一种隧道掘进机刀具磨损量评估方法与流程

本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种隧道掘进机刀具磨损量评估方法。

背景技术：

随着城市交通，铁路，公路，水利，及其它市政工程等建设事业的高速增长，中国已经成为世界最大的隧道掘进机（tunnelboringmachine，简称tbm）制造基地及应用市场。

刀具是tbm破岩掘进的关键部件，是易损耗品。人工检测刀具磨损量与换刀工作约占全部工时的30%～40%，严重拉低了tbm的工作效率，而每停工一天会有近千万的经济损失，因此需要对刀盘上每一个刀位的刀具在使用过程中的磨损情况进行在线监测，以提高tbm工作效率，保证工程工期，减少工程投入。迄今为止，未见隧道掘进机刀具磨损量评估方法的文献报道和实际应用。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种科学合理，适用性强，能够实现刀具磨损量的在线监测，评估准确，工作效率高，且能够降低工程成本的隧道掘进机刀具磨损量评估方法。

实现本发明目的所采取的技术方案是，一种隧道掘进机刀具磨损量评估方法，其特征是，它包括以下步骤，

1）设置刀具磨损量的测量电路，所述刀具磨损量的测量电路包括在刀圈上呈120°均匀分布设置的第一探测片、第二探测片、第三探测片和控制器，第一探测片、第二探测片和第三探测片的边沿与刀圈的边沿平齐，第一探测片、第二探测片和第三探测片的单端口出线均密封接入控制器；

2）检测第一个探测片的s1阶段：控制器控制第一个探测片，计算出等值电阻ra，进入s2阶段；

3）检测第二个探测片的s2阶段：控制器控制第二个探测片，计算出等值电阻rb，进入s3阶段；

4）检测第三个探测片的s3阶段：控制器控制第三个探测片，计算出等值电阻rc，进入s4阶段；

5）等值电阻是否小于75ω的s4阶段：比较等值电阻ra、rb、rc三个值中是否至少有两个是小于75ω的，如果有，则说明至少有两个探测片的三个电阻全部没有损坏，则少数服从多数，认为整个刀圈的磨损量在小于10mm的正常范围，报告该刀位正常，然后进入s7阶段，否则进入s5阶段；

6）等值电阻是否小于150ω的s5阶段：比较等值电阻ra、rb、rc三个值中是否至少有两个是小于150ω的，如果有，则说明至少有两个探测片距离刀圈边缘10mm的电阻已经被磨损，则少数服从多数，认为整个刀圈的磨损量已经大于10mm，报告该刀位处于预警状态，然后进入s7阶段，否则进入s6阶段；

7）等值电阻是否小于300ω的s6阶段：比较等值电阻ra、rb、rc三个值中是否至少有两个是小于300ω的，如果有，则说明至少有两个探测片距离刀圈边缘15mm的电阻已经被磨损，则少数服从多数，认为整个刀圈的磨损量已经大于15mm，报告该刀位处于警告状态，提醒施工人员随时更换该刀位刀具，然后进入s7阶段，否则认为整个刀圈的磨损量已经大于25mm，报告该刀位处于严重警告状态，提醒施工人员立即更换该刀位刀具，避免该刀位刀具的过度磨损和其他刀位刀具非自然性磨损，然后进入s7阶段；

8）是否继续检测的s7阶段：需要根据实际工况，判断是否需要重新检测，一般为延时30秒钟从新开始检测，进入s1阶段，否则结束整个流程进入休眠状态。

本发明的原理是采用内嵌电阻层的柔性印刷电路板蚀刻出三个等值电阻并联的电路结构，三个电阻的间距按监测需要排布，这样的一个探测片是全封闭的，不再需要任何其他电路元件。将三个探测片按120°均匀分布用超高温金属胶粘贴在刀圈上，探测片边沿对齐刀圈边沿，其引出的三端口线路密封连接到控制器中。刀具处于工作状态时，控制器轮流向三端口发送一个恒定电流，然后检测端口电压，从而计算端口等值电阻。随着刀圈磨损量的增加，三个电阻相继消失，使计算出的等值电阻增大，控制器综合三个探测片的计算值评估出刀圈的磨损量大致范围。

本发明提供的隧道掘进机刀具磨损量评估方法具有如下优点：

1）可以实现tbm刀具磨损量的在线监测，不用在tbm施工时不时停工，人工检测刀具磨损量，减少了施工人员的工作量；

2）可以大幅提高tbm工作效率，减少工程投入；

3）测量电路造价低，易于实现，不需要改造现有tbm设备，其控制器可以重复使用；

4)科学合理，适用性强，能够实现刀具磨损量的在线监测，评估准确，工作效率高，且能够降低工程成本。

附图说明

图1为本发明提供的隧道掘进机刀具磨损量评估方法测量电路中的探测片布置示意图；

图2为本发明提供的隧道掘进机刀具磨损量评估方法测量电路中的探测片电路示意图；

图3为本发明提供的隧道掘进机刀具磨损量评估方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的隧道掘进机刀具磨损量评估方法进行详细说明。

如图1-图2所示，tbm刀具的主要组成部分有刀轴2、刀体4和刀圈5，本发明提供的隧道掘进机刀具磨损量评估方法包括的步骤为：

1）设置刀具磨损量的测量电路，所述刀具磨损量的测量电路包括在刀圈上呈120°均匀分布设置的第一探测片1、第二探测片3、第三探测片6和控制器7，第一探测片1、第二探测片3和第三探测片6是均匀粘贴在刀圈5上，第一探测片1、第二探测片3和第三探测片6的边沿与刀圈的边沿平齐，第一探测片1、第二探测片3和第三探测片6的单端口出线均密封接入控制器7。

如图2所示，以第一探测片1为例展示探测片的结构。第二探测片3、第三探测片6与第一探测片1的结构相同，均是矩形的柔性印刷电路板，在其内部直接蚀刻了三个200ω的电阻r1、r2、r3，将所述的三个电阻并联再接入到控制器7中。探测片宽10mm，长28mm，电阻r1距离第一探测片1边沿10mm，电阻r2距离电阻r1为5mm，电阻r3距离电阻r2为10mm。

如图3所示，本发明提供的隧道掘进机刀具磨损量评估方法的步骤2）-步骤8）为：

2）检测第一个探测片1的s1阶段：控制器7将10ma恒流源信号注入第一个探测片1的端口，然后测量端口电压，计算出等值电阻ra，进入s2阶段；

3）检测第二个探测片3的s2阶段：控制器7将10ma恒流源信号注入第二个探测片3的端口，然后测量端口电压，计算出等值电阻rb，进入s3阶段；

4）检测第三个探测片6的s3阶段：控制器7将10ma恒流源信号注入第三个探测片6的端口，然后测量端口电压，计算出等值电阻rc，进入s4阶段；

5）等值电阻是否小于75ω的s4阶段：比较等值电阻ra、rb、rc三个值中是否至少有两个是小于75ω的，如果有，则说明至少有两个探测片的三个电阻全部没有损坏，则少数服从多数，认为整个刀圈5的磨损量在小于10mm的正常范围，报告该刀位正常，然后进入s7阶段，否则进入s5阶段；

6）等值电阻是否小于150ω的s5阶段：比较等值电阻ra、rb、rc三个值中是否至少有两个是小于150ω的，如果有，则说明至少有两个探测片距离刀圈边缘10mm的电阻已经被磨损，则少数服从多数，认为整个刀圈的磨损量已经大于10mm，报告该刀位处于预警状态，然后进入s7阶段，否则进入s6阶段；

7）等值电阻是否小于300ω的s6阶段：比较等值电阻ra、rb、rc三个值中是否至少有两个是小于300ω的，如果有，则说明至少有两个探测片距离刀圈边缘15mm的电阻已经被磨损，则少数服从多数，认为整个刀圈的磨损量已经大于15mm，报告该刀位处于警告状态，提醒施工人员随时更换该刀位刀具，然后进入s7阶段，否则认为整个刀圈的磨损量已经大于25mm，报告该刀位处于严重警告状态，提醒施工人员立即更换该刀位刀具，避免该刀位刀具的过度磨损和其他刀位刀具非自然性磨损，然后进入s7阶段；

8）是否继续检测的s7阶段：需要根据实际工况，判断是否需要重新检测，一般为延时30秒钟从新开始检测，进入s1阶段，否则结束整个流程进入休眠状态。

以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，所属领域的普通技术人员应该理解，参照上述实施例所作的任何形式的修改、等同变化均在本发明权利要求保护范围之内。