盾构机能动部件摩擦信息监控系统的制作方法

本实用新型属于盾构机润滑系统油液在线监测领域，涉及一种盾构机能动部件摩擦信息监控系统。

背景技术：

盾构机，即：盾构隧道掘进机，是一种用于隧道工程掘进的设备。盾构机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削隧道土体、输送土料、测量导向纠偏等功能。盾构掘进机已广泛使用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。目前，盾构机润滑系统油液检测都是现场采集油样，并将油样送到实验室去完成分析，分析完成后将数据再送给现场维修人员。在此过程中需要花费大量时间传递油样和数据，完成一个油样分析往往少则需要几个小时，多则长达数天。然而，在此过程中由于受到取样的限制，很难取到具有代表性的油样。

近年来，西方发达国家利用电子技术和信号处理技术，研制了多种新型嵌入式油液分析传感器，克服了实验室离线分析方法成本高，操作复杂，测量结果滞后的不足。目前，机械设备润滑油的维护方案主要是参考厂家推荐，实行按使用时间或是运行时间来进行。基于油液分析的设备状态监测已成为多数现代工业维修活动中的不可缺少的手段之一，并在设备状态的监测及故障诊断、摩擦磨损机理的研究、判定润滑系统的污染状况、制定正确的换油周期等几个方面获得广泛的应用。

盾构机作为隧道掘进，岩石开凿的主要设备，首先地下环境未知，有硬岩，软沙，地下水等复杂施工条件。其次工作环境差：粉尘较大，高度潮湿。还有就是在地下施工中后退的机会很少，同时还要求一定的掘进速度。盾构机主要的设备如刀盘，推力装置大多为进口部件，保证其良好的运行状态是设备运行状态在线检测的首要使命。盾构机做为隧道掘进设备，必须保持良好的安全运行与备用状态，才能更有效地发挥设备效率。为保证这种良好的状态必须对盾构机进行标准化、科学化、系统化的维护。由于盾构机工作的环境及运行过程中复杂的工况条件，因此盾构机状态监测与故障诊断技术等与设备维护相关的新技术，将不断地被引入盾构机的维护及维修改造、技术升级的过程中。

据调查，盾构机液压系统故障中80%以上故障是由于油液被污染造成。液压油系统如果出现非正常状态工作，会导致压缩比发生变化引起液压系统工作性能变坏及液压系统相关元器件的磨损加剧。因此，对盾构机液压系统状态监测与诊断技术的运用显得十分有必要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于研制一种对在用盾构机润滑油的油品特性、含水量、清洁度、铁磁及非铁颗粒含量等对盾构机能动部件摩擦的特性进行在线监测的系统。

本实用新型的技术方案是：盾构机能动部件摩擦信息监控系统,包括：液压油取样预处理部分、液压油数据采集部分、齿轮油取样预处理部分、齿轮油数据采集部分、数据采集控制管理部分、工控终端；液压油取样预处理部分与液压油数据采集部分连接，液压油数据采集部分与数据采集控制管理部分连接，数据采集控制管理部分与工控终端连接，齿轮油取样预处理部分与齿轮油数据采集部分连接，齿轮油数据采集部分与数据采集控制管理部分连接，数据采集控制管理部分与工控终端连接。

所述液压油取样预处理部分包括：盾构机液压系统主回油管路、液压油动力泵、第一消泡装置、散热装置、第一温度传感器、第一电动保护阀；第一电动保护阀分别与液压系统主回油管路和液压油动力泵连接，液压油动力泵分别与第一电动保护阀和第一消泡装置连接，第一消泡装置分别与液压油动力泵和散热装置连接，散热装置分别与第一消泡装置和普通粘度传感器连接，第一温度传感器分别与第一消泡装置和散热装置的出油口连接。

所述液压油数据采集部分包括：普通粘度传感器、微水传感器、激光颗粒度传感器、流量调节阀、第二电动保护阀、盾构机液压系统主回油管路；普通粘度传感器分别与散热装置和微水传感器连接，微水传感器分别与普通粘度传感器和流量调节阀连接，流量调节阀分别与微水传感器和第二电动保护阀连接，激光颗粒度传感器分别与散热装置5和第二电动保护阀连接。

所述齿轮油取样预处理部分包括：盾构机主齿轮箱、第三电动保护阀、齿轮油动力泵、第二消泡装置、加热装置、第二温度传感器；第三电动保护阀分别与主齿轮箱和齿轮油动力泵连接，齿轮油动力泵分别与第三电动保护阀和第二消泡装置连接，第二消泡装置分别与齿轮油动力泵和加热装置连接，加热装置分别与第二消泡装置和高粘传感器连接，第二温度传感器分别与第二消泡装置和加热装置的出油口连接。

所述齿轮油数据采集部分包括：高粘传感器、水份传感器、铁磁颗粒传感器、铁谱传感器、第四电动保护阀、盾构机主齿轮箱；高粘传感器分别与加热装置和水份传感器连接，水份传感器分别与高粘传感器和铁磁颗粒传感器连接，铁磁颗粒传感器分别与水份传感器和铁谱传感器连接，铁谱传感器分别与铁磁颗粒传感器和第四电动保护阀连接，第四电动保护阀分别与铁谱传感器和盾构机主齿轮箱连接。

本实用新型采用上述技术方案后可达到如下的有益效果：

（1）实现了对盾构机能动部件的实时监测，其润滑油液特性、润滑情况及摩擦状况能得到及时的反映，为盾构机的正常运行、故障预警及诊断提供强有力的数据支持。

（2）实现了对盾构机液压系统和主齿轮减速箱润滑状况（即不同油液类型）同时监测，全面反映盾构机的运行情况。

（3）齿轮油数据采集部分选用的铁谱传感器，能够采集到磨损磨粒的图像信息，并能进行图像的分析。

（4）润滑油液经取样点，流经采集系统后流回，在整个采样过程中对油品不进行任何破坏性检测。

（5）采用工业单板机实现传感器信号的采集、保存和传输，工作稳定性较高，适合全天候使用要求并能保存一周的历史数据。

（6）工控终端能够对采集到的历史数据进行查询，获取润滑油指标的变化趋势；且能实现远程控制。

附图说明

图1为本实用新型盾构机能动部件摩擦信息监控系统的工作原理示意图；

图2为本实用新型盾构机能动部件摩擦信息监控系统液压油取样预处理、数据采集示意图；

图3为本实用新型盾构机能动部件摩擦信息监控系统齿轮油取样预处理、数据采集示意图；

图4为本实用新型盾构机能动部件摩擦信息监控系统数据采样控制管理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的具体方案。如图1所示，盾构机能动部件摩擦信息监控系统,包括：液压油取样预处理部分A、液压油数据采集部分C、齿轮油取样预处理部分B、齿轮油数据采集部分D、数据采集控制管理部分E、工控终端F；经液压油取样预处理部分A降温消泡后的液压油，进入液压油数据采集部分C进行检测，经齿轮油取样预处理部分B升温消泡后的齿轮油，进入齿轮油数据采集部分D进行检测。以上两部分检测所得油液指标检测数据汇集到数据采集控制管理部分E进行数据的分析运算处理后，最终显示存储在工控终端F。

如图2所示：液压油取样预处理部分A包括：盾构机液压系统主回油管路1、液压油动力泵3、第一消泡装置4、散热装置5、第一温度传感器6、第一电动保护阀2；液压油数据采集部分C包括：普通粘度传感器7、微水传感器8、激光颗粒度传感器10、流量调节阀9、第二电动保护阀11、盾构机液压系统主回油管路1；首先，监测系统所实时监测的液压油从盾构机液压系统主回油管路1引出，经第一电动保护阀2进入液压油监测系统进油管路，由液压油动力泵3将液压油输送到第一消泡装置4进行消泡处理后，再经散热装置5散热，由第一温度传感器6检测达到一定温度，然后，油液分两路流出液压油取样预处理部分A进入液压油数据采集部分C：一路经普通粘度传感器7、微水传感器8和流量调节阀9；一路经激光颗粒度传感器10。两路油液汇合后经第二电动保护阀11流入盾构机液压系统主回油管路1。

如图3所示：齿轮油取样预处理部分B包括：盾构机主齿轮箱12、齿轮油动力泵14、第二消泡装置15、加热装置16、第二温度传感器17、第三电动保护阀13；齿轮油数据采集部分D包括：高粘传感器18、水份传感器19、铁磁颗粒传感器20、铁谱传感器21、第四电动保护阀22、盾构机主齿轮箱12；首先，监测系统所实时监测的齿轮油从盾构机主齿轮箱12引出，经第三电动保护阀13进入监测系统齿轮油监测进油管路，由动力泵14将液压油输送到第二消泡装置15进行消泡处理后，再经加热装置16升温，由第二温度传感器17检测达到一定温度，然后，油液流出齿轮油取样预处理部分B进入齿轮油数据采集部分D，依次流入：高粘传感器18、水份传感器19、铁磁颗粒传感器20、铁谱传感器21，经第四电动保护阀22流入盾构机主齿轮箱12。

如图4所示：数据采集控制管理部分E包括RS232通信接口四个、RS485通信接口两个、CAN通信接口一个、模拟量接口两个、流量阀控制、散热控制、加热控制各一个，泵控制两个、阀控制四个、大容量SD卡、网络接口各一个；其中用于液压油数据取样部分C的传感器通讯接口有：RS232通信接口两个、CAN通信接口、模拟量接口各一个，分别与普通粘度传感器7、激光颗粒度传感器10、微水传感器8、温度传感器6通讯连接；流量阀控制、散热控制、泵控制、分别控制流量调节阀9、散热装置5和动力泵3的流量大小调节、散热启停和泵流量的调节，阀控制两个分别控制第一电动保护阀2和第二电动保护阀11开关；用于齿轮油采集部分D的传感器通信接口有：RS232通信接口两个、RS485通信接口两个，分别与高粘传感器18、水份传感器19、铁磁颗粒传感器20、铁谱传感器21通讯连接；泵控制、加热控制分别控制电动泵14、加热装置16的流量调节和加热的启停，阀控制两个分别控制第三电动保护阀13和第四电动保护阀22的开关。RS232、RS485、CAN、模拟量接口为传感器供电和数据接收功能。大容量SD卡作为系统存储模块，可保存所有传感器检测到的近一周的油品数据参数。通过网络接口与工控终端F的连接，将数据显示、传输并最终存储在工控终端F。

液压油数据采集部分C中，通过RS232接口与数据采集控制管理部分E进行通讯，普通粘度传感器7，主要采集参数为温度和粘度两个参数，粘度量程0.8-50cp；激光颗粒度传感器10采集值分别为4、6、14、21mm颗粒数目及相对应的ISO4406及NAS污染等级，微水传感器8，通过CAN接口与数据采集控制管理部分E进行通讯，输出绝对含水量，量程0-500ppm。

齿轮油数据采集部分D中，通过RS232接口与数据采集控制管理部分E进行通讯，高粘传感器18，主要采集参数为温度和粘度两个参数，粘度量程8-400CST；水份传感器19量程0-1000ppm；通过RS485接口与数据采集控制管理部分E进行通讯，铁磁颗粒传感器20测量范围0-2000mm的铁和非铁磨粒数目，对研究磨损的源头和故障诊断有重要的意义；铁谱传感器21，采集铁谱磨粒图像信息并分析，包括：反映磨粒形态学特征的透射光图像，磨粒颜色及表面特征的反射光图像和全部特征的全光源图像。