[發明專利]一種刀箱變形監測與刀具異常磨損預警系統

有效

• 申請號: 202111315163.5
• 申請日: 2021-11-08
• 公開（公告）號: CN114017038B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 孫彰;何政樹;潘曉明;康瀟月;袁傳旭;何川;樊建軍;王士民;黃榮繼;羅人賓;劉萬倉;梁巖
• 申請（專利權）人: 深圳地鐵建設集團有限公司;西南交通大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/08;G01D21/02
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 楊浩林

本發明公開了一種刀箱變形監測與刀具異常磨損預警系統，包括頂部具有開口的刀箱和滾刀，滾刀的轉動軸與刀箱的連接處設置有壓電陶瓷基片，刀箱側壁上設置有用于檢測刀箱形變的光纖傳感系統，刀箱底部設置有光纖信號解調儀和信號無線發射裝置，信號無線發射裝置與后方監控系統電性連接，本方案中刀箱變形是由于刀具異常磨損、脫落導致，光纖傳感系統實時監測刀箱變形并傳遞至后方監控系統，進而分析刀具異常磨損或脫落情況，實現刀箱變形監測與刀具異常磨損預警功能。當刀箱出現變形速度加快或過度變形趨勢時，對刀具進行檢查和更換，避免因刀具過度磨損或脫落導致刀箱損壞，從而減少開倉時間，有效提升盾構掘進效率。

技術領域

本發明涉及盾構機刀具磨損測量技術領域，特別是涉及一種刀箱變形監測與刀具異常磨損預警系統。

背景技術

隨著我國城市化進程加快和盾構施工技術的不斷成熟，盾構法施工由于其高效、環保、安全等技術優勢，在我國城市地鐵隧道建設中被廣泛應用。滾刀作為盾構機掘進施工的重要組成部分，其破巖能力強弱直接影響盾構機掘進效率。然而，在硬巖、上軟下硬、砂卵石等地層中，滾刀與巖石長期摩擦、磕碰，將發生不同程度的磨損。特別是刀盤中心附近滾刀，其行走半徑較小，轉動所需的啟動扭矩偏大容易發生偏磨。當掌子面中心區域失去破巖能力后，掌子面反力集中分配在刀盤中心，中心滾刀承受較大反力，導致刀具、軸承崩裂和刀箱變形。

為保證盾構機正常掘進，定期開倉檢查刀具磨損情況、換刀尤為重要。然而，刀具的異常磨損將使開倉頻率增加，特別是滾刀發生嚴重偏磨、滾轉受限，進而導致刀箱損壞的情況，為更換刀箱、刀具，開倉作業時間將大幅增加，不僅延誤工期、增加資金投入，同時也增加了施工安全風險。為保證現場作業人員安全、盾構機掘進效率，需對關鍵位置刀具磨損情況及時掌控，防止刀具嚴重磨損、脫離，刀箱過度變形、損壞，降低開倉維修成本。目前，刀具、刀箱檢查主要通過定期開倉、人工檢查的手段，開倉時間主要根據刀具在不同地層磨耗標準和掘進參數而定，但該檢查方法存在一下兩點不足：

1.開倉檢查作為刀具、刀箱磨損程度判定的重要手段，能獲取直觀、較準確的判定結果，但存在影響工期、加大成本等不利影響。

2.若開倉時機出現誤判，刀具可能已發生嚴重磨損且數量較多，刀箱亦發生一定程度變形。刀具大量更換、刀箱修復，將使開倉作業時間增加，工期延誤；同時，換刀人員帶壓作業時間增長，安全風險亦一定程度增加。

3.由于不能對刀具破巖過程中的工作狀態進行動態評價，刀具判定磨損程度與實際程度易出現偏差，即刀具尚未達到使用極限而提前更換，刀具未能得到充分利用，增加不必要的開倉和換刀成本。

發明內容

針對現有技術中的上述問題，本發明提供了一種刀箱變形監測與刀具異常磨損預警系統，解決了現有技術中頻繁人工開倉檢查刀具磨損、刀箱變形，而造成工期延誤的問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

提供了一種刀箱變形監測與刀具異常磨損預警系統，其包括頂部具有開口的刀箱和設置在刀箱內的滾刀，滾刀包括兩側與刀箱的兩內側壁轉動連接的轉動軸和設置在轉動軸上的刀具，刀具部分位于刀箱開口的外部；

轉動軸與刀箱的連接處設置有壓電陶瓷基片；

刀箱側壁上設置有用于檢測刀箱形變的光纖傳感系統，刀箱底部設置有與光纖傳感系統電性連接的光纖信號解調儀，光纖信號解調儀通過導線與壓電陶瓷片電性連接；

刀箱底部的對角兩處均設置有一個與光纖信號解調儀電性連接的信號無線發射裝置，每個信號無線發射裝置均用于與后方監控系統電性連接。