一种掘进机在线滚刀磨损检测方法
【专利摘要】本发明一种掘进机在线滚刀磨损检测方法属于隧道施工机械领域，涉及一种采用多种传感器装置，能进行在线滚刀磨损检测的方法。该检测方法对滚刀正常磨损和多种非正常磨损状态进行判定和检测；该检测方法采用的检测装置中，上位移传感器装置采用粘接或者螺纹联接的方式安装在刀座的上左槽中，下位移传感器装置采用粘接或者螺纹联接的方式安装在刀座的下左槽中，速度传感器装置采用粘接或者螺纹联接的方式安装在刀座的下右槽中。本发明通过检测及早发现滚刀运行过程中的磨损失效和滚刀达到极限磨损的状况，及时更换滚刀，提高掘进效率，对提高隧道掘进设备的工作寿命具有重要的意义。
【专利说明】一种掘进机在线滚刀磨损检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于隧道施工机械领域，涉及一种采用多种传感器装置，能进行在线滚刀磨损检测的方法。
【背景技术】
[0002]滚刀是隧道掘进类机械的破碎岩石的工具，是掘进机的关键部件和易损件。由于地质条件的复杂性和工况的恶劣性，滚刀是掘进机使用过程中用量最大的易耗品，也是制约掘进效率的瓶颈，使刀具的使用消耗将占整机价格的30%左右。滚刀因磨耗引起刀刃缺损或者脱落时就必须进行更换，否则一把滚刀的失效就会引起其他滚刀因为过载而导致多把滚刀随即失效。进而严重影响施工效率。滚刀的破岩效率与滚刀的刃口宽度有关，随着滚刀刀圈磨损量的增加，刃口的宽度增加，当达到一定范围时会影响掘进速度，甚至不能再掘进。所以有必要对滚刀的各种磨损情况进行监测，避免滚刀磨损量过大而没有更换，影响掘进效率。
[0003]依据滚刀磨损的形态特征和磨损程度，可以分为正常磨损、弦偏磨、刃偏磨、刀圈断裂和刀圈移位等。正常磨损的特点是滚刀刀圈周边各部位的磨耗程度基本上一致的，是刀具的主要失效形式，主要发生在地质相对比较单一、均匀的地层中；弦偏磨和刃偏磨均为滚刀的偏磨，是由于滚刀刀圈周边各部位的磨耗程度不一致造成的。弦偏磨有单边偏磨、多边偏磨、轴承磨损三种情况。单边偏磨是滚刀安装后没有发生自转，或在安装初期发生了短暂自转，此后一直停止自转，导致滚刀刀圈单边弦磨损。多边偏磨是发生单边弦偏磨，然后偏磨角部应力集中引发瞬间面转动一个角度导致出现第二边偏磨，如此循环，形成多边磨损。轴承磨损是当滚刀发生弦偏磨后没有及时发现，未能及时更换刀具，导致偏磨日益严重，以至磨到滚刀的轴承位置使得整把滚刀报废。这种磨损不仅仅造成刀具损坏，还会造成刀盘严重磨损；刃偏磨从磨损形状来看，刀刃角两侧不均匀磨损，与刀圈法线方向成不同角度，刀尖缘呈不规则的曲线；滚刀刀圈径向开裂，使滚刀失去破岩能力，一旦受力较大，还会发生刀圈掉落舱内的情况；刀圈移位主要是指用于避免刀圈沿轴线方向平移的挡圈发生了断裂和脱落。挡圈一旦发生了断裂和脱落会造成刀圈在轴线方向上左右摆动，从而加速了刀圈和轴承的磨损破坏和撞击破坏。
[0004]目前对滚刀的检测方法有停机检查法、阈值检测法和掘进参数估计法。停机检查法是目前我国普遍采用的方法，需要在停机状态下由施工人员进入刀盘部位，检查刀具的磨损状态并实施更换操作。停机检查法虽然直观，但是成本高，效率低，风险大；阈值检测法，该方法借助添加剂、液压或电子传感器的输出开关闕值来判断刀具磨损状态。这类方法基本原理是通过刀具磨损超过许用尺寸时所引起电路通断进行示警。但是不能实现刀具磨损的实时监测；掘进参数估计法，该方法属于间接法，其基本原理是通过对一些最基本、最重要的掘进参数(如掘进速度、刀盘总推力、刀盘扭矩、刀盘转速、土舱压力等)进行分析后，建立掘进过程中总推力、总扭矩与掘进速度之间的预测模型。通过对滚刀磨损前后的相关参数的比较来判断滚刀的磨损状态。但是预测模型所使用的经验曲线或经验公式适应于特定单一地质条件，缺乏普适性。并且建立模型所依据的力学平衡/协调条件将直接影响估算精度。因此，这一类方法在应用中还存在许多工作有待完善，如掘进参数的选取、多种地质条件信息的积累、力学平衡/协调条件的合理表征等。
[0005]综上所述，目前的检测方法大多针对滚刀正常磨损的检测，并未涉及滚刀不正常磨损的情况。所以有必要提出能够检测滚刀各种磨损情况的方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有技术的缺陷，针对隧道掘进类设备所用滚刀的特性，发明一种掘进机在线滚刀磨损检测方法。该检测方法采用多种传感器装置，通过分析检测信号，能够检测到滚刀正常和多种非正常磨损的状态。
[0007]本发明采用的技术方案是一种基于掘进机滚刀的在线磨损检测方法，其特征是，该检测方法对滚刀正常磨损和多种非正常磨损状态检测判定的具体步骤如下:
[0008]I)当滚刀3发生正常磨损时，则上位移传感器装置I或下位移传感器装置4在一
段时间At内测得的位移信号均值^满足；
[0009]
【权利要求】
1.一种基于掘进机滚刀的在线磨损检测方法，其特征是，该检测方法对滚刀正常磨损和多种非正常磨损状态进行判定和检测，检测方法的具体步骤如下: 1)当滚刀(3)发生正常磨损时，则上位移传感器装置(I)或下位移传感器装置(4)在一段时间At内测得的位移信号均僧满足；
2.根据权利要求1所述的一种基于掘进机滚刀的在线磨损检测方法，其特征是，该检测方法采用的检测装置中，刀座(2)上开有三个连通槽，分别为连通第一刀座端面(a)和第四刀座端面(d)的上左槽(k)和连通第二刀座端面(b)和第三刀座端面(C)的下左槽(g)、下右槽(h);安装滚刀(3)的刀轴(7)通过垫块(6)固定安装在刀座(2)上；上位移传感器装置(1)采用粘接或者螺纹联接的方式安装在刀座(2)的上左槽(k)中，上位移传感器装置(1)的输出线缆通过第四刀座端面(d)的槽口处将信号输出；下位移传感器装置(4)采用粘接或者螺纹联接的方式安装在刀座(2)的下左槽(g)中，下位移传感器装置(I)的输出线缆通过第三刀座端面(c)的槽口处将信号输出；速度传感器装置(5)采用粘接或者螺纹联接的方式安装在刀座(2)的下右槽(h)中，速度传感器装置(5)的输出线缆通过第三刀座端面(C)的槽口处将信号输出。
【文档编号】G01N3/56GK103969139SQ201410182390
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】霍军周, 王亚杰, 李广庆 申请人:大连理工大学