[发明专利]在线检测掘进机滚刀刀刃弦磨的装置

说明书

技术领域

本发明属于大型机械施工设备，具体涉及一种对全断面硬岩掘进机所用的滚刀磨损进行监测的装置。

技术背景

全断面硬地质掘进机包括硬岩掘进机和复合盾构掘进机等，前者主要用于岩石地质结构的隧道、涵洞等地下交通工程建设；后者主要用于掘进既有土质又有岩石的地质。硬岩掘进机的刀盘上装有滚刀；复合盾构掘进机的刀盘上既有刮刀又有滚刀（为叙述方便在此统称为掘进机）。在掘进机推进力的作用下，刀盘上的滚刀压紧岩面，随着刀盘的旋转，利用滚刀的楔块作用，将岩石碾碎，使隧道全断面一次成型。在掘进中如果滚刀刀刃因石块卡住等原因不能转动时，在刀盘继续旋转的情况下，滚刀刀刃就会发生弦磨而失去破岩功能。因此，如果能够在线测量滚刀刀刃是否发生弦磨，并根据实际情况及时更换刀具，这对于提高施工效率是非常关键的。本发明的提出可使这一问题得到满意的解决。

发明内容

本发明的目的是，提出一种在线检测掘进机滚刀刀刃弦磨的装置，将加速度传感器安装在刀架（对滚刀刀刃弦磨敏感）特定部位，根据加速度传感器发出的振动信号识别滚刀刀刃的状态，准确辨别刀刃是否发生弦磨。

本发明的技术方案是采用内置加速度传感器的方法，来检测掘进机滚刀刀刃是否发生弦磨。该装置具有：刀盘、基座、滚刀、轴承以及刀架，刀盘上设有安装滚刀的基座，滚刀经轴承套装在刀具中心轴上，中心轴安装在框形刀架上，刀架装配于基座中。在刀架外面中心轴的两侧各设有一个矩形孔，两矩形孔位于刀具中心轴的水平轴线上，加速度传感器置于矩形孔内，矩形孔靠近刀具中心轴方向的孔壁为平面，该平面作为加速度传感器的测量面。

滚刀工作时将受到正向压力、侧向力（垂直于刀刃侧表面）和滚压阻力的作用（图4）。如果滚刀刀刃进入弦磨状态，滚刀的转动将受到影响甚至停转。刀刃与岩石之间的弦磨状态由滚压变为滑动摩擦（图5）。这将使得刀具中心轴、刀架及刀盘的旋动状态都会发生变化，那么滚刀刀刃振动幅值和频率也会发生明显改变。加速度传感器根据检测到的振动幅值和频率便可准确判定滚刀刀刃是否进入弦磨状态。

利用本装置进行滚刀刀刃弦磨判定的方法，可通过三种模式来识别滚刀刀刃是否发生弦磨，其技术原理及模式为：

（1）通过自相关函数识别弦磨

滚刀刀刃尚未进入弦磨时，加速度传感器测量刀盘旋转一圈或两圈的动态随机振动信号作为基准信号，发生弦磨时，通过实时测量信号与基准信号之间的自相关函数差异进行判定；

（2）通过频谱的改变识别弦磨

滚刀刀刃尚未进入弦磨时，加速度传感器测量刀盘旋转一圈或两圈的动态随机振动信号作为基准信号，发生弦磨时，通过比较弦磨发生后加速度信号的频谱改变进行判定；

（3）直接比较加速度数值的改变识别弦磨

滚刀刀刃尚未进入弦磨时，加速度传感器测量刀盘旋转一圈或两圈的动态随机振动信号作为基准信号，发生弦磨时，通过比较弦磨前后，加速度大小测量值的改变进行判定。

本发明的特点及产生的有益效果是，当掘进机工作时，可在线检测滚刀刀刃是否发生弦磨，及时掌握滚刀的工作状态，如发生刀刃弦磨可及时换刀具保证掘进效率。

附图说明

图1为掘进机刀盘上滚刀安装的示意简图。

图2为本发明结构及原理简图。

图3为图2的俯视图。

图4为滚刀工作时（滚压摩擦方向）力学示意图。

图5为滚刀由滚压摩擦变为滑动摩擦时力学示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过具体实施例对本发明的原理与结构做进一步的说明。需要说明的是，本实施方式是叙述性的而非限定性的，不以此实施例限定本发明所保护的范围。

在线检测掘进机滚刀弦磨的装置，其结构特征是：刀盘1上设有安装滚刀的基座2，滚刀4经轴承3套装在刀具中心轴5上，中心轴安装在框形刀架6上，刀架装配于基座中。在刀架6外面中心轴5的两侧各设有一个矩形孔7，两矩形孔位于刀具中心轴的水平轴线上。加速度传感器8置于矩形孔内，矩形孔靠近刀具中心轴方向的孔壁为平面，该平面作为加速度传感器的测量面，该测量面装有磁铁吸住加速度传感器，使之固定在测量面上（如图1图2）。滚刀的刀刃呈扁平圆盘形状，工程上也称做刀圈。矩形孔的开孔位置，或者说加速度传感器在刀架的安装位置，依据滚刀刀刃发生弦磨时，刀架对滑动摩擦力敏感的位置而定。