盾構/TBM滾刀磨損測量裝置及測量方法與流程

2023-11-07 18:31:47 2

本發明涉及隧道施工設備技術領域，具體涉及一種盾構/tbm滾刀磨損測量裝置及測量方法。

背景技術：

盾構機及tbm(全斷面隧道掘進機)作為重要的隧道施工設備，被廣泛應用於鐵路隧道、城市軌道等工程中。盾構機及tbm中的盤形滾刀作為破碎巖石的關鍵部件，其工作環境惡劣，刀具的磨損不可避免。施工過程中需要不斷對滾刀的磨損情況進行檢測，準確全面獲取滾刀磨損量，才能合理確定更換節點。如滾刀磨損不嚴重而提前更換會造成刀具浪費；滾刀更換不及時則會造成相鄰刀具受力過大、加劇磨損。

對滾刀磨損情況進行檢測的傳統方法是使用測量尺測量，這種測量方法隨意性大、準確性低，而且一般只測量磨損尺寸最大值，不能有效掌握磨損截面的全面信息；滾刀的在線測量技術成本高、需要對刀盤進行改造、可靠性不足，多處於研究試驗階段。因此亟需一種在不改變刀盤刀具結構的前提下準確測量滾刀磨損量大小並判斷磨損類型的測量裝置和測量方法。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種能夠在不改變刀盤刀具結構的前提下準確測量滾刀磨損量大小並判斷磨損類型的盾構/tbm滾刀磨損測量裝置及測量方法。

為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：

設計一種盾構/tbm滾刀磨損測量裝置，包括架體、緊固組件和移動測量組件，

所述架體包括橫梁、分別設置在所述橫梁兩端且與所述橫梁垂直連接的固定支杆和可調支杆，在所述可調支杆的豎直方向上設有軌道；

所述緊固組件包括活動支腿和設置在所述活動支腿下端的緊固螺栓，所述活動支腿的上端滑動安裝在所述軌道內，在所述軌道上還設置有用於調整和固定所述活動支腿位置的限位螺栓；

所述移動測量組件包括測量頭、設置在所述橫梁上的水平導軌、設置在所述水平導軌內的水平滑塊、與所述水平滑塊固定在一起的豎直導軌，以及設置在所述豎直導軌內的豎直滑塊，所述測量頭的上端與所述豎直滑塊固定安裝在一起。

優選的，該測量裝置還包括數據採集組件，所述數據採集組件包括與所述位移傳感器對應連接的單片機，還包括無線通信發射器和無線通信接收器，所述無線通信發射器與所述單片機對應連接，所述無線通信接收器與數據終端進行通信。

優選的，所述無線通信發射器和無線通信接收器之間採用zigbee、藍牙、wifi或lifi進行無線通信。

優選的，所述位移傳感器為拉線式光柵光纖傳感器或lvdt位移傳感器。

優選的，所述測量頭是下端為錐形的圓柱杆件。

優選的，所述測量頭的上端與所述豎直滑塊之間為螺紋連接。

優選的，所述固定支杆與可調支杆之間的距離大於待測盾構/tbm滾刀臺階面的寬度。

在上述技術方案中，測量裝置的架體類似於倒置的「凹」字形，固定支杆用於與待測滾刀的臺階面相配合，可調支杆與活動支腿相配合，使活動支腿的高度可調，在進行測量時可根據具體的設備規格調整活動支腿的高度，使活動支腿下端與滾刀擋環相切，然後擰緊緊固螺栓，即可實現測量裝置與滾刀之間的定位及夾緊。測量頭的上端與豎直滑塊固定安裝在一起，豎直滑塊可沿豎直導軌上下移動，控制測量頭的上下位置；豎直導軌與設置在水平導軌中的水平滑塊固定在一起，當水平滑塊沿水平導軌移動時，帶動豎直導軌的水平移動，即帶動測量頭的水平移動，這樣測量頭即可與沿滾刀的輪廓進行移動，與滾刀上的不同位置接觸，在水平導軌和豎直導軌的端部設置有位移傳感器，測量頭的運動會讓位移傳感器產生電信號，並將信號傳輸給單片機，單片機將數據轉換水平、豎直方向的位移數據進行顯示、存儲。測量的數據通過無線傳輸的方式傳送至數據終端。

本發明還涉及一種盾構/tbm滾刀磨損測量方法，使用上述的測量裝置進行測量，包括下列步驟：

(1)測量未磨損的同類型滾刀的參考數據：

a.安裝測量裝置：先將固定支杆的下端與滾刀臺階面貼合在一起，然後將活動支腿的高度調整至合適位置，使用限位螺栓將活動支腿與可調支杆固定在一起，再擰緊緊固螺栓，使滾刀被夾緊在固定支杆與活動支腿之間；

b.測量參考數據：分別調整水平滑塊在水平導軌中的位置、豎直滑塊在豎直導軌中的位置，使測量頭在滾刀的輪廓面上移動，通過位移傳感器得到滾刀輪廓面上各參考點的位置坐標，並將得到的位移參數數據傳輸至單片機，將測量數據擬合得到未磨損的同類型滾刀的標準輪廓線；

(2)測量待測滾刀數據：按照步驟a中的方法將測量裝置安裝在待測的滾刀上，按照步驟b中的方法使測量頭在滾刀輪廓面上移動，通過位移傳感器得到待測滾刀對應參考點處的位置坐標，並將得到的位移參數數據傳輸至單片機，將測量數據擬合得到待測滾刀的輪廓線；

(3)將步驟(2)擬合得到的待測滾刀的輪廓線與步驟(1)得到的未磨損滾刀的標準輪廓線進行比對，計算出待測滾刀磨損的最大值，並根據輪廓線形狀判斷磨損的形式；

(4)測量得到的數據經由單片機處理，並通過無線通信的方式傳輸至數據終端。

上述測量方法能夠在不改變刀盤刀具結構的前提下，準確測量滾刀截面的磨損量大小、判斷滾刀磨損類別，並推算合理的滾刀更換節點，做好滾刀的合理規劃有利於提高施工效率。同時可通過無線通信的方式將測量數據直接傳遞至盾構tbm大數據平臺便於進一步分析。

本發明的有益效果在於：

本發明針對現有滾刀磨損測量尺的不足，設計的盾構/tbm滾刀磨損測量裝置具有測量精度高、效率高及工作可靠，實用性強、便於攜帶等優點，能夠在盾構tbm掘進中對滾刀磨損尺寸進行準確的測量，獲得滾刀截面的幾何尺寸變化，實現對滾刀磨損的準確測量，並能夠讓數據上傳至盾構tbm大數據平臺，分析磨損規律、規劃換刀節點等。

本發明盾構/tbm滾刀磨損測量裝置結構上可調，能夠適用於不同規格的滾刀測量，其結構合理，能夠實現磨損測量的精確化、快速化、穩定性，並且能夠對同一截面位置進行多組數據測量擬合截面形狀，測量信息全面。本發明測量裝置以位移測量為基礎，通過對滾刀輪廓上若干點豎直和水平位置信息測量，來判斷滾刀磨損的尺寸，並能將數據傳輸至大數據分析平臺等進行數據的挖掘。本發明適用於盾構及tbm滾刀，使日常的滾刀磨損精確測量及滾刀斷面幾何信息獲取成為可能。

附圖說明

圖1是本發明盾構/tbm滾刀磨損測量裝置的結構示意圖；

附圖標記：1為固定支杆，2為可調支杆，3為橫梁，4為活動支腿，5為緊固螺栓，6為限位螺栓，7為測量頭，8為水平導軌，9為水平滑塊，10為豎直導軌，11為豎直滑塊，12、13為位移傳感器，14為單片機，15為無線通信發射器，16為無線通信接收器，17為數據終端，18為滾刀。

具體實施方式

下面結合實施例來說明本發明的具體實施方式，但以下實施例只是用來詳細說明本發明，並不以任何方式限制本發明的範圍。在以下實施例中所涉及的設備元件如無特別說明，均為常規設備元件。

實施例1：一種盾構/tbm滾刀磨損測量裝置，參見圖1，包括架體、緊固組件和移動測量組件。架體包括橫梁3、分別設置在橫梁3兩端且與橫梁3垂直連接的固定支杆1和可調支杆2，固定支杆1與可調支杆2之間的距離大於待測盾構/tbm滾刀臺階面的寬度。在可調支杆2的豎直方向上設有軌道，緊固組件包括活動支腿4和設置在活動支腿4下端的緊固螺栓5，活動支腿4的上端滑動安裝在軌道內，在軌道上還設置有用於調整和固定活動支腿位置的限位螺栓6。

移動測量組件包括測量頭7、設置在橫梁3上的水平導軌8、設置在水平導軌8內的水平滑塊9、與水平滑塊9固定在一起的豎直導軌10，以及設置在豎直導軌10內的豎直滑塊11，測量頭7的上端與豎直滑塊11固定安裝在一起。測量頭7是下端為錐形的圓柱杆件，其上端與豎直滑塊11之間為螺紋連接，當測量頭7損壞時可以卸下並進行更換。在水平導軌8的固定端和豎直導軌10的上端分別設有位移傳感器12、13。位移傳感器12、13可採用拉線式光柵光纖傳感器或lvdt位移傳感器。

在進行測量時，架體的固定支杆1與可調支杆2安裝在滾刀18兩側，固定支杆1的下端與滾刀18的臺階面相貼合，調整活動支腿的上下位置，使活動支腿4的下端與滾刀擋環相切，然後擰緊緊固螺栓5，即可實現測量裝置與滾刀之間的定位和夾緊。

該盾構/tbm滾刀磨損測量裝置還包括數據採集組件，數據採集組件包括與位移傳感器12、13對應連接的單片機14，還包括無線通信發射器15和無線通信接收器16，無線通信發射器15與單片機14對應連接，無線通信接收器16與數據終端17進行通信。無線通信發射器15和無線通信接收器16之間採用zigbee、藍牙、wifi或lifi進行無線通信。

實施例2：一種盾構/tbm滾刀磨損測量方法，使用實施例1中的測量裝置進行測量，包括下列步驟：

(1)測量未磨損的同類型滾刀的參考數據：

a.安裝測量裝置；先將固定支杆1的下端與滾刀臺階面貼合在一起，然後將活動支腿4的高度調整至合適位置，使用限位螺栓6將活動支腿4與可調支杆2固定在一起，再擰緊緊固螺栓5，使滾刀18被夾緊在固定支杆1與活動支腿4之間；

b.測量參考數據：分別調整水平滑塊在水平導軌中的位置、豎直滑塊在豎直導軌中的位置，使測量頭在滾刀的輪廓面上移動，通過位移傳感器得到滾刀輪廓面上各參考點的位置坐標，並將得到的位移參數數據傳輸至單片機，將測量數據擬合得到未磨損的同類型滾刀的標準輪廓線。

(2)測量待測滾刀數據：按照步驟a中的方法將測量裝置安裝在待測的滾刀上，按照步驟b中的方法使測量頭在滾刀輪廓面上移動，通過位移傳感器得到待測滾刀對應參考點處的位置坐標，並將得到的位移參數數據傳輸至單片機，將測量數據擬合得到待測滾刀的輪廓線。

(3)將步驟(2)擬合得到的待測滾刀的輪廓線與步驟(1)得到的未磨損滾刀的標準輪廓線進行比對，計算出待測滾刀磨損的最大值，並根據輪廓線形狀判斷磨損的形式。

(4)測量得到的數據經由單片機處理，並通過無線通信的方式傳輸至數據終端。

本發明盾構/tbm滾刀磨損測量裝置的具體工作方式為；開啟用於數據採集和數據處理的單片機14，移動測量頭7到豎直導軌10的最上端，移動豎直導軌10至水平導軌的最左端，進行水平、豎直位移清零。按照實施例2中的測量方法，先對未磨損的同類型滾刀進行測量，得到該型滾刀的參考點坐標。然後測量待測滾刀的數據，沿滾刀圈輪廓面移動測量頭7，位移傳感器12、13將測量頭的移動信號傳遞至單片機14，單片機14接收信號並將信號轉換為位移數據，測量頭7與滾刀18穩定接觸時，輪廓上某一測點的橫向、豎向坐標就被採集。按照一定的距離在滾刀輪廓上採集多組數據，能夠擬合出滾刀輪廓面的信息。通過單片機14能夠計算出滾刀的最大磨損量、平均磨損量，並可以生成圖形顯示出滾刀磨損情況。單片機14連接無線通信發射器15，能夠實時將檢測的滾刀磨損數據發射出去，被無線通信接收器16接收，能夠直接傳入數據終端，通過盾構tbm大數據平臺進行數據的挖掘分析，也可導入現場人員的手持平板電腦終端等設備。

本發明測量裝置使用方便、測量精度高、效率高，與測量尺相比避免了人員的讀數誤差，能夠採集磨損處的橫、豎向位置信息，進而獲得滾刀刀圈磨損後截面較全面的信息，通過數據的後處理可實現滾刀磨損後二維截面圖像再現，從而準確判斷滾刀的磨損類別。

上面結合實施例對本發明作了詳細的說明，但是，所屬技術領域的技術人員能夠理解，在不脫離本發明宗旨的前提下，還可以對上述實施例中的各個具體參數進行變更，形成多個具體的實施例，均為本發明的常見變化範圍，在此不再一一詳述。