[发明专利]一种TBM滚刀损耗状态实时监测装置及方法

说明书

本申请公开了提供一种TBM滚刀损耗状态实时监测装置及方法，包括数据采集及发送模块、损耗感知模块和处理器，所述的损耗感知模块包括簧片和应变片，所述应变片贴敷在簧片上，所述簧片一端固定，另一端抵压在滚刀上形成弧形，簧片抵压在滚刀上的一端用于接受滚刀作用产生振动，所述数据采集及发送模块通过应变片测取簧片的振动信号并发送至处理器，所述处理器接收振动数据并与滚刀损耗状态振动信号数据库进行比对，用于判断滚刀的损耗状态，能够在不改变刀盘结构、不停机的基础上，在TBM工作状态下，对滚刀的多种损耗形式进行有效的实时监测，并避免了滚刀粘附岩渣对监测的影响。

技术领域

本申请涉及一种TBM滚刀损耗状态实时监测装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

近年来，隧道掘进机 (TBM) 在隧道工程中广泛使用，其中，滚刀作为TBM破岩的主要部件，其损耗状态直接关系着掘进效率、施工质量、施工安全，因此滚刀的损耗状态一直是TBM隧道施工技术人员在施工中关注的重点之一。

滚刀的损耗状态可以分为两种：正常损耗及非正常损耗。正常损耗指滚刀的刀圈逐渐磨损，直至磨损至极限状态而无法继续使用；非正常损耗主要包括刀圈开裂、刀圈偏磨、刀圈解体、刀圈卷刃及崩刃等形式。

发明人发现，目前，为监测滚刀的损耗状态，国内外学者提出了很多监测手段，主要包括添加异味添加剂、增设液压传感系统、预设线圈等一类需要对滚刀及刀盘结构进行改造的方法，此类方法的问题在于，需要对滚刀及刀盘结构进行改造，影响滚刀自身破岩能力的同时，实施难度较大，且难以推广；另外一类方法为使用声波、红外线或激光监测等手段对滚刀的损耗状态进行直接测量，此类方法容易受到滚刀上粘附岩渣及地下水的干扰影响，影响测量结果，且很难监测到刀圈卷刃、刀圈崩刃等滚刀的非正常损耗；上述手段都难以满足现有的对TBM滚刀损耗状态实时掌握的需求。

发明内容

本申请的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种TBM滚刀损耗状态实时监测装置及方法，能够在不改变刀盘结构、不停机的基础上，在TBM工作状态下，对滚刀的多种损耗形式进行有效的实时监测，并避免了滚刀粘附岩渣对监测的影响，本发明结构简单、易于安装。

本申请的第一目的是提供一种TBM滚刀损耗状态实时监测装置，采用以下技术方案：

包括数据采集及发送模块、损耗感知模块和处理器，所述的损耗感知模块包括簧片和应变片，所述应变片贴敷在簧片上，所述簧片一端固定，另一端抵压在滚刀上形成弧形，簧片抵压在滚刀上的一端用于接受滚刀作用产生振动，所述数据采集及发送模块通过应变片测取簧片的振动信号并发送至处理器，所述处理器接收振动数据并与滚刀损耗状态振动信号数据库进行比对，用于判断滚刀的损耗状态。

进一步地，所述损耗感知模块还包括保护外壳，所述保护外壳套设在簧片外部，使簧片抵压在滚刀上的一端露出，用于隔离外部环境对簧片的干涉。

进一步地，所述损耗感知模块有至少有四个，对称安装在滚刀的两侧，位于滚刀同侧的簧片对应抵压在滚刀刀圈的不同位置，用于采集滚刀刀圈不同位置处的振动信号。

进一步地，所述保护外壳靠近滚刀的一端设有柔性段，所述柔性段端部与对应滚刀处的形状相吻合，其留有间隙。

进一步地，所述应变片通过应变胶粘结在簧片上，每个簧片的正反两面各贴有至少两个应变片。

进一步地，还包括滚刀清洁模块，所述滚刀清洁模块包括排刷和导渣挡板，所述排刷与滚刀配合，用于清理滚刀上的粘附岩渣，所述导渣挡板安装在排刷上，与滚刀刀圈呈夹角设置，用于阻挡外部环境对簧片的碰撞干涉。

本申请的第二发明目的是提供一种TBM滚刀损耗状态实时监测方法，利用如上任一项所述的TBM滚刀损耗状态实时监测装置，包括以下步骤：