[发明专利]一种盾构机滚刀载荷实时监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种盾构机滚刀载荷实时监测系统及方法，包括用于支撑刀轴的C形块，所述C形块的内侧设有正向载荷测量组件和切向载荷测量组件，且正向载荷测量组件和切向载荷测量组件相连接；所述正向载荷测量组件和切向载荷测量组件均与刀轴相配合，且正向载荷测量组件和切向载荷测量组件的输出线缆穿过密封隔离模块与信号采集模块电连接；所述信号采集模块与信号接收模块通信连接，且信号接收模块与上位机电连接。本发明可以实时监测滚刀受力情况，进而预判当前地质条件，以有效指导盾构施工中掘进参数的选择，避免或减少刀具的损坏；同时还可以第一时间发现损坏的刀具、及时换刀，提高掘进效率；还可以根据受力数值为后续地层分析提供数据支撑。

技术领域

本发明属于盾构刀具感知技术领域，具体涉及一种盾构机滚刀载荷实时监测系统及方法。

背景技术

在隧道和地下工程施工中，全断面隧道掘进机具有自动化程度高、安全高效和在超长隧道中连续作业的特点。掘进机在软硬不均地层条件下施工，由于岩土抗压强度的差异，容易造成盾构掘进姿态不稳，而且在掘进过程中，由于滚刀在软硬不均介质中随刀盘不断旋转往返切削于软硬不均地层，会造成刀具受力突然增大的现象，并且随着刀盘转速的增大，滚刀受到的冲击力会呈非线性增加，造成滚刀刀圈断裂、异常磨损等问题。

发明内容

针对滚刀在掘进过程中由于受力变化可能会出现刀具磨损或损坏的问题，本发明提出了一种盾构机滚刀载荷实时监测系统及方法，可以实时监测滚刀的受力以为施工参数提供指导。

为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种盾构机滚刀载荷实时监测系统，包括用于支撑刀轴的C形块，所述C形块的内侧设有正向载荷测量组件和切向载荷测量组件，且正向载荷测量组件和切向载荷测量组件相连接；所述正向载荷测量组件和切向载荷测量组件均与刀轴相配合，以通过测量刀轴的受力进而测量滚刀的受力状况，且正向载荷测量组件和切向载荷测量组件的输出线缆穿过密封隔离模块与信号采集模块电连接，密封隔离模块对输出线缆起到隔离防护的作用；所述信号采集模块与信号接收模块通信连接，且信号接收模块与上位机电连接。信号采集模块对正向载荷测量组件和切向载荷测量组件测得的数据进行处理，通过信号接收模块将处理后的数据发送给到上位机，上位机再根据滚刀的位置和接收数据实时监测统计滚刀的受力。

所述信号采集模块包括控制器I、A/D转换模块、供电模块I、无线发射模块和串口转换模块I，所述正向载荷测量组件和切向载荷测量组件的输出线缆通过A/D转换模块与控制器I的输入端电连接；所述控制器I的输出端分别与供电模块I和串口转换模块I电连接，且控制器I通过无线发射模块与信号接收模块通信连接。控制器I对接收到的正向载荷和切向载荷进行处理、计算，并对正向载荷测量组件和切向载荷测量组件进行控制。

所述信号接收模块包括控制器II、供电模块II、无线接收模块和串口转换模块II，所述控制器II通过无线接收模块与信号采集模块通信连接，控制器II的一个输出端与供电模块II电连接，且控制器II通过串口转换模块II与上位机电连接。

所述密封隔离模块包括隔离盒，所述隔离盒设置在中心隔板的后方，隔离盒内设有防水组件，且正向载荷测量组件和切向载荷测量组件的输出线缆穿过防水组件后与信号采集模块相连接。

所述防水组件包括相互连通的第一防水接头、第二防水接头和第三防水接头，第一防水接头和第二防水接头均设置在隔离盒内，第三防水接头设置在隔离盒的外侧，且正向载荷测量组件和切向载荷测量组件的输出线缆依次穿过第一防水接头、第二防水接头和第三防水接头后与信号采集模块相连接。

所述正向载荷测量组件和切向载荷测量组件的输出线缆上套设有第一液压软管，所述第一液压软管的前部通过第一液压接头与滚刀刀座相连接，第一液压软管的后部穿过中心隔板后通过第三液压接头与第一防水接头相连接。第一液压软管对输出线缆起到防护的作用。