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一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置

阅读：1022发布：2020-08-07

专利汇可以提供一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种带磨损特征的TBM 滚刀磨损量的自动标定装置。其特征在于：侧板固定在底座上，电机安装在侧板上，安装在电机轴上的小齿轮与安装在轴端的大齿轮啮合，带动轴旋转；一种带有滚刀磨损特征的刀体固定在轴上，传感器立板上的装有电涡流传感器，磨损特征刀体刀刃面中心线对齐电涡流传感器端面中心线，角度传感模块磁吸在磨损特征刀体上；轴带动磨损特征刀体旋转，模拟滚刀逐渐磨损，由新刀至失效刀的过程，电涡流传感器输出的电压信号经过调理后和角度传感模块无线输出的角度信号，一并送入单片机处理后，拟合出滚刀磨损量的拟合系数，并显示出数据。，下面是一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置，由底座，侧板，螺栓，垫圈，电机，小齿轮，螺钉，大齿轮，轴，轴承，磨损特征刀体，角度传感模块，螺母，导轨，传感器立板，锁紧螺钉，挡块，无线接收模块，调理电路，单片机，显示电路，驱动电路组成，其特征在于：侧板(2)通过螺栓(3)和垫圈(4)固定在底座(1)上，大齿轮(10)通过螺钉(11)固定在轴(12)左端，轴(12)、轴承(13)与侧板(2)的定位孔过盈配合安装，磨损特征刀体(15)通过螺钉(14)固定在轴(12)上，使磨损特征刀体(15)刀刃面中心线对齐电涡流传感器(20)端面中心线；
电机(7)通过螺栓(5)和垫圈(6)固定在侧板上，小齿轮(8)通过螺钉(9)固定在电机(7)的轴上，使大齿轮(10)和小齿轮(8)相互啮合；电涡流传感器(20)通过螺栓(21)、垫圈(22)和螺母(23)固定在传感器立板(18)上，传感器立板(18)在导轨(17)上移动，并通过锁紧螺钉(19)固定，导轨(17)通过螺钉(27)固定在底座(1)上；挡块(24)通过螺栓(25)和垫圈(26)安装在导轨的末端，角度传感模块(16)通过磁吸在磨损特征刀体(15)上；角度传感模块(16)输出信号通过无线传输到无线接收模块(28)，电涡流传感器(20)输出的信号送入调理电路(29)，一并送入单片机(30)处理后，并在显示电路(31)中显示出数据。
2.按照权利要求1所述的一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置，其特征是所述磨损特征刀体(15)的角度与磨损量呈对应关系，具有模拟滚刀从新刀逐渐磨损到失效的过程。
3.按照权利要求1所述的一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置，其特征是所述单片机(30)输出控制信号至驱动电路(32)，使电机(7)转动，通过小齿轮(8)和大齿轮(10)传动，带动轴(12)旋转，使磨损特征刀体(15)旋转一周，模拟滚刀的磨损状态。
4.按照权利要求1所述的一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置，其特征是所述角度传感模块(16)，由电池，角度传感器，MCU和无线发送装置组成，输出角度信号。
5.按照权利要求1所述的一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置，其特征是所述单片机(30)记录角度传感模块(16)输出的角度值与电涡流传感器(20)输出的电压值，拟合出相对于滚刀磨损量的拟合系数。

说明书全文

一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置

技术领域

[0001] 本发明涉及全断面硬岩掘进机行业中的设备检测技术，尤其是涉及TBM施工中对盘形滚刀磨损量检测用电涡流传感器的标定装置。

背景技术

[0002] TBM是进行隧道工程建设的大型施工设备。盘形滚刀作为TBM破碎岩石的工具，是掘进机使用过程中用量最大的易耗品。刀具磨损到一定程度时，需要立即更换，否则会加剧其他刀具的磨损，形成恶性循环。

[0003] 目前对滚刀的监测主要有人工检测、异味剂泄露检测、依据掘进参数估算和自动检测四种，通过对国内外相关文献及资料的检索发现，目前国内外多所高校和研究机构都对TBM刀具在线检测开展了试验研究或理论研究。国内中南大学、中铁隧道装备制造有限公司、天津大学等机构都对滚刀在线检测开展了相关研究。中南大学发明专利CN103148771A，名称为：一种TBM滚刀磨损实时监测装置，该装置是通过电涡流传感器检测滚刀的磨损量；中铁隧道装备制造有限公司实用新型专利CN202599933U，名称为：一种隧道掘进机刀盘刀具磨损无线检测及监控系统，通过传感器模块检测到刀具转速、温度等参数；天津大学发明专利CN103512527A，名称为：硬岩隧道掘进机盘形滚刀磨损的在线检测装置，该方法安装在滚刀内部的检查刀圈厚度传感器来检测滚刀磨损；天津大学实用新型专利CN203164109U，名称为：TBM滚刀磨损检测装置，该方法是通过滚刀在平行激光束中的遮断来实现磨损检测。

[0004] 在自动检测中，由于TBM工作在地下，滚刀与岩石接触，粉尘比较严重，并且主机舱，刀盘，滚刀被岩土介质和地下水包围，因此用激光、红外线，超声波等信号接受装置难以实现准确监测，而电涡流传感器能在比较恶劣的环境中有效使用。

[0005] 现在常用滚刀有17寸和19寸，其中：17寸滚刀的刀刃宽度为15-20mm，19寸的滚刀的刀刃宽度为20-30mm；滚刀刀刃形状有三角型、尖楔形、楔形和宽形弧刃等不同类型，与传统的电涡流检测距离技术有较大的不同。

[0006] 综上所述，针对大型全断面掘进装备滚刀检测的电涡流传感器数据准确性需求，通过研发TBM滚刀磨损量电涡流传感器的自动标定装置，确定不同电涡流传感器的输出数据，保证准确的测量和预判滚刀的实际工况，是完成滚刀安全状态决策中急需解决的问题之一。本发明提出了一种TBM滚刀磨损量电涡流传感器的自动标定的方法。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置。

[0008] 一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置，由底座，侧板，螺栓，垫圈，电机，小齿轮，螺钉，大齿轮，轴，轴承，磨损特征刀体，角度传感模块，螺母，导轨，传感器立板，锁紧螺钉，挡块，无线接收模块，调理电路，单片机，显示电路，驱动电路组成。

[0009] 本发明公开了一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置。其特征在于：侧板固定在底座上，电机安装在侧板上，安装在电机轴上的小齿轮与安装在轴端的大齿轮啮合，带动轴旋转；一种带有滚刀磨损特征的刀体固定在轴上，传感器立板上的装有电涡流传感器，磨损特征刀体刀刃面中心线对齐电涡流传感器端面中心线，角度传感模块磁吸在磨损特征刀体上；轴带动磨损特征刀体旋转，模拟新滚刀逐渐磨损至失效的过程，电涡流传感器输出的电压信号经过调理后和角度传感模块无线输出的角度信号，一并送入单片机处理后，拟合出滚刀磨损量的拟合系数，并显示出数据。

[0010] 所述电涡流传感器通过螺栓、垫圈和螺母固定在传感器立板上，传感器立板在导轨上移动，并通过锁紧螺钉固定，导轨通过螺钉固定在底座，挡块通过螺栓和垫圈安装在导轨的末端。

[0011] 所述单片机输出控制信号至驱动电路，使电机转动，通过小齿轮和大齿轮传动，带动轴旋转，使磨损特征刀体旋转一周，模拟滚刀的磨损状态。

[0012] 所述角度传感模块由电池，角度传感器，MCU和无线发送装置组成，输出角度信号。

[0013] 所述电涡流传感器输出电压信号，是电涡流传感器端面与滚刀刀刃之间在不用距离下的电压值。

[0014] 所述滚刀磨损量的拟合系数，是单片机记录磨损特征刀体与电涡流传感器距离输出的电压值之间的关系函数。

[0015] 本发明的特点及有益效果是，通过单片机控制驱动电路，电机通过大小齿轮传动，带动轴旋转，安装在轴上的磨损特征刀体与传感器立板的电涡流传感器之间距离发生变化，模拟滚刀的磨损状态，实现电涡流传感器的自动标定过程。

[0016] 图1，电涡流传感器的自动标定装置结构图1。

[0017] 图2，电涡流传感器的自动标定装置结构图2。

[0018] 图3，系统信号处理流程图。

[0019] 图4，磨损特征刀体图。

具体实施方式

[0020] 以下结合附图并通过具体实施例对本发明的结构做进一步说明。需说明的是本实例是叙述性的，而不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

[0021] 一种带磨损特征的TBM滚刀磨损量的自动标定装置，其结构由底座1，侧板2，螺栓3，垫圈4，螺栓5，垫圈6，电机7，小齿轮8，螺钉9，大齿轮10，螺钉11，轴12，轴承13，螺钉14，磨损特征刀体15（如图1），角度传感模块16，导轨17，传感器立板18，锁紧螺钉19，电涡流传感器20，螺栓21，垫圈22，螺母23，挡块24，螺栓25，垫圈26，螺钉27（如图2），无线接收模块28，调理电路29，单片机30，显示电路31，驱动电路32组成（如图3）。

[0022] 每块侧板2通过六组螺栓3和垫圈4固定在底座1上，大齿轮10通过螺钉11固定在轴12左端，轴12、轴承13与侧板2的定位孔过盈配合安装，磨损特征刀体15通过螺钉14固定在轴12上，使磨损特征刀体15刀刃面中心线对齐电涡流传感器20端面中心线；电机7通过四组螺栓5和垫圈6固定在侧板上，小齿轮8通过螺钉9固定在电机7的轴上，使大齿轮10和小齿轮
8相互啮合；电涡流传感器20通过四组螺栓21、垫圈22和螺母23固定在传感器立板18上，传感器立板18在导轨17上移动，并通过锁紧螺钉19固定，导轨17通过螺钉27固定在底座1上；
挡块24通过螺栓25和垫圈26安装在导轨的末端，角度传感模块16通过磁吸在刀体15上；角度传感模块16输出信号通过无线传输到无线接收模块28，电涡流传感器20输出的信号送入调理电路29，一并送入单片机30处理后，并在显示电路31中显示出数据。

[0023] 角度传感模块16由电池，角度传感器，MCU和无线发送装置组成，输出角度信号。

[0024] 磨损特征刀体15的刀圈直径为逐渐变小的过程（如图4），相对于17寸滚刀，模拟滚刀的磨损量为0mm—30mm变化的过程，具有模拟滚刀从新刀逐渐磨损到失效的过程。

[0025] 初始化过程，使传感器立板18上安装的电涡流传感器20端面与磨损特征刀体15刀刃面的距离为5mm，设定为初始值。

[0026] 标定过程，将角度传感模块16磁吸在磨损导体阶跃变化的区间，并通过设定此角度为0度。单片机30输出连续控制信号至驱动电路32，使电机7转动，通过小齿轮8和大齿轮10传动，带动轴12旋转，使磨损特征刀体15旋转360度，模拟滚刀的从新刀到滚刀失效逐渐磨损的过程，即滚刀的磨损量从0mm—30mm变化的过程。电涡流传感器20采用磁场感应检测到传感器端面与磨损特征刀体15刀刃面的不同距离，输出不同的电压值，单片机30记录角度传感模块16每变化一定角度与电涡流传感器24输出的电压值，单片机34通过拟合函数的计算出相对于模拟滚刀磨损量与输出电压之间的拟合系数。

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