一种基于物联网技术的盾构机刀具失效实时检测报警方法及装置与流程

本发明创造涉及一种实时检测报警方法及装置，具体的是涉及一种基于物联网技术的盾构机刀具失效实时检测报警方法及装置。

背景技术：

盾构施工是城市地铁和公路铁路隧道施工的常用方式，在地下掘进施工中由于不明因素很多，往往会遇到孤石、桩基础、其他施工遗留金属钻杆等障碍物，很容易造成盾构机刀具的非正常损坏，如果硬质合金刀头脱落或刀体整体折断将导致刀具完全失效，受限于盾构机掘进面的环境，这种失效往往难以在第一时间发现，如果不能及时采取补救措施，将导致盾构机刀盘受损、整机受困的严重后果，造成巨大的经济损失。以液压压力方式进行的破损检测数量受限，不能普遍监控，目前还缺乏一种便于操作、成本低廉又精确高效的盾构机刀具失效检测报警方法。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明创造提出了一种基于物联网技术的盾构机刀具失效实时检测报警方法及装置，是一种通过在盾构机刀具的刀体内预先埋置圆柱形电子标签封装模块，在盾构机刀体折断或刀头硬质合金脱落造成刀具失效时，封装模块脱落弹出，脱落后的封装模块与刀体分离，脱离屏蔽状态，随渣土经螺旋机、输送皮带排出，在输送带旁由电子标签读卡器读取相应电子标签内的编码数据，并上传plc主机，继而提示盾构机刀具失效报警并确定失效刀具位置。解决了现有技术中存在的失效预测难、检测精度低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案为：一种基于物联网技术的盾构机刀具失效实时检测报警方法，其步骤为：

1)在盾构机刀具与盾构机刀头之间的盾构机刀体上开设有圆柱形孔，所述圆柱形孔的轴线方向与刀具伸出方向相同；

2)将无源电子标签封装在圆柱形陶瓷片内，组成电子标签封装模块；

3)在圆柱形孔内先放压缩弹簧，再放置电子标签封装模块，之后再放置压缩弹簧，并使电子标签封装模块两端的压缩弹簧均处于压缩状态；

4)将步骤3)中圆柱形孔内所有结构在盾构机刀体内密封，使电子标签封装模块和压缩弹簧处于盾构机刀体内部，并与外界向隔离；

5)盾构机传输皮带旁安装电子标签读卡器；

6)使用时，当盾构机刀头破损脱落时，压缩弹簧第一时间将电子标签封装模块弹出，弹出的电子标签封装模块随渣土排出，电子标签读卡器读取其内部数据，并上传plc主机，触发预设程序，进行报警提示。

在圆柱形陶瓷片内封装有无源电子标签，由此组成电子标签封装模块；电子标签封装模块安装在盾构机刀体上开设的圆柱形孔内，并在电子标签封装模块的两端分别设有压缩弹簧，圆柱形孔的轴线方向与刀具伸出方向相同；盾构机刀体在盾构机刀具与盾构机刀头之间；正常状态下圆柱形孔内的结构处于密封状态，当盾构机刀头失效脱落后，电子标签封装模块内部数据被外电子标签读卡器读取并上传至plc主机中。

所述的无源电子标签内预设有编码独立的编码数据，所述的无源电子标签具体为高频无源电子标签，所述的高频为300hz-3000hz。

所述的盾构机刀体的不同位置处设置有对应的电子标签封装模块，每个电子标签封装模块对应一个位置的盾构机刀头，通过与预先记录的各个刀具上面的电子标签封装模块分布，即可提示标签归属，半段出具体失效的刀头位置和刀具类型。

本发明创造的有益效果为：电子标签瓷块封装结构简单，无源装置能够耐受严苛的外部环境，保持长期的工作状态，封装模块在刀具破损时同步脱落，能够通过非接触式读卡器准确自动化捕捉动态数据，实时监测的刀具失效状况并确定位置，及时报警，能够及时采取有效补救措施，避免损失扩大，有较高的经济效益和社会效益，易于推广普及。

附图说明

图1：为本发明创造结构示意图。

图2：为本发明创造使用状态示意图。

图3：为图1中电子标签封装模块的结构示意图。

具体实施方式

一种基于物联网技术的盾构机刀具失效实时检测报警方法，其步骤为：

1)在盾构机刀具6与盾构机刀头7之间的盾构机刀体2上开设有圆柱形孔3，所述圆柱形孔3的轴线方向与刀具伸出方向相同；

2)将无源电子标签1-1封装在圆柱形陶瓷片1-2内，组成电子标签封装模块1；

3)在圆柱形孔3内先放压缩弹簧4，再放置电子标签封装模块1，之后再放置压缩弹簧4，并使电子标签封装模块1两端的压缩弹簧4均处于压缩状态；

4)将步骤3中圆柱形孔3内所有结构在盾构机刀体2内密封，使电子标签封装模块1和压缩弹簧4处于盾构机刀体2内部，并与外界向隔离；

5)盾构机传输皮带旁安装电子标签读卡器5；

6)使用时，当盾构机刀头7破损脱落时，压缩弹簧4第一时间将电子标签封装模块1弹出，弹出的电子标签封装模块1随渣土排出，电子标签读卡器5读取其内部数据，并上传plc主机，触发预设程序，进行报警提示。

上述方法应用的报警装置为：在圆柱形陶瓷片1-2内封装有无源电子标签1-1，由此组成电子标签封装模块1；电子标签封装模块1安装在盾构机刀体2上开设的圆柱形孔3内，并在电子标签封装模块1的两端分别设有压缩弹簧4，圆柱形孔3的轴线方向与刀具伸出方向相同；盾构机刀体2在盾构机刀具6与盾构机刀头7之间；正常状态下圆柱形孔3内的结构处于密封状态，当盾构机刀头7失效脱落后，电子标签封装模块1内部数据被外电子标签读卡器5读取并上传至plc主机中。

将预先写入独立编码的超高频无源电子标签1-1封装于陶瓷块内，并能够保护其在脱落后不受掘进面水浸、温升等环境因素破坏，使其能够在处于受保护状态下整体脱落；通过将其安装在盾构机刀具的刀体圆孔内，避免刀具破损前电子标签受到刀体保护；通过在电子标签封装模块1轴向两侧安装压缩弹簧4，能够有效减少模块震动，并在刀具失效时第一时间将电子标签封装模块1弹出刀体，脱离屏蔽状态。

所述的无源电子标签1-1内预设有编码独立的编码数据，所述的无源电子标签1-1具体为高频无源电子标签，所述的高频为300hz-3000hz。所述的盾构机刀体2的不同位置处设置有对应的电子标签封装模块1，每个电子标签封装模块1对应一个位置的盾构机刀头7。在盾构机刀具出现硬质合金刀头脱落或刀体折断失效时，封装模块将被弹簧弹出，脱落后的封装模块随渣土经螺旋机、皮带机排出，内部数据被电子标签读卡器5读取。通过与预先记录的各个刀具上面的电子标签封装模块1分布，即可提示标签归属，半段出具体失效的刀头位置和刀具类型。

技术特征：

技术总结
一种基于物联网技术的盾构机刀具失效实时检测报警方法及装置，通过预先埋置圆柱形电子标签封装模块，在盾构机刀体折断或刀头硬质合金脱落造成刀具失效时，封装模块脱落弹出，后脱离屏蔽状态，随渣土经螺旋机、输送皮带排出，由电子标签读卡器读取相应电子标签内的编码数据上传PLC主机，继而提示盾构机刀具失效报警并确定失效刀具位置，解决了现有技术中存在的失效预测难的技术问题。该方法无需在刀盘和土仓内安装有源电子设备，能够适应掘进面高压、高摩擦、富水等严苛的环境条件，成本低廉，检测精度高，实时性好，能够在第一时间内发现盾构机的刀具失效，以便及时采取补救措施，更大程度上减少施工损失，大大降低施工成本和安全风险。

技术研发人员：李润伟;杨柳枝;严仕舜
受保护的技术使用者：中铁九局集团第四工程有限公司;中铁九局集团有限公司
技术研发日：2018.06.23
技术公布日：2018.12.18