专利名称：盾构机刀具耐磨块厚度磨损量的超声波实时监测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于盾构机监测技术领域，尤其涉及到一种盾构机刀具耐磨块厚度磨损量的超声波实时监测装置。
背景技术：
刀具耐磨块的磨损是盾构机在复合地层施工中遇到的最大难题之一，目前对盾构机刀具耐磨块的磨损量很难做到实时监测，往往只能在盾构机掘进当中刀具耐磨块产生严重磨损时才能被动地对盾构机刀具进行带压开仓检查，但带压开仓检查通常耗时较长，不但影响施工进度，而且安全风险较高。也有采用预埋油管或添加异味剂的方式来判断盾构机刀具耐磨块的磨损程度，这种方式只能在刀具耐磨块的磨损量达到一定程度时才能发挥作用，但不能对刀具耐磨块的磨损量进行实时监测，无实时监测数据就不能为刀具耐磨块的及时更换提供必要的技术支持。
发明内容
为解决上述问题，本发明设计了一种盾构机刀具耐磨块厚度磨损量的超声波实时监测装置，该超声波实时监测装置能实时监测刀盘上固定的刀具耐磨块的磨损量，通过电滑环装置并以有线传输方式将监测信号传至尾盾控制室内的PC机，同时尾盾控制室内的交变直电源也通过电滑环装置为测厚仪提供持续供电保证，解决了盾构机在施工过程中不能对刀具耐磨块磨损量进行实时监测的难题。为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
一种盾构机刀具耐磨块厚度磨损量的超声波实时监测装置，所述盾构机含有刀具、中心回转体、刀盘、前盾、中盾、尾盾、主控室、刀头、耐磨块、固定体以及刀座，刀盘固定在中心回转体的前端且刀盘随中心回转体一同转动，中心回转体通过固定体固定在前盾的中心处，在刀盘上固定有刀座，刀座上配置刀具，刀具由镶嵌在刀头上的耐磨块构成，中盾的前端联接前盾，中盾的后端联接尾盾，尾盾后端配置主控室，所述监测装置含有超声波换能器、测厚仪、PC机以及交变直电源，测厚仪具备RS485通讯方式且通讯距离达千米，PC机配置通用数据处理软件并能控制发送监测指令、取消监测指令以及设置监测时间频率，交变直电源能将施工现场的220V交流电转化为3V直流电并为测厚仪的正常工作提供持续电力。本发明的特征是:
在刀头的大端面上配钻有内螺纹通孔，内螺纹通孔的前端配置超声波换能器，超声波换能器的前端面与耐磨块的后端面平齐，距离内螺纹通孔的后端固定有测厚仪，测厚仪固定在刀盘上，与超声波换能器联接的信号线从内螺纹通孔引出后再与测厚仪联接，沿中心回转体的内腔壁配钻一轴向通孔，在中心回转体的后端和固定体的后端同时配装有电滑环装置，与测厚仪联接的信号线和电源线在穿过通孔后再与电滑环装置中弓I出的一束转子引线实施对接，而电滑环装置中引出的一束定子引线与对接的信号线、电源线在经过中盾、尾盾后分别与安装在主控室内的PC机、交变直电源联接。上述内螺纹通孔的后端设置联通有比内螺纹通孔直径大的台阶孔，呈台阶状的密封塞通过外螺纹以及涂抹在该外螺纹上的锁固剂后再旋接在内螺纹通孔的后端，在超声波换能器和密封塞之间设置弹簧并在此之间灌注有耦合剂，在所述台阶孔的一侧配铣有凹槽，超声波换能器的信号线从密封塞的中心通孔引出后通过凹槽被联接在测厚仪上，在所述中心通孔灌注耦合剂后再使用密封胶将所述中心通孔封闭。上述测厚仪的外围配置有铁质保护罩，与测厚仪联接的信号线和电源线均穿过铁质保护罩并通过通孔再与电滑环装置中弓I出的一束转子引线实施对接。上述电滑环装置包括定子、转子、一束定子引线、一束转子引线、止转片、销轴、卡具以及固定片，定子的内环配置有间距相等的数个定滑环，转子的外环配置有间距相等的数个转滑环，所述数个定滑环均对应于所述数个转滑环，从所述数个定滑环上联接引出一束定子引线，从所述数个转滑环上联接引出一束转子引线，转子固定在中心回转体的后端，固定片将一束转子引线固定在中心回转体配钻的通孔内，一束转子引线再对应与测厚仪联接的信号线和电源线实施对接，在固定体的后端联接配置有卡具，卡具上设置有对称的径向卡槽，在两个所述卡槽内分别通过销轴联接止转片，两个止转片再与定子联接，一束定子引线与PC机、交变直电源联接过来的信号线、电源线实施对接。由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果:
1、本发明的超声波实时监测装置能实时监测刀盘上固定的刀具耐磨块的磨损量，通过电滑环装置并以有线传输方式将监测信号传至尾盾控制室内的PC机，同时尾盾控制室内的交变直电源也通过电滑环装置为测厚仪提供持续供电保证，解决了盾构机在施工过程中不能对刀具耐磨块磨损量进行实时监测的难题。2、超声波换能器到测厚仪之间的信号线以及测厚仪到电滑环装置之间的信号线比较短，不会使超声波换能器采集到的信号产生衰减现象而影响PC机的实时监测可靠性。3、电滑环装置到PC机之间的信号线长度按照现有盾构机的配置能控制在5m以内，这样也不会使超声波换能器采集到的信号产生衰减现象而影响PC机的实时监测可靠性，PC机能实时显示超声波换能器对耐磨块的监测结果。4、本发明的超声波实时监测装置具有抗干扰能力强、稳定性好、组装简便之特点，可通过刀具耐磨块磨损后数值与磨损前数值的对比实时掌握其磨损状态，较好的解决了盾构机在施工过程中刀具耐磨块的磨损量难以实时、持续监测的技术难题。
图1是本发明的实时检测装置安装在盾构机上的结构示意简图。图2是超声波换能器的局部结构示意简图。图3是图2的右视局部结构示意简图。图4是电滑环装置的结构示意简图。
图5是图4的左视结构示意简图。上述图中:1_超声波换能器，2-测厚仪，3-电滑环装置，4- PC机，5-交变直电源，6-刀具，7-中心回转体，8-信号线，9-电源线，10-刀盘，11-前盾，12-中盾，13-尾盾，14-主控室，15-刀头，16-耐磨块，17-弹簧，18-密封塞，19-内螺纹通孔，20-台阶孔，21-铁质保护罩，22-定子，23-转子，24- 一束定子引线，25- —束转子引线，26-止转片，27-销轴，28-通孔，29-固定体，30-卡具，31-刀座，32-凹槽，33-固定片。
具体实施例方式本发明是一种盾构机刀具耐磨块厚度磨损量的超声波实时监测装置，该超声波实时监测装置能实时监测刀盘上固定的刀具耐磨块的磨损量，通过电滑环装置并以有线传输方式将监测信号传至尾盾控制室内的PC机，同时尾盾控制室内的交变直电源也通过电滑环装置为测厚仪提供持续供电保证，解决了盾构机在施工过程中不能对刀具耐磨块磨损量进行实时监测的难题。结合图1，盾构机含有刀具6、中心回转体7、刀盘10、前盾11、中盾12、尾盾13、主控室14、刀头15、耐磨块16、固定体29以及刀座31，刀盘10固定在中心回转体7的前端且刀盘10随中心回转体7 —同转动，中心回转体7通过固定体29固定在前盾11的中心处，在刀盘10上固定有刀座31，刀座31上配置刀具6，刀具6由镶嵌在刀头15上的耐磨块16构成，耐磨块16实际上就是刀刃，中盾12的前端联接前盾11，中盾12的后端联接尾盾13，尾盾13后端配置主控室14，所述前端即为图1的左端，所述后端即为图1的右端，上述均为盾构机的基本配置。所述监测装置含有超声波换能器1、测厚仪2、PC机4以及交变直电源5，测厚仪2具备RS485通讯方式且通讯距离达千米，PC机4配置通用数据处理软件并能控制发送监测指令、取消监测指令以及设置监测时间频率，交变直电源5能将施工现场的220V交流电转化为3V直流电并为测厚仪2的正常工作提供持续电力。通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。结合图1-2，在刀头15的大端面上配钻有内螺纹通孔19，内螺纹通孔19的前端配置超声波换能器I，超声波换能器I的前端面与耐磨块16的后端面平齐，距离内螺纹通孔19的后端固定有测厚仪2，测厚仪2固定在刀盘10上，与超声波换能器I联接的信号线8从内螺纹通孔19引出后再与测厚仪2联接，沿中心回转体7的内腔壁配钻一轴向通孔28，在中心回转体7的后端即尾端和固定体29的后端同时配装有电滑环装置3，与测厚仪2联接的信号线8和电源线9在穿过通孔28后再与电滑环装置3中引出的一束转子引线25实施对接，而电滑环装置3中引出的一束定子引线24与对接的信号线8、电源线9在经过中盾
12、尾盾13后分别与安装在主控室14内的PC机4、交变直电源5联接。超声波换能器I到测厚仪2之间的信号线8以及测厚仪2到电滑环装置3之间的信号线8比较短，不会使超声波换能器I采集到的信号产生衰减现象而影响PC机4的实时监测可靠性。电滑环装置3到PC机4之间的信号线8长度按照现有盾构机的配置可以控制在5m以内，这样也不会使超声波换能器I采集到的信号产生衰减现象而影响PC机4的实时监测可靠性，PC机4能实时显示超声波换能器I对耐磨块16的监测结果。
结合图2-3，上述内螺纹通孔19的后端设置联通有比内螺纹通孔19直径大的台阶孔20，内螺纹通孔19的直径取IOmm以内即可通过超声波换能器I到测厚仪2之间的信号线8，呈台阶状的密封塞18通过外螺纹以及涂抹在该外螺纹上的锁固剂后再旋接在内螺纹通孔19的后端，台阶孔20的直径>密封塞18的最大外径即可，在超声波换能器I和密封塞18之间设置弹簧17并在此之间灌注有耦合剂，超声波换能器I类似于超声波探头，在所述台阶孔20的一侧配铣有凹槽32，超声波换能器I的信号线8从密封塞18的中心通孔引出后通过凹槽32被联接在测厚仪2上，在所述中心通孔灌注耦合剂后再使用密封胶将所述中心通孔封闭，所述耦合剂可以通过内螺纹通孔19的螺纹间隙渗透到超声波换能器I的前端。结合图2，上述测厚仪2的外围配置有铁质保护罩21，与测厚仪2联接的信号线8和电源线9均穿过铁质保护罩21并通过通孔28再与电滑环装置3中引出的一束转子引线25实施对接。结合图4-5，上述电滑环装置3包括定子22、转子23、一束定子引线24、一束转子引线25、止转片26、销轴27、卡具30以及固定片33，定子22的内环配置有间距相等的数个定滑环，转子23的外环配置有间距相等的数个转滑环，所述数个定滑环均对应于所述数个转滑环，从所述数个定滑环上联接引出一束定子引线24，从所述数个转滑环上联接引出一束转子引线25，转子23固定在中心回转体7的后端，固定片33将一束转子引线25固定在中心回转体7配钻的通孔28内，一束转子引线25再对应与测厚仪2联接的信号线8和电源线9实施对接，在固定体29的后端联接配置有卡具30，卡具30上设置有对称的径向卡槽，在两个所述卡槽内分别通过销轴27联接止转片26，两个止转片26再与定子22联接，一束定子引线24与PC机4、交变直电源5联接过来的信号线8、电源线9实施对接。电滑环装置3的导通原理接近于天车所配的三相滑触线，只不过所述三相滑触线是直线接触，而电滑环装置中3的定子22和转子23是转动接触，由于刀盘10的最大直径可达8米，因此中心回转体7的转速较小导致转子23的转速也较小，转子23和定子间的信号传递也不会产生衰减现象。由于固定在中心回转体7后端的转子23能随刀盘10 —同转动，因此一束转子引线25与测厚仪2联接的信号线8和电源线9也是保持着相对的距离不变，而固定在固定体29后端的卡具30不转动，因此一束定子引线24与PC机4、交变直电源5联接过来的信号线8、电源线9是固定不动的，因而本发明电滑环装置3解决了转动部分与固定部分之间信号线8和电源线9的缠绕问题。当盾构机施工时刀具耐磨块发生磨损而导致其厚度发生变化时，超声波换能器I能将其实时监测到的厚度磨损量电信号传输到测厚仪2，测厚仪2再将电信号转换为数字信号并通过电滑环装置3将其实时传输至PC机4上。本发明的超声波实时监测装置具有抗干扰能力强、稳定性好、组装简便之特点，可通过刀具耐磨块磨损后数值与磨损前数值的对比实时掌握其磨损状态，较好的解决了盾构机在施工过程中刀具耐磨块的磨损量难以实时、持续监测的技术难题。为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是:本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。
权利要求
1.一种盾构机刀具耐磨块厚度磨损量的超声波实时监测装置，所述盾构机含有刀具(6)、中心回转体(7)、刀盘(10)、前盾(11)、中盾(12)、尾盾(13)、主控室(14)、刀头(15)、耐磨块(16)、固定体(29)以及刀座(31)，刀盘(10)固定在中心回转体(7)的前端且刀盘(10)随中心回转体(7) —同转动，中心回转体(7)通过固定体(29)固定在前盾(11)的中心处，在刀盘(6)上固定有刀座(31)，刀座(31)上配置刀具(6)，刀具(6)由镶嵌在刀头(15)上的耐磨块(16)构成，中盾(12)的前端联接前盾(11)，中盾(12)的后端联接尾盾(13)，尾盾(13)后端配置主控室(14)，所述监测装置含有超声波换能器(I)、测厚仪(2)、PC机(4)以及交变直电源(5)，测厚仪(2)具备RS485通讯方式且通讯距离达千米，PC机(4)配置通用数据处理软件并能控制发送监测指令、取消监测指令以及设置监测时间频率，交变直电源(5)能将施工现场的220V交流电转化为3V直流电并为测厚仪(2)的正常工作提供持续电力；其特征是:在刀头(15)的大端面上配钻有内螺纹通孔(19)，内螺纹通孔(19)的前端配置超声波换能器(I)，超声波换能器(I)的前端面与耐磨块(16)的后端面平齐，距离内螺纹通孔(19)的后端固定有测厚仪(2)，测厚仪(2)固定在刀盘(6)上，与超声波换能器(I)联接的信号线(8)从内螺纹通孔(19)引出后再与测厚仪(2)联接，沿中心回转体(7)的内腔壁配钻一轴向通孔(28)，在中心回转体(7)的后端和固定体(29)的后端同时配装有电滑环装置(3)，与测厚仪(2)联接的信号线⑶和电源线(9)在穿过通孔(28)后再与电滑环装置(3)中引出的一束转子引线(25)实施对接，而电滑环装置(3)中引出的一束定子引线(24)与对接的信号线(8)、电源线(9)在经过中盾(12)、尾盾(13)后分别与安装在主控室(14)内的PC机(4)、交变直电源(5)联接。
2.根据权利要求1所述盾构机刀具耐磨块厚度磨损量的超声波实时监测装置，其特征是:内螺纹通孔(19)的后端设置联通有比内螺纹通孔直径大的台阶孔，呈台阶状的密封塞(18)通过外螺纹以及涂抹在该外螺纹上的锁固剂后再旋接在内螺纹通孔(19)的后端，在超声波换能器(I)和密封塞(18)之间设置弹簧(17)并在此之间灌注有耦合剂，在所述台阶孔的一侧配铣有凹槽(32)，超声波换能器(I)的信号线(8)从密封塞(18)的中心通孔引出后通过凹槽(32)被联接在测厚仪(2)上，在所述中心通孔灌注耦合剂后再使用密封胶将所述中心通孔封闭。
3.根据权利要求1所述盾构机刀具耐磨块厚度磨损量的超声波实时监测装置，其特征是:测厚仪(2)的外围配置有铁质保护罩(21)，与测厚仪(2)联接的信号线(8)和电源线(9)均穿过铁质保护罩(21)并通过通孔(28)再与电滑环装置(3)中引出的一束转子引线(25)实施对接。
4.根据权利要求1所述盾构机刀具耐磨块厚度磨损量的超声波实时监测装置，其特征是:电滑环装置(3)包括定子(22)、转子(23)、一束定子引线(24)、一束转子引线(25)、止转片(26)、销轴(27)、卡具(30)以及固定片(33)，定子(22)的内环配置有间距相等的数个定滑环，转子(23)的外环配置有间距相等的数个转滑环，所述数个定滑环均对应于所述数个转滑环，从所述数个定滑环上联接弓I出一束定子弓I线(24)，从所述数个转滑环上联接引出一束转子引线(25)，转子(23)固定在中心回转体(7)的后端，固定片(33)将一束转子引线(25)固定在中心回转体(7)配钻的通孔 (28)内，一束转子引线(25)再对应与测厚仪(2)联接的信号线(8)和电源线(9)实施对接，在固定体(29)的后端联接配置有卡具(30)，卡具(30)上设置有对称的径向卡槽，在两个所述卡槽内分别通过销轴(27)联接止转片(26)，两个止转片(26)再与定子(22)联接，一束定子引线(24)与PC机(4)、交变直电源(5)联接过来的信号线(8 ) 、电源线(9)实施对接。
全文摘要
一种盾构机刀具耐磨块厚度磨损量的超声波实时监测装置，含有刀具(6)、中心回转体(7)、刀盘(10)、前盾(11)、中盾(12)、尾盾(13)、主控室(14)、刀头(15)、耐磨块(16)、固定体(29)以及刀座(31)，刀头(15)配钻的内螺纹通孔(19)内配置超声波换能器(1)而后端固定测厚仪(2)，超声波换能器信号线(8)与测厚仪联接，中心回转体配钻通孔(28)，中心回转体和固定体的后端配装电滑环装置(3)，测厚仪信号线和电源线(9)与一束转子引线(25)对接，一束定子引线(24)对接的信号线、电源线在经过中盾、尾盾与主控室内PC机(4)、交变直电源(5)联接，解决了耐磨块难监测的问题。
文档编号E21D9/08GK103114858SQ20131000531
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者洪开荣, 吕瑞虎, 王光辉, 于少辉, 李建华, 张家鸣, 熊炎林, 田皓文, 赵云非, 白中坤, 李辉, 杨朝帅, 杨泽平, 何伟 申请人:中铁隧道集团有限公司