一种盾构机刀具磨损检测系统[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911371722.7
(22)申请日 2019.12.26
(71)申请人 青岛科技大学
地址 266000 山东省青岛市崂山区松岭路
99号
(72)发明人 李庆党　李超　杨晓晖　
(74)专利代理机构 山东重诺律师事务所 37228
代理人 侯秀君
(51)Int.Cl.
G01N 3/56(2006.01)
(54)发明名称一种盾构机刀具磨损检测系统(57)摘要本发明公开了一种盾构机刀具磨损检测系统，所述检测系统包括微型电阻、微型电池、传感器、信号发射器、信号接收器，所述微型电阻在同一把盾构机的刀具内设置有多个，微型电阻数量与该盾构机的刀具层数相对，多个微型电阻均通过电线并联组成等效电阻，电线设置在该盾构机的刀具层内，等效电阻与所述微型电池、传感器串联；传感器与信号发射器无线连接，信号发射器与信号接收器适配，所述信号接收器信号输出端与处理器输入端连接，处理器输出端与显示终端信号输入端电连接。

本发明电路运行稳定、检测数据精确、成本低；能够实现对盾构机刀具进行更精确的磨损检测，提供盾构机的安全性能和
效率。

权利要求书1页 说明书5页 附图1页CN 111077033 A 2020.04.28
C N 111077033
A
1.一种盾构机刀具磨损检测系统，其特征在于，所述检测系统包括微型电阻、微型电池、传感器、信号发射器、信号接收器，所述微型电阻在同一把盾构机的刀具内设置有多个，微型电阻数量与该盾构机的刀具层数相对，多个微型电阻均通过电线并联组成等效电阻，电线设置在该盾构机的刀具层内，等效电阻与所述微型电池、传感器串联；传感器与信号发射器无线连接，信号发射器与信号接收器适配，，所述信号接收器信号输出端与处理器输入端连接，处理器输出端与显示终端信号输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，其特征在于，同一把所述盾构机的刀具每一层内至少设有两个微型电阻，在该盾构机的刀具内至少形成两个独立的等效电路，多个等效电路均与所述微型电池、传感器串联。

3.根据权利要求2所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，其特征在于，同一把所述盾构机的刀具每一层内的多个微型电阻分别设置该刀具的两侧。

4.根据权利要求1所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，其特征在于，多个所述微型电阻的阻值之间有差额，微型电阻的阻值按所述盾构机的刀具层数顺序递增或递减排列。

5.根据权利要求1所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，其特征在于，所述盾构机的多个刀具上均设置有所述检测系统，多个所述检测系统内的传感器设置对应的标号。

6.根据权利要求5所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，其特征在于，所述显示终端带有报警单元、传感器标号显示单元以及对应的电流值显示单元、电阻值显示单元。

7.根据权利要求6所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，其特征在于，所述报警单元包括过度磨损子单元和异常磨损子单元。

8.根据权利要求7所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，其特征在于，盾构机的刀具磨损量超过25mm时所述过度磨损子单元工作。

9.根据权利要求1所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，其特征在于，所述传感器为霍尔传感器，所述霍尔传感器安装在盾构机的刀具内。

10.根据权利要求1所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，其特征在于，所述微型电池为恒压电池。

权　利　要　求　书1/1页CN 111077033 A
一种盾构机刀具磨损检测系统
技术领域
[0001]本发明属于检测技术领域，涉及盾构机的刀具磨损检测性能改进，具体是一种盾构机刀具的磨损检测系统。

背景技术
[0002]盾构机在掘进过程中，安装在盾构机刀盘上的刀具会发生不同程度的磨损，如果不能够及时的掌握盾构机刀具的磨损情况，进而合理的安排刀具更换时间，则会严重的降低盾构机的施工效率，严重时，会使刀盘也发生磨损。

[0003]由于安装在盾构机刀盘上不同位置处的刀具均有可能发生磨损，且每一把刀具可能发生的磨损量也各不相同，因此，通过检测系统来判断刀具磨损位置及磨损情况，对盾构机的刀具磨损检测准确率以及效率非常重要。

[0004]如中国专利(授权公告号CN204388773U)公开的“一种用于盾构机及顶管机的刀具磨损在线检测装置”，包括：电阻传感器，固定在盾构机或顶管机刀具内且端面与刀具端面齐平，并随刀具一同磨损，用于检测刀片的厚度信息；第一电子控制器，设于盾构机或顶管机刀盘中央，用于转发电阻传感器采集的数据；第二电子控制器，通过无线方式与第一电子控制器连接，用于接收并显示刀具磨损情况。

[0005]再如中国专利(授权公告号CN105466327B)公开的一种“用于盾构机刀具磨损检测的传感器及装置、刀具系统”，该传感器包括梯形电容网络，其中，梯形电容网络包括：若干第一电容，若干第一电容串联形成第一电容网络，第一电容网络的第一端形成梯形电容网络的第一外接端口；若干第二电容，第一电容网络的两端以及第一电容网络中相邻第一电容的交点均与一第二电容的第一端连接，各个第二电容的第二端通过导线连接并形成梯形电容网络的第二外接端口。

该传感器结构简单，易于实现，其能够更加准确地反应出盾构机刀具的磨损量。

[0006]现有的盾构机刀具磨损检测系统和方法，仍存在检测步骤复杂、准确性较低的问题，也无法识别出实际使用中发生的刀具过度磨损、刀具偏磨等类型。

发明内容
[0007]本发明提供了一种盾构机刀具的磨损检测系统，用于解决现有盾构机刀具磨损检测系统复杂、准确性较差的问题。

[0008]为了实现本发明的目的，采用以下技术方案：
[0009]一种盾构机刀具磨损检测系统，所述检测系统包括微型电阻、微型电池、传感器、信号发射器、信号接收器，所述微型电阻在同一把盾构机的刀具内设置有多个，微型电阻数量与该盾构机的刀具层数相对，多个微型电阻均通过电线并联组成等效电阻，电线设置在该盾构机的刀具层内，等效电阻与所述微型电池、传感器串联；传感器与信号发射器无线连接，信号发射器与信号接收器适配，所述信号接收器信号输出端与处理器输入端连接，处理器输出端与显示终端信号输入端电连接。

[0010]为了进一步提高本发明的效果，还可以采用以下技术方案：
[0011]如上所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，同一把所述盾构机的刀具每一层内至少设有两个微型电阻，在该盾构机的刀具内至少形成两个独立的等效电路，多个等效电路均与所述微型电池、传感器串联。

[0012]如上所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，同一把所述盾构机的刀具每一层内的多个微型电阻分别设置该刀具的两侧。

[0013]如上所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，多个所述微型电阻的阻值之间有差额，微型电阻的阻值按所述盾构机的刀具层数顺序递增或递减排列。

[0014]如上所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，所述盾构机的多个刀具上均设置有所述检测系统，多个所述检测系统内的传感器设置对应的标号。

[0015]如上所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，所述显示终端带有报警单元、传感器标号显示单元以及对应的电流值显示单元、电阻值显示单元。

[0016]如上所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，所述报警单元包括过度磨损子单元和异常磨损子单元.
[0017]如上所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，盾构机的刀具磨损量超过25mm 时所述过度磨损子单元工作。

[0018]如上所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，所述传感器为霍尔传感器，所述霍尔传感器安装在盾构机的刀具内。

[0019]如上所述的一种盾构机刀具磨损检测系统，所述微型电池为恒压电池。

[0020]本发明的有益效果：
[0021] 1.本发明电路运行稳定、检测数据精确、成本低；随着盾构机刀具发生磨损，微型电阻与连接电线也会发生磨损断裂，使得整个系统的电阻值发生改变。

可根据电流的数值获得当前电路的电阻值，从而判断刀具的磨损情况，从而能够实现对盾构机刀具进行更精确的磨损检测，提供盾构机的安全性能和效率。

[0022] 2.通过无线信号接收器接收到的信号经处理器处理后在显示终端上显示，显示终端显示的内容包括传感器标号显示单元、对应电流值显示单元、电阻值显示单元、刀具磨损值显示单元，以及报警单元，报警单元包括过度磨损与异常磨损。

即可准确判断刀盘上发生磨损的刀具位置。

[0023] 3.由于在盾构机刀具内部并列布置不同电阻值的微型电阻，发现刀具内部某一侧的电阻持续发生磨损，则可判断刀具发生偏磨。

附图说明
[0024]图1是本发明实施例的电气原理图；
[0025]图2是本发明实施例所述检测系统的电路图；
[0026]图3是本发明实施例所述显示终端的示意图。

[0027]附图标记：1-电流测量电路，2-信号发射器，3-信号接收器，4-处理器，5- 显示终端，101-微型电池，102-传感器，103-等效电阻，104-电线，105-微型电阻，501-传感器标号显示单元，502-电流值显示单元，503-电阻值显示单元，504- 刀具磨损值显示单元，505-报警单元。

具体实施方式
[0028]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，仍可以在形式上、用法及实施细节上做各种修改而不用付出创造性劳动。

[0029]如图1-图3所示，本实施例公开的一种盾构机刀具磨损检测系统，该检测系统包括微型电阻105、微型电池101、传感器102、信号发射器2、信号接收器3以及显示终端5。

[0030]微型电阻105在同一把盾构机的刀具内设置有多个，微型电阻105的数量与该盾构机的刀具层数相对，多个微型电阻均通过各自的电线104并联组成等效电阻103，电线104设置在该盾构机的刀具层内，等效电阻103与微型电池101、传感器102串联构成电流测量电路1.
[0031]传感器102与信号发射器2通过无线连接通讯，信号发射器2与信号接收器3适配，信号接收器3信号输出端与处理器4输入端连接，处理器4输出端与显示终端5信号输入端电连接。

[0032]本实施例中，显示终端5采用DELL的OptiPlex 3060型，传感器102采用 0-5A的霍尔传感器，微型电池101采用型号为SR-920SW的电池，电压值范围是 0-5v，在微型电池101为恒定电压条件下，该检测系统的检测更精确和简化。

信号发射器采用Telesky再生高频发射模块，信号接收器3采用Telesky再生高频接收模块。

[0033]具体而言，如图1、图2所示，盾构机刀具层内，安装有若干阻值范围在 1-20Ω之间的微型电阻105，该微型电阻105在盾构机的刀具内呈线性梯形排列，固定在刀具层内的指定位置处，微型电阻105之间通过电线104连接，微型电池101为检测系统供电，传感器102用以测量等效电路103的电流值，并通过信号发射器2将传感器102测量得到的电流值传送给信号接收器3。

[0034]使用时，随着盾构机的刀具发生磨损，微型电阻105之间连接的电线104 也会发生磨损断裂，使得整个系统的电阻值发生改变，根据电流可得出当前等效电路103的电阻值，从而判断刀具的磨损情况；信号接收器3接收到的信号经处理器4处理后在显示终端5上显示。

[0035]如图3所示，该显示终端5带有传感器标号显示单元501、对应的电流值显示单元502、以及检测到的电阻值显示单元503、刀具磨损值显示单元504，以及报警单元505，报警单元505可针对刀具的过度磨损与异常磨损进行警报提示。

[0036]刀具的磨损量越大，被磨耗电阻的电阻值越大，传感器102测量得到的数值也会相应增大，根据测量得到的电流值来计算得出磨损的电阻值RC。

[0037]具体计算过程如下：
[0038]假设一把盾构机刀具内安装有i层微型电阻105，i层电阻互不相等，第一层电阻值分别为R1，1、R1，2，第二层电阻值分别为R2，1、R2，2，以此类推，第i层电阻分别为R i，1，R i，2，其中，R1，1、R2，1…R i，1互相并联，R1，2、R2，2…R i，2互相并联，则未发生磨损时系统的电流值为：[0039]I O＝I1，1+I1，2+I2，1+I2，2+…+I i，1+I i，2，
[0040]根据
[0041]得
[0042]假设R i，1发生磨损，则此时的电流值为：
[0043]I′＝I1，2+I2，1+I2，2+…+I i，1+I i，2，
[0044]
[0045]所以此时电流的变化值为：
[0046]I C＝I O-I′
[0047]所以此时电阻的变化值为，
[0048]
[0049]其中，R C-电阻的变化值，U-系统额定电压，R’-系统磨损后的电阻值，I C- 电流的变化值，I O-系统初始电流值，I’-系统磨损后的电流值。

根据电阻值得变化转换得出被磨损的微型电阻是哪一个，进而判断刀具的磨损情况。

[0050]在本实施例中，在盾构机刀盘上某一把刀具内安装有5层微型电阻105，5 层电阻的电阻值互不相等，第一层电阻值分别为1Ω、2Ω，第二层电阻值分别 为3Ω、4Ω，以此类推，第3层电阻分别为5Ω，6Ω，其中，1Ω、3Ω、5Ω 电阻值互相并联，2Ω、4Ω、6Ω互相并联，系统采用5v微型电池供电，则未 发生磨损时系统的电流值I0为：
[0051]
[0052]情况1：假设R2,1，即电阻值为3Ω的电阻发生磨损，则此时的电流值I＇为：
[0053]
[0054]所以此时的电流变化值为，
[0055]I C＝I O-I′＝1.667A
[0056]
[0057]因此，可判断是电阻值为3Ω的电阻发生变化，与假设的情况想对应，说明 此种方案是可行的。

[0058]情况2：假设R1,1，R1,2即电阻值为1Ω和2Ω的电阻发生磨损，则此时的电 流值I＇为：
[0059]
[0060]所以此时的电阻变化为，
[0061]I C＝I O-I′＝7.5A
[0062]
[0063]又因为当1Ω与2Ω并联时的电阻值为0.667Ω，因此，可判断是电阻值为1 Ω与2Ω的电阻发生变化，与假设的情况相对应，说明此种方案是可行的。

[0064]其中，R C-电阻的变化值，R O-系统初始电阻值，R＇’-系统磨损后的电阻值， I C-电流的变化值，I O-系统初始电流值，I＇’-系统磨损后的电流值。

[0065]通过查找安装的电阻图，可知是刀具内部哪一个电阻发生了磨损，即刀具已经磨损到了什么样的程度。

[0066]本实施里对刀盘上发生磨损的刀具位置的判断过程如下：
[0067]设在同一个刀盘上共有n把刀具上配置了本检测系统，即在n把刀具内部安装微型电阻105，则可按一定规则将这n把刀具分别编号为C1、C2…C n，其刀具对应的传感器102分别标号为I1、I2…In，通过信号发射器2将信号发送至信号接收器3，通过信号接收器3收到的电流值，即可知道是安装在刀盘上的哪一把刀具发生了磨损，并通过电阻计算，从而判断具体刀具的磨损情况。

[0068]通过在刀具同一层内配置两个阻值不同的微型电阻105，可以有效判断刀具是否发生偏磨，并通过显示终端5中报警单元505实现偏磨报警。

对刀具磨损设定一个极限值，进而，可以通过显示终端5中的505显示过度磨损报警。

[0069]本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

图1
图2
图3。