CN105627900B - 一种测量tbm滚刀磨损量用电涡流传感器的自动标定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量TBM滚刀磨损量用电涡流传感器的自动标定装置。其特征在于：底板两侧的凸型导轨与滚刀支架上的凹型槽相配合，滚动丝杠联轴器将左旋丝杠和右旋丝杠连接构成一体，通过旋转丝杠，带动滚刀支架位置相向或相背移动，使滚刀支架之间的距离适用不同尺寸滚刀的安装。滚刀的刀轴嵌入固定块中，并安装在滚刀支架半圆形凹槽上。单片机控制驱动电路，电机带动传感器丝杠旋转，在T型导轨上移动的传感器立板与滚刀刀刃间之间距离发生变化，模拟滚刀的磨损过程。电涡流传感器输出的电压信号和位移传感器输出的距离信号送入调理电路，经调理后送入单片机处理后，拟合出滚刀磨损量的拟合系数，并显示出数据。
Description
技术领域
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
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。
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。
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。
现在常用滚刀有17寸和19寸，其中：滚刀的刀刃宽度为20-30mm不等；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，相比传统的电涡流检测距离技术有较大的不同。
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。本发明提出了一种测量TBM滚刀磨损量电涡流传感器的自动标定的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量TBM滚刀磨损量电涡流传感器的自动标定装置。
一种测量TBM滚刀磨损量用电涡流传感器的自动标定装置，由底板，底座，挡板，滚刀支架，滚刀，固定块，刀轴，螺栓，垫圈，螺母，左旋丝杠，滚刀丝杠联轴器，螺钉，右旋丝杠，位移传感器，电机，T型导轨，传感器丝杠，电涡流传感器，传感器立板，联轴器，调理电路，单片机，显示电路，驱动电路组成。
本发明公开了一种测量TBM滚刀磨损量用电涡流传感器的自动标定装置。其特征在于：底板通过螺栓和垫圈固定在底座上，底板两侧有凸型导轨与滚刀支架上的凹型槽相配合；档板通过螺栓和垫圈固定在底板上；滚刀丝杠联轴器通过螺钉将左旋丝杠和右旋丝杠连接构成一体，左旋丝杠和右旋丝杠通过螺纹与滚刀支架连接；滚刀的刀轴嵌入固定块中，并安装在支架半圆形凹槽上；传感器丝杠通过联轴器和螺钉与步进电机的轴联接，T型导轨通过螺栓和垫圈固定在底座上，电涡流传感器通过螺栓、垫圈和螺母固定在传感器立板上，传感器立板与传感器丝杠通过螺纹连接，传感器立板下方开凹槽与T型导轨配合，电机通过螺栓和垫圈固定在底座上，位移传感器通过螺栓和垫圈固定在底座上；电涡流传感器输出电压信号和位移传感器输出的位置信号送入调理电路，经调理后送入单片机处理后，并在显示器中显示出数据。
所述固定块用于将不同形状刀轴的滚刀安装在滚刀支架上。
所述驱动电路用于驱动步进电机转动，带动传感器丝杠旋转，使传感器立板向后移动，模拟滚刀的磨损过程。
所述位移传感器输出位置信号，是传感器立板与位移传感器的动滑块焊接一体，传感器立板移动带动位移传感器动滑块运动输出位置信号。
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。
所述滚刀支架之间的距离发生变化，是通过旋转丝杠，左旋丝杠和右旋丝杠上的螺纹反向旋转，带动滚刀支架相向或相背运动。
所述滚刀磨损量的拟合系数，是单片机记录位移传感器每变化一定距离与电涡流传感器输出的电压值之间的关系函数。
本发明的特点及有益效果是，通过单片机控制驱动电路，电机带动传感器丝杠旋转，使安装在传感器立板的电涡流传感器与滚刀刀刃间之间距离发生变化，模拟滚刀的磨损状态，实现电涡流传感器的自动标定过程。
图1，电涡流传感器的自动标定装置结构图1。
图2，电涡流传感器的自动标定装置结构图2。
图3，系统信号处理流程图。
具体实施方式
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。
一种测量TBM滚刀磨损量用电涡流传感器的自动标定装置，其结构由底座1，底板2，挡板3，滚刀支架4，滚刀5，固定块6，刀轴7，螺栓8，垫圈9，螺栓10，垫圈11，左旋丝杠12，滚刀丝杠联轴器13，螺钉14，右旋丝杠15，螺栓16，垫圈17，位移传感器18，电机19，螺栓20，垫圈21（如图1），T型导轨22，传感器丝杠23，电涡流传感器24，传感器立板25，螺栓26，垫圈27，螺母28，螺栓29，垫圈30，联轴器31，螺钉32（如图2），调理电路33，单片机34，显示电路35，驱动电路36组成（如图3）。
底板2通过四组螺栓10和垫圈11固定在底座1上，底板2两侧有凸型导轨与滚刀支架4上的凹型槽相配合，使滚刀支架4能在底板2上滑动；档板3通过每边4组螺栓8和垫圈9固定在底板2上；滚刀丝杠联轴器13通过螺钉14将左旋丝杠12和右旋丝杠15连接构成一体，左旋丝杠12和右旋丝杠15通过螺纹与滚刀支架4连接；通过旋转丝杠，左旋丝杠12和右旋丝杠15上的螺纹反向旋转，带动滚刀支架4位置相向或相背运动，使滚刀支架4之间的距离适合17寸，19寸滚刀刀轴间安装距离；滚刀5的刀轴7通过嵌入固定块6中，并安装在支架4半圆形凹槽上。
传感器丝杠23通过联轴器31和螺钉32与电机19的轴联接，T型导轨22通过四组螺栓29和垫圈30固定在底座1上；电涡流传感器24通过四组螺栓26、垫圈27和螺母28固定在传感器立板25上，传感器立板25与传感器丝杠23通过螺纹连接，传感器立板25下方开槽与T型导轨22配合；电机19通过四组螺栓20和垫圈21固定在底座1上，位移传感器18通过两组螺栓16和垫圈17固定在底座1上；传感器器立板25通过焊接与位移传感器18的动滑块连接。
初始化过程，控制单片机34输出步进信号至驱动电路36，电机19带动传感器丝杠23旋转，使传感器立板35上安装的电涡流传感器24端面与滚刀5刀刃面的距离为5mm，设定为初始值。
标定过程，单片机34输出连续控制信号至驱动电路36，使电机19带动传感器丝杠23旋转，使传感器立板25由预先设定5mm的距离向后移动至30mm（17寸滚刀）/40mm（19寸滚刀），模拟滚刀逐渐磨损的过程。电涡流传感器24采用磁场感应检测到传感器端面与滚刀5刀刃面的不同距离，输出不同的电压值，单片机34记录位移传感器18每变化一定距离与电涡流传感器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。
Claims (6)
1.一种测量TBM滚刀磨损量用电涡流传感器的自动标定装置，由底板，底座，挡板，滚刀支架，滚刀，固定块，刀轴，螺栓，垫圈，螺母，左旋丝杠，滚刀丝杠联轴器，螺钉，右旋丝杠，位移传感器，电机，T型导轨，传感器丝杠，电涡流传感器，传感器立板，联轴器，调理电路，单片机，显示电路，驱动电路组成，其特征在于：底板(2)通过螺栓(10)和垫圈(11)固定在底座(1)上，底板(2)两侧有凸型导轨与滚刀支架(4)上的凹型槽相配合；档板(3)通过螺栓(8)和垫圈(9)固定在底板(2)上；滚刀丝杠联轴器(13)通过螺钉(14)将左旋丝杠(12)和右旋丝杠(15)连接构成一体，左旋丝杠(12)和右旋丝杠(15)通过螺纹与滚刀支架(4)连接；滚刀(5)的刀轴(7)嵌入固定块(6)中，安装在支架(4)半圆形凹槽上；传感器丝杠(23)通过联轴器(31)和螺钉(32)与电机(19)的轴联接，T型导轨(22)通过螺栓(29)和垫圈(30)固定在底座(1)上，电涡流传感器(24)通过螺栓(26)、垫圈(27)和螺母(28)固定在传感器立板(25)上，传感器立板(25)与传感器丝杠(23)通过螺纹连接，传感器立板(25)下方开凹槽与T型导轨(22)配合；电机(19)通过螺栓(20)和垫圈(21)固定在底座(1)上，位移传感器(18)通过螺栓(16)和垫圈(17)固定在底座(1)上；电涡流传感器(24)和位移传感器(18)输出的信号送入调理电路(33)，经调理后送入单片机(34)处理后，并在显示器(35)中显示出数据。
2.按照权利要求1所述的一种测量TBM滚刀磨损量用电涡流传感器的自动标定装置，其特征是不同形状刀轴(7)的滚刀(5)，可以更换不同类型的固定块(6)，安装在支架(4)上。
3.按照权利要求1所述的一种测量TBM滚刀磨损量用电涡流传感器的自动标定装置，其特征是所述单片机(34)输出控制信号至驱动电路(36)，使电机(19)转动，并带动传感器丝杠(23)旋转，使传感器立板(25)前后移动，模拟滚刀的磨损状态。
4.按照权利要求1所述的一种测量TBM滚刀磨损量用电涡流传感器的自动标定装置，其特征是所述传感器立板(25)通过焊接与位移传感器(18)的动滑块连接。
5.按照权利要求1所述的一种测量TBM滚刀磨损量用电涡流传感器的自动标定装置，其特征是所述通过旋转丝杠，左旋丝杠(12)和右旋丝杠(15)上的螺纹反向旋转，带动滚刀支架(4)位置滑动，使滚刀支架(4)之间的距离发生变化，适应17寸，19寸类型滚刀(5)的安装。
6.按照权利要求1所述的一种测量TBM滚刀磨损量用电涡流传感器的自动标定装置，其特征是所述单片机(34)记录位移传感器(18)输出的距离值与电涡流传感器(24)输出的电压值，拟合出相对于滚刀磨损量的拟合系数。
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