本發(fā)明屬于工程機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隧道掘進(jìn)機(jī)刀具磨損量評估方法。

背景技術(shù)：

隨著城市交通，鐵路，公路，水利，及其它市政工程等建設(shè)事業(yè)的高速增長，中國已經(jīng)成為世界最大的隧道掘進(jìn)機(jī)（tunnelboringmachine，簡稱tbm）制造基地及應(yīng)用市場。

刀具是tbm破巖掘進(jìn)的關(guān)鍵部件，是易損耗品。人工檢測刀具磨損量與換刀工作約占全部工時的30%～40%，嚴(yán)重拉低了tbm的工作效率，而每停工一天會有近千萬的經(jīng)濟(jì)損失，因此需要對刀盤上每一個刀位的刀具在使用過程中的磨損情況進(jìn)行在線監(jiān)測，以提高tbm工作效率，保證工程工期，減少工程投入。迄今為止，未見隧道掘進(jìn)機(jī)刀具磨損量評估方法的文獻(xiàn)報道和實際應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提供一種科學(xué)合理，適用性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)刀具磨損量的在線監(jiān)測，評估準(zhǔn)確，工作效率高，且能夠降低工程成本的隧道掘進(jìn)機(jī)刀具磨損量評估方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是，一種隧道掘進(jìn)機(jī)刀具磨損量評估方法，其特征是，它包括以下步驟，

1）設(shè)置刀具磨損量的測量電路，所述刀具磨損量的測量電路包括在刀圈上呈120°均勻分布設(shè)置的第一探測片、第二探測片、第三探測片和控制器，第一探測片、第二探測片和第三探測片的邊沿與刀圈的邊沿平齊，第一探測片、第二探測片和第三探測片的單端口出線均密封接入控制器；

2）檢測第一個探測片的s1階段：控制器控制第一個探測片，計算出等值電阻ra，進(jìn)入s2階段；

3）檢測第二個探測片的s2階段：控制器控制第二個探測片，計算出等值電阻rb，進(jìn)入s3階段；

4）檢測第三個探測片的s3階段：控制器控制第三個探測片，計算出等值電阻rc，進(jìn)入s4階段；

5）等值電阻是否小于75ω的s4階段：比較等值電阻ra、rb、rc三個值中是否至少有兩個是小于75ω的，如果有，則說明至少有兩個探測片的三個電阻全部沒有損壞，則少數(shù)服從多數(shù)，認(rèn)為整個刀圈的磨損量在小于10mm的正常范圍，報告該刀位正常，然后進(jìn)入s7階段，否則進(jìn)入s5階段；

6）等值電阻是否小于150ω的s5階段：比較等值電阻ra、rb、rc三個值中是否至少有兩個是小于150ω的，如果有，則說明至少有兩個探測片距離刀圈邊緣10mm的電阻已經(jīng)被磨損，則少數(shù)服從多數(shù)，認(rèn)為整個刀圈的磨損量已經(jīng)大于10mm，報告該刀位處于預(yù)警狀態(tài)，然后進(jìn)入s7階段，否則進(jìn)入s6階段；

7）等值電阻是否小于300ω的s6階段：比較等值電阻ra、rb、rc三個值中是否至少有兩個是小于300ω的，如果有，則說明至少有兩個探測片距離刀圈邊緣15mm的電阻已經(jīng)被磨損，則少數(shù)服從多數(shù)，認(rèn)為整個刀圈的磨損量已經(jīng)大于15mm，報告該刀位處于警告狀態(tài)，提醒施工人員隨時更換該刀位刀具，然后進(jìn)入s7階段，否則認(rèn)為整個刀圈的磨損量已經(jīng)大于25mm，報告該刀位處于嚴(yán)重警告狀態(tài)，提醒施工人員立即更換該刀位刀具，避免該刀位刀具的過度磨損和其他刀位刀具非自然性磨損，然后進(jìn)入s7階段；

8）是否繼續(xù)檢測的s7階段：需要根據(jù)實際工況，判斷是否需要重新檢測，一般為延時30秒鐘從新開始檢測，進(jìn)入s1階段，否則結(jié)束整個流程進(jìn)入休眠狀態(tài)。

本發(fā)明的原理是采用內(nèi)嵌電阻層的柔性印刷電路板蝕刻出三個等值電阻并聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)，三個電阻的間距按監(jiān)測需要排布，這樣的一個探測片是全封閉的，不再需要任何其他電路元件。將三個探測片按120°均勻分布用超高溫金屬膠粘貼在刀圈上，探測片邊沿對齊刀圈邊沿，其引出的三端口線路密封連接到控制器中。刀具處于工作狀態(tài)時，控制器輪流向三端口發(fā)送一個恒定電流，然后檢測端口電壓，從而計算端口等值電阻。隨著刀圈磨損量的增加，三個電阻相繼消失，使計算出的等值電阻增大，控制器綜合三個探測片的計算值評估出刀圈的磨損量大致范圍。

本發(fā)明提供的隧道掘進(jìn)機(jī)刀具磨損量評估方法具有如下優(yōu)點：

1）可以實現(xiàn)tbm刀具磨損量的在線監(jiān)測，不用在tbm施工時不時停工，人工檢測刀具磨損量，減少了施工人員的工作量；

2）可以大幅提高tbm工作效率，減少工程投入；

3）測量電路造價低，易于實現(xiàn)，不需要改造現(xiàn)有tbm設(shè)備，其控制器可以重復(fù)使用；

4)科學(xué)合理，適用性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)刀具磨損量的在線監(jiān)測，評估準(zhǔn)確，工作效率高，且能夠降低工程成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的隧道掘進(jìn)機(jī)刀具磨損量評估方法測量電路中的探測片布置示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的隧道掘進(jìn)機(jī)刀具磨損量評估方法測量電路中的探測片電路示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的隧道掘進(jìn)機(jī)刀具磨損量評估方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的隧道掘進(jìn)機(jī)刀具磨損量評估方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1-圖2所示，tbm刀具的主要組成部分有刀軸2、刀體4和刀圈5，本發(fā)明提供的隧道掘進(jìn)機(jī)刀具磨損量評估方法包括的步驟為：

1）設(shè)置刀具磨損量的測量電路，所述刀具磨損量的測量電路包括在刀圈上呈120°均勻分布設(shè)置的第一探測片1、第二探測片3、第三探測片6和控制器7，第一探測片1、第二探測片3和第三探測片6是均勻粘貼在刀圈5上，第一探測片1、第二探測片3和第三探測片6的邊沿與刀圈的邊沿平齊，第一探測片1、第二探測片3和第三探測片6的單端口出線均密封接入控制器7。

如圖2所示，以第一探測片1為例展示探測片的結(jié)構(gòu)。第二探測片3、第三探測片6與第一探測片1的結(jié)構(gòu)相同，均是矩形的柔性印刷電路板，在其內(nèi)部直接蝕刻了三個200ω的電阻r1、r2、r3，將所述的三個電阻并聯(lián)再接入到控制器7中。探測片寬10mm，長28mm，電阻r1距離第一探測片1邊沿10mm，電阻r2距離電阻r1為5mm，電阻r3距離電阻r2為10mm。

如圖3所示，本發(fā)明提供的隧道掘進(jìn)機(jī)刀具磨損量評估方法的步驟2）-步驟8）為：

2）檢測第一個探測片1的s1階段：控制器7將10ma恒流源信號注入第一個探測片1的端口，然后測量端口電壓，計算出等值電阻ra，進(jìn)入s2階段；

3）檢測第二個探測片3的s2階段：控制器7將10ma恒流源信號注入第二個探測片3的端口，然后測量端口電壓，計算出等值電阻rb，進(jìn)入s3階段；

4）檢測第三個探測片6的s3階段：控制器7將10ma恒流源信號注入第三個探測片6的端口，然后測量端口電壓，計算出等值電阻rc，進(jìn)入s4階段；

5）等值電阻是否小于75ω的s4階段：比較等值電阻ra、rb、rc三個值中是否至少有兩個是小于75ω的，如果有，則說明至少有兩個探測片的三個電阻全部沒有損壞，則少數(shù)服從多數(shù)，認(rèn)為整個刀圈5的磨損量在小于10mm的正常范圍，報告該刀位正常，然后進(jìn)入s7階段，否則進(jìn)入s5階段；

6）等值電阻是否小于150ω的s5階段：比較等值電阻ra、rb、rc三個值中是否至少有兩個是小于150ω的，如果有，則說明至少有兩個探測片距離刀圈邊緣10mm的電阻已經(jīng)被磨損，則少數(shù)服從多數(shù)，認(rèn)為整個刀圈的磨損量已經(jīng)大于10mm，報告該刀位處于預(yù)警狀態(tài)，然后進(jìn)入s7階段，否則進(jìn)入s6階段；

7）等值電阻是否小于300ω的s6階段：比較等值電阻ra、rb、rc三個值中是否至少有兩個是小于300ω的，如果有，則說明至少有兩個探測片距離刀圈邊緣15mm的電阻已經(jīng)被磨損，則少數(shù)服從多數(shù)，認(rèn)為整個刀圈的磨損量已經(jīng)大于15mm，報告該刀位處于警告狀態(tài)，提醒施工人員隨時更換該刀位刀具，然后進(jìn)入s7階段，否則認(rèn)為整個刀圈的磨損量已經(jīng)大于25mm，報告該刀位處于嚴(yán)重警告狀態(tài)，提醒施工人員立即更換該刀位刀具，避免該刀位刀具的過度磨損和其他刀位刀具非自然性磨損，然后進(jìn)入s7階段；

8）是否繼續(xù)檢測的s7階段：需要根據(jù)實際工況，判斷是否需要重新檢測，一般為延時30秒鐘從新開始檢測，進(jìn)入s1階段，否則結(jié)束整個流程進(jìn)入休眠狀態(tài)。

以上具體實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，參照上述實施例所作的任何形式的修改、等同變化均在本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。