[發(fā)明專利]一種盾構(gòu)刀具磨損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910383490.0
• 申請(qǐng)日: 2019-05-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110017147A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝強(qiáng);葉至盛;祝全兵;曹明偉;宋立平;張哲寧;楊軍;王波;周建輝;焦瑞鋒;李霄;聶華;楊春燦;黃超;張軍偉;曾旭濤;李翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電建集團(tuán)鐵路建設(shè)有限公司;中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司;中電建成都建設(shè)投資有限公司
• 主分類號(hào): E21D9/087
• 分類號(hào): E21D9/087;E21F17/18;G01B17/02
• 代理公司: 成都惠迪專利事務(wù)所(普通合伙) 51215
• 代理人: 王建國(guó)

一種盾構(gòu)刀具磨損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)刀具的磨損量，對(duì)刀具失效進(jìn)行有效監(jiān)控，準(zhǔn)確掌握換刀時(shí)機(jī)，避免引起工程延誤和成本劇增。包括超聲波側(cè)厚裝置、掘進(jìn)參數(shù)采集模塊、磨損數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線通信模塊、上位機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊；超聲波側(cè)厚裝置固定安裝在切刀、滾刀側(cè)，按預(yù)定間隔時(shí)間測(cè)量切刀和滾刀實(shí)時(shí)刀具厚度。實(shí)時(shí)刀具厚度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送至磨損數(shù)據(jù)采集模塊，由原始刀具厚度減去實(shí)時(shí)刀具厚度得到實(shí)時(shí)刀具磨損數(shù)據(jù)，同時(shí)由掘進(jìn)參數(shù)采集模塊采集動(dòng)態(tài)掘進(jìn)參數(shù)。實(shí)時(shí)刀具磨損數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)掘進(jìn)參數(shù)由數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行降噪處理后，按預(yù)定間隔時(shí)間由無(wú)線通信模塊傳送至上位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)刀具磨損數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析結(jié)果通過(guò)無(wú)線通信模塊傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)刀具磨損量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及盾構(gòu)設(shè)備，尤其涉及一種盾構(gòu)刀具磨損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)

隨著土地資源的緊缺，地下空間日益被世界各國(guó)重視并進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，由于地下空間利用前景廣闊且資源豐富，因此被當(dāng)成一種新的國(guó)土資源。掘進(jìn)機(jī)法是專用于長(zhǎng)大險(xiǎn)道開(kāi)挖的現(xiàn)代化施工方法，該方法具有掘進(jìn)速率高、施工質(zhì)量好、安全系數(shù)高、對(duì)環(huán)境破壞小同時(shí)能降低施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今越來(lái)越被重視和釆用。

盾構(gòu)刀具所用的刀圈為整體結(jié)構(gòu)，它直接與巖石接觸，是刀盤(pán)系統(tǒng)乃至總機(jī)集成中最重要的零部件之一。由于滾刀的損壞必須在施工中停機(jī)換刀，而換刀消耗工時(shí)長(zhǎng)，勞動(dòng)消耗大，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。同時(shí)刀具損壞后若不及時(shí)更換，不僅會(huì)大大降低掘進(jìn)效率甚至造成刀盤(pán)損壞，使工期延誤加長(zhǎng)、花費(fèi)的維修換刀費(fèi)用顯著增加，大量工程案例表明，在隧道開(kāi)挖工程中必須對(duì)刀具進(jìn)行定期檢查維護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)損壞時(shí)需進(jìn)行更換，由此花費(fèi)的時(shí)間通常為總作業(yè)時(shí)間的30％～40％左右。在實(shí)際的掘進(jìn)施工過(guò)程中盤(pán)形滾刀的損壞形式有軸承損壞、刀圈偏磨等，而正常磨損是滾刀損壞的主要原因，占滾刀損壞的一半以上。

目前施工中換刀主要還是憑借經(jīng)驗(yàn)，這有很大的不穩(wěn)定因素。現(xiàn)有的盾構(gòu)刀具檢測(cè)對(duì)磨損的檢測(cè)方法單一，無(wú)法同時(shí)對(duì)盾構(gòu)刀具磨損量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和進(jìn)一步預(yù)測(cè)；通過(guò)單種方法進(jìn)行磨損量的計(jì)算可信度也不夠高；在每個(gè)刀具上均安裝對(duì)應(yīng)的超聲波測(cè)厚裝置雖然可以保證實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)刀具磨損狀況，但會(huì)增加大量工程造價(jià)，且有可能導(dǎo)致大量測(cè)厚裝置無(wú)法重復(fù)使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種盾構(gòu)刀具磨損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)刀具的磨損量，對(duì)刀具失效進(jìn)行有效監(jiān)控，準(zhǔn)確掌握換刀時(shí)機(jī)，避免引起工程延誤和成本劇增。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的一種盾構(gòu)刀具磨損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是：包括超聲波側(cè)厚裝置、掘進(jìn)參數(shù)采集模塊、磨損數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線通信模塊、上位機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊；所述超聲波側(cè)厚裝置固定安裝在切刀、滾刀側(cè)，按預(yù)定間隔時(shí)間測(cè)量切刀和滾刀實(shí)時(shí)刀具厚度；實(shí)時(shí)刀具厚度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送至磨損數(shù)據(jù)采集模塊，由原始刀具厚度減去實(shí)時(shí)刀具厚度得到實(shí)時(shí)刀具磨損數(shù)據(jù)，同時(shí)由掘進(jìn)參數(shù)采集模塊采集動(dòng)態(tài)掘進(jìn)參數(shù)；實(shí)時(shí)刀具磨損數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)掘進(jìn)參數(shù)由數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行降噪處理后，按預(yù)定間隔時(shí)間由無(wú)線通信模塊傳送至上位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)刀具磨損數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析結(jié)果通過(guò)無(wú)線通信模塊傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)刀具磨損量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供采用上述盾構(gòu)刀具磨損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，該方法包括如下步驟：

①運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由超聲波側(cè)厚裝置采集實(shí)時(shí)刀具厚度數(shù)據(jù)，掘進(jìn)參數(shù)采集模塊采集動(dòng)態(tài)掘進(jìn)參數(shù)，實(shí)時(shí)刀具厚度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送至磨損數(shù)據(jù)采集模塊得到刀具磨損數(shù)據(jù)，刀具磨損數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)掘進(jìn)參數(shù)由數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行降噪處理；

②數(shù)據(jù)處理，降噪處理后的刀具磨損數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)掘進(jìn)參數(shù)通過(guò)無(wú)線通信模塊傳送至上位機(jī)，由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行同步存儲(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行回歸分析和磨損經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，得出不同刀位磨損預(yù)測(cè)值、預(yù)測(cè)掘進(jìn)速度-實(shí)際掘進(jìn)速度偏差值；