本發(fā)明涉及檢測系統(tǒng)，具體涉及一種可快速安裝的盾構機滾刀狀態(tài)在線檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術：

隨著盾構機在國內的廣泛使用，刀具磨損已經成為一個影響工程質量和進度的關鍵問題，刀具的完善性及刀具的磨損狀態(tài)判斷是盾構正常掘進中的關鍵因素。目前，滾刀檢測裝置不能直接安裝在大多數盾構機上或是需要對刀箱進行修整，操作麻煩，工作效率低；而現有的檢測方法相對復雜，精確度不高，影響工程進度和效率。

技術實現要素：

針對上述背景技術中的不足，本發(fā)明提供了一種可快速安裝的盾構機滾刀狀態(tài)在線檢測系統(tǒng)及方法，用于解決現有滾刀檢測裝置不能直接安裝在大多數盾構機上和檢測精度不高的問題。

本發(fā)明的技術方案是：一種可快速安裝的盾構機滾刀狀態(tài)在線檢測系統(tǒng)，包括滾刀檢測裝置、數據接收裝置、監(jiān)控顯示裝置，滾刀檢測裝置包括與刀箱相連接的支座、蓋板、電池、控制單元模塊、電渦流傳感模塊、轉速傳感模塊，蓋板通過螺栓與支座相連接，控制單元模塊、電渦流傳感模塊、轉速傳感模塊均安裝在支座上，電池安裝在支座上的電池槽內，電池與控制單元模塊、電渦流傳感模塊、轉速傳感模塊相連接；所述電渦流傳感模塊包括電渦流傳感器、防護殼、保護罩，防護殼安裝在支座的電渦流傳感器槽中，保護罩與防護殼相連接，電渦流傳感器安裝在防護殼內部；所述轉速傳感模塊包括轉速傳感器、安裝帽、安裝桿，安裝桿安裝在支座的柱槽上，安裝帽安裝在安裝帽的一端，轉速傳感器安裝在安裝帽的內部。

所述支座為凹字形，支座的中部設有傾斜的電渦流傳感器槽，支座的一側設有傾斜的柱槽、另一側設有電池槽。

所述電渦流傳感器槽的中心線與豎直方向所成角度為15°，所述柱槽的中心線與豎直方向所成角度為15°。

所述蓋板、保護罩材質為POM材料，防護殼的材質為不銹鋼，防護罩中部設有通孔。

所述防護殼與支座螺紋連接，防護殼與保護罩為螺紋配合；所述安裝桿為中空圓柱，安裝桿穿過柱槽并用螺母固定在支座上，安裝桿與安裝帽為螺紋配合。

所述控制單元模塊包括主板、無線發(fā)射模塊，主板通過雙排插針與無線發(fā)射模塊相連接，控制單元模塊通過銅柱與支座螺紋連接。

所述蓋板底部設有天線預留槽，蓋板通過八個螺栓固定到支座上。

一種可快速安裝的盾構機滾刀狀態(tài)在線檢測方法，滾刀實際轉速：在滾刀的180°對角設置兩顆感應磁鐵，滾刀轉動一周轉速傳感器能檢測到兩個脈沖信號，微處理器根據脈沖信號的周期計算出滾刀實際轉速ω；

滾刀理論轉速：根據刀盤實際轉速ω1、滾刀所在位置距刀盤中心距離r1和滾刀自身半徑r2，計算滾刀理論轉速ω2=（ω1×r1）/r2；

根據滾刀理論轉速計算滾刀轉動一周所需要的理論時間，在滾刀轉動一周的時間內，紀錄一組磨損數據，并分別統(tǒng)計全組磨損最大值dmax、最小值dmin、平均值dave，以及根據滾刀旋轉一周內兩次脈沖作為分界點計算兩個半周的磨損量平均值dave1、dave2；

綜合ω、ω2、dmax、dmin、dave、dave1、dave2，判斷滾刀狀態(tài)；

正常狀態(tài)：正常使用：dmax-dmin<5mm，|dave-dave1|<2mm，|dave-dave2|<2mm，dmax<25mm，dmin<25mm，dave<25mm，dave1<25mm，dave2<25mm，|ω-ω2|<5；靜止卡轉：ω=0；單側偏磨：dmax-dmin>15mm， |dave1-dave2|>10mm；

局部撕裂：在一組磨損數據中明顯呈現個別點磨損量突變，其余大部分點磨損均勻；否則是非正常狀態(tài)，需檢修或換刀。

本發(fā)明提出了一種無需對刀盤進行改動的滾刀狀態(tài)檢測方案，安裝簡單可靠，拆卸方便，對于目前國內存在的大量土壓平衡盾構機，可以直接安裝使用。采用電渦流傳感器直接測量滾刀刀刃，較之前間接測量的方案更加直接，數據更加準確。整個系統(tǒng)為盾構操作司機提供了關于滾刀狀態(tài)的實時數據，可以作為帶壓進倉換刀的直接依據，有效減少不必要的停機，同時司機可以根據滾刀轉速信息判斷當前的掘進狀態(tài)，進行必要的掘進參數優(yōu)化，以提高掘進效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結構圖。

圖2為本發(fā)明工作流程圖。

圖3為本發(fā)明滾刀檢測裝置裝配示意圖。

圖4為本發(fā)明支座結構示意圖。

圖5為本發(fā)明滾刀檢測裝置結構示意圖。

圖6為本發(fā)明滾刀檢測裝置A-A向剖視圖。

圖7為本發(fā)明滾刀檢測裝置B-B向剖視圖。

具體實施方式

實施例：如圖1-7所示，一種可快速安裝的盾構機滾刀狀態(tài)在線檢測系統(tǒng)及方法，包括滾刀檢測裝置A、數據接收裝置、監(jiān)控顯示裝置，滾刀檢測裝置A包括與刀箱8相連接的支座5、蓋板4、電池1、控制單元模塊2、電渦流傳感模塊3、轉速傳感模塊6，蓋板4底部設有天線預留槽，蓋板4材質為POM材料且通過八個螺栓固定到支座5上，所述支座5為凹字形，支座5的中部設有傾斜的電渦流傳感器槽51，支座5的一側設有傾斜的柱槽52、另一側設有電池槽53，電渦流傳感器槽51的中心線與豎直方向所成角度為15°，電渦流傳感器與滾刀刀刃正對，所述柱槽52的中心線與豎直方向所成角度為15°，轉速傳感器與滾刀刀刃正對。控制單元模塊2、電渦流傳感模塊3、轉速傳感模塊6均安裝在支座5上，電池1安裝在支座5上的電池槽53內，電池1與控制單元模塊2、電渦流傳感模塊3、轉速傳感模塊6相連接。

所述電渦流傳感模塊3包括電渦流傳感器31、防護殼32、保護罩33，保護罩33材質為POM材料，防護殼32的材質為不銹鋼，防護殼32的中部設有通孔，防護罩32安裝在支座5的電渦流傳感器槽51中，保護罩33與防護殼32相連接，電渦流傳感器31安裝在防護殼32內部，所述防護殼32與支座5螺紋連接，防護殼32與保護罩33為螺紋配合。由于電渦流傳感器只對金屬敏感（特別是鐵質材料，對不銹鋼和銅的敏感性較弱），為了對傳感器進行防護的同時又不影響檢測效果，設計將電渦流傳感器固定在POM保護罩內部（檢測面正對POM材料）。另外為了減弱傳感器周邊鐵質材料對傳感器的影響，設計不銹鋼防護殼，電渦流傳感器的供電和信號電纜通過不銹鋼防護罩的通孔連接至支座內部的控制單元上。

所述轉速傳感模塊6包括轉速傳感器61、安裝帽62、安裝桿63，安裝桿63安裝在支座5的柱槽52上，安裝帽62安裝在安裝帽62的一端，轉速傳感器61安裝在安裝帽62的內部，所述安裝桿63為中空圓柱，安裝桿63穿過柱槽52并用螺母固定在支座5上，安裝桿63與安裝帽62為螺紋配合。轉速傳感器的供電及信號電纜通過安裝桿內部通孔連接至支座內部的控制單元上。在滾刀刀圈的相應位置處，對稱180°預埋有兩顆6mm直徑的強磁性永磁體，滾刀9每旋轉一周，轉速傳感器會輸出兩組脈沖。

所述控制單元模塊2包括主板21、無線發(fā)射模塊22，主板集供電電路、信號采集電路、通訊電路和微控制器于一體，無線發(fā)射模塊負責將處理后的數據發(fā)送至接收裝置，主板與無線發(fā)射模塊通過雙排插針連接，并實現主板對無線模塊的供電及信號的傳輸。整個控制單元通過4個M3×5銅柱固定在主結構上，在無線發(fā)射模塊上集成有天線。

檢測方法為：

滾刀實際轉速：在滾刀的180°對角設置兩顆感應磁鐵，滾刀轉動一周能檢測到兩個脈沖信號，根據脈沖信號的周期計算滾刀實際轉速ω。

滾刀理論轉速：根據刀盤轉速ω1、滾刀所在位置距刀盤中心距離r1和滾刀自身半徑r2，計算滾刀理論轉速ω2=（ω1×r1）/r2。

根據滾刀理論轉速計算滾刀轉動一周所需要的理論時間，在滾刀轉動一周的時間內，紀錄一組磨損數據（至少15個數據為一組），并分別統(tǒng)計全周磨損最大值dmax、最小值dmin、平均值dave，以及根據滾刀旋轉一周內兩次脈沖作為分界點計算兩個半周的磨損量平均值dave1、dave2。

電渦流傳感器有效量程0-40mm，減去POM防護罩10mm，以及傳感器表面與滾刀的間隙0-5mm，傳感器能夠檢測滾刀有效磨損量25-30mm。

綜合ω、ω2、dmax、dmin、dave、dave1、dave2，判斷滾刀狀態(tài)。

正常狀態(tài)：正常使用：dmax≈dmin≈dave≈dave1≈dave2<25mm正常使用：dmax-dmin<5mm，|dave-dave1|<2mm，|dave-dave2|<2mm，dmax<25mm，dmin<25mm，dave<25mm，dave1<25mm，dave2<25mm，|ω-ω2|<5；靜止卡轉：ω=0；單側偏磨：dmax-dmin>15mm， |dave1-dave2|>10mm；

局部撕裂：在一組磨損數據中明顯呈現個別點磨損量突變，其余大部分點磨損均勻。否則是非正常狀態(tài)，需檢修或換刀。

工作原理：檢測裝置內部通過鋰電池將電源供給微處理器與升壓模塊，升壓模塊將3.6V直流電壓升至5V，供給電渦流傳感器模塊與轉速傳感器模塊，保證系統(tǒng)正常工作。電渦流傳感器模塊與轉速傳感器模塊輸出的信號經過信號調理電路變成標準電信號，經微處理器的A/D轉換端口轉換為數字量后，進行進一步的處理最終獲得滾刀的轉速與磨損數據，通過無線發(fā)射模塊傳輸至數據接收裝置。無線數據接收裝置位于盾構機前盾土倉隔板上方，通過無線接收模塊接收各個檢測節(jié)點的數據，并通過有線傳輸的方式將數據傳送至主控室的監(jiān)控顯示裝置，最終顯示給盾構司機。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。