[發明專利]一種掘進機刀盤盤形滾刀群體運行狀態監測系統和方法

有效

• 申請號: 201310030157.4
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103226151A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 譚青;朱震寰;夏毅敏;謝呂堅;張魁;易念恩;朱逸
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01P3/00
• 分類號: G01P3/00;G01P3/49;G01N29/04;G01M13/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

技術領域

本發明涉及一種全斷面掘進機監測系統及方法，尤其涉及一種刀盤盤形滾刀群體運行狀態監控系統和方法。

背景技術

在鐵路、公路、調水等重大工程的長大隧道開挖中，掘進機使用的破巖工具尤其是盤形滾刀處于連續的磨損過程。掘進機刀盤安裝有多把相同或不同刀具，各個刀具的磨損狀態與其安裝位置及破巖過程（掘進中途更換新刀或刀具零件）有關。若該刀具群體中的單個發生嚴重磨損，則會影響其刀群整體性能（刀群整體破巖能力減弱），此時更換該單個刀具是有利的。上述目標的實現依賴于刀盤上每個刀具個體運行狀態的監測。因此從刀具個體運行狀態監測至刀具群整體運行狀態監測以及進行相應的控制（包括設計、施工、監測）是必要的。目前刀具個體的磨損狀態通過機器操縱者的視覺檢查來判斷。為此，必須停止機器（掘進機每日進行刀具檢修）。然后，工作人員進入開挖區用量具檢查每把刀具狀態。刀具的磨損狀態通過長度磨損和磨損形態的旋轉對稱來判斷。

CN202108517U公開了一種具有磨損指示功能的滾刀裝置，在該裝置中，通過在設置一個從盤形滾刀刀軸端部連通至刀刃的內腔，并將連接輸油系統。刀刃磨損會使內腔漏油導致輸油系統油壓下降，以此反映滾刀的磨損狀態。由于這種裝置刀刃開有內腔，會降低破巖性能。

CN10227896A公開了一種掘進機盤形滾刀磨損量預估計算方法，在該方法中通過測量盤形滾刀的加速度變化情況來得到盤形滾刀的旋轉頻率，建立了旋轉頻率與摩擦功之間的對應關系式，最終得到盤形滾刀加速度信號與磨損量之間的對應關系式。這種方法依賴與公式中能量磨損率數據的可靠性及準確性。

發明內容

本發明目的在于提供一種方法：借助傳感器獲得盤形滾刀個體的自轉速度，采用無線發射和接受滾刀自轉轉速信號存入微控制器中，再上傳到計算機上進行存儲分析。通過該方法可以實現監測掘進機掘進過程中盤形滾刀個體的運轉狀態及刀具群體運行狀態的功能。

這個目的通過下列技術方案來實現，一種掘進機刀盤盤形滾刀群體運行狀態監測系統，包括用于檢測滾刀轉速的檢測探頭、前置器、無線發射裝置、信號接收裝置、掘進機PLC控制系統和觸摸屏，所述的檢測探頭安裝于盤形滾刀刀軸內，檢測探頭、前置器、無線發射裝置依次通信連接，無線發射裝置通過無線方式與信號接收裝置通信連接，所述的信號接收裝置、掘進機PLC控制系統和觸摸屏依次通信連接。

所述的一種掘進機刀盤盤形滾刀群體運行狀態監測系統，所述的無線發射裝置包括發射裝置微控制器、發射裝置電源模塊及發射裝置射頻收發器，所述的發射裝置電源模塊為發射裝置微控制器供電，所述的發射裝置微控制器通信連接發射裝置射頻收發器，所述的發射裝置射頻收發器通過無線方式通信連接信號接收裝置，發射裝置微控制器通信連接前置器，所述的信號接收裝置包括接收裝置微控制器、接收裝置射頻收發器、接收裝置電源模塊和串口單元，所述的接收裝置電源模塊為接收裝置微控制器供電，所述的接收裝置微控制器分別通信連接接收裝置射頻收發器和串口單元，接收裝置射頻收發器通過無線方式通信連接無線發射裝置，串口單元通信連接掘進機PLC控制系統。

所述的一種掘進機刀盤盤形滾刀群體運行狀態監測系統，所述的檢測探頭為聲信號傳感器，所述盤形滾刀刀軸上開有徑向孔以及處于軸中心處的軸向孔，所述的徑向孔為階梯孔，階梯孔包括一個處在盤形滾刀刀軸徑向靠外部分的內徑較大的內螺紋孔及一個連接在內螺紋孔后的內徑較小光孔，信號傳感器固定于內螺紋孔內，連接于信號傳感器尾端的信號導出線穿過光孔，軸向孔和徑向孔在刀圈對應軸段中心處貫通，傳感器導線經由階梯孔、軸向孔引出至軸端，所述的盤形滾刀內部隔環沿徑向開有與內螺紋孔貫通的圓孔以便于傳感器安裝。

所述的一種掘進機刀盤盤形滾刀群體運行狀態監測系統，所述的檢測探頭為電渦流式傳感器，所述盤形滾刀刀軸上開有徑向孔以及處于軸中心處的軸向孔，所述的徑向孔為階梯孔，階梯孔包括一個處在盤形滾刀刀軸徑向靠外部分的內徑較大的內螺紋孔及一個連接在內螺紋孔后的內徑較小光孔，信號傳感器固定于內螺紋孔內，連接于信號傳感器尾端的信號導出線穿過光孔，軸向孔和徑向孔在刀圈對應軸段中心處貫通，傳感器導線經由階梯孔、軸向孔引出至軸端，所述的盤形滾刀內部隔環沿徑向開有與內螺紋孔貫通的圓孔以便于傳感器安裝，所述的刀榖內表面的凸臺表面開有多個均勻排列的齒，檢測探頭正對刀榖內表面的凸臺表面以在滾刀轉動時檢測齒的運動。

在實際運行中，當滾刀轉動時，刀榖內表面的凸臺表面上的齒和齒間會交替經過信號傳感器感應位置，從而獲得傳感信號。