一种精确测量盾构TBM滚刀磨损量的装置及配套的测量方法与流程

本发明涉及滚刀测量技术领域，特别是涉及一种精确测量盾构tbm滚刀磨损量的装置及配套的测量方法。

背景技术：

随着我国交通工程建设的快速发展，盾构tbm被广泛应用于地铁、公路、铁路等的建设之中，盾构tbm掘进的地层也越来越复杂，滚刀是保障盾构tbm快速掘进、不可或缺的部件。根据目前隧道掘进施工现在来看，滚刀极易损耗，刀具的磨损直接影响到施工效率和成本。因此，有必要及时对滚刀刀圈磨损量进行测量，从而预测滚刀磨损速率，研究不同类型滚刀与地层的匹配性，为滚刀设计和盾构tbm掘进施工提供一定的参考，进而通过合理选材、合理设计及合理施工达到减少滚刀磨损的目的，提高施工效率，降低施工成本。

目前现场多采用卡规测量滚刀的磨损量，但卡规测量时无固定基准点，靠人工估读结果，测量精度较差；且测量操作不便，不能快速测量刀圈一周各个位置的磨损量。专利号为cn207066377u公开了一种盾构tbm滚刀磨损测量装置，该装置操作复杂，装置固定后仅能测量刀圈一个位置磨损量信息。专利号为cn208588338u公开了一种滚刀磨损量测量装置，测量时需将较重的滚刀安装至该装置上进行固定，单人很难完成该操作，且装置尺寸较大，无法随身携带。

综上所述，现阶段的技术缺陷在于：1.测量结果数据量单一，数据池数据平面化现象严重；2.必须存在刀具安装位置精确的前提，无形中提高了测量难度。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决现有技术中测量数据单一，设备要求难度大成本高的问题。

本发明的具体方案是：

设计一种精确测量盾构tbm滚刀磨损量的装置，包括旋转组件和安装在所述旋转组件上的测量组件，所述旋转组件包括转轴，所述转轴的一端配合安装滚刀，所述滚刀固定安装，另一端套装于金属盒内，所述金属盒上安装导轨，所述导轨上滑动连接滑动块，所述滑动块上还设有弹性调节构件，所述滑动块上安装伸缩式支杆；所述测量组件包括激光传感器、角度传感器、电控机构、激光反射板，其中所述激光传感器安装在所述滑动块朝向所述金属盒的一侧，对应的在所述激光传感器的下方、金属盒上安装激光反射板，所述角度传感器安装在所述转轴与所述金属盒的配合面上，所述电控机构包括触摸显示屏、数据处理装置，所述电控机构与所述激光传感器和所述角度传感器电路连接。

具体实施中，所述转轴与所述滚刀刀轴间螺纹配合，所述转轴于所述金属盒间设有轴承以实现套装。所述电控机构还包括供电电池和数据读写接口，所述供电电池安装在所述金属盒内，所述数据读写接口安装在所述金属盒外部。所述角度传感器与转轴同轴安装。

所述弹性调节构件包括套装于所述导轨外部的弹簧，所述弹簧的一端与滑动块固定，另一端与所述金属盒固定。所述滑动块上还设有螺栓，对应的在导轨上设有若干个与所述螺栓形位一致的配合定位孔。所述伸缩式支杆包括套筒和弹性安装在套筒内的钢针，所述钢针与所述套筒间设有限位弹簧或限位移动副连接。转轴的一端配合安装在滚刀的刀轴内，所述刀轴底面置于水平面上。

本发明还涉及一种确测量盾构tbm滚刀磨损量的方法，包括如下步骤：

（1）固定被测量滚刀测量装置：讲滚刀的一侧置于水平面上或垂直于水平面固定安装，另一侧固定安装如权利要求1所述的精确测量盾构tbm滚刀磨损量的装置；

（2）预设旋转组件：首先调整所述伸缩杆的长度，使钢针固定在刀圈刀刃所处位置，其次将所述固定螺栓旋出一定长度，解除对滑动块的固定，使滑动块在弹簧的拉力作用下向转轴一侧滑动，直至钢针与刀圈刀刃接触，通过所述触摸显示屏输入所测刀圈未磨损前半径长度信息，设定激光传感器随金属盒转动的过程中测量频率，单位：次°；

（3）逐点测量磨损信息：测量时从上一次测量起始位置的标记点开始沿一个固定的方向手动旋转导轨一周，旋转过程中在弹簧拉力作用下钢针始终与刀圈刀刃保持接触，通过所述触摸显示屏上显示的旋转角度信息判断是否完成测量；

（4）测量磨损点信息组：激光传感器在导轨旋转过程中以步骤3中设置的测量频率测量激光反射板的距离信息，距离信息与角度传感器测量的角度信息一一对应，作为刀圈实际半径长度数据集；

(5)导出数据，判断结果：数据处理装置通过对比刀圈实际半径长度数据集和预先输入的刀圈未磨损前半径长度信息，计算导轨旋转一周过程中各个位置刀圈的径向磨损量，作为磨损量数据集，通过所述数据处理装置处理器设置的数据读写接口，将所述刀圈实际半径长度数据集和刀圈径向磨损量数据集导出作进一步处理分析，根据导出数据集在绘图软件中绘制磨损后刀圈的二维轮廓图，并通过与上一次测量结果进行对比获得两次测量期间的磨损量。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的盾构tbm滚刀磨损量测量装置，尺寸较小，结构简单，采用激光测传感器可精确测量滚刀刀圈一周不同位置的磨损量，自动对数据进行处理并输出测量结果，进一步根据测量结果和掘进里程研究滚刀刀圈的磨损速率，获得不同类型滚刀的耐磨性能，预测滚刀磨损量，为刀具的更换和选用提供数据支持。

附图说明

图1是本发明结构正面示意图。

图2是本发明结构侧面示意图。

图中各部件名称：1为刀圈，2为刀体，3为刀轴，4为吊装孔，5为转轴，6为金属盒，7为电池，8角度传感器，9为显示屏，10为数据处理装置，11激光传感器，12为弹簧，13为激光反射板，14为固定螺栓，15为导轨，16为滑动块，17为伸缩式支杆，18为钢针。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种精确测量盾构tbm滚刀磨损量的装置，参见图1至图2，设计包括旋转组件和安装在旋转组件上的测量组件，旋转组件包括转轴5，转轴5的一端配合安装滚刀，滚刀固定安装，另一端套装于金属盒6内，金属盒6上安装导轨15，导轨15上滑动连接滑动块16，滑动块16上还设有弹性调节构件，滑动块16上安装伸缩式支杆17；测量组件包括激光传感器11、角度传感器8、电控机构、激光反射板13，其中激光传感器11安装在滑动块16朝向金属盒6的一侧，对应的在激光传感器11的下方、金属盒6上安装激光反射板13，角度传感器8安装在转轴5与金属盒6的配合面上，电控机构包括触摸显示屏9、数据处理装置，电控机构与激光传感器和角度传感器电路连接。

转轴5与滚刀刀轴间螺纹配合，转轴于金属盒间设有轴承以实现套装。

电控机构还包括供电电池和数据读写接口，供电电池安装在金属盒内，数据读写接口安装在金属盒外部。

角度传感器8与转轴5同轴安装。

弹性调节构件包括套装于导轨外部的弹簧，弹簧的一端与滑动块固定，另一端与金属盒固定。

滑动块16上还设有螺栓，对应的在导轨上设有若干个与螺栓形位一致的配合定位孔。

伸缩式支杆包括套筒和弹性安装在套筒内的钢针，钢针与套筒间设有限位弹簧或限位移动副连接。

转轴的一端配合安装在滚刀的刀轴内，刀轴底面置于水平面上。

本发明还涉及一种确测量盾构tbm滚刀磨损量的方法，包括如下步骤：

（1）固定被测量滚刀测量装置：讲滚刀的一侧置于水平面上或垂直于水平面固定安装，另一侧固定安装精确测量盾构tbm滚刀磨损量的装置；

（2）预设旋转组件：首先调整所述伸缩杆的长度，使钢针固定在刀圈刀刃所处位置，其次将所述固定螺栓旋出一定长度，解除对滑动块的固定，使滑动块在弹簧的拉力作用下向转轴一侧滑动，直至钢针与刀圈刀刃接触，通过所述触摸显示屏输入所测刀圈未磨损前半径长度信息，设定激光传感器随金属盒转动的过程中测量频率，单位：次°；

（3）逐点测量磨损信息：测量时从上一次测量起始位置的标记点开始沿一个固定的方向手动旋转导轨一周，旋转过程中在弹簧拉力作用下钢针始终与刀圈刀刃保持接触，通过所述触摸显示屏上显示的旋转角度信息判断是否完成测量；

（4）测量磨损点信息组：激光传感器在导轨旋转过程中以步骤3中设置的测量频率测量激光反射板的距离信息，距离信息与角度传感器测量的角度信息一一对应，作为刀圈实际半径长度数据集；

(5)导出数据，判断结果：数据处理装置通过对比刀圈实际半径长度数据集和预先输入的刀圈未磨损前半径长度信息，计算导轨旋转一周过程中各个位置刀圈的径向磨损量，作为磨损量数据集，通过所述数据处理装置处理器设置的数据读写接口，将所述刀圈实际半径长度数据集和刀圈径向磨损量数据集导出作进一步处理分析，根据导出数据集在绘图软件中绘制磨损后刀圈的二维轮廓图，并通过与上一次测量结果进行对比获得两次测量期间的磨损量。

工作过程中，测量装置包括旋转组件和测量组件，旋转组件包括转轴5、金属盒6、导轨15、滑动块16、可伸缩式支杆17，可伸缩式支杆17末端安装有钢针18；测量组件包括激光传感器10、角度传感器7、数据处理装置9、显示屏8、激光反射板13。

转轴5一端刻有螺纹，转轴5螺纹与滚刀刀轴一端吊装孔4螺纹相匹配。

金属盒6通过轴承固定在转轴5上，金属盒6可绕转轴5任一方向旋转任意角度。

金属盒内设置有电池7，为数据处理装置10、激光传感器11、触摸显示屏9、角度传感器8供电。

导轨15固定在金属盒6上，随金属盒6一起绕转轴5旋转。

导轨15上设置有滑动块16，滑动块16可沿导轨15任意滑动。

导轨15内设置弹簧12，弹簧12一端固定在靠近转轴一侧导轨上，另一端固定在滑动块16上，弹簧12对滑动块16施加一个向转轴5一端运动的拉力。

滑动块16设置有固定螺栓14，固定螺栓14可将滑动块16固定在导轨15上某一位置。

滑动块16上设置有激光反射板13，激光反射板13的反射面与导轨轴线垂直。

可伸缩式支杆17固定在滑动块16上，可伸缩式支杆17一端轴线上设置有钢针18，钢针18与可伸缩式支杆17同轴安装。

激光传感器11与产生的激光与激光反射板13反射面垂直，用于测量距激光反射板13的距离。

角度传感器8与转轴5同轴设置，用于测量金属盒6绕转轴5所旋转的角度大小。

数据处理装置10处理器设有数据读写接口，用于根据激光传感器11测量的数据计算待测刀圈1的径向长度信息，将径向长度信息与预存的径向长度信息进行对比，以获得待测刀圈1的径向磨损量信息。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。