一种TBM滚刀用三向力标定装置及方法与流程

本发明涉及一种用于隧道工程、地下工程领域的滚刀三向力标定装置，具体设计一种TBM滚刀用三向力标定装置及方法。

背景技术：

三向力传感器能同时检测三维空间的全力信息，在机器人、自动控制等诸多领域都有广泛的用途。TBM作为隧道、地铁建设中的大型掘进设备，滚刀上使用的三向力传感器的精确性尤为重要。目前我国计量体系中，单向力传感器的检定与校准都较为成熟，但能够对三向力传感器开展检定与校准，尤其是能对TBM滚刀用三向力传感器进行标定的装置鲜为有见。

目前国内三维力传感器研究单位研制出的传感器标定装置主要是利用三个标准力传感器加载装置来分别标定三向力。浙江省计量科学研究院发明专利CN101109670A，名称为：三向力传感器标定装置。X向、Y向以及固定在可用滚珠丝杠控制升降的横梁上的Z向加载机构相互正交，X、Y、Z三向加载机构的前端都安装有标准力传感器，将被标定的三向力传感器放置在三个标准力传感器交点，以此来实现各个方向单维力的单独标定。此种装置在中小型传感器的标定中使用较为普遍，但是使用三个方向的单向力加载机构组成的标定装置结构复杂。不适用于滚刀等大型或形状奇特的设备标定。

随着当前工业现场关于力值检测要求的不断增加，标定装置直接制约着传感器测量的准确性。研制TBM滚刀用三向力标定装置具有广泛的应用前景。本发明的提出可对上述难题得到满意的解决。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种TBM滚刀用三向力标定装置及方法。

本发明一种TBM滚刀用三向力标定装置及方法，由传感器基座、标准力传感器、压头、上连接板、定角度斜块、半球型刀架安装块、楔形块、TBM滚刀刀架、下连接板组成。

本发明公开了一种TBM滚刀用三向力标定装置及方法。其特征在于：标准力传感器(2)固定在传感器基座(1)上，压头(3)固定在标准力传感器(2)的底部，被标定的TBM滚刀刀架(8)固定在下连接板(9)上，并位于压头(3)的正下方；半球形刀架安装块(6)与楔形块(7)配合固定在TBM滚刀刀架(8)上，TBM滚刀刀架(8)通过贴应变计构成三向力测力电桥，上连接板(4)和定角度斜块(5)构成倾斜施力组件；传感器基座(1)带动压头(3)一起同步上下直线运动，通过压头(3)对半球型刀架安装块(6)产生加载力。将TBM滚刀刀架(8)上相应方向应变桥路的输出信号和标准力传感器(2)的输出信号对比，计算获得刀架受力和应变的关系系数。

所述TBM滚刀刀架(8)的垂直方向力进行标定时，压头(3)随传感器基座(1)下压可以直接对半球型刀架安装块(6)施垂直力。

所述定角度斜块(5)实现了力的分解，能实现垂直的下压力分解成水平方向的滚动力或侧向力与垂直力的过程。不同的角度实现分解力大小的不同。

所述滚刀用三向力标定装置对TBM滚刀刀架(8)的滚动方向力进行标定时，可在压头(3)下部固定所述倾斜施力组件，定角度斜块(5)随传感器基座(1)下压可对半球型刀架安装块(6)施力，在定角度斜块(5)的斜面与半球型刀架安装块(6)的接触点可将力分解为垂直方向力f_z和滚动方向力(为定角度斜块(5)的斜面与压头(3)底面的夹角)。

所述滚刀用三向力标定装置对TBM滚刀刀架(8)的侧向力进行标定时，可将所述倾斜施力组件中的定角度斜块(5)旋转90°，定角度斜块(5)随传感器基座(1)下压可对半球型刀架安装块(6)施力，在定角度斜块(5)的斜面与半球型刀架安装块(6)的接触点可将力分解为垂直方向力f_z和侧向力(为定角度斜块(5)的斜面与压头(3)底面的夹角)。

所述滚刀用三向力标定装置对TBM滚刀刀架(8)进行标定时，半球型刀架安装块(6)的直径和高度是由不同规格的TBM滚刀的大小获得的。通过计算改变其直径和高度，可适应不同尺寸TBM滚刀刀架的标定。

本发明的特点及有益效果是：

1.进行标定时，在原刀架滚刀处安装半球型刀架安装块，相对于滚刀来说可以更灵活的测力。并且半球型刀架安装块的直径和高度可以进行调节，以适应不同高度规格的刀架标定。

2.传统的三向力标定装置需要X、Y、Z三个方向的加载机构，本发明只通过一个垂直加载机构可对三个方向力进行标定。在压头下安装一个斜块，对半球型刀架安装块受力分解即可标定刀架滚动方向力和侧向力。本装置结构简单，制造方便，适合大范围推广。

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明垂直力标定时的受力分解示意图。

图3是本发明滚动方向力标定时的受力分解示意图。

图4是本发明侧向力标定时的受力分解示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过具体实施例对本发明的结构做进一步说明。需说明的是本实例是叙述性的，而不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种TBM滚刀用三向力标定装置及方法。其结构由传感器基座1、标准力传感器2、压头3、上连接板4、定角度斜块5、半球型刀架安装块6、楔形块7、TBM滚刀刀架8和下连接板9构成(如图1)。标准力传感器(2)固定在传感器基座(1)上，压头(3)固定在标准力传感器(2)的底部，传感器基座(1)可以带动压头(3)一起同步上下直线运动；上连接板(4)和定角度斜块(5)构成倾斜施力组件，用于标定滚刀滚动方向力和侧向力。

对TBM滚刀刀架(8)进行垂直方向力标定：将TBM滚刀刀架(8)固定在下连接板(9)上，使其位于压头(3)的正下方，通过计算选择合适高度和大小的半球形刀架安装块(6)与楔形块(7)配合固定在刀架(8)上，TBM滚刀刀架(8)通过贴应变计构成三向力测力电桥。对各传感器的输出信号清零，按动开关使传感器基座(1)带动压头(3)向下直线运动，通过压头(3)对半球形刀架安装块(6)产生垂直加载力。将TBM滚刀刀架(8)上垂直方向应变桥路的输出信号和标准力传感器(2)的输出信号对比，计算获得刀架垂直力方向受力和应变的关系系数。

对TBM滚刀刀架(8)进行滚动方向力标定：在对垂直方向力标定的基础上，在压头(3)的下部安装所述倾斜施力组件，定角度斜块(5)的斜面与上连接板(4)底面的夹角为对各传感器的输出信号清零。定角度斜块(5)随传感器基座(1)下压可对半球型刀架安装块(6)施力，在定角度斜块(5)的斜面与半球型刀架安装块(6)的接触点可将力分解为垂直方向力f_z和滚动方向力将TBM滚刀刀架(8)滚动力方向应变桥路的输出信号和标准力传感器(2)分解后的滚动方向力f_x的输出信号对比，计算获得刀架受力和应变的关系系数。

对TBM滚刀刀架(8)进行侧向力标定：在对滚动方向力标定的基础上，将所述上连接板(4)下部安装的定角度斜块(5)旋转90°，定角度斜块(5)的斜面与上连接板(4)底面的夹角为对各传感器的输出信号清零。定角度斜块(5)随传感器基座(1)下压可对半球型刀架安装块(6)施力，在定角度斜块(5)的斜面与半球型刀架安装块(6)的接触点可将力分解为垂直方向力f_z和滚动方向力将TBM滚刀刀架(8)侧向力方向应变桥路的输出信号和标准力传感器(2)分解后的侧向力f_y的输出信号对比，计算获得刀架受力和应变的关系系数。