一种盾构刀具磨损检测机构及方法

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域，具体是一种盾构刀具磨损检测机构及方法。

背景技术

盾构机在掘进施工中，主要依靠安装在刀盘主体上的各类刀具进行切削与破岩。一般刀具分为两种，一种盾构刀具磨损检测机构及方法为滚刀类型，一种盾构刀具磨损检测机构及方法为切削刀类型。正常隧道施工中，刀具都会有不同程度磨损，若出现非正常磨损，那么在施工中就很难及时发现，倘若刀盘滚刀刀圈过度磨损或者滚刀不转时导致刀圈偏磨，导致刀盘主体失效。那么不单能影响施工工期，修复刀盘也是一件耗时耗力的事。因此，在盾构施工中能实时监测刀盘滚刀刀圈磨损与转速，能有效避免因刀具失效带来的各类隐患，出现非正常磨损时，可及时发现并处理，能有效提高施工效率及安全性。

专利201911021120.9一种盾构刀具磨损检测机构及方法盾构刀具磨损检测系统及方法，以压缩空气封装至刀体内，利用压缩空气泄露触发震动报警装置，从而达到磨损检测效果；

专利201610363775.4基于光纤传感的盾构机刀具、刀盘磨损在线检测装置及方法，其原理是在刀盘及刀具磨损处预埋深孔，将光纤光栅位移传感器装入其中，控制分光系统的开关，从而检测刀盘及刀具磨损情况。

专利201910383490.0一种盾构刀具磨损检测机构及方法盾构刀具磨损实时监测系统及监测方法，是在盾体上安装超声波侧厚装置，通过盾构机掘进参数模块、磨损模块无线传输，从而做到实时监测与预警。

专利201811449515.4一种盾构刀具磨损检测机构及方法基于声发射的盾构机刀具磨损的检测方法及装置，其原理是在刀盘的通孔内安装声发射传感器，通过无线模块采集、发射。对刀盘刀具进行磨损检测。

目前国内针对盾构机刀盘及刀具磨损监测做出了很多技术突破，但是用在实处的的寥寥无几，所面临的困难有：受刀具形式的限制、监测装置布置困难、数据受干扰导致数据可靠性不高等。因此需要采取一种盾构刀具磨损检测机构及方法合理且准确的形式来判断盾构刀圈磨损。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盾构刀具磨损检测机构及方法，至少以解决上述背景技术中提出的问题之一。

本发明的技术方案是：

一种盾构刀具磨损检测机构，包括：

滚刀，所述滚刀包括刀轴、刀毂和刀圈；

磨损检测机构，所述磨损检测机构包括油缸，所述油缸内置行程传感器，所述油缸前端安装有检测头，所述油缸与所述滚刀之间有间隙，所述油缸带动检测头在所述油缸轴向上进行往复运动，所述检测头伸出时与滚刀刀圈外表面相接触，所述行程传感器用于检测所述检测头的行程。

进一步地，还包括刀盘和多个刀箱，多个所述刀箱固定在刀盘上，所述滚刀和所述磨损检测机构均位于所述刀箱内，所述滚刀刀轴与刀箱连接。

进一步地，还包括转速检测机构，所述转速检测机构采用霍尔磁吸接近开关，所述霍尔磁吸接近开关包括无线发射模块和无线接收模块，所述无线发射模块设置在所述刀毂靠近刀箱的侧壁上，所述无线接收模块设置在所述刀箱靠近所述刀毂的内壁上。

进一步地，还包括液压辅助系统和超挖刀泵站，所述液压辅助系统包括换向阀、第一管道和第二管道，所述超挖刀泵站处装有单控油路，所述单控油路通过所述第一管道和第二管道磨损检测机构相连通。

进一步地，所述油缸上开设有进油口和出油口，所述单控油路一端通过第一管道与所述进油口连接，另一端通过第二管道与所述出油口连接。

进一步地，还包括电气辅助系统，所述电气辅助系统采用PLC控制，所述PLC与所述转速检测机构以及行程传感器电连接。

进一步地，还包括显示装置，所述PLC接收到所述转速检测机构以及行程传感器传输的模拟信号，经过PLC换算处理成数字信号发送至显示装置。

进一步地，所述显示装置为显示屏或者手机。

进一步地，所述检测头收回时与所述滚刀之间的间隙为2cm-3cm。

一种盾构刀具磨损检测方法，采用权利要求1-9任一项所述的盾构刀具磨损检测机构进行检测，检测方法包括如下步骤：

S1、停止滚刀工作；

S2、检测头自油缸油腔内伸出，检测头接触滚刀刀圈面，行程传感器检测检测头的行程；

S3、行程传感器将行程模拟信号传输至PLC，PLC将所述行程模拟信号与所述滚刀原始数据做对比得出滚刀磨损数据，PLC将滚刀磨损数据换算处理成数字信号发送至显示装置；

S4、工作人员根据磨损数据判断是否需做开仓换刀工作；

S5、启动滚刀；

S6、转速检测机构检测滚刀转速；

S7、转速检测机构将转速模拟信号传输至PLC，PLC将所述转速模拟信号换算处理成数字信号发送至显示装置；

S8、工作人员根据滚刀转速判断是否需做开仓换刀工作。

本发明通过改进在此提供一种盾构刀具磨损检测机构及方法，与现有技术相比，至少具有如下改进及优点之一：

本发明通过在油缸前端安装检测头，在油缸内部设置行程传感器，通过油缸带动检测头伸出与滚刀刀圈外表面接触，利用行程传感器检测检测头伸出的行程，即利用行程传感器检测检测头与刀圈之间的间距，依此确定刀圈的磨损情况。通过在油缸前端安装检测头，在油缸内部设置行程传感器，也就是在滚刀外部安装传感器，相比于在滚刀内部开孔放置传感器可以避免破坏滚刀结构，在滚刀外部安装传感器可以避免对滚刀进行开孔，不会因滚刀的震动摩擦等因素使得数据受干扰而导致数据可靠性不高，在精确检测刀滚刀磨损程度的同时，减少了对滚刀结构的破坏性影响，不会影响滚刀的正常使用寿命和性能。无需对滚刀进行结构改造或加工，减少了材料和加工的成本。同时，传感器的维护和更换也更加简便，减少了维修和更换的成本，增加了检测的准确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释：

图1是本发明所述盾构刀具磨损检测机构的结构示意图；

图2是本发明所述盾构刀具磨损检测机构的部分结构示意图；

图3是本发明所述盾构刀具磨损检测机构另一角度的结构示意图；

图4是本发明所述电气辅助系统的结构示意图；

图5是本发明所述液压辅助系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、滚刀；11、刀轴；12、刀毂；13、刀圈；21、油缸；22、行程传感器；

211、检测头；3、刀盘；4、刀箱；212、进油口；213、出油口；51、无线发射模块；52、无线接收模块；6、超挖刀泵站；73、换向阀、71、第一管道；72、第二管道；8、PLC；9、显示装置。

具体实施方式

下面对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明通过改进在此提供一种盾构刀具磨损检测机构及方法，本发明的技术方案是：

参见图1所示，一种盾构刀具磨损检测机构，包括：滚刀1、磨损检测机构、转速检测机构、液压辅助系统、超挖刀泵站6、电气辅助系统和显示装置9。

参见图1、图4所示，还包括刀盘3和多个刀箱4，多个所述刀箱4固定在刀盘3上，所述滚刀1和所述磨损检测机构均位于所述刀箱4内，所述滚刀1刀轴11与刀箱4连接。所述滚刀1包括刀轴11、刀毂12和刀圈13。所述刀箱4内还可设置有刀座，所述刀轴11与刀座转动连接。所述滚刀1等刀具设置在刀盘3上，利用刀盘3上的各种刀具，在需要挖掘的隧道上切削土体，同时可以完成一些辅助性的工作，如填筑路面、夯实地面等。滚刀1等各种刀具安装在刀箱4内，刀箱4可以保护刀具不受外界环境的影响，同时方便更换和维修刀具。刀箱4还具有冷却和润滑刀具的功能，可以降低刀具的温度，减少磨损，延长刀具的使用寿命。

现有技术中，大多在滚刀1内部开孔，将传感器置于滚刀1内部。可以理解的是，在滚刀1内部开孔放置传感器会对滚刀1结构产生破坏性影响，会影响滚刀1的正常使用寿命和性能。因传感器设置在所述滚刀1内部，一方面因摩擦、振动、冲击等因素导致的传感器损坏或失效的可能性大大增加，传感器的可靠性和稳定性降低。当传感器发生故障时，除非破坏滚刀1结构，否则无法将传感器取出进行更换或维修，使得传感器的维护和更换十分不方便。另一方面在滚刀1内部安装传感器，滚刀1对传感器的摩擦、振动、冲击等因素会影响传感器测量的准确性。由于传感器受滚刀1内部环境的影响，不能够更精确地获取所需的数据，测量的精度和准确性降低。参照图2所示，因此本发明所述磨损检测机构包括油缸21，所述油缸21内置行程传感器22，所述油缸21前端安装有检测头211，所述油缸21与所述滚刀1之间有间隙，所述油缸21带动检测头211在所述油缸21轴向上进行往复运动，所述检测头211伸出时与滚刀1刀圈13外表面相接触，所述行程传感器22用于检测所述检测头211的行程。

使用时，通过油缸21带动检测头211伸出与滚刀1刀圈13外表面接触，利用行程传感器22检测检测头211伸出的行程，即利用行程传感器22检测检测头211与刀圈13之间的间距，依此确定刀圈13的磨损情况。利用行程传感器22检测检测头211伸出的行程而确定滚刀1的磨损情况，而不是在滚刀1内部安装传感器。在滚刀1外部安装行程传感器22可以避免对滚刀1进行开孔，减少了对滚刀1结构的破坏性影响，不会影响滚刀1的正常使用寿命和性能。还可以降低成本，无需对滚刀1进行结构改造或加工，减少了材料和加工的成本。同时，传感器的维护和更换也更加简便，减少了维修和更换的成本。

在一些实施例中，所述行程传感器22可以采用本领域技术人员公知的传感器型号，例如：型号为GBF050P02A010的MILONT(米兰特)行程传感器22，此行程传感器22测量时，传感器电子仓的电子部件产生电流脉冲，此电流产生磁场沿波导丝运动。在传感器测杆上的可移动磁环同时也产生一个磁场。当电流产生的磁场与磁环产生的磁场相交时，波导丝产生磁致伸缩效应，产生一个应变脉冲，此脉冲以固定速度沿波导丝传回并被测量元件检出，通过测定电流脉冲与应变脉冲之间的时间便可以精确地确定磁环的位置(位移)。以实现行程传感器22的行程测量功能。

在一些实施例中，为了防止滚刀1在运行期间破坏检测头211，对检测头211造成磨损，导致检测头211的检测结果不准确。所述检测头211收回时与所述滚刀1之间的间隙为2cm-3cm。防止滚刀1在运行期间把圆形检测头211破坏掉。且所述磨损检测机构与刀盘3运行系统为互锁形式，滚刀1在工作期间，为了防止滚刀1的转动对检测头211造成磨损，所以此时磨损检测装置机构将检测不了滚刀1刀圈13磨损，须刀盘3和滚刀1处于静态下，油缸21行程磨损检测装置才可正常运行。

参见图3所示，所述转速检测机构采用霍尔磁吸接近开关霍尔磁吸接近开关可以在不同的环境条件下可靠地工作，例如高温、低温、强磁场、高湿度等恶劣环境，因此可以在盾构机工作环境内有效检测滚刀1刀圈13旋转圈速。，所述霍尔磁吸接近开关包括无线发射模块51和无线接收模块52，所述无线接收模块52设置在所述刀箱4靠近所述刀毂12的内壁上，外接DC24V电源；所述无线发射模块51设置在所述刀毂12靠近刀箱4的侧壁上，尺寸为φ5*2.5mm，不影响刀毂12结构；利用无线电磁波传输信号，传输距离可为1.5cm-2cm；无线电磁波信号经过特殊处理，不受金属材质影响。有效检测滚刀1刀圈13旋转圈速。

参见图5所示，所述液压辅助系统包括换向阀73、第一管道71和第二管道72，所述超挖刀泵站6处装有单控油路，所述单控油路通过所述第一管道71和第二管道72磨损检测机构相连通。参见图2所示，所述油缸21上开设有进油口212和出油口213，所述单控油路一端通过第一管道71与所述进油口212连接，另一端通过第二管道72与所述出油口213连接。在盾构机中，油站是盾构机的润滑系统的核心部分，其主要作用是为盾构机提供润滑油。通过油站，润滑油可以被输送到盾构机各个关键部位，如刀盘3、刀盘3轴承、推进缸等，从而减少机械部件的磨损和摩擦，延长机械设备的使用寿命。油路是盾构机润滑系统的管道网络，用于将润滑油从油站输送到盾构机的各个部位。在所述超挖刀泵站6处加装一路单控油路，一端通过第一管道71与所述进油口212连接，另一端通过第二管道72与所述出油口213连接，用于对刀盘3结构进行润滑。油路以及第一管道71和第二管道72需要具备良好的密封性和稳定性，以确保润滑油能够顺利地流动到需要润滑的部位，并且不会泄漏。油路还可以具备一定的冷却功能，以保持润滑油的合适温度，防止过热造成设备故障。

参见图4所示，所述电气辅助系统采用PLC8控制，所述PLC8与所述转速检测机构以及行程传感器22电连接。所述PLC8接收到所述转速检测机构以及行程传感器22传输的模拟信号，经过PLC8换算处理成数字信号发送至显示装置9。所述显示装置9为显示屏或者手机。显示屏安装在盾构操作室，方便操作人员快速查看刀具使用情况。显示屏可连接地面电脑，也可通过APP+物联网实现远程手机端查看。通过PLC8将整个盾构机的刀具的现场数据集中在显示屏上显示，方便观察、自动记录。在出厂前就已把刀具数据记录在PLC8系统里面，滚刀1刀具出现任何磨损或者损坏的情况，都能在显示屏精准查看刀具位置，并做出相应解决方案。

一种盾构刀具磨损检测方法，采用权利要求1-9任一项所述的盾构刀具磨损检测机构进行检测，检测方法包括如下步骤：

S1、停止滚刀1工作；

S2、检测头211自油缸21油腔内伸出，检测头211接触滚刀1刀圈13面，行程传感器22检测检测头211的行程；

S3、行程传感器22将行程模拟信号传输至PLC8，PLC8将所述行程模拟信号与所述滚刀1原始数据做对比得出滚刀1磨损数据，PLC8将滚刀1磨损数据换算处理成数字信号发送至显示装置9；

S4、工作人员根据磨损数据判断是否需做开仓换刀工作；

S5、启动滚刀1；

S6、转速检测机构检测滚刀1转速；

S7、转速检测机构将转速模拟信号传输至PLC8，PLC8将所述转速模拟信号换算处理成数字信号发送至显示装置9；

S8、工作人员根据滚刀1转速判断是否需做开仓换刀工作。

采用本实施例所述的盾构刀具磨损检测方法对刀具的磨损情况进行检测，可以避免对滚刀1进行开孔，减少了对滚刀1结构的破坏性影响，不会影响滚刀1的正常使用寿命和性能。还可以降低成本，无需对滚刀1进行结构改造或加工，减少了材料和加工的成本。同时，传感器的维护和更换也更加简便，减少了维修和更换的成本。检测精度以及检测数据的准确度也因此提高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。