[发明专利]用于监视隧道掘进效率的装置和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及机械挖掘领域，更具体地说，涉及用于监视和控制隧道掘进机效率的装置和方法。

背景技术

隧道掘进机(“TBM”)是隧道挖掘装置，典型情况下它用于在各种土层和岩层中形成圆形隧道。常规TBM产生平滑的圆形隧道壁，典型情况下具有最小的间接干扰。使TBM高效且可靠的突破是旋转头的发明，由James S.Robbins开发。最初，Robbins的TBM使用以圆周运动方式旋转的坚固的长钉，但是长钉会频繁折断。他发现以持久性更长的旋转刀具组件取代这些磨削长钉，显著地减少了这个问题。自那时起，所有成功的现代TBM都具有旋转刀具组件。

自从隧道掘进机出现，这些机器的操作员和制造商一直期望了解和监视切削设备如何与被挖掘的材料相互作用。实时性能数据会允许操作员通过控制某些操作参数和执行及时维护来提高隧道掘进操作的效率和可靠性。例如，通过实时监视隧道掘进机以便快速识别问题，允许操作员发起适当的纠正动作，能够避免由于部件故障造成的高代价延期。

此外，机器制造商还能够基于该数据调整部件的设计。为隧道掘进机开发合理的操作和维护时间表的先前尝试已经包括使用理论数学模型，带有或没有简单的力测量设备，以及通过机器本身的操作状况提供的辅助证据推论相互作用。在美国专利No.4548443和美国专利No.RE31511中公开了说明性隧道掘进机，二者的全部内容在此引用作为参考。美国专利No.5205613和美国专利No.6431653中公开了另外的说明性现有技术隧道掘进机，二者的全部内容在此引用作为参考。授予Sugden等人的美国专利No.5308151公开了一种不同类型的带刀具采掘机，这些刀具配备有刀具轴应变计，以提供一个或多个滚刀组件上直接负载的测量。一个或多个刀具轴配备有应变计，以提供滚刀组件上直接负载的测量。不过，简单的应变计测量并没有提供关于刀具组件的操作性能和旋转特性的期望信息。

仍然需要能够提供隧道掘进机上各个刀具性能的实时监视的系统，其可以用于提供各个刀具上问题的早期检测，以提供可以用于控制机器以优化性能并避免不必要磨损的信息，和/或用于监视被挖掘的岩石或其他材料的状况。

发明内容

提供本发明内容是为了以简化的形式引入选择的概念，以下在具体实施方式中对所述概念做进一步的描述。本发明内容不打算识别所要求保护的主题的关键特征，也不打算被用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

在本发明的一方面，公开了一种用于在操作期间监视隧道掘进机(TBM)的装置，所述装置包括与TBM上刀具相关联的多个仪器包，每个仪器包都保持与相关联刀具相接触，并且包括监视所述刀具的传感器，例如加速度计，温度传感器、磁力计等。所述仪器包的远端接触所述刀具，例如所述刀具的保持架部分。所述直接接触提供了所述相关联刀具的准确数据，例如振动、温度和旋转速度数据。所述仪器包中的传感器控制板从所述传感器接收数据，并且向远程接收机无线地传送数据。所述数据可以用于，例如监视所述刀具和/或TBM的状况，以便检测磨损或适当地调整所述TBM的操作参数。电源向所述传感器和所述控制板提供电力。所述装置包括用于将所述仪器包附接到所述TBM的装置。

在所述装置的实施例中，所述仪器包包括多轴加速度计，和/或第二加速度计。

在所述装置的实施例中，所述TBM上的每个刀具组件都具有与其相关联的一个或多个仪器包。所述仪器包可以以网状或对等协议无线地互连。

在所述装置的实施例中，仪器包包括具有支持所述传感器的远端臂部分的底板，并且所述底板的远端臂部分与所述相关联的刀具直接接触。可以提供弹簧，所述弹簧将所述底板的远端臂部分偏向所述相关联的刀具组件。

在实施例中，安装支架被固定地安装到所述隧道掘进机，例如固定地附接到所述刀具外壳组件，并且所述仪器包包括可滑动地接合所述安装支架的可拆卸部分。

还公开了一种用于操作隧道掘进机的方法，所述方法包括提供包含用于监视相关联的刀具组件的传感器的多个仪器包，从所述传感器接收数据的传感器控制板以及电源，其中所述仪器包直接与所述相关联刀具组件接触；以及将从所述传感器得到的数据无线地传送到远程接收机；以及使用传送到所述远程接收机的数据来控制所述隧道掘进机的操作。

还公开了一种隧道掘进机，所述隧道掘进机包括可旋转地支持多个刀具组件的旋转刀具头，每个刀具组件都包括可旋转地支持刀圈的轴；每个都与刀具组件相关联的仪器包；以及用于将所述仪器包附接到所述隧道掘进机的装置。

附图说明