本發(fā)明屬于設(shè)備健康監(jiān)控領(lǐng)域，具體的涉及硬巖掘進(jìn)機(jī)(TBM)的液壓和振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控。

背景技術(shù)：

硬巖掘進(jìn)機(jī)(Tunnel Boring Machine，簡(jiǎn)稱(chēng)TBM)是一種用機(jī)械破碎巖石，出渣與支護(hù)實(shí)行連續(xù)作業(yè)的綜合設(shè)備。TBM是一種高度復(fù)雜的工程機(jī)械，集機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開(kāi)挖切削土體、輸送土碴、拼裝隧道襯砌、測(cè)量導(dǎo)向糾偏等功能，現(xiàn)已廣泛用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電隧道工程。針對(duì)TBM工作中，整機(jī)振動(dòng)大，對(duì)液壓系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)均造成一定影響的問(wèn)題，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了一套對(duì)TBM整機(jī)的液壓系統(tǒng)和振動(dòng)信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)TBM整機(jī)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)TBM的健康監(jiān)測(cè)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

TBM主要完成硬巖掘進(jìn)工作，其工作環(huán)境惡劣，振動(dòng)大。在TBM工作過(guò)程中，強(qiáng)振動(dòng)使TBM主機(jī)和液壓系統(tǒng)易出現(xiàn)損傷和故障。

在現(xiàn)有的TBM系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，TBM的主機(jī)電氣系統(tǒng)可以對(duì)基本的電氣和液壓系統(tǒng)的故障作基本的記錄。其中，PLC的編程控制系統(tǒng)帶有一個(gè)故障在線實(shí)時(shí)顯示屏(Magelis)，它可以將TBM各種電氣液壓發(fā)生的故障及時(shí)地顯示和記錄下來(lái)。供故障診斷分析使用，并提供發(fā)生故障部位的信息或可能發(fā)生故障部位的相關(guān)信息，便于縮小故障的查詢范圍，進(jìn)行快速診斷故障。Magelis的主要功能為：①即時(shí)顯示并記錄當(dāng)前剛發(fā)生的故障信息，并有音響提示；②可循環(huán)顯示512個(gè)故障的歷史記錄，通過(guò)翻頁(yè)形式來(lái)查詢；③可循環(huán)顯示當(dāng)前尚未消除的故障信息；④監(jiān)視所有通道的實(shí)際顯示值。

此外，TBM還有一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(WDAS)。WDAS系統(tǒng)主要用于TBM主機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)視、掘進(jìn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析、歷史數(shù)據(jù)查詢和故障統(tǒng)計(jì)，打印輸出掘進(jìn)報(bào)告和有關(guān)報(bào)表。WDAS具有人機(jī)界面友好、顯示信息豐富，歷史數(shù)據(jù)貯量大，故障信息和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)保存完整特點(diǎn)。特別是它保存完整的故障信息和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)診斷某些疑難故障非常有用，因此WDAS系統(tǒng)是對(duì)MAGELS故障診斷的一種補(bǔ)充。

TBM現(xiàn)有的機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電氣和液壓系統(tǒng)故障，為記錄式監(jiān)控系統(tǒng)，不能為后續(xù)的故障研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種TBM液壓以及振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，可同步采集TBM的振動(dòng)信號(hào)和液壓系統(tǒng)的壓力信號(hào)，為T(mén)BM后續(xù)的健康狀態(tài)評(píng)估提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種TBM振動(dòng)液壓狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，包括三軸振動(dòng)加速度傳感器、壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理板、信號(hào)采集系統(tǒng)，所述三軸振動(dòng)加速度傳感器安裝在TBM主機(jī)上振動(dòng)較大的位置，用于檢測(cè)振動(dòng)加速度，并輸出壓力信號(hào)，所述壓力傳感器安裝在TBM液壓系統(tǒng)中，用于檢測(cè)液壓系統(tǒng)壓力，并輸出電流信號(hào)，所述信號(hào)調(diào)理板將所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出，所述信號(hào)采集系統(tǒng)采集三軸振動(dòng)加速度傳感器以及信號(hào)調(diào)理板輸出的電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)TBM振動(dòng)和液壓狀態(tài)的在線連續(xù)監(jiān)控。

所述三軸振動(dòng)加速度傳感器的輸出的電壓信號(hào)為0～5V。

所述壓力傳感器輸出的電流信號(hào)為0～20mA。

所述壓力傳感器輸出的電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理板轉(zhuǎn)化為0～5V的電壓信號(hào)。

為避免共模干擾，所述三軸振動(dòng)加速度傳感器對(duì)檢測(cè)的振動(dòng)信號(hào)采用差分輸出。

對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行零漂調(diào)節(jié)，使信號(hào)準(zhǔn)確可用。

所述三軸振動(dòng)加速度傳感器和壓力傳感器能夠設(shè)置為多個(gè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多路振動(dòng)信號(hào)，多路液壓信號(hào)的同步采集。

所述信號(hào)采集系統(tǒng)為數(shù)據(jù)采集卡，安裝在信號(hào)調(diào)理箱內(nèi)，信號(hào)調(diào)理箱固定在TBM主機(jī)上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明是一種對(duì)TBM系統(tǒng)的主機(jī)振動(dòng)和主要液壓回路壓力信號(hào)實(shí)時(shí)采集的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?？赏綄?duì)64路信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將信號(hào)存儲(chǔ)于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工控機(jī)中?；诖吮O(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)TBM振動(dòng)和液壓信號(hào)的連續(xù)采集，對(duì)整機(jī)狀態(tài)連續(xù)監(jiān)控。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為T(mén)BM振動(dòng)液壓狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)工作流程圖；

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的三軸振動(dòng)加速度傳感器安裝位置示意圖；

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理箱三維圖一；

圖4為本發(fā)明系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理箱三維圖二、

圖5為本發(fā)明系統(tǒng)的監(jiān)控軟件界面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明所提供的TBM振動(dòng)液壓狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，包括三軸振動(dòng)加速度傳感器、壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理板、信號(hào)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)TBM振動(dòng)和液壓狀態(tài)的在線連續(xù)監(jiān)控。

如圖1所示，通過(guò)對(duì)TBM主機(jī)振動(dòng)情況分析和實(shí)際工況調(diào)研，得到TBM整機(jī)的振動(dòng)較大位置，安裝三軸振動(dòng)加速度傳感器，測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)三軸加速度，對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。并根據(jù)TBM液壓系統(tǒng)特性，測(cè)量液壓回路的壓力信號(hào)。

根據(jù)振動(dòng)分析的結(jié)果，選擇三軸振動(dòng)加速度傳感器，其輸出為0～5V電壓信號(hào)，采樣頻率最高可達(dá)10kHz，能夠滿足非超低頻振動(dòng)信號(hào)的采集。

如圖2所示，將三軸振動(dòng)加速度傳感器安裝在振動(dòng)較大的主梁部位，在主梁部位選定10個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)G，將三軸振動(dòng)加速度傳感器安裝在關(guān)鍵點(diǎn)位置，采集TBM的主梁振動(dòng)加速度信號(hào)。同時(shí)，通過(guò)研究TBM液壓系統(tǒng)原理圖，定位TBM液壓系統(tǒng)中的壓力傳感器安裝位置。

由于主梁采用板結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接而成，應(yīng)將三軸振動(dòng)加速度傳感器盡可能布置在主梁的有加強(qiáng)筋的位置，可以避免主梁的板結(jié)構(gòu)的低頻振動(dòng)的影響。

選取液壓系統(tǒng)的壓力傳感器，采集液壓系統(tǒng)壓力信號(hào)的傳感器的輸出為0～20mA電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)TBM液壓系統(tǒng)關(guān)鍵回路的壓力檢測(cè)。

三軸振動(dòng)加速度傳感器和壓力傳感器的輸出分別為0～5V和0～20mA，為了統(tǒng)一采集變量，便于分析，設(shè)計(jì)調(diào)理電路，將壓力傳感器采集的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。為了避免三軸振動(dòng)加速度傳感器的共模干擾，對(duì)其采用差分輸入的采集方式。

信號(hào)調(diào)理板的輸出為0～5V電壓，根據(jù)鴻格-PCI826采集板卡，設(shè)計(jì)信號(hào)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)32路振動(dòng)信號(hào)，32路液壓信號(hào)的同步采集。

如圖3所示，三軸振動(dòng)加速度傳感器通過(guò)振動(dòng)傳感器安裝接口1與數(shù)據(jù)采集板卡連接；壓力傳感器通過(guò)壓力傳感器安裝接口3與數(shù)據(jù)采集板卡連接，數(shù)據(jù)采集板卡通過(guò)采集板卡安裝接口2安裝于信號(hào)調(diào)理箱內(nèi)部，進(jìn)而進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。

如圖4所示，信號(hào)調(diào)理箱的背部有信號(hào)調(diào)理箱安裝背板5，并有4個(gè)安裝孔4，可以將信號(hào)調(diào)理箱通過(guò)安裝孔4固定在TBM主機(jī)的合適位置。

如圖5所示，根據(jù)數(shù)據(jù)采集板卡的相關(guān)要求，編寫(xiě)數(shù)據(jù)采集軟件，可以同步采集32路振動(dòng)信號(hào)和32路液壓系統(tǒng)的壓力信號(hào)，能夠得到TBM健康狀態(tài)數(shù)據(jù)，滿足對(duì)TBM工作狀態(tài)的基本監(jiān)控。

本發(fā)明提供TBM液壓以及振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)TBM工作中，整機(jī)振動(dòng)大，對(duì)液壓系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)造成一定影響的問(wèn)題，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的一套對(duì)TBM整機(jī)的液壓系統(tǒng)和振動(dòng)信號(hào)同步監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)TBM整機(jī)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。首先，根據(jù)對(duì)TBM整機(jī)振動(dòng)情況的分析，需對(duì)關(guān)鍵部位的振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將三軸振動(dòng)加速度傳感器布置于主梁加強(qiáng)筋板處，采集主梁的振動(dòng)情況，避免了鋼板結(jié)構(gòu)局部低頻振動(dòng)對(duì)主機(jī)振動(dòng)信號(hào)采集的影響。其次，針對(duì)TBM振動(dòng)大，對(duì)液壓系統(tǒng)造成影響的狀況，對(duì)TBM液壓系統(tǒng)中，液壓泵的進(jìn)出口壓力、減壓閥、溢流閥的出口壓力等關(guān)鍵壓力參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。再次，根據(jù)實(shí)際采集情況的要求，設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理板，實(shí)現(xiàn)32路振動(dòng)信號(hào)、32路液壓信號(hào)的同步采集，即共可實(shí)現(xiàn)10個(gè)關(guān)鍵振動(dòng)點(diǎn)三軸振動(dòng)加速度信號(hào)的采集和32路液壓信號(hào)的采集，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)TBM主機(jī)振動(dòng)和液壓系統(tǒng)的重要位置監(jiān)控。最后，基于鴻格-PCI826采集板卡，編寫(xiě)采集軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)64路信號(hào)的同步采集，并將信號(hào)存儲(chǔ)于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工控機(jī)中?；诖吮O(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)TBM振動(dòng)和液壓信號(hào)的連續(xù)采集，對(duì)整機(jī)狀態(tài)連續(xù)監(jiān)控，為T(mén)BM整機(jī)的健康監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。