一种盘形滚刀磨损量检测装置及其使用方法与流程

本发明涉及滚刀磨损量检测，尤其涉及一种盘形滚刀磨损量检测装置及其使用方法。

背景技术：

1、盾构机施工过程中会遇到各种不同的地质条件，如砂卵石地层、复合地层等，坚硬的地层会导致盾构机刀具磨损加快，甚至可能导致盾构机刀具损坏，一旦刀盘上某把刀出现故障，会迅速影响相邻刀具，致使相邻刀具的使用寿命降低，进一步影响整个刀盘及盾构机掘进效率，这就需要当盾构机刀盘上某把刀磨损较大或出现故障时，能够及时得到更换。

2、近年来，随着传感技术、计算机技术的不断进步与发展，诸多专家与学者展开对了刀具磨损量计算方法的研究，一种方式是通过安装上位移传感器和下位移传感器判断滚刀是否达到极限磨损状况，此方法当滚刀达到设定的极限磨损值时，才能判断出滚刀达到了极限磨损量，无法在滚刀未达到极限磨损之前对滚刀磨损量进行判断，现场施工人员无法进行有计划的换刀与维修；另外一种方式是通过相机对滚刀图像进行拍摄，进一步实现对滚刀磨损量进行识别，但盾构机在实际掘进过程中，刀具表面往往包裹着泥浆或渣土，通过图像识别的方法无法对盾构机滚刀磨损量进行准确的计算。

3、目前在现场通常采用规尺等手工测量滚刀的刀刃的尺寸，再确定滚刀的磨损情况，这种测量方法存在检测效率低下，误差大等问题。而现有的滚刀磨损量检测装置，是将滚刀固定在检测台上，转动检测台，进行多方位拍照，通过分析拍摄滚刀图像来确定滚刀的磨损情况，此种方法无法监测隧道掘进机滚刀的实时磨损量，导致滚刀更换不及时，拖慢施工效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有的滚刀磨损量检测装置无法监测隧道掘进机滚刀的实时磨损量导致滚刀更换不及时、施工效率低下的问题，提供一种盘形滚刀磨损量检测装置及其使用方法。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种盘形滚刀磨损量检测装置，包括安装基座和安装于所述安装基座的电路板装置，所述安装基座安装有磨损传感器，所述电路板装置与所述磨损传感器通信连接，所述电路板装置用于收集并发送所述磨损传感器采集的数据，所述磨损传感器是基于电涡流检测技术测量待测滚刀的磨损量d，单位mm：

4、d＝x-d0

5、x＝f-1(x)

6、

7、式中，y为所述磨损传感器的输出电压，单位v；

8、x为所述磨损传感器与待测滚刀刀圈之间的间距，单位mm；

9、a、k、xc为冈珀茨模型的3个参量，a＝11.411、k＝0.124、xc＝14.16；

10、d0为待测滚刀未磨损前所述磨损传感器与待测滚刀刀圈的距离，单位mm；

11、d为滚刀磨损量。

12、本发明提供的盘形滚刀磨损量检测装置，利用电涡流检测技术的非接触距离测量特性来检测滚刀刀圈磨损量，能够对待测滚刀的磨损量实现实时监测，实现了连续不间断地检测滚刀的磨损量，当磨损量达到预设阈值时，可以及时提示更换滚刀，避免了滚刀过度磨损导致的故障。该装置可以安装在刀座上，与滚刀相配合，不需要停工就可以完成检测，大大提高了工作效率。电路板可以将检测数据实时传输到地面监控室，使远程监控成为可能，更好地指导现场操作。

13、可选地，所述安装基座还安装有延伸座，所述延伸座向所述安装基座反方向延伸的一端安装有转速传感器和温度传感器，所述转速传感器和所述温度传感器均与所述电路板装置通信连接，所述电路板装置能够收集并发送所述转速传感器和所述温度传感器采集的数据。

14、采用这种设计，转速传感器可以实时监测滚刀的转速，如果转速过快，可能会导致滚刀过度磨损，甚至损坏；如果转速过慢，可能会影响施工进度。通过实时监测滚刀转速，可以判断刀具可能发生了问题，及时停机检查，避免事故。温度传感器可以检测刀具的温度变化，如果刀箱的温度过高，可能意味着刀箱内部的润滑系统出现问题，或者滚刀过度磨损，产生过多的热量。如果不及时处理，可能会导致刀箱的损坏，影响隧道掘进机的正常工作。将转速和温度的数据与磨损量的数据进行关联分析，可以得出不同工况(转速、温度)下刀具的平均磨损率，为工程师优化刀具使用提供数据支持。

15、可选地，所述延伸座包括横板和竖板，所述横板和所述竖板依次连接成l形，所述横板与所述安装基座固定连接，所述竖板向所述安装基座的反方向延伸。

16、采用这种结构设置，横板固定在安装基座上，可以保证竖板的稳定性，避免震动影响检测精度。竖板向安装基座的反方向延伸，即向滚刀方向延伸，有利于提高安装于竖板端部的转速传感器和温度传感器的检测精度。

17、可选地，所述竖板远离所述安装基座的一端为弧形。

18、弧形设计可以更贴近刀具的圆弧外形，使传感器距离刀具更近，检测更精确。

19、可选地，所述电路板装置安装于所述安装基座与所述磨损传感器向背的一面。

20、设置电路板位于磨损传感器向背的一面，即背离掘进面，这样的布局设置让电路板不会暴露在掘进的工作面前，可以避免遭受撞击或磨损，保护精密的电路板免受工作面的损坏。电路板与磨损传感器反方向布局，可以避免电磁干扰，保证信号质量。

21、可选地，所述磨损传感器的外表面为非金属材料。

22、使用非金属外壳能够减少金属产生的电磁感应效应对检测数据的干扰。

23、可选地，本盘形滚刀磨损量检测装置还包括套筒，所述套筒安装于所述安装基座与待测滚刀之间，所述套筒用于调整所述安装基座与待测滚刀之间的距离。

24、采用这种结构设置，设置套筒可以精调磨损检测装置与刀圈的距离，使检测间隙处在最佳位置，套筒调节检测间距，可以实现不改变盘形滚刀磨损量检测装置结构的前提下，兼容不同型号刀具。

25、可选地，本盘形滚刀磨损量检测装置还包括磁铁，所述转速传感器为电磁感应转速传感器，所述磁铁安装于待测滚刀，所述转速传感器与所述磁铁配合测量待测滚刀的转速。

26、采用这种结构设置，优选转速传感器为电磁感应转速传感器，电磁感应测速准确可靠，更加适合盾构机构在恶劣环境下使用，测量结果准确度高。

27、可选地，所述磁铁与所述转速传感器位于同一平面内。

28、设置磁铁与转速传感器位于同一平面内,有利于磁感线在传感器检测面上形成较强的磁通密度和均匀分布，可以使传感器捕捉到稳定而充分的磁场信号,提高检测精度。

29、一种盘形滚刀磨损量检测装置使用方法，适用于将上述的一种盘形滚刀磨损量检测装置安装于盾构机构，包括如下步骤：

30、s1.将所述盘形滚刀磨损量检测装置组装调试并固定安装于待测滚刀的刀座，调整所述磨损传感器、所述转速传感器、所述温度传感器正对待测滚刀的刀圈；

31、s2.在所述盾构机构安装信号接收路由，所述信号接收路由与所述电路板装置通信连接，所述信号接收路由用于接收所述电路板装置传送的数据；

32、s3.安装室内采集单元并布置上位机，所述室内采集单元与所述信号接收路由和所述上位机通信连接，所述室内采集单元用于将所述信号接收路由采集的数据传输给所述上位机；

33、s4.进行所述上位机的调试。

34、采用本发明提供的盘形滚刀磨损量检测装置使用方法，将盘形滚刀磨损量检测装置与刀座相结合，可以实现对刀圈的实时在线监测，时刻掌握刀圈的磨损情况，磨损传感器探头正对刀圈的设计可以获得最大强度的信号，提高检测灵敏度。通过信号接收路由接收电路板装置的信号，可以将传感器检测的信号数据实时传输到隧道掘进机的控制系统，实现对刀具状态的远程监控。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、1.本发明提供的盘形滚刀磨损量检测装置，利用电涡流传感器的非接触距离测量特性来检测滚刀刀圈磨损量，能够对待测滚刀的磨损量实现实时监测，实现了连续不间断地检测滚刀的磨损量，当磨损量达到预设阈值时，可以及时提示更换滚刀，避免了滚刀过度磨损导致的故障。该装置可以安装在刀座上，与滚刀相配合，不需要停工就可以完成检测，大大提高了工作效率。电路板可以将检测数据实时传输到地面监控室，使远程监控成为可能，更好地指导现场操作。

37、2.转速传感器可以实时监测滚刀的转速，如果转速过快，可能会导致滚刀过度磨损，甚至损坏；如果转速过慢，可能会影响施工进度。通过实时监测滚刀转速，可以判断刀具可能发生了问题，及时停机检查，避免事故。温度传感器可以检测刀具的温度变化，如果刀箱的温度过高，可能意味着刀箱内部的润滑系统出现问题，或者滚刀过度磨损，产生过多的热量。如果不及时处理，可能会导致刀箱的损坏，影响隧道掘进机的正常工作。将转速和温度的数据与磨损量的数据进行关联分析，可以得出不同工况(转速、温度)下刀具的平均磨损率，为工程师优化刀具使用提供数据支持。

38、3.将竖板远离安装基座的一端设置为弧形，可以更贴近刀具的圆弧外形，使传感器距离刀具更近，检测更精确。

39、4.设置套筒可以精调磨损检测装置与刀圈的距离，使检测间隙处在最佳位置，套筒调节检测间距，可以实现不改变盘形滚刀磨损量检测装置结构的前提下，兼容不同型号刀具。

40、5.本发明提供的盘形滚刀磨损量检测装置使用方法，将盘形滚刀磨损量检测装置与刀座相结合，可以实现对刀圈的实时在线监测，时刻掌握刀圈的磨损情况，磨损传感器探头正对刀圈的设计可以获得最大强度的信号，提高检测灵敏度。通过信号接收路由接收电路板装置的信号，可以将传感器检测的信号数据实时传输到隧道掘进机的控制系统，实现对刀具状态的远程监控。