯模块，处理器的电源端与蓄电池电连接，其数据端与存储器及无线通讯模块电连接，其通讯端与激光测量仪的通讯端电连接，其控制端与电动伺服滑轨中的驱动电机电连接。本发明能对滚刀刀圈的磨损量进行静态检测，可以准确、自动对不同刃型、不同尺寸刀圈进行滚刀磨损量测量，并且改进滚刀磨损数据的处理分析方法，以便后期更好地为盾构施工服务。

Description

便携式滚刀智能检测仪及滚刀磨损数据处理方法

技术领域

本发明涉及隧道掘进机滚刀刀圈测量技术，具体涉及一种便携式滚刀智能检测仪及滚刀磨损数据处理方法。

背景技术

盘形滚刀是盾构机的破岩部件且极易损耗，刀具的磨损直接影响到施工效率和施工成本。因此，有必要及时对滚刀刀圈磨损量进行测量，从而及时排查施工中的相关故障，提高施工效率。

目前常采用卡规对滚刀的磨损量进行测量，但一种卡规只能检测一种规格的滚刀刀圈，通用性差；测量过程中依靠人工估读，测量精度差；测量操作不便，数据记录麻烦；且卡规的卡板仅能测量刀圈最高点磨损量，不能准确反映滚刀的真实磨损情况。

另外，专利号为CN 207066377 U公开了一种盾构/TBM滚刀磨损测量装置，包括架体、紧固组件和移动测量组件，通过架体配合紧固组件夹住滚刀两端端面，并通过控制移动侧量组件横向移动，同时测量头沿滚刀刀圈的竖向移动，根据移动位置坐标得到滚刀的磨损后的轮廓线，再将该磨损后的轮廓线对比标准轮廓线得到磨损量。这种结构，适配滚刀的尺寸有限，另外移动侧量组件为机械结构易出现误差。

目前主要通过最高点磨损量与掘进距离之比作为刀圈的磨损速率评价滚刀耐磨性能，但该方法无法准确评价磨损刃型不同的滚刀刀圈的耐磨性能。

发明内容

为解决现有滚刀刀圈磨损测量及数据处理过程中存在的不足之处，本发明设计制造一种对滚刀刀圈的磨损量进行静态检测，可以准确、自动对不同刃型、不同尺寸刀圈进行滚刀磨损量测量的便携式滚刀磨损测量仪，并且改进滚刀磨损数据的处理分析方法，以便后期更好地为盾构施工服务。

便携式滚刀智能检测仪，其特征在于：包括外壳，在所述外壳内安装有相互平行且相互靠近的第一滑轨和电动伺服滑轨，所述第一滑轨的一端设有第一支脚，另一端设有第二支脚，所述第一支脚的一端与所述外壳一体化设置，所述第二支脚的一端滑动装配在所述第一滑轨上，所述第一支脚和第二支脚相互平行设置，在所述外壳上对应所述第二支脚的滑动位置设有定位销；

在所述电动伺服滑轨上滑动装配有激光测量仪，所述激光测量仪的朝向与所述第一支脚的轴向平行，在所述外壳内设有蓄电池、存储器和处理器，所述处理器的电源端与所述蓄电池电连接，所述处理器的数据端与所述存储器电连接，所述处理器的通讯端与所述激光测量仪的通讯端电连接，所述处理器的控制端与所述电动伺服滑轨中的驱动电机电连接。

为更好实现本发明，可进一步为：所述外壳上安装有显示屏和编号输入按钮，所述处理器的信息输出端与所述显示屏电连接，所述处理器的信息输入端与所述编号输入按钮电连接。

为更好实现本发明，可进一步为：所述第一支脚自由端端部的内侧面和第二支脚自由端端部的内侧面均设有L型的缺口。

为更好实现本发明，可进一步为：所述处理器设有数据读写接口。

为更好实现本发明，可进一步为：在所述处理器的数据端电连接有无线通讯模块。该仪器在收集完滚刀二维实时数据后，会自动计算滚刀二维磨损量并在显示屏输出最高点磨损量，且该装置的通过无线通讯模块可实时将刀盘滚刀的磨损信息传输至上位机，为盾构施工提供数据支持。

滚刀磨损数据处理方法，其特征在于，基于所述便携式滚刀智能检测仪，包括以下步骤：

步骤1：将所述第一支脚和第二支脚的自由端分别卡接在滚刀刀圈的两端，并通过定位销锁定所述第二支脚的位置；

步骤2：通过所述电动伺服滑轨带动激光测量仪移动，从而持续侧量在每一个移动后的位置点，激光测量仪距刀圈轮廓线的距离，并组成一个数据集合；

步骤3：通过步骤1和步骤2对标准滚刀进行侧量，并将测得的数据集合设为标准距离集合；

步骤4：通过步骤1和步骤2对在一定掘进距离使用后的滚刀进行侧量，并将测得的数据集合设为实际距离集合；

步骤5：将所述实际距离集合和标准距离集合中相同位置点测得的距离数据相减后得到磨损距离，并组成磨损距离集合；

步骤6：根据所述磨损距离集合得到滚刀刀圈的磨损截面面积，进而根据滚刀刀圈的标准型状获得磨损体积；

步骤7：将所述磨损体积除以掘进距离得到磨损速率。

为更好实现本发明，可进一步为：通过步骤1至步骤5，获得刀圈刃口及刀圈两侧面各各轮廓点的单点磨损量，再将每个所述单点磨损量除以掘进距离，从而获得轮廓点磨损速率集合；通过对比某一地层中刀圈不同部位的磨损数据，可以分析确定该地层中滚刀刀圈刀型磨损规律，后期可针对性地进行刀圈刃型设计，进而提高滚刀刃型设计的地质适应性。

本发明的有益效果：尺寸较小，结构简单，便于在盾构机内携带并进行滚刀磨损检测；可以对不同刃型、不同尺寸的滚刀刀圈的磨损量进行测量，通用性强；采用激光测量仪进行滚刀磨损量测量，减少了检测过程中人为因素的影响，测量精度及准确性更高；测量过程及数据记录实现自动化，大大降低滚刀磨损测量工作的劳动强度；自动对数据进行处理并实时输出相关磨损数据，数据处理工作量减少；通过无线通讯模块与上位机实现数据传输，实现不同装置间的物联网连接；通过计算磨损体积与掘进距离之比，获得滚刀刀圈的磨损速率更加准确，可以更好地对比滚刀的耐磨性能。通过计算不同地层中滚刀不同部位磨损速率，获得不同地层滚刀刃型磨损规律，为提高滚刀刃型设计的地质适应性提供数据支持。

附图说明

图1为便携式滚刀智能检测仪的外部结构示意图；

图2为便携式滚刀智能检测仪的内部结构示意图；

图3为在不同地层中使用后的滚刀刀圈磨损截面对比示意图。

图中：1、外壳；2、显示屏；3、编号输入按钮；4、激光侧量仪；5、第一支脚；6、定位销；7、第二支脚；8、存储器；9、处理器；10、无线通讯模块；11、蓄电池；12、电动伺服滑轨；13、挂架；A、第一地层中使用的滚刀；B、第二地层中使用的滚刀；C、第三地层中使用的滚刀；D、磨损截面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

如图1和图2所示，便携式滚刀智能检测仪，包括长条形的外壳1，在所述外壳1内安装有相互平行且相互靠近的第一滑轨和电动伺服滑轨12，所述第一滑轨的一端设有第一支脚5，另一端设有第二支脚7，所述第一支脚5的一端与所述外壳1一体化设置，所述第二支脚7的一端滑动装配在所述第一滑轨上，所述第一支脚5和第二支脚7相互平行设置，在所述外壳1上对应所述第二支脚7的滑动位置设有定位销6，所述定位销6采用锁紧螺母；

在所述电动伺服滑轨12上滑动装配有激光测量仪4，激光测距仪4通过挂架13滑动安装在电动伺服滑轨12上，所述激光测量仪4的朝向与所述第一支脚5的轴向平行，使得激光测量仪4垂直对准滚刀刀圈，在所述外壳1内设有蓄电池11、存储器8、处理器9和无线通讯模块10，所述处理器9的电源端与所述蓄电池11电连接，所述处理器9的数据端与所述存储器8及无线通讯模块10电连接，所述处理器9的通讯端与所述激光测量仪4的通讯端电连接，所述处理器9的控制端与所述电动伺服滑轨12中的驱动电机电连接。

另外，所述外壳1上安装有显示屏2和编号输入按钮3，所述处理器9的信息输出端与所述显示屏2电连接，所述处理器9的信息输入端与所述编号输入按钮3电连接，利用编号输入按钮3输入滚刀编号，确定存储位置及刀圈类型；

所述第一支脚5自由端端部的内侧面和第二支脚7自由端端部的内侧面均设有L型的缺口，便于使第一支脚5和第二支脚7更稳定的卡接在滚刀刀圈两端端面的边缘处。

所述处理器9设有数据读写接口，处理器9通过常规方法处理并存储滚刀的磨损信息，存储数据可以通过读写接口拷出便于进一步分析处理。在进行滚刀磨损检测时应测量不同类型刀圈未磨损时的初始数据，并进行刀型和编号处理。

所述无线通讯模块10与处理器9电连接，将滚刀磨损信息实时传送至上位机，便于施工人员决定掘进参数设置及滚刀更换工作的安排。

滚刀磨损数据处理方法，基于所述便携式滚刀智能检测仪，包括以下步骤：

步骤1：将所述第一支脚5和第二支脚7的自由端分别卡接在滚刀刀圈的两端，并通过定位销6锁定所述第二支脚7的位置；

步骤2：通过所述电动伺服滑轨12带动激光测量仪4移动，从而持续侧量在每一个移动后的位置点，激光测量仪4距刀圈轮廓线的距离，并组成一个数据集合；

步骤3：通过步骤1和步骤2对标准滚刀进行侧量，并将测得的数据集合设为标准距离集合；

步骤4：通过步骤1和步骤2对在一定掘进距离使用后的滚刀进行侧量，并将测得的数据集合设为实际距离集合；

步骤5：将所述实际距离集合和标准距离集合中相同位置点测得的距离数据相减后得到磨损距离，并组成磨损距离集合；

步骤6：根据所述磨损距离集合得到滚刀刀圈的磨损截面面积，进而根据滚刀刀圈的标准型状获得磨损体积；

步骤7：将所述磨损体积除以掘进距离得到磨损速率。

另外，通过步骤1至步骤5，获得刀圈刃口及刀圈两侧面各各轮廓点的单点磨损量，再将每个所述单点磨损量除以掘进距离，从而获得轮廓点磨损速率集合，这样多次对比刀圈外轮廓不同点的轮廓点磨损速率，就可以得出滚刀外轮廓的磨损规律；如图3所示，通过对比第一地层中使用的滚刀A、第二地层中使用的滚刀B和第三地层中使用的滚刀C的磨损截面D，可以看出不同地层中使用的滚刀，其刀圈磨损形状均不一样，通过对比不同地层中刀圈不同部位的磨损数据，可以分析确定不同地层中滚刀刀圈易磨损区域，后期可针对性地进行刀圈刃型设计，提高滚刀刃型的地质适应性。

具体操作过程为：

1)、将第一支脚支架5和第二支脚7安放于滚刀刀圈端部，保证激光测量仪4与刀圈顶部垂直，并利用定位销6固定第二支脚7；

2)、利用编号输入按钮3输入滚刀编号，确定所述实际距离集合在存储器8中的存储位置及刀圈类型；

3)、启动激光测量仪，电动伺服滑轨12借助挂架13带动激光测量仪4从起始位置自左向右匀速移动，移动过程中激光测量仪4持续测量距刀圈轮廓线的距离。

4)、当激光测量仪4测得数据大于起始点测量距离时，处理器9发出指令，激光测量仪4停止测量，电动伺服滑轨12反转带动激光测量仪4返回起始点。

5)、处理器9处理并存储相关数据点，并将最小距离与标准滚刀刀圈测得的最小距离比较，获得滚刀最高点磨损量，存储数据并通过显示屏2输出，完成滚刀磨损测量。

6)、处理器9发出指令，无线通讯模块10将滚刀磨损量等信息发送至上位机，完成滚刀磨损测量。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.便携式滚刀智能检测仪，其特征在于：包括外壳，在所述外壳内安装有相互平行且相互靠近的第一滑轨和电动伺服滑轨，所述第一滑轨的一端设有第一支脚，另一端设有第二支脚，所述第一支脚的一端与所述外壳一体化设置，所述第二支脚的一端滑动装配在所述第一滑轨上，所述第一支脚和第二支脚相互平行设置，在所述外壳上对应所述第二支脚的滑动位置设有定位销；

在所述电动伺服滑轨上滑动装配有激光测量仪，所述激光测量仪的朝向与所述第一支脚的轴向平行，在所述外壳内设有蓄电池、存储器和处理器，所述处理器的电源端与所述蓄电池电连接，所述处理器的数据端与所述存储器电连接，所述处理器的通讯端与所述激光测量仪的通讯端电连接，所述处理器的控制端与所述电动伺服滑轨中的驱动电机电连接。

2.根据权利要求1所述的便携式滚刀智能检测仪，其特征在于：所述外壳上安装有显示屏和编号输入按钮，所述处理器的信息输出端与所述显示屏电连接，所述处理器的信息输入端与所述编号输入按钮电连接。

3.根据权利要求1所述的便携式滚刀智能检测仪，其特征在于：所述第一支脚自由端端部的内侧面和第二支脚自由端端部的内侧面均设有L型的缺口。

4.根据权利要求1所述的便携式滚刀智能检测仪，其特征在于：所述处理器设有数据读写接口。

5.根据权利要求1所述的便携式滚刀智能检测仪，其特征在于：在所述处理器的数据端电连接有无线通讯模块。

6.滚刀磨损数据处理方法，其特征在于，基于权利要求1所述的便携式滚刀智能检测仪，包括以下步骤：

步骤1：将所述第一支脚和第二支脚的自由端分别卡接在滚刀刀圈的两端，并通过定位销锁定所述第二支脚的位置；

步骤2：通过所述电动伺服滑轨带动激光测量仪移动，从而持续侧量在每一个移动后的位置点，激光测量仪距刀圈轮廓线的距离，并组成一个数据集合；

步骤3：通过步骤1和步骤2对标准滚刀进行侧量，并将测得的数据集合设为标准距离集合；

步骤4：通过步骤1和步骤2对在一定掘进距离使用后的滚刀进行侧量，并将测得的数据集合设为实际距离集合；

步骤5：将所述实际距离集合和标准距离集合中相同位置点测得的距离数据相减后得到磨损距离，并组成磨损距离集合；

步骤6：根据所述磨损距离集合得到滚刀刀圈的磨损截面面积，进而根据滚刀刀圈的标准型状获得磨损体积；

步骤7：将所述磨损体积除以掘进距离得到磨损速率。

7.根据权利要求6所述的滚刀磨损数据处理方法，其特征在于：通过步骤1至步骤5，获得刀圈刃口及刀圈两侧面各各轮廓点的单点磨损量，再将每个所述单点磨损量除以掘进距离，从而获得轮廓点磨损速率集合。