振动测量装置、隧道掘进机及刀盘振动测量系统的制作方法

本实用新型涉及刀具检测技术领域，特别是涉及一种振动测量装置、隧道掘进机及刀盘振动测量系统。

背景技术：

隧道掘进机因施工质量高、安全高效、围岩扰动小等优点在国内外得到了广泛应用。根据掘进地层的硬度，可以将隧道掘进机分为用于软土地层的盾构机和用于岩石地层的硬岩掘进机(Tunnel Boring Machine， TBM)。隧道掘进机的核心部件为布置于刀盘上的滚刀，滚刀破岩主要依靠滚刀与岩体间的相互作用。当滚刀推力达到岩石破碎临界值后，滚刀下方岩石破碎形成岩粉与岩片，使滚刀的应力快速释放。滚刀破岩是一个动态过程，加载的同时滚动，从而在滚刀转动过程中形成了滚刀的高频率大幅度振动，导致刀盘乃至掘进机的整体振动。

隧道掘进机的振动一方面将加剧滚刀磨损，也会对隧道掘进机的掘进定向精度造成困难；另一方面对围岩造成扰动，易于引发洞壁塌陷等事故，最终将影响机器使用寿命、延长施工时间并增加施工成本。

现有技术通常采用间接测量法针对隧道掘进机的非旋转部分选点进行整体振动监测，而无法直接测量刀盘的振动情况，尤其无法测量旋转运动和冲击条件下刀盘的振动情况，因此，无法为滚刀磨损、隧道掘进机的掘进定向精度和使用寿命等提供更具有现实意义的数据基础。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是提供一种振动测量装置，其固定于旋转体上，并可以直接测量该旋转体的加速度数据。

本实用新型的另一个目的是提供一种隧道掘进机，其可以直接获取刀盘的加速度数据。

本实用新型的另一个目的是提供一种刀盘振动测量系统，其可以直接测量刀盘在旋转运动和冲击条件下的振动情况。

一方面，本实用新型实施例提出了一种振动测量装置，固定于旋转体，其包括：底板；外壳，具有容纳部及与容纳部连通的开口，底板可拆卸地盖合于开口以形成密闭空间，以及数据采集模块，固定于密闭空间内，数据采集模块包括集成的采集板和存储器卡，采集板设置有加速度传感器，用于实时地采集旋转体运动过程中的加速度数据，存储器卡通过卡座与采集板电连接，用于存储加速度数据。

根据本实用新型实施例的一个方面，容纳部设置为朝向外壳内部凹陷的阶梯型凹槽。

根据本实用新型实施例的一个方面，阶梯型凹槽包括台阶面，台阶面上设置有定位螺纹孔，采集板通过连接至定位螺纹孔的第一紧固件固定至台阶面。

根据本实用新型实施例的一个方面，数据采集模块进一步包括用于为采集板供电的电源，电源设置于阶梯型凹槽内，并且台阶面到阶梯型凹槽的底部的距离小于电源的高度尺寸。

根据本实用新型实施例的一个方面，刀盘振动测量装置进一步包括固定板，固定板放置于电源的上方，并通过连接至定位螺纹孔的第二紧固件固定至台阶面。

根据本实用新型实施例的一个方面，开口所在的端面上设置有围绕开口周侧的密封槽，密封槽内设置有密封圈，密封圈的高度高于密封槽的深度。

根据本实用新型实施例的一个方面，开口所在的端面上还设置有多个安装孔，多个安装孔位于密封槽的外侧且间隔设置，底板上对应安装孔的位置处设置有螺纹孔，底板通过穿过安装孔和螺纹孔的紧固件而盖合于开口。

根据本实用新型实施例的一个方面，底板上进一步设置有多个固定孔，多个固定孔间隔设置，底板通过穿过固定孔的紧固件固定于旋转体。

根据本实用新型实施例的一个方面，外壳的外侧设置有开关，开关与采集板电连接。

另一方面，本实用新型实施例提出了一种隧道掘进机，其包括：刀盘，刀盘上设置有滚刀和人孔；如前所述的振动测量装置，振动测量装置通过底板固定于刀盘的人孔的侧壁，以采集并存储滚刀掘进过程中刀盘上的加速度数据。

另一方面，本实用新型实施例提出了一种刀盘振动测量系统，其包括：如前所述的振动测量装置，振动测量装置通过底板固定于刀盘的人孔，以采集并存储刀盘在运动过程中的加速度数据；数据读取装置，用于读取振动测量装置中的存储器卡存储的刀盘的加速度数据；以及数据分析装置，与数据读取装置电连接，用于根据刀盘的加速度数据进行分析处理。

根据本实用新型实施例的一个方面，数据读取装置包括壳体，壳体上设置有插槽和数据接口，插槽用于放置振动测量装置中的存储器卡，数据接口通过数据线连接至数据分析装置。

根据本实用新型实施例的一个方面，数据读取装置进一步包括设置于壳体上的传输开关，传输开关用于控制数据读取装置的传输进度。

根据本实用新型实施例的一个方面，数据读取装置进一步包括设置于壳体上的指示灯，指示灯用于显示数据读取装置的运行状态。

本实用新型实施例提供的振动测量装置，通过固定于旋转体上的数据采集模块可以直接获得该旋转体运动过程中的加速度数据，具备量程大、精度高、耐冲击、数据存储时间长等优点，便于对旋转体进行振动分析以及冲击分析。另外，本实用新型实施例提供的刀盘振动测量系统，将如前所述的振动测量装置固定于刀盘上，可以直接测量隧道掘进机掘进过程中刀盘的加速度数据，并进行数据分析，获得刀盘在X/Y/Z三个方向的速度、加速度、位移等变化曲线，从而为后续的刀盘故障研究提供数据基础。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本实用新型实施例提供的旋转体振动测量装置的结构示意图；

图2是图1所示的旋转体振动测量装置中的外壳的俯视图；

图3是图2中的外壳沿A-A向的剖视图；

图4是本实用新型实施例提供的隧道掘进机的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的刀盘振动测量系统的示意性框图；

图6是图5所示的刀盘振动测量系统中的数据读取装置的主视图；

图7是图5所示的刀盘振动测量系统中的数据读取装置的侧视图；

图8是图5所示的数据分析装置进行数据分析的示意性流程框图。

其中：

10-底板；20-外壳；21-容纳部；21a-台阶面；22-开口；23-密封槽； 24-安装孔；25-开关；30-采集板；31-存储器卡；32-电源；33-第一紧固件；34-固定板；35-第二紧固件；

100-振动测量装置；200-数据读取装置；210-壳体；220-插槽；230-数据接口；240-传输开关；250-指示灯；260-供电端子；300-数据分析装置。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的振动测量装置、隧道掘进机及刀盘振动测量系统的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图8对本实用新型实施例提供的振动测量装置、隧道掘进机和刀盘振动测量系统进行详细描述。

请一并参阅图1和图2，根据本实用新型实施例提出了一种振动测量装置100，固定于旋转体，其包括：底板10、外壳20和数据采集模块。

外壳20具有容纳部21及与容纳部21连通的开口22，底板10可拆卸地盖合于开口22以形成密闭空间。

数据采集模块固定于密闭空间内，数据采集模块包括集成的采集板30 和存储器卡31。

采集板30设置有加速度传感器，用于实时地采集旋转体运动过程中的加速度数据。加速度传感器可以为三轴加速度传感器，用于测量该旋转体在X/Y/Z三个方向的加速度。三轴加速度传感器的量程例如可以为± 200g，能够实现0.1g的加速度分别率，采集频率可达5000HZ。

存储器卡31作为加速度数据的存储介质，可连续记录24小时数据。由于振动测量装置100经常处于高频率、大幅度振动等比较恶劣的工作环境，为了提高振动测量装置100中的存储器卡31的使用寿命，可以采用体积极小的快闪存储器卡。存储器卡31通过卡座与采集板30电连接，便于取放存储器卡31。存储器卡中存储的加速度数据可以传输至具有数据读取功能的设备中进行分析处理。

本实用新型实施例提供的振动测量装置100，通过固定于旋转体上的数据采集模块可以直接获得该旋转体运动过程中的加速度数据，具备量程大、精度高、耐冲击、数据存储时间长等优点，便于对旋转体进行振动分析以及冲击分析。

下面结合附图详细描述本实用新型实施例提供的振动测量装置的各部件的具体结构。

请一并参阅图2和图3，外壳20的容纳部21设置为朝向外壳20内部凹陷的阶梯型凹槽。阶梯型凹槽包括台阶面21a，台阶面21a上设置有定位螺纹孔，采集板30通过连接至定位螺纹孔的第一紧固件33固定至台阶面21a。第一紧固件33的数量可以为多个，例如图2中所示的4个。

另外，数据采集模块进一步包括用于为采集板30供电的电源32，电源32可以为容量不小于1500mA的电池，可连续工作24小时。电源32设置于阶梯型凹槽内，并且台阶面21a到阶梯型凹槽的底部的距离小于电源 32的高度尺寸。

进一步地，本实用新型实施例提供的振动测量装置还包括固定板34，固定板34放置于电源32的上方，并通过连接至定位螺纹孔的第二紧固件 35固定至台阶面21a，从而将电源32紧固至阶梯型凹槽内。第二紧固件 35的数量可以为多个，例如图3中所示的4个。

进一步地，开口22所在的端面上设置有围绕开口22周侧的密封槽 23，密封槽23内设置有密封圈，密封圈的高度高于密封槽23的深度，从而在数据采集模块周围建立防护墙，防止灰尘、水等杂质侵入外壳20内部，保证振动测量装置的安全性和可靠性。

另外，开口22所在的端面上还设置有多个安装孔24，多个安装孔24 位于密封槽23的外侧且间隔设置，底板10上对应安装孔24的位置处设置有螺纹孔，底板通过穿过安装孔24和螺纹孔的紧固件而盖合于开口22。

底板10上进一步设置有多个固定孔11，多个固定孔11间隔设置，底板10通过穿过固定孔11的紧固件固定于旋转体。

进一步地，外壳20的外侧设置有开关25，开关25与采集板30电连接，便于控制振动测量装置的开启和关闭。

参阅图4，本实用新型实施例还提供了一种隧道掘进机，其包括：刀盘K和如前所述的振动测量装置100。

刀盘K上布置有滚刀，如中心滚刀、面板滚刀以及边缘滚刀，每把滚刀在掘进过程中的受力状态存在差异，并且滚刀在自转的同时还需绕着刀盘K的中心轴旋转，而刀盘K的振动为所有滚刀振动的累加，是复杂的旋转体三轴振动问题。为了便于测量刀盘K的振动情况，可以将振动测量装置100通过底板10固定于刀盘K，优选地，固定于刀盘上设置的人孔H 的侧壁，以采集并存储隧道掘进机掘进过程中刀盘K的加速度数据。

参阅图5，本实用新型实施例还提供了一种刀盘振动测量系统，其包括：如前所述的振动测量装置100、数据读取装置200和数据分析装置 300。

振动测量装置100通过底板固定于刀盘的人孔，以采集并存储刀盘在运动过程中的加速度数据。

数据读取装置200用于读取振动测量装置100中的存储器卡31存储的刀盘的加速度数据。由于刀盘在破岩过程中经常处于高频率、大幅度振动等比较恶劣的工作环境，如前说述，为了提高振动测量装置100中的存储器卡31的使用寿命，可以采用体积极小的快闪存储器卡，例如，TF (Trans-flash Card)卡，但是TF卡连接不方便，需要通过数据读取装置 200来读写数据。

数据分析装置300与数据读取装置200电连接，用于根据刀盘的加速度数据进行分析处理，数据分析装置300可以为安装有振动分析软件的计算机。

请一并参阅图6和图7，数据读取装置200包括壳体210，壳体210上设置有插槽220和数据接口230，插槽220用于放置存储器卡31，如前所述，插槽220可以用于存放TF卡。数据接口230通过数据线连接至数据分析装置300，从而将从TF卡中读取的数据上传至数据分析装置300进行分析。

数据读取装置200进一步包括设置于壳体210上的传输开关240，传输开关240用于控制数据读取装置200的传输进度，例如，暂停与传输。

数据读取装置200进一步包括设置于壳体210上的指示灯250，指示灯250用于显示数据读取装置200的运行状态，例如暂停或工作状态，还可以显示数据传输状态。

数据读取装置200进一步包括设置于壳体210上的供电端子260，供电端子260与外接电源连接，用于为数据读取装置200供电。

其中，插槽220和传输开关240可以设置于壳体210的同一侧面上，数据接口230、指示灯250和供电端子260可以位于壳体210的另外一个侧面上。

可以理解的是，数据读取装置200中各个部件或装置的位置不限于本实施例的附图所示，可以根据壳体210的结构进行适应性的修改或调整。

由此，本实用新型实施例提供的刀盘振动测量系统进行振动测量的步骤如下：

步骤1：将组装好的振动测量装置100安装至隧道掘进机的刀盘上，例如刀盘的人孔H的侧壁，隧道掘进机处于工作状态之前，先启动振动测量装置100的开关25，开始实时地采集刀盘的加速度数据，并存储在数据采集模块的存储器卡31内；

步骤2：隧道掘进机停止工作后，将振动测量装置100从刀盘上取下，拆开振动测量装置100，取出插接在数据采集模块中的采集板30上的存储器卡31，将存储器卡31插入数据读取装置200的插槽220中，开始读取振动测量装置100测量的刀盘的加速度数据，并通过读取装置200的数据接口230将该刀盘加速度数据传输至数据分析装置300中；

步骤3：数据分析装置300对数据读取装置200传输来的数据进行分析处理，并显示至软件界面。

参阅图8，示出了数据分析装置300进行数据分析的示意性流程框图。数据分析装置300获取到振动测量装置100采集到的原始加速度数据，进行标定预处理、数据截断、去噪处理等，最终获得X/Y/Z三个方向及合方向的加速度、速度和位移数据，并以波形图、波形参数列表和频谱图的方式展现在显示界面上。

本实用新型实施例提供的刀盘振动测量系统，采用了如前所述的振动测量装置100，并将其固定于刀盘K上，可以直接测量隧道掘进机掘进过程中刀盘K的加速度数据，并进行数据分析，获得刀盘K在X/Y/Z三个方向的速度、加速度、位移等变化曲线，从而为后续的刀盘故障研究提供数据基础。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。