一种可实现无线充电的盾构刀盘土压力监测系统

1.本发明涉及一种可实现无线充电的盾构刀盘土压力监测系统，属于盾构施工监测技术领域。


背景技术：

2.在盾构掘进过程中，开挖面的稳定性对盾构施工安全至关重要，对开挖面上的土压力实时监测，是确定盾构施工参数，确保开挖面的稳定的关键。同时，开挖面前的地层扰动情况、土压力的变化情况，以及施工参数匹配性的研究，都与开挖面上压力的大小密切相关，实现盾构刀盘土压力的稳定监测对于盾构施工意义重大。
3.采用模型盾构机开展隧道开挖模拟试验是一种重要的研究方法，为了在实验室中更好地研究盾构掘进施工对周围环境的影响，国内外很多学者对模型盾构试验机进行了研究，如上海隧道股份有限公司(1996)研制的小盾构模拟试验台、上海隧道股份有限公司联合浙江大学、同济大学等(2004)研制的大直径模型盾构机、同济大学(2006)研制的双壳单螺旋模型盾构、北京交通大学(2007)研制的土压平衡盾构设备、何川(2013)研制的小直径泥水平衡盾构机，山东大学(2016)研制的小直径泥水平衡盾构等，何川(2008，2014)研制了可实现盾构施工全国模拟的土压平衡盾构机，但这些盾构机只是实现了土压舱面板土压力的监测。北京工业大学(2020)研制了可实现刀盘、盾壳和土压舱土压力监测的模型盾构机，盾构机刀盘采用无线采集系统进行刀盘土压力数据采集。
4.通常模型盾构机内部空间较小，无线采集模块内只能安装体积较小的蓄电池，以至于会出现盾构开挖试验过程中刀盘土压力无线采集系统断电的情况。由于刀盘土压力无线采集系统随盾构刀盘实时旋转，盾构开挖过程中无法给刀盘无线采集系统进行联系充电，因而设计一种可实现无线充电的盾构刀盘土压力监测系统十分必要。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种可实现无线充电的盾构刀盘土压力监测系统，能实现基于模型盾构开挖过程中刀盘无线土压力采集系统的实时充电，确保模型盾构施工过程中刀盘土压力数据的稳定采集。
6.为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
7.一种可实现无线充电的盾构刀盘土压力监测系统，包括：刀盘、土压力传感器、刀盘轴承、无线发射模块、受电线圈板和供电线圈板。土压力传感器嵌入刀盘安装槽后，信号线通过线槽引入刀盘轴承内部预留的引线孔，从刀盘轴承尾部的出线孔引出，与固定在刀盘轴承尾部无线发射模块连接，无线发射模块采集刀盘土压力传感器的数据信号，并将其转化为无线信号发射出去，由外置的无线信号装置接收，实现刀盘土压力的监测。受电线圈板固定在刀盘轴承尾部，与无线发射模块的蓄电池连接，随刀盘同步旋转。供电线圈板固定在刀盘轴承马达固定支架的末端，不随刀盘转动，与受电线圈板同心且保持一定间距。供电线圈板与外部电源连接，电源启动后可为无线发射模块实时充电。
8.本发明的工作过程和工作原理是：
9.在模型盾构机施工前，将土压力传感器安装在刀盘上，信号线穿通过刀盘面板引线槽进入刀盘轴承内的引线孔，并从刀盘轴承尾部的出线孔引出，与无线发射模块连接。受电线圈板安装在刀盘轴承尾部，与无线发射模块的蓄电池连接，供电线圈板固定在刀盘轴承驱动马达支座上，与外部电源连接。外部电源启动后，输电线圈通过电磁感应将电传输到受电线圈，实现对刀盘土压力监测系统的实时充电。
10.本发明的有益效果在于：
11.(1)本无线充电盾构刀盘土压力监测系统，能实现盾构开挖过程中刀盘无线土压力采集系统中数据发射模块的实时充电，确保盾构施工过程中刀盘土压力数据的稳定采集；
12.(2)本无线充电盾构刀盘土压力监测系统，提升了盾构开挖模型试验开展的连续性和刀盘土压力数据采集的稳定性。
附图说明
13.图1是本发明所述的刀盘土压力监测系统整体视图。
14.图2是本发明所述的刀盘土压力监测系统侧视图。
15.图3盾构刀盘土压传感器布置图。
16.图4是本发明所述的刀盘土压力监测系统的信号线线布置图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步具体描述：
18.如图1～图4所示，本发明所述可实现无线充电的盾构刀盘土压力监测系统，包括：刀盘1、土压力传感器2、刀盘轴承3、无线发射模块4、受电线圈板5和供电线圈板6。
19.盾构刀盘1辐板上设置土压力传感器2安装槽10和线槽8，土压力传感器2嵌入刀盘安装槽10后，其信号线通过线槽8引入刀盘轴承3内部预留的引线孔9，从刀盘轴承3尾部的出线孔11引出。
20.无线发射模块4固定在刀盘轴承3尾部，土压力传感器2信号线从刀盘轴承3尾部的出线孔11引出后与无线发射模块4连接，采集刀盘土压力传感器2的数据信号，并将其转化为无线信号发射出去。
21.受电线圈板5同样固定在刀盘轴承3尾部，并与无线发射模块4的蓄电池连接，也随刀盘同步旋转。供电线圈板6固定在刀盘轴承马达7固定支架的末端，与无线充电模块5保持较小间距，并同心，但其不随刀盘转动。供电线圈板6与外部电源连接，电源启动后可为无线发射模块4实时充电。


技术特征：
1.一种可实现无线充电的盾构刀盘土压力监测系统，其特征在于：包括：盾构刀盘(1)、土压力传感器(2)、刀盘轴承(3)、无线发射模块(4)、受电线圈板(5)和供电线圈板(6)；所述刀盘(1)为模型盾构机的组成部分；盾构刀盘(1)辐板上设置有土压力传感器安装槽(10)和线槽(8)，土压力传感器(2)嵌入土压力传感器安装槽(10)后，其信号线通过线槽(8)引入刀盘轴承(3)内部预留的引线孔(9)，从刀盘轴承(3)尾部的出线孔(11)引出；无线发射模块(4)固定在刀盘轴承(3)尾部，土压力传感器(2)的信号线从刀盘轴承(3)尾部的出线孔(11)引出后与无线发射模块(4)连接，并采集盾构刀盘处的土压力传感器(2)数据信号，并将数据信号转化为无线信号发射出去，由外置的无线数据采集设备接收，实现盾构刀盘(1)的土压力监测；受电线圈板(5)固定在刀盘轴承(3)尾部，与无线发射模块(4)的蓄电池连接，随盾构刀盘(1)同步旋转；供电线圈板(6)固定在刀盘轴承马达(7)固定支架的末端，与受电线圈板(5)同心并保持一定间距，不随盾构刀盘(1)转动；供电线圈板(6)与外部电源连接，电源启动后为无线发射模块(4)实时充电。2.根据权利要求1所述的一种可实现无线充电的盾构刀盘土压力监测系统，其特征在于，受电线圈板(5)和供电线圈板(6)为两组导线线圈，通过电磁感应的方式实现电力的无线传输。3.根据权利要求1所述的一种可实现无线充电的盾构刀盘土压力监测系统，其特征在于，在模型盾构机施工前，将土压力传感器安装在盾构刀盘上，信号线穿通过盾构刀盘面板引线槽进入刀盘轴承内的引线孔，并从刀盘轴承尾部的出线孔引出，与无线发射模块连接；受电线圈板安装在刀盘轴承尾部，与无线发射模块的蓄电池连接，供电线圈板固定在刀盘轴承驱动马达支座上，与外部电源连接；外部电源启动后，输电线圈通过电磁感应将电传输到受电线圈，实现对刀盘土压力监测系统的实时充电。

技术总结
本发明公开了一种可实现无线充电的盾构机刀盘土压力监测系统，在盾构机施工前，将土压力传感器安装在刀盘上，信号线穿通过刀盘面板引线槽进入刀盘轴承内的引线孔，并从刀盘轴承尾部的出线孔引出，与无线发射模块连接。无线充电模块安装在刀盘轴承尾部，受电线圈板固定在刀盘轴承上，与无线发射模块的蓄电池连接，输电线圈板固定在刀盘轴承驱动马达支座上，与外部电源连接。外部电源启动后，输电线圈通过电磁感应将电流传输到受电线圈，实现对无线发射模块的充电。本发明可以实现盾构开挖过程中刀盘土压力采集系统的实时充电，确保盾构施工过程中刀盘土压力数据的稳定采集。施工过程中刀盘土压力数据的稳定采集。施工过程中刀盘土压力数据的稳定采集。


技术研发人员：林庆涛 路德春 苗金波 李晓强 杜修力
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2022.12.08
技术公布日：2023/3/24