[發(fā)明專利]一種復合式滾刀三向力測力結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910315087.4
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110006564B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設計）人: 陳饋;孫振川;張兵;李鳳遠;王利明;陳瑞祥;翟乾智
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道局集團有限公司;盾構及掘進技術國家重點實驗室
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L5/16;E21D9/087
• 代理公司: 鄭州浩翔專利代理事務所(特殊普通合伙) 41149
• 代理人: 靳錦;邊延松

本發(fā)明公開了一種復合式滾刀三向力測力結構，包括大刀箱組件、復合式測力傳感器組件、小刀箱組件和滾刀組件；所述小刀箱組件通過兩個三分量力傳感器安裝于所述大刀箱箱體內；所述兩個三分量力傳感器和設置在小刀箱箱體上的三組光纖光柵傳感器共同構成復合式測力傳感器組件，用于精確測量滾刀的垂直力、滾動力和側向力。

技術領域

本發(fā)明涉及一種滾刀三向力測力結構，特別涉及一種用于滾刀巖機相互作用實驗平臺的復合式滾刀三向力測力結構。

背景技術

全斷面隧道掘進機（TBM）是隧道開挖的先進工程裝備，滾刀是盾構機在掘進過程中破碎巖石的重要工具，其破巖效率直接影響了盾構機的掘進速度。盾構機在掘進過程中會遇到各種不同的地質條件、不同性質的巖石，刀具的受力性質變化劇烈，對刀具的設計提出了很高的要求。利用滾刀巖機相互作用實驗平臺研究滾刀的破巖機理、結構形式和破巖力學預測模型對改進滾刀的設計，提高滾刀使用壽命，優(yōu)化滾刀在刀盤上的布置，從而實現(xiàn)高效的隧道掘進具有重要的意義。

為了精確研究滾刀破巖機理，在滾刀巖機相互作用實驗平臺中，準確測量滾刀所受的垂直力、滾動力和側向力（即三向力）的相關結構是實驗平臺的重要組成部分，對于實驗平臺中滾刀的三向力測力結構，已經有很多現(xiàn)有技術：

申請?zhí)枮镃N201721877374.7的專利公開了一種測量三自由度滾刀破巖及磨損的實驗裝置，其中滾刀安裝于工作臺的刀箱下方，三軸力傳感器安裝于安裝于刀箱上方，通過此結構實現(xiàn)對滾刀三向力的測量。此專利中，三軸力傳感器位于滾刀上方安裝，與滾刀之間距離過大，增長的彎矩直接導致測量誤差被放大，不能準確反映滾刀受力情況。

申請?zhí)枮镃N201611005215.8的專利公開了一種梁式結構的TBM實驗臺用滾刀三向力測量刀架，安裝架通過對稱布置4根矩形柱梁與刀架構成一體，應變電阻片組A、B、C分別分別粘結在四根柱梁的不同側面上，均通過形成電橋的方式分別測量出滾刀所受的滾動力、側向力和垂直力的大小。此專利中，雖然克服了不必要的增長彎矩造成的測量誤差，但是因為應變電阻片與柱梁難以很好的結合、應變電阻片焊點易脫落，前期標定步驟復雜等原因，該方案存在使用壽命短，易損壞，且操作復雜等缺點。

發(fā)明內容

光纖光柵傳感器已經作為一種力學傳感器廣泛使用，其是光柵經激光刻寫于細微的單模光纖纖芯中，使用寬帶光入射于光纖內作為信號光源，光纖光柵反射特定波長的光信號，被反射回的光信號為峰狀光譜，當刻有光柵的光纖受到軸向應變作用時，該反射光譜會產生漂移，通過檢測此漂移量即可監(jiān)測軸向應力的大小。光柵以細微的光纖為載體，體積小，質量輕，不受電磁干擾的影響，穩(wěn)定性強，測量精度高。

為了克服上述現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明的滾刀三向力測力結構將三分量力傳感器和光纖光柵傳感器組成復合式三向力測力結構，發(fā)明內容具體如下：

本發(fā)明的測力結構包括大刀箱組件、復合式測力傳感器組件、小刀箱組件和滾刀組件；所述大刀箱組件包括呈長方體形的大刀箱箱體，所述大刀箱箱體包括四個周側面，所述大刀箱箱體內部兩側設置有兩個用于安裝三分量力傳感器的傳感器安裝板，所述傳感器安裝板上設置有螺釘安裝孔，所述三分量力傳感器數(shù)量為兩個且為圓柱形，其圓柱形的頂面通過內六角螺釘固定安裝于所述傳感器安裝板上；所述小刀箱組件通過所述三分量力傳感器安裝于所述大刀箱箱體內，所述滾刀組件安裝于所述小刀箱箱體上；所述小刀箱組件包括呈長方體形的小刀箱箱體，所述小刀箱箱體包括四個周側面和頂面；所述小刀箱箱體長度較短的兩個周側面上安裝有用于測量滾刀的垂直力的第一組光纖光柵傳感器；所述小刀箱箱體的頂面上安裝有用于測量滾刀滾動力的第二組光纖光柵傳感器和用于測量滾刀側向力的第三組光纖光柵傳感器；所述兩個三分量力傳感器和所述三組光纖光柵傳感器共同構成復合式測力傳感器組件，用于精確測量滾刀的垂直力、滾動力和側向力。