[發明專利]一種TBM滾刀損耗狀態實時監測裝置及方法

有效

• 申請號: 201911302114.0
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN110987155B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 薛翊國;公惠民;邱道宏;李廣坤;韓敏
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06;G01H1/00;G01B7/16
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本申請公開了提供一種TBM滾刀損耗狀態實時監測裝置及方法，包括數據采集及發送模塊、損耗感知模塊和處理器，所述的損耗感知模塊包括簧片和應變片，所述應變片貼敷在簧片上，所述簧片一端固定，另一端抵壓在滾刀上形成弧形，簧片抵壓在滾刀上的一端用于接受滾刀作用產生振動，所述數據采集及發送模塊通過應變片測取簧片的振動信號并發送至處理器，所述處理器接收振動數據并與滾刀損耗狀態振動信號數據庫進行比對，用于判斷滾刀的損耗狀態，能夠在不改變刀盤結構、不停機的基礎上，在TBM工作狀態下，對滾刀的多種損耗形式進行有效的實時監測，并避免了滾刀粘附巖渣對監測的影響。

技術領域

本申請涉及一種TBM滾刀損耗狀態實時監測裝置及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

近年來，隧道掘進機 (TBM) 在隧道工程中廣泛使用，其中，滾刀作為TBM破巖的主要部件，其損耗狀態直接關系著掘進效率、施工質量、施工安全，因此滾刀的損耗狀態一直是TBM隧道施工技術人員在施工中關注的重點之一。

滾刀的損耗狀態可以分為兩種：正常損耗及非正常損耗。正常損耗指滾刀的刀圈逐漸磨損，直至磨損至極限狀態而無法繼續使用；非正常損耗主要包括刀圈開裂、刀圈偏磨、刀圈解體、刀圈卷刃及崩刃等形式。

發明人發現，目前，為監測滾刀的損耗狀態，國內外學者提出了很多監測手段，主要包括添加異味添加劑、增設液壓傳感系統、預設線圈等一類需要對滾刀及刀盤結構進行改造的方法，此類方法的問題在于，需要對滾刀及刀盤結構進行改造，影響滾刀自身破巖能力的同時，實施難度較大，且難以推廣；另外一類方法為使用聲波、紅外線或激光監測等手段對滾刀的損耗狀態進行直接測量，此類方法容易受到滾刀上粘附巖渣及地下水的干擾影響，影響測量結果，且很難監測到刀圈卷刃、刀圈崩刃等滾刀的非正常損耗；上述手段都難以滿足現有的對TBM滾刀損耗狀態實時掌握的需求。

發明內容

本申請的目的是針對現有技術存在的缺陷，提供一種TBM滾刀損耗狀態實時監測裝置及方法，能夠在不改變刀盤結構、不停機的基礎上，在TBM工作狀態下，對滾刀的多種損耗形式進行有效的實時監測，并避免了滾刀粘附巖渣對監測的影響，本發明結構簡單、易于安裝。

本申請的第一目的是提供一種TBM滾刀損耗狀態實時監測裝置，采用以下技術方案：

包括數據采集及發送模塊、損耗感知模塊和處理器，所述的損耗感知模塊包括簧片和應變片，所述應變片貼敷在簧片上，所述簧片一端固定，另一端抵壓在滾刀上形成弧形，簧片抵壓在滾刀上的一端用于接受滾刀作用產生振動，所述數據采集及發送模塊通過應變片測取簧片的振動信號并發送至處理器，所述處理器接收振動數據并與滾刀損耗狀態振動信號數據庫進行比對，用于判斷滾刀的損耗狀態。

進一步地，所述損耗感知模塊還包括保護外殼，所述保護外殼套設在簧片外部，使簧片抵壓在滾刀上的一端露出，用于隔離外部環境對簧片的干涉。

進一步地，所述損耗感知模塊有至少有四個，對稱安裝在滾刀的兩側，位于滾刀同側的簧片對應抵壓在滾刀刀圈的不同位置，用于采集滾刀刀圈不同位置處的振動信號。

進一步地，所述保護外殼靠近滾刀的一端設有柔性段，所述柔性段端部與對應滾刀處的形狀相吻合，其留有間隙。

進一步地，所述應變片通過應變膠粘結在簧片上，每個簧片的正反兩面各貼有至少兩個應變片。

進一步地，還包括滾刀清潔模塊，所述滾刀清潔模塊包括排刷和導渣擋板，所述排刷與滾刀配合，用于清理滾刀上的粘附巖渣，所述導渣擋板安裝在排刷上，與滾刀刀圈呈夾角設置，用于阻擋外部環境對簧片的碰撞干涉。

本申請的第二發明目的是提供一種TBM滾刀損耗狀態實時監測方法，利用如上任一項所述的TBM滾刀損耗狀態實時監測裝置，包括以下步驟：