尾盾形变监测装置及其安装机构、盾构机的制作方法

本技术属于盾构机姿态检测，具体涉及一种尾盾形变监测装置及其安装机构、盾构机。

背景技术：

1、近年来，随着国内地下空间开发的快速发展，盾构机得到广泛应用，其中穿山跨河的硬岩tbm和大直径泥水盾构项目也陆续增多，这类设备用于开挖围岩完整性较好、岩石硬度较大的地层时，其重要部件的变形是一个潜在的隐患，可能会对设备本身甚至整个工程项目带来巨大损失。

2、目前国外盾构机常见的在线监测内容主要包括盾构机掘进参数监测，盾构机液压系统检测，盾构机电气参数检测机械参数监测等，涉及到机械参数监测的主要为道具磨损监测以及静止状态下尾盾平面度的监测等；而掘进状态下盾构机重要部件的机械形变在线监测却很少涉及。然而在实际盾构的施工过程中，由于受到土体以及盾构推进速度等因素的影响，盾构的盾尾处容易产生变形，若变形量过大，可能会导致管片无法拼装等问题，甚至可能无法继续正常施工，严重影响施工质量和施工进度。

3、因此，如申请号cn202020396852.8提出的一种盾尾变形监测装置，有效的解决了盾构机盾尾处变形量监测困难的问题，能够实时、连续地反应盾构机盾尾的变形量，以对盾尾及时进行修复，从而提高了施工效率，保证了施工质量。但是该装置设置于盾尾内壁与管片的间隙中，通过弹簧及拉力传感器，来实时监测尾盾形变，仅是通过弹簧伸长或缩短对盾尾轴向形变进行监测，而盾尾径向和切向形变却不能有效监测。

技术实现思路

1、本实用新型公开了一种尾盾形变监测装置及其安装机构、盾构机，拟解决现有盾尾变形监测装置不能有效监测盾尾径向和切向形变的技术问题。

2、而姿态传感器作为基于mems技术的高性能三维运动姿态测量系统，包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗arm处理器得到经过温度补偿的三维姿态与方位等数据，其利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据。

3、为解决上述存在的技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

4、一种尾盾形变监测装置，包括若干组mems姿态传感器，所述若干组mems姿态传感器通过安装件间隔设置于尾盾外径向面的边缘，所述若干组mems姿态传感器均电连接有电源。

5、采用本技术方案，将若干组mems姿态传感器间隔均匀安装于尾盾外径向面的边缘，可以利用姿态传感器提供各监测点的实时姿态数据，以供后续对得到姿态数据进行传输分析等处理工作，进一步判断盾构机尾盾在轴向、径向和切向的形变。

6、优选的，所述若干组mems姿态传感器坐标系包括x轴、y轴和z轴，所述若干组mems姿态传感器设置为坐标系x轴沿尾盾壁轴向；y轴沿尾盾壁切向；z轴沿尾盾壁径向。

7、采用本技术方案，通过安装件将mems姿态传感器坐标系x轴、y轴和z轴分别安装对应尾盾壁轴向、尾盾壁切向和尾盾壁径向，mems姿态传感器得到姿态数据即为尾盾壁轴向、尾盾壁切向和尾盾壁径向的姿态数据，方便后续数据处理分析，减少运算步骤及过程。

8、一种尾盾形变监测装置安装机构，包括所述安装件，所述安装件包括骑马卡，所述骑马卡连接所述尾盾，所述骑马卡上伸缩设置有稳固件，所述稳固件包括伸缩杆和夹板，所述伸缩杆伸缩连接所述骑马卡，且伸缩方向沿所述尾盾轴向，所述夹板通过所述伸缩杆连接所述骑马卡。

9、采用本技术方案，利用安装件将mems姿态传感器稳固安装于尾盾，以便盾构机运行过程中对尾盾进行实时监测，通过常见简单结构的骑马卡即可将装置整体安装于尾盾，而骑马卡虽然固定稳定，但并不能完全保证mems姿态传感器完全贴合于所述尾盾表面，因此设置稳固件进一步对mems姿态传感器进行稳固固定，使其尽量贴合所述尾盾表面，伸缩杆沿尾盾轴向伸缩使mems姿态传感器贴合尾盾表面，夹板则夹住mems姿态传感器防止其产生滑移乱跑。

10、优选的，所述骑马卡包括固定脚和固定箍，所述固定箍上设置有凹槽，所述mems姿态传感器设置有凸条，且所述凸条滑动设置于所述凹槽。

11、采用本技术方案，通过凸条滑动设置于凹槽，将装置安装好后，装置整体的调整方向便为尾盾的轴向，不会产生其他方向的位移，固定好伸缩杆后，装置即整体稳固固定在尾盾上，凸条凹槽与伸缩杆的配合进一步保证mems姿态传感器贴合固定在尾盾径向表面。

12、优选的，所述伸缩杆一端穿过所述固定箍上端面，另一端连接有压板，所述夹板通过所述压板连接所述伸缩杆。

13、采用本技术方案，伸缩杆通过伸缩控制压板沿尾盾轴向上下运动，压板扩大接触面，减小压强，防止为稳固固定mems姿态传感器而对其造成损伤。

14、优选的，所述夹板沿所述压板对称设置两组，且伸缩连接所述压板，所述夹板伸缩方向在所述尾盾径向面上，所述夹板设置为角钢状，且直角朝向所述压板。

15、采用本技术方案，通过夹板夹住固定mems姿态传感器防止其产生滑移。

16、优选的，所述压板两端分别设置有凸块，且所述凸块均滑动设置在所述凹槽中，所述压板还通过设置有若干组伸缩件伸缩连接所述夹板。

17、采用本技术方案，压板上下滑动时，同样也是沿着凹槽轨迹，防止其发生其他方向上的滑动位移对mems姿态传感器固定产生影响。

18、优选的，所述伸缩杆上设置有螺纹，所述伸缩杆通过螺纹连接所述固定箍，所述伸缩杆穿过所述固定箍的下端还设置有回弹件，所述回弹件另一端连接所述固定箍的下端面。

19、采用本技术方案，当mems姿态传感器安装或转动到尾盾下边缘时，伸缩杆重力方向朝向尾盾外，通过回弹件补充平衡伸缩杆对压板的压力大小，且回弹件在安装固定时也可以起到使伸缩杆伸出或回弹的平衡缓冲作用。

20、优选的，所述固定脚设置有若干螺孔，所述固定脚通过所述螺孔连接所述尾盾。

21、采用本技术方案，多组螺孔通过螺栓安装稳定牢固。

22、一种基于mems姿态传感器尾盾形变监测装置的盾构机，包括所述尾盾形变监测装置和尾盾形变监测装置安装机构。

23、采用本技术方案，盾构机在运行过程中，可以方便对尾盾壁轴向、尾盾壁切向和尾盾壁径向姿态数据进行实时监控，以便后续判断尾盾形变情况，消除安全隐患。

24、综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

25、1.利用姿态传感器提供各监测点的实时姿态数据，以供后续对得到姿态数据进行传输分析等处理工作，进一步判断盾构机尾盾在轴向、径向和切向的形变。

26、2.通过常见简单结构的骑马卡将装置整体安装于尾盾，设置稳固件进一步对mems姿态传感器进行稳固固定，使其尽量贴合所述尾盾表面，以实现精确监测。

27、3.凸条凹槽与夹板的配合进一步保证mems姿态传感器贴合固定在尾盾径向表面而不发生径向面的滑移。

28、4.伸缩调整方便稳固。

技术特征：

1.一种尾盾形变监测装置，其特征在于：包括若干组mems姿态传感器(1)，所述若干组mems姿态传感器(1)通过安装件间隔设置于尾盾(2)外侧径向面的边缘，所述若干组mems姿态传感器(1)均电连接有电源。

2.根据权利要求1所述的尾盾形变监测装置，其特征在于：所述若干组mems姿态传感器(1)坐标系包括x轴、y轴和z轴，所述若干组mems姿态传感器(1)设置为坐标系x轴沿尾盾壁轴向；y轴沿尾盾壁切向；z轴沿尾盾壁径向。

3.一种尾盾形变监测装置安装机构，其特征在于：包括权利要求1-2任一项所述的安装件，所述安装件包括骑马卡(33)，所述骑马卡(33)连接所述尾盾(2)，所述骑马卡(33)上伸缩设置有稳固件(4)，所述稳固件(4)包括伸缩杆(43)和夹板(44)，所述伸缩杆(43)伸缩连接所述骑马卡(33)，且伸缩方向沿所述尾盾(2)轴向，所述夹板(44)通过所述伸缩杆(43)连接所述骑马卡(33)。

4.根据权利要求3所述的尾盾形变监测装置安装机构，其特征在于：所述骑马卡(33)包括固定脚(31)和固定箍(32)，所述固定箍(32)上设置有凹槽(321)，所述mems姿态传感器(1)设置有凸条，且所述凸条滑动设置于所述凹槽(321)。

5.根据权利要求4所述的尾盾形变监测装置安装机构，其特征在于：所述伸缩杆(43)一端穿过所述固定箍(32)上端面，另一端连接有压板(42)，所述夹板(44)通过所述压板(42)连接所述伸缩杆(43)。

6.根据权利要求5所述的尾盾形变监测装置安装机构，其特征在于：所述夹板(44)沿所述压板(42)对称设置两组，且伸缩连接所述压板(42)，所述夹板(44)伸缩方向在所述尾盾(2)径向面上，所述夹板(44)设置为角钢状，且直角朝向所述压板(42)。

7.根据权利要求5或6所述的尾盾形变监测装置安装机构，其特征在于：所述压板(42)两端分别设置有凸块(421)，且所述凸块(421)均滑动设置在所述凹槽(321)

8.根据权利要求4-6任一项所述的尾盾形变监测装置安装机构，其特征在于：所述伸缩杆(43)上设置有螺纹，所述伸缩杆(43)通过螺纹连接所述固定箍(32)，所述伸缩杆(43)穿过所述固定箍(32)的下端还设置有回弹件(41)，所述回弹件(41)另一端连接所述固定箍(32)的下端面。

9.根据权利要求4-6任一项所述的尾盾形变监测装置安装机构，其特征在于：所述固定脚(31)设置有若干螺孔(311)，所述固定脚(31)通过所述螺孔(311)连接所述尾盾(2)。

10.一种基于mems姿态传感器尾盾形变监测装置的盾构机，其特征在于，包括权利要求1-2任一项所述的尾盾形变监测装置和3-9任一项所述的尾盾形变监测装置安装机构。

技术总结
本技术公开了一种尾盾形变监测装置及其安装机构、盾构机，涉及盾构机姿态检测技术领域，解决了现有盾尾变形监测装置不能有效监测盾尾径向和切向形变的技术问题。本技术包括若干组MEMS姿态传感器，所述若干组MEMS姿态传感器通过安装件间隔设置于尾盾外径向面的边缘，所述若干组MEMS姿态传感器均电连接有电源。本装置利用姿态传感器提供各监测点的实时姿态数据，以供后续对得到姿态数据进行传输分析等处理工作，进一步判断盾构机尾盾在轴向、径向和切向的形变。

技术研发人员：李才洪,李绍荣,章龙管,邹力,李开富,陈文菊,高旭东,杨承,陈鑫,李正飞,梅元元,杨立荣,邓洋,邹钢,刘光鑫
受保护的技术使用者：中铁工程服务有限公司
技术研发日：20230720
技术公布日：2024/2/21