[发明专利]带有针轮装置的盾构施工排土量实时在线测量装置

说明书

技术领域

本发明所属盾构施工工程技术领域，具体是一种用于盾构施工排土量测量的针轮装置以及由针轮构成的在线实时测量装置。

背景技术

四川润智兴科技有限公司的授权公告号为CN201852847U的实用新型专利“移动物体的测速定位装置”，主要由数据处理器、旋转编码器、同步机构组成。其中同步机构穿过旋转编码器并驱动旋转编码器同步转动，根据旋转编码器的转动状态，确定移动物体的速度和位置。

三一重工装备有限公司的授权公告号为CN201805340U的实用新型专利“采煤机位置检测装置”，该装置在采煤机轴上安装旋转编码器，旋转编码器的输出端连接中央控制单元。采煤机行走时，通过检测旋转编码器的运动状态，经过一定逻辑运算后向支架电液控制系统发出指令，实现工作面的自动控制。

`现有盾构机渣土体积测量采用后方称重法，把渣土存放在电瓶车的几节车斗中运到盾构施工的后方，每隔一段时间人工数出电瓶车节数来间接计算渣土体积。这种方法测量信息滞后、精度差、自动化程度低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种盾构施工排土量实时在线测量装以及适用于该测量装置内的针轮装置，在盾构机上增添一套本发明装置实现排土体积的准确、实时测量，提高原有测量方法的精度、实时性，满足盾构施工提出的要求。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种基于针轮装置的盾构施工排土量实时在线测量装置，是使用螺旋输送机出土口的截面积值对渣土的前进速度积分得到排土体积速度的测量装置，该装置包括针轮装置和由旋转编码器、信号调理模块、数据采集卡和上位机构成的控制部分，所述针轮装置安装在盾构机螺旋输送机出土口处，且安装在垂直与渣土速度方向的平面内，渣土经螺旋输送机挤压后形成质地密实、表面光滑、截面形状均匀的土柱体，出土口的渣土从螺旋输送机挤出时带动插入渣土的针或者叶片使针轮转动；上位机通过信号调理模块、数据采集卡实现与旋转编码器连接，对原始数据进行存储、预处理、积算以及显示操作，使用软件把出土口截面积值对旋转编码器输出速度积分得到排土量体积。所述的针轮装置：

它包括针轮及其针轮轴，针轮通过键连接实现与针轮轴的径向定位，通过两端的圆螺母实现轴向定位，所述针轮由轮缘与插入轮缘中的针或叶片构成；

还包括左箱体和右箱体两个箱体，用于支撑针轮轴，箱体与针轮轴之间设置轴承；旋转编码器置于右箱体内；

还包括联轴器，所述针轮轴通过联轴器与旋转编码器相连，联轴器置于右箱体内；

还包括套筒，设于针轮轴的外面，用于防护针轮轴；

还包括针轮壳，针轮壳罩住针轮的上面部分，防止落泥落水的影响，针轮壳下面部分开口，针轮安装于针轮壳内，针轮的针通过开口部分与渣土接触；

还包括毡圈密封，设于所述左箱体和右箱体的端盖处，用于防止灰尘进入箱体，损坏内部的零件。

进一步优化，所述轴承为角接触球轴承，可以减小转动阻力矩，更准确的传递渣土的运动信息。

进一步优化，所述联轴器为弹性梅花型联轴器，针轮轴经过弹性梅花型联轴器将运动传递给旋转编码器，对旋转编码器输出的数据进行处理得到渣土的线速度。

出土口的截面积值固定，渣土移动时带动针轮转动，针轮轴通过联轴器将转动情况传递给旋转编码器，上位机与旋转编码器连接，对原始数据进行存储、预处理、积算以及显示操作，使用软件把出土口截面积值对旋转编码器输出速度积分得到排土量体积。

本发明装置适用于盾构机穿越潮湿、有一定粘度的土层，螺旋输送机出土能形成潮湿、有一定粘度的柱体的情况。针轮的尺寸参数设计是影响系统精度最关键的因素，通过选择合适的参数可使测量精度上可以达到1%，能够满足盾构施工的要求。

本发明与现有技术相比所具有的优点或积极效果：

1、本发明可以实现盾构施工中渣土的在线测量，即实时的获得单位时间内排土体积的数据，方便施工人员获得影响施工质量的实时数据，对施工参数进行快速有效的调整。针轮装置具有高的可靠性，在装置设计中特别注意了防泥防水的措施，针轮及其针轮轴由套筒和针轮外罩双重保护，可以保护针轮装置能在条件非常恶劣的盾构施工环境中正常工作；

2、有较高的测量精度。装置的测速通过技术上已经非常成熟、有很高精度的旋转编码器实现，从硬件上保证了整套装置的精度，在装置几何参数设计时，综合运用运动学、动力学和几何关系的相关理论进行分析，构建理论模型，进行计算机仿真和实物仿真把精度提到最高，足以满足工程应用的要求。