一种用于检测钢构体磨损量的元件的制作方法

本发明涉及一种用于钢构体磨损量的检测元件，尤其是涉及一种适用于盾构机、顶管机刀盘、刀具或其他处于磨损状态且无法直接人工测量的钢构件磨损的检测元件。

背景技术：

盾构机、顶管机施工掘进过程中，通过对刀盘的正面、刀盘边周钢构体、刀具磨损情况和磨损量的检测，一方面可以合理控制和管理盾构机、顶管机掘进施工的参数，如有效推力、刀具贯入度、土体改良措施，及其他辅助施工管理等，实现高效的推进施工；另一方面可以降低在掘进过程中因地层突变或遇到异常物体，造成无法及时发现刀盘、刀具异常磨损的风险，同时准确判断换刀时机，优化刀具使用的经济指标，提高施工的安全系数。

国内现阶段对刀盘或刀具的磨损规律还无法完全掌握，刀盘、刀具磨损的实时跟踪检测水平不够，刀具更换复杂困难、成本高，是影响整个工程的质量和工期的重要因素之一。因此，如何实时准确的检测盾构机、顶管机刀盘、掘削刀具磨损情况，是影响盾构法或顶管法施工的一个亟待解决的问题。

目前，钢构体，尤其是盾构机、顶管机刀具磨损的检测方法主要有开仓检查，刀具磨损感应装置，异味添加剂，掘进参数分析等。

开仓检查的方法最为直接有效，但存在较高的风险，通常需要进行带压作业，可能造成开挖面的失稳坍塌、影响隧道周边建筑物的安全甚至造成人员伤亡。

异味添加剂在土压平衡盾构和泥水盾构中效果不佳，也无法实现较准确的磨损量检测。

刀具磨损感应装置常用液压式，液压式磨损检测装置只能实现单个磨损高度的检测，即磨损到设定高度，液压管路泄压报警，对于设定磨损高度前后的磨损过程和磨损情况不得而知，无法准确指导施工参数的设定和掘进方案的编制。

中国专利CN102287199A公开了一种盾构机用电流断电感应式多级磨损检测刀具，包括主刀刃、保护刃、刀体和耐磨层，具中所述刀体上钻有检测孔，所述检测孔的底部延伸至主刀刃与保护刃之间，所述检测孔内设有多根呈阶梯状分布的相互绝缘的导线，多个并联的检测电路将多根所述导线分别与一LED灯连接。当刀具的主刀刃和保护刃发生磨损而使所述多根阶梯状分布的导线依次被磨断时，与所述的多根导线通过电路连接的LED依次熄灭，即可直观地判断刀具的磨损程度。该专利仅是一个具有检测能力的专用刀具，起检测作用的多根呈阶梯状分布的相互绝缘的导线，在该导线磨断后反映刀具磨损的状态。发明专利权利说明中没有明确该发明所反映的磨损量是多少长度单位，即该发明所检测的磨损量是一个大致的检测数据，不能准确反映刀具真实的磨损量；该发明权利说明需通过刀盘固定轴上的导电盘方可将磨损信号反映至相关的指示装置上。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单，安装方便，磨损量信息获取及时，能有效体现钢构体磨损的过程的检测元件，该检测元件适用于盾构体或顶管机的刀具或刀盘钢板等处于磨损状态且无法直接人工测量的钢构件的磨损量的检测。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于检测钢构体磨损量的元件，设置在钢构体的检测孔中，该元件包括通过导电段数检测钢构体磨损量的多段式导电板，其顶端与钢构体的磨损端面齐平；该多段式导电板为印刷线路板，其表面沿钢构体的磨损方向设置多个呈齿状布置的横置铜箔导线，横置铜箔导线通过纵置铜箔导线依次连接，横置铜箔导线的自由端分别与多芯电缆的线芯连接，多芯电缆连接电子设备。

所述的印刷线路板为铝基双面印刷线路板，其正面和反面分别沿钢构体的磨损方向设置多个呈齿状布置的横置铜箔导线，正面和反面的最底端的横置铜箔导线在印刷线路板的正面的正投影重叠，二者通过金属化孔或其他印刷线路板处理工艺连接，其余的横置铜箔导线在印刷线路板的正面的正投影不重叠，正面和反面的横置铜箔导线分别通过一根纵置铜箔导线依次连接，所述的横置铜箔导线的自由端分别与多芯电缆的线芯连接，多芯电缆连接电子设备。印刷线路板采用铝基双面印刷线路板可以获得良好的导热和散热能力以消除磨损产生的热量对其性能造成影响。

相邻的两个正投影对应的铜箔导线分别位于正面和反面，且相邻两个正投影之间的间距相等，该间距与横置铜箔导线的宽度相等。

印刷线路板正面和反面的横置铜箔导线在印刷线路板正面的正投影的数量为5～99，相邻两个正投影之间的间距为0.2～10mm。

印刷线路板正面和反面的横置铜箔导线在印刷线路板正面的的正投影的数量为41～59，相邻两个正投影之间的间距为0.5～1.5mm。

每个横置铜箔导线有两个自由端，每个横置铜箔导线与多芯电缆的一个线芯连接。横置铜箔导线有两个自由端，具体情况可以根据方便布置线芯的原则选择两个自由端中的某个自由端与多芯电缆的一个线芯连接。

该元件还包括固定支架和圆柱形不锈钢外壳，该固定支架与印刷线路板呈十字交叉连接，置于所述的圆柱形不锈钢外壳内。固定支架使得线芯布置又多了两个可以走线的路径，方便走线，而且固定支架也使得印刷线路板在圆柱形不锈钢内固定的更牢固。

所述的圆柱形不锈钢外壳内的空隙填充环氧树脂。

所述的钢构体为盾构机或顶管机的刀具或刀盘钢板，所述的多芯电缆通过检测孔穿过刀具的底部，延伸固定在刀盘指定位置，并通过盾构机或顶管机的刀盘的中心回转上的预留孔延伸至盾构机或顶管机的中心回转轴承的顶部，接入专门的电子设备中。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明专利采用多段测量，实现盾构机、顶管机刀盘、刀具磨损的连续检测，配以专门的电子设备即可实现盾构机、顶管机刀盘、刀具磨损的在线检测。

(2)刀具磨损量的检测，现有的方法复杂、所获的信息单一且不准确；或存在较高的风险，对于刀盘刀具的磨损过程和磨损情况不得而知或知而不详，无法准确指导施工参数的设定和掘进方案的编制。本发明结构简单，安装方便，磨损量信息获取及时，能有效体现刀具磨损的过程，可采用直接测量或接入专门电子装置，将刀具的磨损量及时反馈给盾构机、顶管机的操作或施工管理人员，以便及时调整施工方案，消除刀盘刀具的不当磨损，消除施工隐患，提高了盾构机、顶管机掘进施工的效率。

本发明专利采用精确制作的印刷线路板，其印刷的铜箔有着精确的物理量值，可以准确反映受磨损的钢构体磨损长度的物理量，由于是独立的检测元件，可以无 束缚地安装在所需检测的地方，如刀具内、刀盘边周的钢板内等等。本发明专利获得的磨损值是一个确定值，不是专利CN102287199A所获得的大概性的磨损，独立的元件便于安装，没有导电盘的束缚，配以专用电子装置即可获得准确的磨损值。

本发明不仅是可以检测刀具的磨损，也可以检测刀盘钢板，特别是刀盘边周钢板的磨损，可以延伸应用到其他处于磨损状态、无法直接人工测量且需要检测磨损的地方，本发明专利所述的检测磨损量的元件是一个可以准确反映磨损长度物理量的检测元件，最小的长度物理量可以达到0.4mm；本发明专利所述的检测磨损量的元件可以安装在任何合适的需要检测的地方，采用安装孔安装并固定即可，没有导电盘的束缚，使用方便。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图；

图2-1为双面铝基印刷线路板的正面的结构示意图；

图2-2为双面铝基印刷线路板的反面的结构示意图；

图2-3为固定支架的结构示意图；

图3为本发明的外形的结构示意图；

图4为本发明的俯视结构示意图；

图5为本发明的电气原理示意图；

图6为本发明应用于盾构机的刀具的安装示意图；

图7为本发明应用于顶管机的刀具的安装示意图；

图8为本发明应用于刀盘钢板的安装示意图；

图9为本发明连接万用表的示意图；

图10为本发明连接电子设备的示意图。

图中，1为圆柱形不锈钢外壳，2为多芯电缆，21为线芯，3为铝基双面印刷线路板，31为印刷线路板正面，32为印刷线路板反面，33为横置铜箔导线，34为纵置铜箔导线，4为固定支架，5为环氧树脂，6为PVC薄膜，7为刀具，81为万用表，82为专用电子设备，9为刀盘钢板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

用于检测钢构体磨损量的元件，如图1、图3和图4所示，包括通过导电段数检测钢构体磨损量的多段式导电板，该多段式导电板为铝基双面印刷线路板3，印刷线路板正面31和印刷线路板反面32分别沿钢构体的磨损方向设置13个呈齿状布置的横置铜箔导线33，印刷线路板正面31和印刷线路板反面32的最底端的横置铜箔导线33在印刷线路板正面31的正投影重叠，二者通过金属化孔连接，其余的横置铜箔导线33在印刷线路板正面31的正投影不重叠，且相邻的两个正投影对应的横置铜箔导线33分别位于印刷线路板正面31和印刷线路板反面32，如图1、图2-1和图2-2所示；相邻两个正投影之间的间距为1mm，所谓间距即相邻的两个正投影的最近邻的边的距离，横置铜箔导线33的宽度也为1mm。印刷线路板正面31和印刷线路板反面32的横置铜箔导线33分别通过一个纵置铜箔导线34依次连接，纵置铜箔导线34在横置铜箔导线33的中间位置，横置铜箔导线33有两个自由端，每个横置铜箔导线33的其中一个自由端与多芯电缆2的线芯21连接，铝基双面印刷线路板3底部有一段槽，固定支架4的上部有一段槽，如图2-3所示，二者通过槽配合形成十字交叉结构，线芯21可以根据方便布置的原则走线，然后将之装入圆柱形不锈钢外壳1内，圆柱形不锈钢外壳1的内表面有一层PVC薄膜6，内部的空隙用环氧树脂5填充，如图4所示，多芯电缆2从不锈钢外壳1的尾部伸出，连接电子设备，例如万用表81或者专用电子设备82，其电气原理图如图5所示。

将此元件设置在盾构机的刀具7的检测孔中，如图6所示，顶端与盾构机的刀具7的磨损端面齐平，多芯电缆2通过检测孔穿过盾构机刀具7的底部，延伸固定在刀盘指定位置，并通过盾构机的刀盘的中心回转上的预留孔延伸至盾构机的中心回转轴承的顶部，接入万用表81，如图9所示，从而还原出刀具、7磨损的物理量。

盾构机刀盘掘削时，如刀具7被磨损2mm，该元件将产生一段导电体分断信号，随刀具7磨损量增加，刀具7被磨损4mm，元件将产生二段导电体分断信号，以此类推，当刀具7被磨损50mm，元件将生产二十五段导电体分断信号，通过直接测量导电体分断数量，即可还原出刀具7磨损的物理量。将刀具7的磨损量及时反馈给盾构机的操作或施工管理人员，以便及时调整施工方案，消除刀具的不当磨损，消除施工隐患，提高了盾构机掘进施工的效率。

该装置的电气原理如图5示，在印刷线路板正面31的最底端的横置铜箔导线 33上施加一个直流电或单相交流电的一端(极)，此时印刷线路板正面31和印刷线路板反面32沿钢构体的磨损方向设置的其他的横置铜箔导线33，获得与印刷线路板正面31的最底端的横置铜箔导线33上所施加的直流电或单相交流电的同一端(极)，通过测量所施加的直流电或单相交流电的另一端(极)与沿钢构体的磨损方向设置的呈齿状布置的横置铜箔导线33的端(极)间的电压值是否与所施加的电源电压值一致，如出现所测电压值低于所施加电源电压值的某一值(如电源电压值的10％)，说明此时印刷线路板正面31和印刷线路板反面32沿钢构体的磨损方向设置的呈齿状布置的横置铜箔导线33中的某些铜箔导线被磨损消除。进一步检测被磨损消除的横置铜箔导线33数量，进而计算出真实的磨损长度。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于印刷线路板正面31和印刷线路板反面32分别沿钢构体的磨损方向设置50个呈齿状布置的横置铜箔导线33，印刷线路板正面31和印刷线路板反面32的最底端的横置铜箔导线33在印刷线路板的正面的正投影重叠，二者通过金属化孔连接，其余的横置铜箔导线33在印刷线路板正面31的正投影不重叠，且相邻的两个正投影对应的横置铜箔导线33分别位于印刷线路板正面31和印刷线路板反面32，相邻两个正投影之间的间距为0.2mm，横置铜箔导线33的宽度也为0.2mm。

将该元件应用在顶管机的刀具7上，如图7所示，将此元件设置在顶管机的刀具7的检测孔中，顶端与顶管机的刀具7的磨损端面齐平，多芯电缆2通过检测孔穿过顶管机的刀具7的底部，延伸固定在刀盘指定位置，并通过顶管机的刀盘的中心回转上的预留孔延伸至顶管机的中心回转轴承的顶部，接入电子设备82，如图10所示，从而还原出刀具7磨损的物理量。在顶管机刀盘掘削时，如刀具7被磨损0.4mm，该元件将产生一段导电体分断信号，随刀具7磨损量增加，刀具7被磨损0.8mm，元件将产生二段导电体分断信号，以此类推，当刀具7被磨损39.6mm，元件将生产九十九段导电体分断信号，通过将多芯电缆2与专用电子设备82连接，即可还原出刀具7磨损的物理量。将刀具7的磨损量及时反馈给顶管机的操作或施工管理人员，以便及时调整施工方案，消除刀具7的不当磨损，消除施工隐患，提高了顶管机的效率。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于印刷线路板正面31和印刷线路 板反面32分别沿钢构体的磨损方向设置3个呈齿状布置的横置铜箔导线33，印刷线路板正面31和印刷线路板反面32的最底端的横置铜箔导线33在印刷线路板正面31的正投影重叠，二者通过金属化孔连接，其余的横置铜箔导线33在印刷线路板正面31的正投影不重叠，且相邻的两个正投影对应的横置铜箔导线33分别位于印刷线路板正面31和印刷线路板反面32，相邻两个正投影之间的间距为10mm，横置铜箔导线33的宽度也为10mm。

将该元件应用在顶管机的刀具7上，盾构机刀盘掘削时，如刀具7被磨损20mm，该元件将产生一段导电体分断信号，随刀具7磨损量增加，刀具7被磨损40mm，元件将产生二段导电体分断信号，以此类推，当刀具7被磨损100mm，元件将生产五段导电体分断信号，通过直接测量导电体分断数量，即可还原出刀具7磨损的物理量。将刀具7的磨损量及时反馈给顶管机的操作或施工管理人员，以便及时调整施工方案，消除刀具7的不当磨损，消除施工隐患，提高了顶管机的效率。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于将该元件应用在刀盘钢板9上，如图8所示，通过适当的方法将刀盘钢板9的磨损量时反馈给的操作或施工管理人员，以便及时调整施工方案，消除刀盘钢板9的不当磨损，消除施工隐患，提高了效率。