[发明专利]一种TBM滚刀磨损在线实时检测系统及方法

说明书

本发明提出了一种TBM滚刀磨损在线实时检测系统及方法，用以解决现有滚刀磨损检测系统复杂，受环境影响较大，测量精度不准确的问题。本发明的检测系统包括工控机，工控机分别与激光伸缩装置和滚刀磨损激光探测仪相连接，激光伸缩装置和滚刀磨损激光探测仪的数量设置有若干个，激光伸缩装置分布安装在TBM刀盘上，滚刀磨损激光探测仪安装在激光伸缩装置的顶部；工控机与TBM主控室相连接；同时公开一种在线实时检测方法。本发明能够在不同的掘进环境下实现滚刀磨损的实时监测，自动化程度高，大大降低了维修人员的检修风险；本发明操作简单，防护装置合理，可以在TBM的换步时间内完成滚刀磨损的信息采集，保证滚刀检测的实时性和精确性。

技术领域

本发明涉及全断面掘进机滚刀刀具磨损监测的技术领域，尤其涉及一种TBM滚刀磨损在线实时检测系统及方法。

背景技术

随着国家在基建领域的大规模的建设投入，TBM及盾构机以其安全快速等诸多优势在各类隧道中得到了广泛应用，滚刀作为全断面岩石掘进机（TBM）破碎岩石的主要刀具，是TBM上的关键部件和易损部件，滚刀的磨损形式有正常磨损和非正常磨损，正常磨损是岩石对刀具的磨蚀作用导致的，基本上占刀具磨损的80~90%以上，滚刀磨损的检测直接关系到工程施工掘进效率和经济效益的提高，因此滚刀磨损的实时检测的研究对于TBM施工至关重要。

目前，对于滚刀磨损量的预测有理论方法计算和半经验半理论模型预测，但是这些方法难以对每把滚刀做到实时监测，不能在不同的掘进环境下实现滚刀磨损监测，对于敞开式TBM，目前都是通过停机然后进入刀盘内部逐一测量每把滚刀磨损量，此种方法颇为费时费力，人员操作也较为危险。

在滚刀磨损量理论预测方面，有公开号CN105352463A的中国发明专利公开了一种TBM盘形滚刀磨损量的实时计算方法，该方法考虑了滚刀几何半径变化与TBM掘进参数变化之间的相互关联，通过分析掘进参数的变化预测滚刀几何半径的变化，从而预测滚刀磨损量；公开号CN107545124A的中国发明专利公开了一种岩石隧道掘进机常截面盘形滚刀磨损状况的预测方法，该方法分析滚刀接触破岩的力学过程，以实现刀盘不同安装位置上的正面单刃常截面盘形滚刀磨损情况的实时预估，但缺少分析岩石摩擦性能和岩体节理间距对接触摩擦磨损的力学过程，同时对节理走向倾角和节理间距耦合作用没有考虑，导致结果预测准确性较差；公开号CN109307493A的中国发明专利公布了一种TBM常截面盘形滚刀磨损状况的实时检测方法，通过对滚刀与硬岩接触作用的力学分析，利用有限元软件，借助摩擦磨损模拟试验与滚刀硬岩的线性切割实验，实现了TBM在不同岩体岩石特征地质掘进过程中实时检测刀盘任意正面单刃常截面盘形滚刀磨损状态。

在滚刀磨损量现场传感器监测和检测方面，国内已公开有很多相关专利，例如公开号CN207472321U的中国实用新型专利公开了一种移动式全覆盖盾构滚刀磨损监测装置，可以有效的实时监测滚刀的转动情况，并能够全覆盖监测盾构滚刀磨损情况，但系统较为复杂，精确性和耐用性不能保证；公开号CN103148771A的中国发明专利公布了一种利用电涡流传感器监测TBM滚刀磨损的装置，可以实现对滚刀磨损的在线监测，但是由于电涡流传感器对测量对象的金属表面积要求较高，并且量程不足，给实际应用带来了一定难度；公开号CN103969139A的中国发明专利提出了一种在线滚刀磨损检测方法，但此方法的位移传感器在岩渣较多时不能有效测量到滚刀磨损信息。

综上所述，对现场工况来说，滚刀磨损的理论预测实时性和精确性有限，传感器更为直接和准确，因此开发出既能提供足够精确测量滚刀磨损，又能防止测量受到岩渣和金属等异物的干扰的传感器方法迫在眉睫。

发明内容

针对现有滚刀磨损检测系统复杂，受环境影响较大，测量精度不准确的技术问题，本发明提出一种TBM滚刀磨损在线实时检测系统及方法，能够时刻检测到滚刀的磨损情况，可适应现场复杂的工作环境，并保证其精确性，操作人员实时掌握刀具的磨损情况，实时调整掘进方案，同时可以帮助维保人员及时更换刀圈刀具，减少刀具损耗，降低施工成本。