[發(fā)明專利]掘進(jìn)機(jī)刀盤主驅(qū)動(dòng)螺栓狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011204294.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN112324448B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏毅敏;柯杰;吳遁;李軍武;麻成標(biāo);袁濤;寧波;梅勇兵;郭子濼;鄧志強(qiáng);暨智勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué);中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司
• 主分類號(hào): E21D9/08
• 分類號(hào): E21D9/08;E21D9/00;E21F17/18
• 代理公司: 長(zhǎng)沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 李喆

本發(fā)明提供了一種掘進(jìn)機(jī)刀盤主驅(qū)動(dòng)螺栓狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括：測(cè)量光纖、光纖旋轉(zhuǎn)接頭、連接光纖和布里淵時(shí)域反射分析儀；所述測(cè)量光纖的首端固定設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)刀盤法蘭上，所述測(cè)量光纖的中部依次穿設(shè)在所述掘進(jìn)機(jī)刀盤法蘭的每個(gè)連接螺栓上，所述測(cè)量光纖的尾部呈U型設(shè)置在所述掘進(jìn)機(jī)刀盤法蘭的溫度補(bǔ)償孔內(nèi)，所述測(cè)量光纖的末端通過所述光纖旋轉(zhuǎn)接頭連接所述連接光纖，所述連線光纖連通所述布里淵時(shí)域反射分析儀；本發(fā)明還提供了一種掘進(jìn)機(jī)刀盤主驅(qū)動(dòng)螺栓狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀盤主驅(qū)動(dòng)螺栓的應(yīng)變、應(yīng)力和受力情況，有利于判斷連接螺栓緊固情況和受擠壓情況，預(yù)防連接螺栓斷裂和疲勞破壞。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及掘進(jìn)機(jī)設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種掘進(jìn)機(jī)刀盤主驅(qū)動(dòng)螺栓狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

盾構(gòu)法因其高效、環(huán)保、擾動(dòng)小等等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于隧道施工建設(shè)，已逐漸成為一系列地下工程隧道開挖的首選工法。與之配套的掘進(jìn)機(jī)是一種集開挖、支護(hù)、襯砌等多種作業(yè)于一體的大型隧道施工機(jī)械，具有復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)。掘進(jìn)機(jī)通過推進(jìn)旋轉(zhuǎn)的刀盤與掌子面相互作用來切割土體，從而達(dá)到掘進(jìn)的目的。在這個(gè)過程中，由于掌子面各處地質(zhì)情況的不同會(huì)造成刀盤受力的不均勻，造成刀盤主驅(qū)動(dòng)螺栓的變形，加劇疲勞破壞。而目前，還沒有關(guān)于掘進(jìn)機(jī)刀盤主驅(qū)動(dòng)螺栓狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方法和裝置。

在關(guān)于螺栓狀態(tài)監(jiān)測(cè)的相關(guān)方法中，專利CN104089729B、CN107063648B、CN104964713A等等都將光纖光柵傳感器應(yīng)用于螺栓監(jiān)測(cè)中。光纖光柵的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)便、小巧，適用于尺寸不大的螺栓監(jiān)測(cè)。對(duì)于掘進(jìn)機(jī)刀盤主驅(qū)動(dòng)連接螺栓來說，可以選用尺寸略大于光纖光柵傳感器的分布式光纖傳感器，以期獲取連續(xù)、精確的數(shù)據(jù)。在這一方面，專利CN106989685A、CN106855446B等等將分布式光纖傳感器應(yīng)用于管片和隧道截面變形的監(jiān)測(cè)之中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種掘進(jìn)機(jī)刀盤主驅(qū)動(dòng)螺栓狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及檢測(cè)方法，其目的是為了解決刀盤連接螺栓的受力監(jiān)測(cè)問題，同時(shí)為更全面了解刀盤運(yùn)行狀態(tài)和受力提供參考。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種掘進(jìn)機(jī)刀盤主驅(qū)動(dòng)螺栓狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括：測(cè)量光纖、光纖旋轉(zhuǎn)接頭、連接光纖和布里淵時(shí)域反射分析儀；所述測(cè)量光纖的首端固定設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)刀盤法蘭上，所述測(cè)量光纖的中部依次穿設(shè)在所述掘進(jìn)機(jī)刀盤法蘭的每個(gè)連接螺栓上，所述測(cè)量光纖的尾部呈U型設(shè)置在所述掘進(jìn)機(jī)刀盤法蘭的溫度補(bǔ)償孔內(nèi)，所述測(cè)量光纖的末端通過所述光纖旋轉(zhuǎn)接頭連接所述連接光纖，所述連線光纖連通所述布里淵時(shí)域反射分析儀。

其中，所述連接螺栓的螺桿表面沿軸線方向開設(shè)有兩條凹槽，兩條所述凹槽相隔180°對(duì)稱設(shè)置，兩條所述凹槽貫通所述連接螺栓的頂部形成兩個(gè)通孔，所述測(cè)量光纖由一側(cè)的所述通孔和凹槽穿入固定，所述測(cè)量光纖由另一側(cè)的所述凹槽和通孔穿出。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了掘進(jìn)機(jī)刀盤主驅(qū)動(dòng)螺栓狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，應(yīng)用于上述掘進(jìn)機(jī)刀盤主驅(qū)動(dòng)螺栓狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括：

步驟一：獲取預(yù)緊力及其初始應(yīng)力，對(duì)刀盤主驅(qū)動(dòng)螺栓施加預(yù)緊力，通過測(cè)量得到初始應(yīng)力，并通過初始應(yīng)力計(jì)算預(yù)緊力；

步驟二：獲取連接螺栓周向溫度分布，通過設(shè)置在溫度補(bǔ)償孔內(nèi)的U型測(cè)量光纖段獲取掘進(jìn)機(jī)刀盤法蘭的溫度補(bǔ)償量，并通過溫度補(bǔ)償量計(jì)算連接螺栓周向溫度分布情況；

步驟三：監(jiān)測(cè)連接螺栓受力情況，根據(jù)步驟二獲取的溫度補(bǔ)償量獲取測(cè)量光纖沿線的應(yīng)變分布情況，根據(jù)應(yīng)變分布情況計(jì)算每個(gè)連接螺栓受力情況；

步驟四：判斷螺栓緊固狀態(tài)，根據(jù)步驟三獲取的每個(gè)連接螺栓的受力情況判斷螺栓是否緊固；

步驟五：判斷連接螺栓是否受到擠壓，監(jiān)測(cè)應(yīng)力沿測(cè)量光纖分布曲線中的每根連接螺栓對(duì)應(yīng)曲線段；若曲線段基本對(duì)稱，并且對(duì)應(yīng)連接螺栓的兩側(cè)應(yīng)變量波動(dòng)不大，則連接螺栓未受到擠壓；若曲線段失去對(duì)稱性，并且對(duì)應(yīng)連接螺栓的兩側(cè)應(yīng)變量波動(dòng)較大，則連接螺栓受到擠壓。