CN112924067B - 一种土压传感器更换装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种土压传感器更换装置，包括连接基座、球形安装座以及环形的压盖，连接基座为第一端开口的筒状结构，其开口端与压盖可调节地固定连接，连接基座的内壁与压盖的内侧端面围合构成一球形槽，在球形槽的槽底开设有贯穿连接基座第二端的透孔。球形安装座能转动地安装在球形槽内，且球形安装座的外壁面为与球形槽的槽壁相配合的球面。球形安装座内具有一端开口并用于放置土压传感器的容置腔，其开口端与压盖的内孔相连通，在容置腔的底部开设有贯穿球形安装座的通孔，土压传感器能拆卸地固设在容置腔内并能覆盖通孔。本发明的土压传感器更换装置，占用的空间更小，对土压传感器的更换更为简便。

Description

一种土压传感器更换装置

技术领域

本发明是关于盾构法隧道施工机械领域，尤其涉及一种土压传感器更换装置。

背景技术

在国内隧道施工领域，盾构机凭借着高效的施工效率、广泛的地质适应性以及良好的地层沉降控制能力被更多的施工单位所采用。其中，土压平衡盾构机在地铁隧道施工中应用最广泛。土压平衡盾构机的施工特点是通过控制土仓的压力来维持掌子面的稳定从而控制地表沉降，而监控土仓不同位置压力的主要元件便是土压传感器，主控室通过接收土压传感器的信号实时监测土仓内的压力情况，为盾构施工实现土压平衡提供数据支持。因此，土压传感器及其稳定性对于土压平衡盾构施工至关重要，一旦传感器损坏，将极大程度上影响TBM(Tunnel Boring Machine，全断面隧道掘进机)的掘进。

目前对于土压传感器更换的方法也很多，主要方法还是通过特定的工装将土压传感器拔出，然后通过钢板对盾体上的传感器孔进行封堵来进行密封止水，最后再对传感器进行更换，这种方法存在的主要问题是拆解工装占用的空间较大，由于盾体内的各种管线及接头较多，更换土压传感器时经常与其他部件发生干涉，导致操作困难。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种土压传感器更换装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土压传感器更换装置，占用的空间更小，对土压传感器的更换更为简便。

本发明的目的是这样实现的，一种土压传感器更换装置，包括连接基座、球形安装座以及环形的压盖；连接基座为第一端开口的筒状结构，其开口端与压盖可调节地固定连接，连接基座的内壁与压盖的内侧端面围合构成一球形槽，在球形槽的槽底开设有贯穿连接基座第二端的透孔；球形安装座能转动地安装在球形槽内，且球形安装座的外壁面为与球形槽的槽壁相配合的球面；球形安装座内具有一端开口并用于放置土压传感器的容置腔，其开口端与压盖的内孔相连通，在容置腔的底部开设有贯穿球形安装座的通孔，土压传感器能拆卸地固设在容置腔内并能覆盖通孔；球形安装座处于工作位置时通孔正对透孔，且压盖的内侧端面压紧球形安装座；球形安装座旋转至更换位置时，通孔与透孔错开，且球形安装座的外壁面封堵透孔。

在本发明的一较佳实施方式中，在连接基座的开口端端面与压盖的端面之间夹设有垫圈，并通过调节螺栓和调节螺母固定连接。

在本发明的一较佳实施方式中，在容置腔的开口端设有限位罩，限位罩的外壁与球形安装座的内壁螺纹连接，且限位罩的外侧端能伸入压盖的内孔中。

在本发明的一较佳实施方式中，容置腔由自通孔向其开口端孔径依次增大的第一阶梯孔和第二阶梯孔构成，土压传感器嵌设在第一阶梯孔内，第二阶梯孔内设有盖板，盖板抵靠在土压传感器上并与第二阶梯孔底部的孔肩能拆卸地固定连接。

在本发明的一较佳实施方式中，在容置腔内还设有摇杆，摇杆的一端与盖板固接，摇杆的另一端由压盖的内孔穿出。

在本发明的一较佳实施方式中，压盖具有纵向切口，在连接基座的第一端侧壁开设有开口槽，开口槽贯穿连接基座的第一端端面；纵向切口与开口槽相连通，且摇杆的另一端能由纵向切口或者开口槽穿出。

在本发明的一较佳实施方式中，在球形安装座的外壁且位于容置腔的两侧共同轴固设有两个旋转轴，各旋转轴均与连接基座枢接。

在本发明的一较佳实施方式中，在连接基座的内壁沿球形安装座的旋转方向设有第一刻度线和第二刻度线，球形安装座处于工作位置时摇杆正对第一刻度线，球形安装座旋转至更换位置时摇杆正对第二刻度线。

在本发明的一较佳实施方式中，土压传感器更换装置还包括环形的底座，在底座的一端端面开设有与底座的内孔连通的环形安装槽；连接基座的第二端向外凸出形成凸环，凸环嵌设在环形安装槽内并与底座能拆卸地固定连接。

在本发明的一较佳实施方式中，在球形槽的槽壁上且围绕透孔嵌设有第一密封圈，在盖板与第二阶梯孔的底部孔肩相接触的板面上嵌设有第二密封圈，在凸环与环形安装槽的槽底相接触的端面上嵌设有第三密封圈。

在本发明的一较佳实施方式中，土压传感器更换装置还包括第一保压盘，在第一保压盘上开设有第一保压装置接孔，第一保压盘能拆卸地密封固定在底座的端面并能覆盖连接基座的第二端端面。

在本发明的一较佳实施方式中，土压传感器更换装置还包括第二保压盘，在第二保压盘上开设有第二保压装置接孔，第二保压盘能拆卸地密封固定在连接基座的第二端端面并能覆盖透孔。

由上所述，本发明中的土压传感器更换装置，通过连接基座、球形安装座与压盖的配合，相互之间通过球面配合，需要更换传感器时只需将球形安装座旋转便可以将土压传感器旋转至指定位置同时封堵透孔，也即封堵住了盾体结构隔板上的传感器孔。整个装置结构简单，可以实现土压传感器方便快捷的更换，大大提高了施工效率，缩短了施工工期。同时，整个装置占用盾体结构的空间以及所需要的操作空间均较小，能有效避免更换过程中与盾体结构内的其他部件发生干涉，操作更加灵活。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明提供的土压传感器更换装置的整体图。

图2：为本发明提供的土压传感器更换装置的分解图。

图3：为本发明提供的土压传感器更换装置连接有第二保压盘时的剖视图。

图4：为图3中沿A-A方向且连接有第一保压盘时的剖视图。

图5：为本发明提供的土压传感器更换装置在球形安装座处于更换位置时的剖视图。

图6：为本发明提供的底座的结构示意图。

图7：为图6中沿B-B方向的剖视图。

图8：为本发明提供的连接基座的结构示意图。

图9：为图8中沿C-C方向的剖视图。

图10：为本发明提供的球形安装座的结构示意图。

图11：为图10中沿D-D方向的剖视图。

图12：为本发明提供的压盖的结构示意图。

图13：为图12中沿E-E方向的剖视图。

图14：为本发明提供的第一保压盘的结构示意图。

图15：为图14中沿F-F方向的剖视图。

图16：为本发明提供的第二保压盘的结构示意图。

图17：为图16中沿G-G方向的剖视图。

附图标号说明：

1、底座；11、环形安装槽；

2、连接基座；21、球形槽；22、透孔；23、开口槽；24、凸环；25、第三密封圈；

3、球形安装座；31、容置腔；311、第一阶梯孔；312、第二阶梯孔；32、通孔；33、盖板；331、第二密封圈；34、旋转轴；35、第一密封圈；

4、压盖；41、内孔；42、纵向切口；43、调节螺栓；44、调节螺母；

5、土压传感器；

6、限位罩；61、保护筒；

7、摇杆；

81、第一保压盘；811、第一保压装置接孔；812、第一凹槽；

82、第二保压盘；821、第二保压装置接孔；822、第二凹槽；

9、隔板。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1至图17所示，本实施例提供一种土压传感器更换装置，包括连接基座2、球形安装座3以及环形的压盖4。

其中，连接基座2为第一端开口的筒状结构，其开口端与压盖4可调节地固定连接，连接基座2的内壁与压盖4的内侧端面围合构成一球形槽21，在球形槽21的槽底开设有贯穿连接基座2第二端的透孔22。球形安装座3能转动地安装在球形槽21内，且球形安装座3的外壁面为与球形槽21的槽壁相配合的球面。球形安装座3内具有一端开口并用于放置土压传感器5的容置腔31，其开口端与压盖4的内孔41相连通，在容置腔31的底部开设有贯穿球形安装座3的通孔32，土压传感器5能拆卸地固设在容置腔31内并能覆盖通孔32。球形安装座3处于工作位置时通孔32正对透孔22，且压盖4的内侧端面压紧球形安装座3；球形安装座3旋转至更换位置时，通孔32与透孔22错开，且球形安装座3的外壁面封堵透孔22。

具体地，在土压平衡盾构机的盾体结构内设有隔板9，该隔板9上开设有用于安装土压传感器5的传感器孔，在安装时将连接基座2插设固定在该传感器孔内即可。通过调节连接基座2的开口端与压盖4之间的连接，可以调整连接基座2对球形安装座3的压紧力度。当土压传感器5正常工作时，球形安装座3处于工作位置，压盖4的内侧端面紧压住球形安装座3，通过相互之间的摩擦力对球形安装座3起到限位作用，防止球形安装座3旋转；此时通孔32正对透孔22，土压传感器5通过通孔32和透孔22便可以与连接基座2第二端外侧的土仓连通，以检测土仓内的压力。

需要对土压传感器5进行更换时，土压平衡盾构机停机，调节连接基座2的开口端与压盖4之间的连接，使得压盖4不再压紧球形连接座，球形安装座3可以旋转，将其旋转至指定位置时，通孔32与透孔22错开，且球形安装座3的外壁面封堵透孔22；此时球形安装座3处于更换位置，如图5所示，由于容置腔31的开口端一直保持与压盖4的内孔41相连通，通过压盖4的内孔41以及容置腔31的开口便可以对土压传感器5进行更换操作。

由此，本实施例中的土压传感器更换装置，通过连接基座2、球形安装座3与压盖4的配合，相互之间通过球面配合，需要更换传感器时只需将球形安装座3旋转便可以将土压传感器5旋转至指定位置同时封堵透孔22，也即封堵住了盾体结构隔板9上的传感器孔。整个装置结构简单，可以实现土压传感器5方便快捷的更换，大大提高了施工效率，缩短了施工工期。同时，整个装置占用盾体结构的空间以及所需要的操作空间均较小，能有效避免更换过程中与盾体结构内的其他部件发生干涉，操作更加灵活。

在具体实现方式中，为了便于调整连接基座2对球形安装座3的压紧力度，在连接基座2的开口端端面与压盖4的端面之间夹设有垫圈(在图中并未示出)，并通过调节螺栓43和调节螺母44固定连接。通过安装不同厚度的垫圈，便可以调整压盖4压在球形安装座3上的力度，简单方便。

进一步地，由于仅靠压盖4与球形安装座3相互之间的摩擦力来防止球形安装座3旋转可能不太稳定。因此，为了在球形安装座3处于工作位置时更有效防止其旋转，如图1至图4所示，在容置腔31的开口端设有限位罩6，限位罩6的外壁与球形安装座3的内壁螺纹连接，且限位罩6的外侧端能伸入压盖4的内孔41中。

在安装时通过调整限位罩6与球形安装座3的旋合深度，使得限位罩6的一部分与球形安装座3螺纹固定，另一部分伸入压盖4的内孔41中，通过机械结构对球形安装座3进行限位，更有效避免了其旋转；需要更换土压传感器5时再将限位罩6旋出拆掉即可。

进一步地，为了便于对土压传感器5进行固定同时方便更换，如图3和图11所示，容置腔31由自通孔32向其开口端孔径依次增大的第一阶梯孔311和第二阶梯孔312构成，土压传感器5嵌设在第一阶梯孔311内，第二阶梯孔312内设有盖板33，盖板33抵靠在土压传感器5上并与第二阶梯孔312底部的孔肩能拆卸地固定连接。

可以理解，第一阶梯孔311的孔径大于通孔32的孔径，土压传感器5能抵靠在第一阶梯孔311底部的孔肩上；上述的限位罩6具体是与第二阶梯孔312的孔壁螺纹连接。当球形安装座3旋转至更换位置时，将盖板33拆掉，然后将土压传感器5由第二阶梯孔312朝容置腔31的开口端向外抽出，即可方便对土压传感器5进行更换，操作简便。

为了便于操作者旋转球形安装座3，如图1至图5所示，在容置腔31内还设有摇杆7，摇杆7的一端与盖板33固接，摇杆7的另一端由压盖4的内孔41穿出。需要更换土压传感器5时，通过控制摇杆7便可以转动球形安装座3。可以理解，上述的限位罩6为一环形结构，摇杆7可以由该环形结构的内孔穿出；一般在限位罩6背对土压传感器5的端面还固设有保护筒61，摇杆7能由该保护筒61穿出，可以对摇杆7起到保护作用。

由于盖板33的内孔41限制，摇杆7只能带动球形安装座3在较小角度内转动，对于尺寸较小的土压传感器5而言可以满足使用需求；但是对于尺寸较大的土压传感器5而言，需要球形安装座3旋转较大角度才能封堵上述的透孔22转动至更换位置，若摇杆7仅在盖板33的内孔41孔径范围内摆动可能无法满足使用要求。因此，为了增大摇杆7的摆动角度，使摇杆7带动球形安装座3能够转动更大角度，如图1和图12所示，压盖4具有纵向切口42，在连接基座2的第一端侧壁开设有开口槽23，开口槽23贯穿连接基座2的第一端端面。纵向切口42与开口槽23相连通，且摇杆7的另一端能由纵向切口42或者开口槽23穿出。

在实际应用中，在球形安装座3的外壁且位于容置腔31的两侧共同轴固设有两个旋转轴34，各旋转轴34均与连接基座2枢接。通过旋转轴34可以限制球形安装座3在连接基座2内部的旋转方向。更为优选地，旋转轴34的轴线方向平行于隔板9的板面(也即平行于连接基座2的第一端端面)，上述的摇杆7的轴线方向垂直于盖板33的板面方向，开口槽23和纵向切口42正对该摇杆7设置。另外，一般为了更便于安装，球形安装座3的外壁面且对应各旋转轴34处均为平面，球形安装座3的外壁面且对应通孔32的位置一般也加工成平面。

更为优选地，在连接基座2的内壁沿球形安装座3的旋转方向设有第一刻度线和第二刻度线，球形安装座3处于工作位置时摇杆7正对第一刻度线，球形安装座3旋转至更换位置时摇杆7正对第二刻度线。各刻度线可以起到标识作用，既方便安装时的定位，同时在旋转球形安装座3时，当摇杆7摆动至第二刻度线时，球形安装座3便刚好运动至更换位置，更方便判别球形安装座3的旋转角度。

进一步地，为了便于加工和安装，如图3、图7和图9所示，土压传感器更换装置还包括环形的底座1，在底座1的一端端面开设有与底座1的内孔连通的环形安装槽11。连接基座2的第二端向外凸出形成凸环24，凸环24嵌设在环形安装槽11内并与底座1能拆卸地固定连接。安装时，将底座1插设在传感器孔内并与隔板9固接(例如焊接)，然后将凸环24与底座1固定连接即可。

一般凸环24与底座1通过螺栓连接，盖板33与球形安装座3通过螺栓连接。为了保证土压传感器更换装置各处的密封性，如图4所示，在球形槽21的槽壁上且围绕透孔22嵌设有第一密封圈35，以保证连接基座2与球形安装座3的结合面之间的密封性，避免土仓内的渣土通过该处进入盾体内部；在盖板33与第二阶梯孔312的底部孔肩相接触的板面上嵌设有第二密封圈331，以保证盖板33与连接基座2的结合面之间的密封性；在凸环24与环形安装槽11的槽底相接触的端面上嵌设有第三密封圈25，以保证底座1与连接基座2的结合面之间的密封性，避免土仓内的渣土通过该处进入盾体内部。可以理解，在各表面上开设有环形的密封槽，各密封圈嵌设在对应的密封槽中。在球形槽21的槽壁上优选设有两道第一密封圈35，以提高此处的密封性能。

进一步地，为了在盾构机出厂时方便测试该土压传感器更换装置各处的密封性能，如图3和图4所示，土压传感器更换装置还包括第一保压盘81和第二保压盘82，在第一保压盘81上开设有第一保压装置接孔811，第一保压盘81能拆卸地密封固定在底座1的端面并能覆盖连接基座2的第二端端面。在第二保压盘82上开设有第二保压装置接孔821，第二保压盘82能拆卸地密封固定在连接基座2的第二端端面并能覆盖透孔22。

一般第一保压盘81和第二保压盘82均通过螺栓分别与底座1和连接基座2连接，并在第一保压盘81和第二保压盘82的连接面上嵌设有密封圈(具体在第一保压盘81和第二保压盘82的盘面上开设有环槽，密封圈嵌设在环槽内)。优选地，在第一保压盘81正对连接基座2的盘面上还开设有与第一保压装置接孔811连通的第一凹槽812，在第二保压盘82正对连接基座2的盘面上还开设有与第二保压装置接孔821连通的第二凹槽822，以保证测压效果。

在盾构机出厂时先连接上第一保压盘81，并将第一保压装置接孔811与一保压装置(现有技术)连接，便可以测试底座1与连接基座2之间、连接基座2与球形安装座3之间以及盖板33与球形安装座3之间的密封性能。之后拆掉第一保压盘81，再连接上第二保压盘82，并将第二保压装置接孔821与一保压装置连接，便可以测试连接基座2与球形安装座3之间以及球形安装座3与盖板33之间的密封性能，测试完成后再将第二保压盘82拆掉即可，简单方便。

进一步地，本实施例中土压传感器更换装置的使用过程具体如下：

当工厂安装完该更换装置后，需要先测试该更换装置内密封结合面的密封性能，通过第一保压盘81与底座1连接，在第一保压装置接孔811处连接保压装置，以此来测试上述三处的密封性能；之后通过第二保压盘82与连接基座2连接，在第二保压装置接孔821处连接保压装置，以此来测试上述两处的密封性能。

当需要更换土压传感器5时，先将限位罩6从球形安装座3上旋出，通过调整压盖4与连接基座2之间垫圈的厚度从而调节压盖4压紧球形安装座3的力度，使得球形安装座3可以旋转；然后通过摆动摇杆7带动球形安装座3绕旋转轴34旋转，通过观察连接基座2内的刻度线从而获取球形安装座3的旋转角度，当旋转角度达到标识的极限位置时(也即摇杆7正对第二刻度线时)停止转动，此时球形安装座3的外球面对连接基座2中心的透孔22起到封堵作用，搭配连接基座2内的两道第一密封圈35有效的防止了土仓内的渣土进入盾体内部，之后拆掉盖板33将土压传感器5取出便可进行更换。

综上，本实施例中的土压传感器更换装置，各部件结构简单，没有复杂的加工工艺，结构部件均为可拆卸的安装方式，提高了施工效率，缩短了施工工期。当土压平衡盾构在掘进的过程中土压传感器5损坏时，利用该装置可以安全的将土压传感器5旋出并对其进行更换，同时也保证了土仓中的渣土不会进入到盾体内部，保证了施工的安全性和施工效率。

以上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，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种土压传感器更换装置，其特征在于，包括连接基座、球形安装座以及环形的压盖；

所述连接基座为第一端开口的筒状结构，其开口端与所述压盖可调节地固定连接，所述连接基座的内壁与所述压盖的内侧端面围合构成一球形槽，在所述球形槽的槽底开设有贯穿所述连接基座第二端的透孔；所述球形安装座能转动地安装在所述球形槽内，且所述球形安装座的外壁面为与所述球形槽的槽壁相配合的球面；所述球形安装座内具有一端开口并用于放置土压传感器的容置腔，其开口端与所述压盖的内孔相连通，在所述容置腔的底部开设有贯穿所述球形安装座的通孔，所述土压传感器能拆卸地固设在所述容置腔内并能覆盖所述通孔；

所述容置腔由自所述通孔向其开口端孔径依次增大的第一阶梯孔和第二阶梯孔构成，所述土压传感器嵌设在所述第一阶梯孔内，所述第二阶梯孔内设有盖板，所述盖板抵靠在所述土压传感器上并与所述第二阶梯孔底部的孔肩能拆卸地固定连接；在所述容置腔内还设有摇杆，所述摇杆的一端与所述盖板固接，所述摇杆的另一端由所述压盖的内孔穿出；所述压盖具有纵向切口，在所述连接基座的第一端侧壁开设有开口槽，所述开口槽贯穿所述连接基座的第一端端面；所述纵向切口与所述开口槽相连通，且所述摇杆的另一端能由所述纵向切口或者所述开口槽穿出；

所述球形安装座处于工作位置时所述通孔正对所述透孔，且所述压盖的内侧端面压紧所述球形安装座；所述球形安装座旋转至更换位置时，所述通孔与所述透孔错开，且所述球形安装座的外壁面封堵所述透孔。

2.如权利要求1所述的土压传感器更换装置，其特征在于，

在所述连接基座的开口端端面与所述压盖的端面之间夹设有垫圈，并通过调节螺栓和调节螺母固定连接。

3.如权利要求1所述的土压传感器更换装置，其特征在于，

在所述容置腔的开口端设有限位罩，所述限位罩的外壁与所述球形安装座的内壁螺纹连接，且所述限位罩的外侧端能伸入所述压盖的内孔中。

4.如权利要求1所述的土压传感器更换装置，其特征在于，

在所述球形安装座的外壁且位于所述容置腔的两侧共同轴固设有两个旋转轴，各所述旋转轴均与所述连接基座枢接。

5.如权利要求1所述的土压传感器更换装置，其特征在于，

在所述连接基座的内壁沿所述球形安装座的旋转方向设有第一刻度线和第二刻度线，所述球形安装座处于工作位置时所述摇杆正对所述第一刻度线，所述球形安装座旋转至更换位置时所述摇杆正对所述第二刻度线。

6.如权利要求1所述的土压传感器更换装置，其特征在于，

所述土压传感器更换装置还包括环形的底座，在所述底座的一端端面开设有与所述底座的内孔连通的环形安装槽；所述连接基座的第二端向外凸出形成凸环，所述凸环嵌设在所述环形安装槽内并与所述底座能拆卸地固定连接。

7.如权利要求6所述的土压传感器更换装置，其特征在于，

在所述球形槽的槽壁上且围绕所述透孔嵌设有第一密封圈，在所述盖板与所述第二阶梯孔的底部孔肩相接触的板面上嵌设有第二密封圈，在所述凸环与所述环形安装槽的槽底相接触的端面上嵌设有第三密封圈。

8.如权利要求7所述的土压传感器更换装置，其特征在于，

所述土压传感器更换装置还包括第一保压盘，在所述第一保压盘上开设有第一保压装置接孔，所述第一保压盘能拆卸地密封固定在所述底座的端面并能覆盖所述连接基座的第二端端面。

9.如权利要求7所述的土压传感器更换装置，其特征在于，

所述土压传感器更换装置还包括第二保压盘，在所述第二保压盘上开设有第二保压装置接孔，所述第二保压盘能拆卸地密封固定在所述连接基座的第二端端面并能覆盖所述透孔。

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