盾構(gòu)滾刀徑向力測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種盾構(gòu)滾刀徑向力測試裝置，包括刀軸、安裝在刀軸上的刀體及安裝在刀軸和刀體之間的軸承，軸承外設(shè)置有環(huán)形浮動密封，所述刀軸內(nèi)開有通孔，刀軸內(nèi)設(shè)置有連通通孔與軸承的潤滑油通道，軸承內(nèi)側(cè)設(shè)置有應(yīng)變片單元，變片單元上連接有數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線引出端穿過潤滑油通道、通孔后從通孔左端引出與信號采集處理器連接。本實用新型設(shè)計簡單，價格低廉，能實時測定滾刀徑向力的變化，進(jìn)而準(zhǔn)確反映滾刀工作狀態(tài)，有效解決了盾構(gòu)施工過程中刀具維修和更換的滯后性難題。
【專利說明】盾構(gòu)滾刀徑向力測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及盾構(gòu)技術(shù)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，具體涉及一種盾構(gòu)滾刀徑向力測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]盾構(gòu)施工過程中，滾刀作為最常用的掘進(jìn)刀具，其工作性能的好壞直接影響到整個刀盤的破巖效率。由于地質(zhì)條件的不可預(yù)見性，滾刀經(jīng)常受到不可控制的非正常外載荷和巨大沖擊力的作用，使得滾刀極易產(chǎn)生非正常磨損及其他破壞形式，而且當(dāng)一把滾刀無法正常工作時，其周邊的刀具也會受到嚴(yán)重影響，加速刀具的破壞。因此，如何準(zhǔn)確掌控滾刀的工作狀態(tài)，以便及時發(fā)現(xiàn)并更換受損的滾刀，顯得尤為重要。而目前對于滾刀的管理，基本是定期開艙檢查進(jìn)行維修，或者是出現(xiàn)掘進(jìn)困難等現(xiàn)象才進(jìn)行刀具檢查，因此具有明顯的滯后性，嚴(yán)重影響盾構(gòu)掘進(jìn)效率。
[0003]如何標(biāo)定盾構(gòu)滾刀的工作狀態(tài)是否正常，目前主要通過刀盤掘進(jìn)時滾刀的轉(zhuǎn)速、扭矩參數(shù)來反映，具體思路如下:
[0004](I)轉(zhuǎn)速測量:在刀盤或刀箱上安裝轉(zhuǎn)速傳感器(磁電式、光電式、電容式等)，這些傳感器具有測量方便、精度高的優(yōu)點。但一方面由于盾構(gòu)刀盤掘進(jìn)時，滾刀周圍全部被渣土包圍，轉(zhuǎn)速傳感器很難準(zhǔn)確或根本無法接受到滾刀上的感應(yīng)片傳遞的信號；二是，感應(yīng)片若貼在刀盤側(cè)面或刀圈表面，在渣土的作用下，極易磨損或脫落。因此，轉(zhuǎn)速傳感器很難在此處得到有效運用；
[0005](2)扭矩測量:測定旋轉(zhuǎn)扭矩的常規(guī)方法是扭矩角相位差式傳感器，該方法是在彈性軸的兩端安裝兩組齒數(shù)、形狀及安裝角度完全相同的扭矩傳感器齒輪，在齒輪的外側(cè)各安裝一只接近(磁或光)傳感器。當(dāng)彈性軸旋轉(zhuǎn)時，這兩組傳感器就可以測量出兩組脈沖波，通過比較這兩組脈沖波的前后沿相位差就可以計算出軸所承受的扭矩量。這種方法實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩信號的非接觸傳遞，檢測信號為數(shù)字信號，低轉(zhuǎn)速時由于脈沖波的前后沿較緩不易比較，因此低速性能不理想，即不適合用于盾構(gòu)滾刀較低旋轉(zhuǎn)速度工況下的扭矩測量。
[0006]扭矩測試比較成熟的檢測手段為應(yīng)變電測技術(shù)，它具有精度高，頻響快，可靠性好，壽命長等優(yōu)點。扭矩傳感器的安裝方法有兩組聯(lián)軸器輔助安裝、套在被測試軸上、卡在被測試軸上等，由于滾刀軸不允許加長和拆卸，因此只能考慮將扭矩傳感器安裝在刀軸上。但這樣一來，當(dāng)滾刀正常工作時，傳感器及其信號線便完全浸于渣土中，在土體擾動和較大摩擦力的作用下，很難獲得準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，傳感器使用壽命也大大降低。
[0007]—般情況下，通過獲取轉(zhuǎn)速和扭矩參數(shù)，來分析轉(zhuǎn)動物體的運動狀態(tài)是最為直接、有效的方法，但由于受到滾刀復(fù)雜工況的限制，測量轉(zhuǎn)速、扭矩的傳感器均難以獲得有效的安裝位置，即無法獲得實時變化的滾刀轉(zhuǎn)速與扭矩值。因此，通過獲取轉(zhuǎn)速或扭矩來反映滾刀工作狀態(tài)的思路是不可行的。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本實用新型針對目前盾構(gòu)施工過程中無法準(zhǔn)確掌控滾刀工作狀態(tài)，造成盾構(gòu)滾刀維修和更換的滯后性，對盾構(gòu)掘進(jìn)效率造成嚴(yán)重影響的問題，提供一種盾構(gòu)滾刀徑向力測試裝置，其在復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進(jìn)時，能夠及時有效地對盾構(gòu)破巖滾刀所受徑向力進(jìn)行測定和顯示，進(jìn)而準(zhǔn)確判定盾構(gòu)滾刀的工作狀態(tài)。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取技術(shù)方案為:
[0010]一種盾構(gòu)滾刀徑向力測試裝置，包括刀軸、安裝在刀軸上的刀體及安裝在刀軸和刀體之間的軸承，軸承外設(shè)置有環(huán)形浮動密封，所述刀軸內(nèi)開有通孔，刀軸內(nèi)設(shè)置有連通通孔與軸承的潤滑油通道，軸承內(nèi)側(cè)設(shè)置有應(yīng)變片單元，變片單元上連接有數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線引出端穿過潤滑油通道、通孔后從通孔左端引出與信號采集處理器連接。
[0011]所述應(yīng)變片單元包括安裝在軸承內(nèi)側(cè)的安裝盤和安裝在安裝盤上由半導(dǎo)體材料制成的應(yīng)變片，數(shù)據(jù)線連接在應(yīng)變片上。
[0012]所述安裝盤的厚度為5mm,內(nèi)徑為96mm,外徑為182mm,安裝盤上環(huán)形分布有圓孔，安裝盤的上開有方形槽，應(yīng)變片安裝在方形槽內(nèi)。
[0013]所述圓孔直徑為6mm。
[0014]所述通孔的數(shù)據(jù)線引出端設(shè)置有第一道密封圈和第二道密封圈，第一道密封圈孔徑與數(shù)據(jù)線直徑相同，第二道密封圈為倒刺結(jié)構(gòu)，通孔左端設(shè)置有堵頭，通孔右端設(shè)置有密封活塞。
[0015]本實用新型在刀軸內(nèi)開有通孔，刀軸內(nèi)設(shè)置有連通通孔與軸承的潤滑油通道，右端軸承內(nèi)側(cè)安裝有應(yīng)變片單元，應(yīng)變片單元通過數(shù)據(jù)線與信號采集處理器連接，滾刀所受徑向力大小可通過電壓信號的變化來實時顯示，進(jìn)而可判斷滾刀的工作狀態(tài)。本實用新型設(shè)計簡單，價格低廉，能實時測定滾刀徑向力的變化，進(jìn)而準(zhǔn)確反映滾刀工作狀態(tài)，有效解決了盾構(gòu)施工過程中刀具維修和更換的滯后性難題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為圖1左視圖。
[0018]圖3為安裝盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為圖3中A-A剖視圖。
[0020]圖5為圖3俯視圖。
[0021]圖6為第二密封結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7為圖6中B-B剖視圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0024]如圖1-圖7所示，一種盾構(gòu)滾刀徑向力測試裝置，包括刀軸14、安裝在刀軸上的刀體11及安裝在刀軸14和刀體11之間的軸承12，軸承12外設(shè)置有環(huán)形浮動密封6，環(huán)形浮動密封6外設(shè)置有端蓋13，端蓋13由鍵15固定在刀體上，刀體11外套有刀圈8，刀圈8用卡圈7固定，所述刀軸14內(nèi)開有通孔17，刀軸14內(nèi)設(shè)置有連通通孔17與軸承12的潤滑油通道19，軸承12內(nèi)側(cè)設(shè)置有應(yīng)變片單元，應(yīng)變片單元上連接有數(shù)據(jù)線4，數(shù)據(jù)線4引出端穿過潤滑油通道19、通孔17后，從通孔17左端引出后與信號采集處理器連接。信號采集處理器可與記錄器23、峰值壓力顯示儀表24連接，能夠?qū)崟r顯示盾構(gòu)徑向力的信息，也方便用戶對信號采集處理器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。本實用新型應(yīng)變片由半導(dǎo)體材料制成，保證了應(yīng)變片較高的測量精度和使用壽命。端蓋左側(cè)設(shè)置有油孔16，油孔16與軸承連通，給滾刀軸承提供潤滑油。
[0025]本實用新型的應(yīng)變片單元包括安裝在軸承內(nèi)側(cè)的安裝盤10和安裝在安裝盤10上由半導(dǎo)體材料制成的應(yīng)變片9，數(shù)據(jù)線4連接在應(yīng)變片9上。安裝盤10的厚度為5mm，內(nèi)徑為96mm，外徑為182mm，安裝盤10上環(huán)形分布有圓孔20，圓孔直徑為6mm，圓孔20有效保證了右端軸承的正常潤滑；安裝盤10的上開有方形槽21，應(yīng)變片9安裝在方形槽21內(nèi)。
[0026]本實用新型的通孔17的數(shù)據(jù)線引出端設(shè)置有第一道密封圈2和第二道密封圈3，第一道密封圈2孔徑與數(shù)據(jù)線直徑相同，第二道密封圈3為倒刺結(jié)構(gòu)，以保證潤滑油不會從左端漏出；通孔左端設(shè)置有堵頭1，通孔右端設(shè)置有密封活塞18。
[0027]本實用新型組裝過程為:
[0028]( I)將軸承12安裝在刀軸14上；
[0029](2)安裝安裝盤10，貼好應(yīng)變片9，將數(shù)據(jù)線4經(jīng)刀軸內(nèi)潤滑油通道19和通孔17后從通孔17左端引出；
[0030](3)然后再安裝浮動密封6、刀體11、端蓋13、鍵15 ；
[0031](4)將刀圈8套在刀體11上，并用卡圈7對刀圈8進(jìn)行定位和預(yù)緊；
[0032](5)將由應(yīng)變片單元引出的數(shù)據(jù)線與上位端的信號采集處理器等相連接即可。
[0033]本實用新型具體工作時，當(dāng)滾刀所受外載荷發(fā)生變化時，安裝在其上的應(yīng)變片長度發(fā)生變化，進(jìn)而引起應(yīng)變片電阻發(fā)生變化，最終變現(xiàn)為輸出電壓的變化。即滾刀所受徑向力的變化范圍可通過信號采集處理器輸出的電壓信號的變化來實時顯示，進(jìn)而可判斷滾刀的工作狀態(tài)，有效解決了盾構(gòu)施工過程中刀具維修和更換的滯后性難題。
【權(quán)利要求】
1.一種盾構(gòu)滾刀徑向力測試裝置，包括刀軸(14)、安裝在刀軸上的刀體(11)及安裝在刀軸(14)和刀體(11)之間的軸承(12)，軸承(12)外設(shè)置有環(huán)形浮動密封(6)，其特征在于:所述刀軸(14)內(nèi)開有通孔(17)，刀軸(14)內(nèi)設(shè)置有連通通孔(17)與軸承(12)的潤滑油通道(19)，軸承(12)內(nèi)側(cè)設(shè)置有應(yīng)變片單元，變片單元上連接有數(shù)據(jù)線(4)，數(shù)據(jù)線(4)引出端穿過潤滑油通道(19)、通孔(17)后從通孔(17)左端引出與信號采集處理器連接(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)滾刀徑向力測試裝置，其特征在于:所述應(yīng)變片單元包括安裝在軸承內(nèi)側(cè)的安裝盤(10)和安裝在安裝盤(10)上由半導(dǎo)體材料制成的應(yīng)變片(9)，數(shù)據(jù)線(4)連接在應(yīng)變片(9)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的盾構(gòu)滾刀徑向力測試裝置，其特征在于:所述安裝盤(10)的厚度為5mm,內(nèi)徑為96mm,外徑為182mm,安裝盤(10)上環(huán)形分布有圓孔,安裝盤(10)的上開有方形槽(21)，應(yīng)變片(9)安裝在方形槽(21)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的盾構(gòu)滾刀徑向力測試裝置，其特征在于:所述圓孔直徑為6mm ο
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的盾構(gòu)滾刀徑向力測試裝置，其特征在于:所述通孔(17)的數(shù)據(jù)線引出端設(shè)置有第一道密封圈(2)和第二道密封圈(3)，第一道密封圈(2)孔徑與數(shù)據(jù)線直徑相同，第二道密封圈(3)為倒刺結(jié)構(gòu)，通孔左端設(shè)置有堵頭(I )，通孔右端設(shè)置有密封活塞(18)。
【文檔編號】G01L1/22GK203443715SQ201320541937
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】李鳳遠(yuǎn), 韓偉峰, 陳啟偉, 張合沛, 張兵 申請人:中鐵隧道集團有限公司