[發明專利]在線檢測全斷面硬地質掘進機滾刀受力的裝置

有效

• 申請號: 201310755077.5
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103698075A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 侯振德;岳澄;陳超;亢一瀾;蔡宗熙
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張金亭

技術領域

本發明屬于大型機械施工設備，具體涉及一種對全斷面硬巖掘進機所用的滾刀受力和磨損進行監測的裝置。

背景技術

TBM是全斷面硬地質掘進機的英文縮寫，包括硬巖掘進機和復合盾構掘進機等，前者主要用于巖石地質結構的隧道、涵洞等地下交通工程建設；后者主要用于掘進既有土質又有巖石的地質。硬巖掘進機的刀盤上裝有滾刀；復合盾構掘進機的刀盤上既有刮刀又有滾刀。為敘述方便在下文中將硬巖掘進機和復合盾構掘進機統稱為掘進機。掘進機在推進力的作用下，滾刀緊壓巖面，隨著刀盤的旋轉，滾刀將巖石碾碎，也稱為破巖，從而使隧道全斷面一次成型。在破巖過程中，滾刀的受力很大，這是破巖所必須的。由此所產生的結果是滾刀易損壞。表現為滾刀結構損壞而失去破巖功能。損壞的形式分為兩種，一種是構件斷裂，另一種是可旋轉的刀刃（也稱刀圈）發生弦磨導致無法轉動而失去破巖功能。因此，在線測量滾刀在工作時的受力，進而調整工作方式有助于減少損壞。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種在線檢測全斷面硬地質掘進機滾刀受力的裝置。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種在線檢測全斷面硬地質掘進機滾刀受力的裝置，包括刀具中心軸的軸端支撐結構、用于檢測滾刀受力的傳感器、信號放大器、發射天線、信號接收裝置和監測計算機；

所述刀具中心軸的軸端支撐結構包括所述刀具中心軸的軸端結構、支撐楔塊和鎖緊楔塊；所述刀具中心軸的軸端結構包括一底部平面、一側立面和一側斜面，所述側斜面和所述側立面分設在所述刀具中心軸的軸端兩側；所述支撐楔塊設有與所述刀具中心軸的軸端結構適配的底部支撐平面、側部支撐立面和側部開口；在刀架上設有楔嵌槽，所述支撐楔塊安裝在所述楔嵌槽內，所述刀具中心軸的軸端被支承在所述支撐楔塊內，所述鎖緊楔塊壓在所述刀具中心軸的側斜面上，并與所述刀架固接；所述支撐楔塊被刀具中心軸和所述鎖緊楔塊壓緊固定在所述楔嵌槽內；

所述支撐楔塊設有兩個端面，一個端面朝向刀刃，另一個端面背向刀刃，在所述支撐楔塊的兩個端面設有一一相對的電阻應變片；在所述支撐楔塊的每個端面上設有貼片凹槽，在所述貼片凹槽內設有兩個矩形貼片區，一個是下部貼片區，另一個是側部貼片區；在每個所述貼片區內設有兩組電阻應變片，每組電阻應變片由一橫一縱設置的兩個電阻應變片組成；每個貼片區內的兩個橫置電阻應變片串聯形成橫向片，兩個縱置電阻應變片串聯形成縱向片，連接同一端面上的所述橫向片和所述縱向片形成兩相鄰橋臂，連接兩個端面上相對的所述橫向片和縱向片分別形成相對橋臂，相對的兩個貼片區內的電阻應變片相連形成一電橋電路，所述電橋電路設有供電線和輸出線，每個所述電橋電路構成一所述傳感器；

所述信號放大器接收所述傳感器的信號，所述發射天線接收所述信號放大器的信號，所述信號接收裝置接收所述發射天線的信號，所述監測計算機接收所述信號接收裝置的信號。

所述側部貼片區的中心到所述側部支撐立面的距離為該中心部位支撐楔塊厚度的0.3-0.4倍，所述側部貼片區的中心位于所述側部支撐立面接觸部分的水平平分面內；所述下部貼片區的中心到所述底部支撐平面的距離為該中心部位支撐楔塊厚度的0.3-0.4倍，所述下部貼片區的中心相對所述底部支撐平面接觸部分的垂直平分面向所述側部開口方向偏離0.2-0.3倍的底部支撐平面的長度。

所述矩形貼片區的寬度為3-6mm，所述矩形貼片區的長度為所述側立面的長度的0.25-0.4倍或所述底部平面的長度的0.25-0.4倍。

支撐楔塊朝向刀刃的端面上設有與其固接的保護蓋板。

本發明具有的優點和積極效果是：利用支撐楔塊作為彈性體，通過在彈性體上粘貼電阻應變片形成用于檢測滾刀受力的傳感器，當掘進機工作時，傳感器可在線檢測滾刀刀刃所承受的三個方向的受力，據此可以調整掘進操作方案，延長刀具使用壽命，以取得好的掘進效率。還可識別是否發生弦磨，及時掌握滾刀的工作狀態，如發生刀刃弦磨可及時換刀具保證掘進效率。

附圖說明

圖1為掘進機刀盤上滾刀安裝的示意簡圖；

圖2為滾刀安裝結構的側向簡圖；

圖3為滾刀安裝結構的正向結構簡圖；

圖4為圖3的A-A向視圖；

圖5為圖4的局部放大圖；

圖6為本發明在朝向刀刃端面上的結構簡圖；

圖7為本發明在背向刀刃端面上的結構簡圖；

圖8為支撐楔塊側部應變片組成橋式電路的原理示意圖；