本发明专利技术公开了一种在线检测全断面硬地质掘进机滚刀受力的装置，包括刀具中心轴的轴端支撑结构、用于检测滚刀受力的传感器、信号放大器、发射天线、信号接收装置和监测计算机；所述刀具中心轴的轴端支撑结构包括所述刀具中心轴的轴端结构、支撑楔块和锁紧楔块；在支撑楔块上形成有传感器。本发明专利技术利用支撑楔块作为弹性体，通过在弹性体上粘贴电阻应变片形成用于检测滚刀受力的传感器，当掘进机工作时，传感器可在线检测滚刀刀刃所承受的三个方向的受力，据此可以调整掘进操作方案，延长刀具使用寿命，以取得好的掘进效率。还可识别是否发生弦磨，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。
【技术实现步骤摘要】
在线检测全断面硬地质掘进机滚刀受力的装置
本专利技术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受力和磨损进行监测的装置。
技术介绍
TBM是全断面硬地质掘进机的英文缩写，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。为叙述方便在下文中将硬岩掘进机和复合盾构掘进机统称为掘进机。掘进机在推进力的作用下，滚刀紧压岩面，随着刀盘的旋转，滚刀将岩石碾碎，也称为破岩，从而使隧道全断面一次成型。在破岩过程中，滚刀的受力很大，这是破岩所必须的。由此所产生的结果是滚刀易损坏。表现为滚刀结构损坏而失去破岩功能。损坏的形式分为两种，一种是构件断裂，另一种是可旋转的刀刃(也称刀圈)发生弦磨导致无法转动而失去破岩功能。因此，在线测量滚刀在工作时的受力，进而调整工作方式有助于减少损坏。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种在线检测全断面硬地质掘进机滚刀受力的装置。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种在线检测全断面硬地质掘进机滚刀受力的装置，包括刀具中心轴的轴端支撑结构、用于检测滚刀受力的传感器、信号放大器、发射天线、信号接收装置和监测计算机；所述刀具中心轴的轴端支撑结构包括所述刀具中心轴的轴端结构、支撑楔块和锁紧楔块；所述刀具中心轴的轴端结构包括一底部平面、一侧立面和一侧斜面，所述侧斜面和所述侧立面分设在所述刀具中心轴的轴端两侧；所述支撑楔块设有与所述刀具中心轴的轴端结构适配的底部支撑平面、侧部支撑立面和侧部开口 ；在刀架上设有楔嵌槽，所述支撑楔块安装在所述楔嵌槽内，所述刀具中心轴的轴端被支承在所述支撑楔块内，所述锁紧楔块压在所述刀具中心轴的侧斜面上，并与所述刀架固接；所述支撑楔块被刀具中心轴和所述锁紧楔块压紧固定在所述楔嵌槽内；所述支撑楔块设有两个端面，一个端面朝向刀刃，另一个端面背向刀刃，在所述支撑楔块的两个端面设有一一相对的电阻应变片；在所述支撑楔块的每个端面上设有贴片凹槽，在所述贴片凹槽内设有两个矩形贴片区，一个是下部贴片区，另一个是侧部贴片区；在每个所述贴片区内设有两组电阻应变片，每组电阻应变片由一横一纵设置的两个电阻应变片组成；每个贴片区内的两个横置电阻应变片串联形成横向片，两个纵置电阻应变片串联形成纵向片，连接同一端面上的所述横向片和所述纵向片形成两相邻桥臂，连接两个端面上相对的所述横向片和纵向片分别形成相对桥臂，相对的两个贴片区内的电阻应变片相连形成一电桥电路，所述电桥电路设有供电线和输出线，每个所述电桥电路构成一所述传感器；所述信号放大器接收所述传感器的信号，所述发射天线接收所述信号放大器的信号，所述信号接收装置接收所述发射天线的信号，所述监测计算机接收所述信号接收装置的信号。所述侧部贴片区的中心到所述侧部支撑立面的距离为该中心部位支撑楔块厚度的0.3-0.4倍，所述侧部贴片区的中心位于所述侧部支撑立面接触部分的水平平分面内；所述下部贴片区的中心到所述底部支撑平面的距离为该中心部位支撑楔块厚度的0.3-0.4倍，所述下部贴片区的中心相对所述底部支撑平面接触部分的垂直平分面向所述侧部开口方向偏离0.2-0.3倍的底部支撑平面的长度。所述矩形贴片区的宽度为3_6mm，所述矩形贴片区的长度为所述侧立面的长度的0.25-0.4倍或所述底部平面的长度的0.25-0.4倍。支撑楔块朝向刀刃的端面上设有与其固接的保护盖板。本专利技术具有的优点和积极效果是:利用支撑楔块作为弹性体，通过在弹性体上粘贴电阻应变片形成用于检测滚刀受力的传感器，当掘进机工作时，传感器可在线检测滚刀刀刃所承受的三个方向的受力，据此可以调整掘进操作方案，延长刀具使用寿命，以取得好的掘进效率。还可识别是否发生弦磨，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为滚刀安装结构的侧向简图；图3为滚刀安装结构的正向结构简图；图4为图3的A-A向视图；图5为图4的局部放大图；图6为本专利技术在朝向刀刃端面上的结构简图；图7为本专利技术在背向刀刃端面上的结构简图；图8为支撑楔块侧部应变片组成桥式电路的原理示意图；图9为支撑楔块下部应变片组成桥式电路的原理示意图；图10为滚刀受力示意图。图中:1、刀盘；2、滚刀装置；3、滚刀刀刃；4、轴承；5、刀具中心轴；6、底部平面；7、侧立面；8、侧斜面；9、支撑楔块；10、锁紧楔块；11、螺栓；12、刀架；13、朝向刀刃的端面；14、背向刀刃的端面;15、16、20、21、区域;17、过孔；18、出线孔。【具体实施方式】为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:请参阅图1?图10，在全断面硬地质掘进机的刀盘I上安装有多个滚刀装置2，滚刀刀刃3呈扁平圆盘形状，也称刀圈，滚刀刀刃3通过轴承4支承在刀具中心轴5上，所述刀具中心轴5的两端各设一轴端支撑结构。本专利技术一种在线检测全断面硬地质掘进机滚刀受力的装置，包括刀具中心轴5的轴端支撑结构、用于检测滚刀受力的传感器、信号放大器、发射天线、信号接收装置和监测计算机。所述刀具中心轴5的轴端支撑结构包括所述刀具中心轴5的轴端结构、支撑楔块9和锁紧楔块10 ;所述刀具中心轴5的轴端结构包括一底部平面6、一侧立面7和一侧斜面8，所述侧斜面8和所述侧立面7分设在所述刀具中心轴5的轴端两侧；所述支撑楔块9设有与所述刀具中心轴5的轴端结构适配的底部支撑平面、侧部支撑立面和侧部开口 ；在刀架12上设有楔嵌槽,所述支撑楔块9安装在所述楔嵌槽内，所述刀具中心轴5的轴端被支承在所述支撑楔块9内，所述锁紧楔块10压在所述刀具中心轴5的侧斜面8上，并与所述刀架12固接；所述支撑楔块9被刀具中心轴5和所述锁紧楔块10压紧固定在所述楔嵌槽内。上述结构形成一轴端支撑结构。刀架12是固定中心轴5的框形结构并被焊接在刀盘I上。支撑楔块9位于刀架12上的楔嵌槽内，固定不动。所起作用是支撑刀具中心轴5，便于更换滚刀，滚刀所受外载荷直接由支撑楔块9承载。掘进过程中，滚刀刀刃3、刀具中心轴5是易损件，可随时更换，而支撑楔块9可重复使用。本专利技术选择支撑楔块9作为载荷传递元件或称弹性体，通过在支撑楔块9上贴电阻应变片来实现受力测量。所述支撑楔块9设有两个端面，一个端面朝向刀刃，另一个端面背向刀刃，在所述支撑楔块9的两个端面设有一一相对的电阻应变片；请参见图6，在所述支撑楔块9的每个端面上设有贴片凹槽，在所述贴片凹槽内设有两个矩形贴片区，一个是下部贴片区，另一个是侧部贴片区，在每个所述贴片区内设有两组电阻应变片，每组电阻应变片由一横一纵设置的两个电阻应变片组成，每个贴片区内的两个横置电阻应变片串联形成横向片，两个纵置电阻应变片串联形成纵向片，连接同一端面上的所述横向片和所述纵向片形成两相邻桥臂，连接两个端面上相对的所述横向片和纵向片分别形成相对桥臂，相对的两个贴片区内的电阻应变片相连形成电桥电路，所述电桥电路设有供电线和输出线，每个所述电桥电路构成一所述传感器。每个支撑楔块上有两组相对的贴片区，因此本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在线检测全断面硬地质掘进机滚刀受力的装置，其特征在于，包括刀具中心轴的轴端支撑结构、用于检测滚刀受力的传感器、信号放大器、发射天线、信号接收装置和监测计算机；所述刀具中心轴的轴端支撑结构包括所述刀具中心轴的轴端结构、支撑楔块和锁紧楔块；所述刀具中心轴的轴端结构包括一底部平面、一侧立面和一侧斜面，所述侧斜面和所述侧立面分设在所述刀具中心轴的轴端两侧；所述支撑楔块设有与所述刀具中心轴的轴端结构适配的底部支撑平面、侧部支撑立面和侧部开口；在刀架上设有楔嵌槽，所述支撑楔块安装在所述楔嵌槽内，所述刀具中心轴的轴端被支承在所述支撑楔块内，所述锁紧楔块压在所述刀具中心轴的侧斜面上，并与所述刀架固接；所述支撑楔块被刀具中心轴和所述锁紧楔块压紧固定在所述楔嵌槽内；所述支撑楔块设有两个端面，一个端面朝向刀刃，另一个端面背向刀刃，在所述支撑楔块的两个端面设有一一相对的电阻应变片；在所述支撑楔块的每个端面上设有贴片凹槽，在所述贴片凹槽内设有两个矩形贴片区，一个是下部贴片区，另一个是侧部贴片区；在每个所述贴片区内设有两组电阻应变片，每组电阻应变片由一横一纵设置的两个电阻应变片组成；每个贴片区内的两个横置电阻应变片串联形成横向片，两个纵置电阻应变片串联形成纵向片，连接同一端面上的所述横向片和所述纵向片形成两相邻桥臂，连接两个端面上相对的所述横向片和纵向片分别形成相对桥臂，相对的两个贴片区内的电阻应变片相连形成一电桥电路，所述电桥电路设有供电线和输出线，每个所述电桥电路构成一所述传感器；所述信号放大器接收所述传感器的信号，所述发射天线接收所述信号放大器的信号，所述信号接收装置接收所述发射天线的信号，所述监测计算机接收所述信号接收装置的信号。...
【技术特征摘要】
1.一种在线检测全断面硬地质掘进机滚刀受力的装置，其特征在于，包括刀具中心轴的轴端支撑结构、用于检测滚刀受力的传感器、信号放大器、发射天线、信号接收装置和监测计算机； 所述刀具中心轴的轴端支撑结构包括所述刀具中心轴的轴端结构、支撑楔块和锁紧楔块；所述刀具中心轴的轴端结构包括一底部平面、一侧立面和一侧斜面，所述侧斜面和所述侧立面分设在所述刀具中心轴的轴端两侧；所述支撑楔块设有与所述刀具中心轴的轴端结构适配的底部支撑平面、侧部支撑立面和侧部开口 ；在刀架上设有楔嵌槽，所述支撑楔块安装在所述楔嵌槽内，所述刀具中心轴的轴端被支承在所述支撑楔块内，所述锁紧楔块压在所述刀具中心轴的侧斜面上，并与所述刀架固接；所述支撑楔块被刀具中心轴和所述锁紧楔块压紧固定在所述楔嵌槽内； 所述支撑楔块设有两个端面，一个端面朝向刀刃，另一个端面背向刀刃，在所述支撑楔块的两个端面设有一一相对的电阻应变片；在所述支撑楔块的每个端面上设有贴片凹槽，在所述贴片凹槽内设有两个矩形贴片区，一个是下部贴片区，另一个是侧部贴片区；在每个所述贴片区内设有两组电阻应变片，每组电阻应变片由一横一纵设置的两个电阻应变片组成；每个贴片区内的两个横置电阻应变片串联形成横向片，两个纵置电阻应变片串联形成纵向片，连接同一端面上的所述横向片和所述纵向片形成两相...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯振德，岳澄，陈超，亢一澜，蔡宗熙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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