一种隧道全断面掘进机刀盘姿态检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种隧道全断面掘进机刀盘姿态检测装置。安装在护臂套内的刀盘盾体轴向的外圆柱面的上左右下分别装有大球铰与各自姿态板构成球铰副；上左右的六个液压缸沿轴向分别穿过护臂套后，其活塞杆分别通过小球铰与姿态板铰接，缸底面分别通过小球铰与箱体铰接；下的四个液压缸两个为一组沿轴向分别穿过护臂套后，其活塞杆分别通过小球铰与姿态板铰接，缸底面分别通过小球铰与箱体铰接。各液压缸分别连接各自液压缸控制检测油路。本实用新型通过比例溢流阀可以调节液压缸初始压紧的压力，通过定量泵无间断工作实现液压缸的复位，通过电磁两位四通换向阀切换进出油口，不工作时，可调整液压缸位置；通过压力和位移传感器，实时检测姿态力及位移。
【专利说明】一种隧道全断面掘进机刀盘姿态检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及姿态检测装置，尤其是涉及一种隧道全断面掘进机刀盘姿态检测
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【背景技术】
[0002]隧道全断面掘进机，是一种高智能化，集机、电、液、光、计算机等的隧道施工重大技术工程装备。在发达国家，使用隧道掘进机施工已经占隧道总量的90%以上。随着中国国民经济的快速发展，国内城市化进程不断加快，中国城市地铁隧道、水工隧道、越江隧道和铁路隧道等将需要大量的隧道掘进机。
[0003]隧道全断面掘进机不同于其它工程机械，由于制造工艺复杂，技术附加值高，国际只有少数几个国家企业能生产，且造价高。目前我国在设计能力上没有大问题，但由于经验不足，要提高其性能仍任重道远。受限于现有数学计算的局限性，加上隧道岩土工程的复杂性，物理模拟试验成了研究掘进机关键技术进步重要方式。
[0004]隧道全断面掘进机在施工过程中，根据隧道设计要求，存在空间方向的转向；为了完成隧道转向的施工，必须主动调整其姿态；为了精确控制其姿态，需要实时检测调整姿态的力和其位置，从而保证其姿态的控制质量，进而保证隧道掘进方向的控制精度和隧道施工质量。因此，在隧道全断面掘进机实验台的建造过程中，必须开展姿态调整控制的研究。为了真实地模拟并检测其实际的转向工况，设计了姿态调整检测装置。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种隧道全断面掘进机刀盘姿态检测装置，一方面用液压缸来约束掘进机的姿态调整，可以承受较大的姿态调整力；分布在护臂套上左右三向的箱体装有两个成列平行分布的液压缸，均匀承受受刀盘上左右三向的姿态调整力；分布在护臂套下的箱体装有四个液压缸，它们分两列平行分布，承受受刀盘向下的姿态调整力，还可用作承受掘进机刀盘盾体处的部分重量；另一方面通过比例溢流阀可以调定液压缸压紧刀盘盾体的初始压力；通过压力和位移传感器可以实时检测掘进机调整姿态时的各向的姿态力及位移。
[0006]本实用新型采用的技术方案是:
[0007]本实用新型包括十个结构相同的液压缸部件，十个结构相同的液压缸控制检测油路部件，四个大球铰，四块姿态板，护臂套，刀盘盾体；
[0008]安装在护臂套内的刀盘盾体轴向的外圆柱面上有四个等分分布的平面，在上、左、右、下的四个平面上分别装有第一大球铰、第二大球铰、第三大球铰和第四大球铰，四个大球铰分别与第一姿态板、第二姿态板、第三姿态板和第四姿态板构成球铰副；
[0009]两个为一组的六个液压缸沿轴向分别穿过护臂套后，第一液压缸、第二液压缸的活塞杆分别通过活塞杆第一小球铰和活塞杆第二小球铰与第一姿态板两端构成球铰副，第三液压缸、第四液压缸的活塞杆分别通过活塞杆第三小球铰和活塞杆第四小球铰与第二姿态板两端构成球铰副，第四液压缸、第五液压缸的活塞杆分别通过活塞杆第五小球铰和活塞杆第六小球铰与第三姿态板两端构成球铰副；
[0010]第一液压缸、第二液压缸的缸体底面分别通过缸体底面第一小球铰和缸体底面第二小球铰与第一箱体两端底面构成球铰副，第三液压缸、第四液压缸的缸体底面分别通过缸体底面第三小球铰和缸体底面第四小球铰与第二箱体底面两端构成球铰副，第四液压缸、第五液压缸的缸体底面分别通过缸体底面第五小球铰和缸体底面第六小球铰与第三箱体两端底面构成球铰副；
[0011]两个平行分布为一组的四个液压缸沿轴向分别穿过护臂套(2)后，一组平行分布的第七液压缸、第八液缸的活塞杆分别通过活塞杆第七小球铰和活塞杆第八小球铰与第四姿态板的一端构成球铰副，另一组平行分布的第九液压缸、第十液压缸的活塞杆分别通过活塞杆第九小球铰和活塞杆第十小球铰与第四姿态板的另一端构成球铰副；
[0012]一组平行分布的第七液压缸、第八液缸的缸体底面分别通过缸体底面第七小球铰和缸体底面第七小球铰与第四箱体一端底面构成球铰副，另一组平行分布的第九液压缸、第十液压缸的缸体底面分别通过缸体底面第九小球铰和活塞缸体第十小球铰与第四箱体另一端底面构成球铰副；
[0013]十个液压缸分别与各自的液压缸控制检测油路部件连接。
[0014]所述刀盘盾体上的十个液压缸沿刀盘盾体两个径向截面对称分布，即每个刀盘盾体的一个径向截面上、左、右各有一个液压缸，下有两个平行分布的两个液压缸。
[0015]所述十个结构相同的液压缸控制检测油路部件，均包括油箱、吸油口过滤器、定量泵、压油过滤器、单向阀、比例溢流阀、电磁两位四通换向阀、压力传感器和位移传感器；
[0016]定量泵的进油口经吸油口过滤器接油箱，定量泵出油口经压油过滤器和单向阀后分为两路，一路接比例溢流阀进油口，另一路接电磁两位四通换向阀的T 口，电磁两位四通换向阀的B 口与液压缸无杆腔连接，电磁两位四通换向阀的A 口与液压缸有杆腔连接，电磁两位四通换向阀的P 口接油箱，每一个液压缸配有压力传感器和位移传感器。
[0017]本实用新型具有的有益效果是:
[0018]本实用新型可以模拟掘进机上下左右四向的姿态约束，承受隧道全断面掘进机较大的姿态调整力，同时下向的液压缸还可以稳定支撑隧道全断面掘进机的刀盘盾体；通过液压缸控制检测油路的比例溢流阀可以调节液压缸初始压紧的压力，通过定量泵无间断工作可以实现液压缸的复位，通过电磁两位四通换向阀切换进出油口，可在装置不工作时，可调整液压缸位置；通过压力和位移传感器，可实时检测掘进机调整姿态时的姿态力及位移。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的结构示意图。
[0020]图2是本实用新型的结构分布左视图。
[0021]图3是图1A的液压缸连接放大图。
[0022]图4是图1 B的液压缸控制检测油路原理图。
[0023]图中:1、箱体，2、护臂套，3、刀盘盾体，4、姿态板，5、大球铰，6、小球铰，7、液压缸，
8、位移传感器，9、单向阀，10、压油过滤器，11、油箱，12、吸油口过滤器，13、定量泵，14、比例溢流阀，15、电磁两位四通换向阀，16、压力传感器。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述。
[0025]如图1、图2、图3所示，本实用新型包括十个结构相同的液压缸部件，十个结构相同的液压缸控制检测油路部件，四个大球铰5，四块姿态板4，护臂套2，刀盘盾体3，四个箱体I，十个液压缸7，二十个小球铰6 ;安装在护臂套2内的刀盘盾体3轴向的外圆柱面上有四个等分分布的平面，在上、左、右、下的四个平面上分别装有第一大球铰、第二大球铰、第三大球铰和第四大球铰，四个大球铰分别与第一姿态板、第二姿态板、第三姿态板和第四姿态板构成球铰副。
[0026]两个为一组的六个液压缸沿轴向分别穿过护臂套2后，第一液压缸、第二液压缸的活塞杆分别通过活塞杆第一小球铰和活塞杆第二小球铰与第一姿态板两端构成球铰副，第三液压缸、第四液压缸的活塞杆分别通过活塞杆第三小球铰和活塞杆第四小球铰与第二姿态板两端构成球铰副，第四液压缸、第五液压缸的活塞杆分别通过活塞杆第五小球铰和活塞杆第六小球铰与第三姿态板两端构成球铰副。
[0027]第一液压缸、第二液压缸的缸体底面分别通过缸体底面第一小球铰和缸体底面第二小球铰与第一箱体两端底面构成球铰副，第三液压缸、第四液压缸的缸体底面分别通过缸体底面第三小球铰和缸体底面第四小球铰与第二箱体底面两端构成球铰副，第四液压缸、第五液压缸的缸体底面分别通过缸体底面第五小球铰和缸体底面第六小球铰与第三箱体两端底面构成球铰副。
[0028]两个平行分布为一组的四个液压缸沿轴向分别穿过护臂套2后，一组平行分布的第七液压缸、第八液缸的活塞杆分别通过活塞杆第七小球铰和活塞杆第八小球铰与第四姿态板的一端构成球铰副，另一组平行分布的第九液压缸、第十液压缸的活塞杆分别通过活塞杆第九小球铰和活塞杆第十小球铰与第四姿态板的另一端构成球铰副。
[0029]一组平行分布的第七液压缸、第八液缸的缸体底面分别通过缸体底面第七小球铰和缸体底面第七小球铰与第四箱体一端底面构成球铰副，另一组平行分布的第九液压缸、第十液压缸的缸体底面分别通过缸体底面第九小球铰和活塞缸体第十小球铰与第四箱体另一端底面构成球铰副。
[0030]十个液压缸分别与各自的液压缸控制检测油路部件连接。
[0031]如图4所示，所述刀盘盾体3上的十个液压缸沿刀盘盾体3两个径向截面对称分布，即每个刀盘盾体3的一个径向截面上、左、右各有一个液压缸，下有两个平行分布的两个液压缸。所述十个结构相同的液压缸控制检测油路部件，均包括油箱11、吸油口过滤器12、定量泵13、压油过滤器10、单向阀9、比例溢流阀14、电磁两位四通换向阀15、压力传感器16和位移传感器8 ;定量泵13的进油口经吸油口过滤器12接油箱11，定量泵13出油口经压油过滤器10和单向阀9后分为两路，一路接比例溢流阀14进油口，另一路接电磁两位四通换向阀15的T 口，电磁两位四通换向阀15的B 口与液压缸7无杆腔连接，电磁两位四通换向阀15的A 口与液压缸7有杆腔连接，电磁两位四通换向阀15的P 口接油箱，每一个液压缸配有压力传感器16和位移传感器8。
[0032]分布在护臂套2上、左、右三向的箱体装有两个液压缸，可模拟掘进机的向上、左、右三向调姿态时的约束；分布在护臂套2下向的箱体装有四个液压缸，可模拟掘进机的下向调姿态时的约束，同时也可用作承受掘进机刀盘盾体处的部分重量；且上、左、右、下的液压缸在周向是处于同一个截面上。
[0033]定量泵13 —直处于工作状态，当掘进机回到直线工作时可实现液压缸7的复位；电磁两位四通换向阀15切换进出油口，可在装置不工作时，调整液压缸位置。
[0034]压力传感器8装在液压缸无杆腔进油口，位移传感器16装在液压缸活塞处，通过压力传感器8和位移传感器16，可实时检测掘进机调整姿态时的姿态力及位移。
[0035]本实用新型的工作原理如下:
[0036]将机械部件按照图1、图2的关系安装后，液压缸控制检测油路按图4连接后；启动定量泵13工作，电磁两位四通换向阀15处于断电工位，此时液压缸7无杆腔进油，直至压紧刀盘盾体3，通过所选定的比例溢流阀14控制液压缸7的无杆腔内油压，达到所设定的初始压紧压力后比例溢流阀开始溢流，并保持该压力；当掘进机调整姿态时，刀盘盾体3动作，通过大球铰5使所调方向上的姿态板4受压，姿态板4通过小球铰6将压力传到液压缸7，球铰可以保证液压缸7受力为轴向力，实现了通过液压缸7来承受掘进机刀盘姿态调整方向上的调整力；液压缸7受力瞬间无杆腔内压力上升，通过压力传感器16可以测得此时的无杆腔内油压，通过位移传感器8可以测得上下左右各向液压缸的位移，再通过坐标转换计算，就可实现了实时检测掘进机调整姿态时的姿态力及位移；当掘进机恢复到直向工作时，刀盘盾体3回到中间位置，定量泵13继续供油，液压缸7可回复到初始压紧位置，液压缸内压力可恢复到初始压力。当装置不处于工作状态是，可以通过给电磁两位四通换向阀15通电，切换到有杆腔进油，可调定液压缸位置。
【权利要求】
1.一种隧道全断面掘进机刀盘姿态检测装置，其特征在于:包括十个结构相同的液压缸部件，十个结构相同的液压缸控制检测油路部件，四个大球铰，四块姿态板，护臂套(2)，刀盘盾体(3);安装在护臂套(2)内的刀盘盾体(3)轴向的外圆柱面上有四个等分分布的平面，在上、左、右、下的四个平面上分别装有第一大球铰、第二大球铰、第三大球铰和第四大球铰，四个大球铰分别与第一姿态板、第二姿态板、第三姿态板和第四姿态板构成球铰副； 两个为一组的六个液压缸沿轴向分别穿过护臂套(2)后，第一液压缸、第二液压缸的活塞杆分别通过活塞杆第一小球铰和活塞杆第二小球铰与第一姿态板两端构成球铰副，第三液压缸、第四液压缸的活塞杆分别通过活塞杆第三小球铰和活塞杆第四小球铰与第二姿态板两端构成球铰副，第四液压缸、第五液压缸的活塞杆分别通过活塞杆第五小球铰和活塞杆第六小球铰与第三姿态板两端构成球铰副；第一液压缸、第二液压缸的缸体底面分别通过缸体底面第一小球铰和缸体底面第二小球铰与第一箱体两端底面构成球铰副，第三液压缸、第四液压缸的缸体底面分别通过缸体底面第三小球铰和缸体底面第四小球铰与第二箱体底面两端构成球铰副，第四液压缸、第五液压缸的缸体底面分别通过缸体底面第五小球铰和缸体底面第六小球铰与第三箱体两端底面构成球铰副； 两个平行分布为一组的四个液压缸沿轴向分别穿过护臂套(2)后，一组平行分布的第七液压缸、第八液缸的活塞杆分别通过活塞杆第七小球铰和活塞杆第八小球铰与第四姿态板的一端构成球铰副，另一组平行分布的第九液压缸、第十液压缸的活塞杆分别通过活塞杆第九小球铰和活塞杆第十小球铰与第四姿态板的另一端构成球铰副；一组平行分布的第七液压缸、第八液缸的缸体底面分别通过缸体底面第七小球铰和缸体底面第七小球铰与第四箱体一端底面构成球铰副，另一组平行分布的第九液压缸、第十液压缸的缸体底面分别通过缸体底面第九小球铰和活塞缸体第十小球铰与第四箱体另一端底面构成球铰副； 十个液压缸分别与各自的液压缸控制检测油路部件连接。
2.根据权利要求1所述的一种隧道全断面掘进机刀盘姿态检测装置，其特征在于:所述刀盘盾体(3)上的十个液压缸沿刀盘盾体(3)两个径向截面对称分布，即每个刀盘盾体(3)的一个径向截面上、左、右各有一个液压缸，下有两个平行分布的两个液压缸。
3.根据权利要求1所述的一种隧道全断面掘进机刀盘姿态检测装置，其特征在于:所述十个结构相同的液压缸控制检测油路部件，均包括油箱(11)、吸油口过滤器(12)、定量泵(13)、压油过滤器(10)、单向阀(9)、比例溢流阀(14)、电磁两位四通换向阀(15)、压力传感器(16)和位移传感器(8)； 定量泵(13)的进油口经吸油口过滤器(12)接油箱(11)，定量泵(13)出油口经压油过滤器(10)和单向阀(9)后分为两路，一路接比例溢流阀(14)进油口，另一路接电磁两位四通换向阀(15)的T 口，电磁两位四通换向阀(15)的B 口与液压缸(7)无杆腔连接，电磁两位四通换向阀(15)的A 口与液压缸(7)有杆腔连接，电磁两位四通换向阀(15)的P 口接油箱，每一个液压缸配有压力传感器(16)和位移传感器(8)。
【文档编号】G01M99/00GK203941656SQ201420257606
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】龚国芳, 饶云意, 张振, 张千里, 吴伟强, 刘统, 杨华勇 申请人:浙江大学