CN110905541A - 一种具有状态自测的智能滚刀 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种具有状态自测的智能滚刀，包括刀圈，刀圈套在刀毂上，相对应的轴承之间设有隔圈，所述刀毂上设有第一发电组件，隔圈上设有第二发电组件，第一发电组件与第二发电组件相配合；刀毂内侧固定安装有主控板，刀毂上设有滚刀监测组件和信号传输组件，主控板分别与第一发电组件、滚刀监测组件和信号传输组件相连接，信号传输组件与主节点无线连接。本发明可以通过滚刀监测组件实时监测滚刀运行状态，间接判断前方刀盘工作断面的状况，指导盾构司机进行维修或者更换滚刀；同时在滚刀上设置自发电装置，对滚刀上的监测组件供电，无需外部供电，减少了刀盘布线，具有很好的推广性。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机滚刀的技术领域，尤其涉及一种具有状态自测的智能滚刀。
背景技术
自21世纪以来，城市进程速度越来越快，地铁建设、隧道施工等项目越来越多。作为隧道建设开路先锋的盾构机越来越受到施工方的重视，且使用频率越来越高。作为盾构机的铁齿钢牙，滚刀在施工过程中，必然会产生磨损，且磨损的形式不尽相同。滚刀状态在很大程度上制约了盾构机的掘进效率。因此，滚刀状态实时监测是盾构机高效掘进、安全掘进的重要一环。目前在专利申请号为“CN201711249244.3”、专利名称为“应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统及方法”中公开了一种监测盾构机滚刀状态的无线通信系统，实现了对滚刀状态监测信息处理、传输等，有助于工作人员实时了解滚刀的运行状态，但是目前并没有一种针对滚刀具体结构的状态监测装置。
发明内容
针对盾构机滚刀运行状态在很大程度上影响盾构机的掘进效率，目前并没有一种针对滚刀具体结构的状态监测装置的技术问题，本发明提出一种具有状态自测的智能滚刀。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：
一种具有状态自测的智能滚刀，包括刀圈，刀圈套在刀毂上，相对应的轴承之间设有隔圈，轴承内穿设有刀轴，所述刀毂上设有第一发电组件，隔圈上设有第二发电组件，第一发电组件与第二发电组件相配合；所述刀毂内侧固定安装有主控板，刀毂上设有滚刀监测组件和信号传输组件，主控板分别与第一发电组件、滚刀监测组件和信号传输组件相连接，信号传输组件与主节点无线连接。
优选地，所述第一发电组件包括发电机、减速机、蓄电池和发电电路，发电机、减速机和蓄电池均固定在刀毂内侧且发电机通过减速机与第二发电组件相配合，发电机通过发电电路与蓄电池相连接，蓄电池与主控板相连接。
优选地，所述发电电路包括升压降压稳压电路和蓄电池充电电路，发电机通过升压降压稳压电路与蓄电池充电电路相连接，蓄电池充电电路与蓄电池相连接。
优选地，所述第二发电组件包括外齿轮，外齿轮套设在隔圈上且外齿轮与第一发电组件中的减速机的齿轮相啮合。
优选地，所述滚刀监测组件包括转速监测单元，转速监测单元与主控板相连接；所述转速监测单元与刀毂相配合。
优选地，所述转速监测单元包括若干个转速用强磁块，强磁块均匀设置在隔圈上，刀毂内侧均匀设置有与强磁块相对应的霍尔元件，霍尔元件与主控板相连接。
优选地，所述滚刀监测组件包括磨损监测单元，磨损监测单元固定在与刀圈刀刃相对的刀毂中且磨损监测单元与主控板相连接。
优选地，所述磨损监测单元包括若干个超声波换能器，超声波换能器均匀分布在刀毂的轴向上且超声波换能器与刀圈刀刃相对应，超声波换能器与主控板相连接。
优选地，所述滚刀监测组件还包括温度监测单元，温度监测单元固定在刀毂内侧且温度监测单元与主控板相连接。
优选地，所述温度监测单元包括温度传感器，温度传感器固定在刀毂内侧，温度传感器与主控板相连接。
优选地，所述滚刀监测组件还包括振动监测单元，振动监测单元固定在刀毂内侧，振动监测单元与主控板相连接。
优选地，所述振动监测单元包括加速度传感器，加速度传感器固定在刀毂内侧且加速度传感器与主控板相连接。
优选地，所述信号传输组件包括棒状天线，棒状天线固定在刀毂上，主控板通过棒状天线与主节点无线连接。
本发明的有益效果：本发明可以通过滚刀上转速监测单元、磨损监测单元、温度监测单元和振动监测单元实时监测滚刀运行过程中的滚刀转速、滚刀磨损、滚刀温度和滚刀切割过程中振动状态，并且滚刀状态信息通过棒状天线发送给主节点，通过滚刀切割过程中振动状态间接判断前方刀盘工作断面的状况，指导盾构司机进行维修或者更换滚刀；同时在滚刀上设置自发电装置，对滚刀上的监测组件供电，无需外部供电，减少了刀盘布线，具有很好的推广性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1的截面图。
图中，1为蓄电池，2为棒状天线，3为主控板，4为发电机，5为外齿轮，6为刀圈，7为超声波换能器，8为刀毂，9为轴承，10为隔圈，11为强磁块，12为棒状天线走线孔，13为刀轴。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种具有状态自测的智能滚刀，包括刀圈6，刀圈6套在刀毂8上，刀毂8内设有两组轴承9，相对应的两组轴承9之间设有隔圈10，智能滚刀中监测组件和发电组件都设置在两个轴承之间的空间区域，轴承9内穿设有刀轴13，所述刀毂8上设有第一发电组件，隔圈10上设有第二发电组件，第一发电组件与第二发电组件相配合实现自发电，蓄电池将发电组件产生的电能储存起来，蓄电池向主控制板和监测组件供电，利用第一发电组件和第二发电组件实现自发电，从而减少了刀盘布线，降低了传感器防护难度，同时减少了对刀盘的改动，具有很好的推广应用前景。
所述刀毂8内侧固定安装有主控板3，刀毂8上设有滚刀监测组件和信号传输组件，主控板3分别与第一发电组件、滚刀监测组件和信号传输组件相连接，信号传输组件与主节点无线连接，信号传输组件将滚刀监测组件监测的参数通过无线传输的方式传输至主节点，主节点传输至上位机。
如图2所示，所述第一发电组件包括发电机4、减速机、蓄电池1和发电电路，发电机4、减速机和蓄电池1均固定在刀毂8内侧且发电机4通过减速机与第二发电组件相配合，蓄电池固定在刀毂内侧，跟随刀毂转动，第二发电组件包括外齿轮5，外齿轮5套设在隔圈10上且外齿轮5与第一发电组件中的减速机的齿轮相啮合，发电机和减速机整体固定在刀毂内侧跟随滚刀转动，进而发电机与刀轴发生相对运动，发电机动作发电，发电机4通过发电电路与蓄电池1相连接，发电机通过宽范围输入的boost升压芯片将发电机输出电压稳定在4.2V，并将电能存于蓄电池内，蓄电池1与主控板3相连接，蓄电池向主控板3供电。
所述发电电路包括升压降压稳压电路和蓄电池充电电路，发电机4通过升压降压稳压电路与蓄电池充电电路相连接，蓄电池充电电路与蓄电池1相连接，升压降压稳压电路采用boost升压芯片电路，boost升压芯片电路的输入端与发电机的输出端相连接，蓄电池充电电路采用TC4054b充电芯片电路，boost升压芯片电路的输入端与TC4054b充电芯片电路的输入端相连接，TC4054b充电芯片电路的输出端与蓄电池相连接用于向蓄电池充电。
所述滚刀监测组件包括转速监测单元，转速监测单元与主控板3相连接；所述转速监测单元与刀毂8相配合用于监测滚刀的转速，转速监测单元包括若干个转速用强磁块11，强磁块11均匀设置在隔圈10上，在滚刀内部两个轴承之间的隔圈上轴向均匀分布4个φ6*6d的磁铁孔，强磁块放置在磁铁孔内，刀毂8内侧均匀设置有与强磁块11相对应的霍尔元件，霍尔元件为霍尔传感器，霍尔元件跟随刀毂一起转动，从而霍尔元件和强磁块发生相对运动，霍尔元件与主控板3相连接，通过计时霍尔元件转过2个强磁块的时间，从而得到滚刀实际转速r=1/4t。
所述信号传输组件包括棒状天线2，棒状天线2固定在刀毂8中开设的棒状天线走线孔12内，主控板3通过棒状天线2与主节点无线连接，主控板将接收的各项滚刀状态信息通过无线传输方式传输至无线接收主节点，主节点将滚刀状态信息传输给上位机，进而实现对盾构机滚刀状态的实时监测，上位机通过分析这些参数得到滚刀的工作状态和受损状况，间接判断前方刀盘工作断面的状况，指导盾构司机进行维修或者更换滚刀，以及优化掘进参数。
实施例2：如图2所示，一种具有状态自测的智能滚刀，所述滚刀监测组件包括磨损监测单元，磨损监测单元固定在与刀圈刀刃相对的刀毂8中且磨损监测单元与主控板3相连接；磨损监测单元包括若干个超声波换能器7，超声波换能器7均匀分布在刀毂8的轴向上通孔内，超声波换能器的设置数量为至少4组，4组超声波换能器均匀分布在刀毂的轴向上通孔内，且超声波换能器7的位置与刀圈刀刃相对应便于有效测量刀刃的磨损量，超声波换能器7与主控板3相连接，超声波换能器根据超声波测距原理测得刀刃磨损量，超声波换能器测得初始刀圈厚度为W△。在t时刻，滚刀的实时磨损值为W=Wt-W△。
其余结构与实施例1相同。
实施例3：如图2所示，一种具有状态自测的智能滚刀，所述滚刀监测组件还包括温度监测单元，温度监测单元固定在刀毂8内侧且温度监测单元与主控板3相连接；所述温度监测单元包括温度传感器，温度传感器固定在刀毂8内侧，主控板3与温度传感器相连接，利用温度传感器采集滚刀温度，进行实现对滚刀温度监控。
其余结构与实施例2相同。
实施例4：一种所述滚刀监测组件还包括振动监测单元，振动监测单元固定在刀毂8内侧，振动监测单元与主控板3相连接；振动监测单元包括加速度传感器，加速度传感器固定在刀毂8内侧且加速度传感器与主控板3相连接，加速度传感器测量滚刀的震动参数，震动参数例如震动速度、震动幅值等，通过振动参数，判断滚刀的运行状态是否正常。
其余结构与实施例3相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种具有状态自测的智能滚刀，包括刀圈（6），刀圈（6）套在刀毂（8）上，相对应的轴承（9）之间设有隔圈（10），其特征在于，所述刀毂（8）上设有第一发电组件，隔圈（10）上设有第二发电组件，第一发电组件与第二发电组件相配合；所述刀毂（8）内侧固定安装有主控板（3），刀毂（8）上设有滚刀监测组件和信号传输组件，主控板（3）分别与第一发电组件、滚刀监测组件和信号传输组件相连接，信号传输组件与主节点无线连接。
2.根据权利要求1所述的具有状态自测的智能滚刀，其特征在于，所述第一发电组件包括发电机（4）、减速机、蓄电池（1）和发电电路，发电机（4）、减速机和蓄电池（1）均固定在刀毂（8）内侧且发电机（4）通过减速机与第二发电组件相配合，发电机（4）通过发电电路与蓄电池（1）相连接，蓄电池（1）与主控板（3）相连接。
3.根据权利要求2所述的具有状态自测的智能滚刀，其特征在于，所述发电电路包括升压降压稳压电路和蓄电池充电电路，发电机（4）通过升压降压稳压电路与蓄电池充电电路相连接，蓄电池充电电路与蓄电池（1）相连接。
4.根据权利要求1或2所述的具有状态自测的智能滚刀，其特征在于，所述第二发电组件包括外齿轮（5），外齿轮（5）套设在隔圈（10）上且外齿轮（5）与第一发电组件中的减速机的齿轮相啮合。
5.根据权利要求1所述的具有状态自测的智能滚刀，其特征在于，所述滚刀监测组件包括转速监测单元，转速监测单元与主控板（3）相连接；所述转速监测单元与刀毂（8）相配合。
6.根据权利要求5所述的具有状态自测的智能滚刀，其特征在于，所述转速监测单元包括若干个转速用强磁块（11），强磁块（11）均匀设置在隔圈（10）上，刀毂（8）内侧均匀设置有与强磁块（11）相对应的霍尔元件，霍尔元件与主控板（3）相连接。
7.根据权利要求1或5所述的具有状态自测的智能滚刀，其特征在于，所述滚刀监测组件包括磨损监测单元，磨损监测单元固定在与刀圈刀刃相对的刀毂（8）中且磨损监测单元与主控板（3）相连接。
8.根据权利要求7所述的具有状态自测的智能滚刀，其特征在于，所述磨损监测单元包括若干个超声波换能器（7），超声波换能器（7）均匀分布在刀毂（8）的轴向上且超声波换能器（7）与刀圈刀刃相对应，超声波换能器（7）与主控板（3）相连接。
9.根据权利要求7所述的具有状态自测的智能滚刀，其特征在于，所述滚刀监测组件还包括温度监测单元，温度监测单元固定在刀毂（8）内侧且温度监测单元与主控板（3）相连接。
10.根据权利要求9所述的具有状态自测的智能滚刀，其特征在于，所述温度监测单元包括温度传感器，温度传感器固定在刀毂（8）内侧，主控板（3）与温度传感器相连接。
11.根据权利要求1或5或9所述的状态自测的智能滚刀，其特征在于，所述滚刀监测组件还包括振动监测单元，振动监测单元固定在刀毂（8）内侧，振动监测单元与主控板（3）相连接。
12.根据权利要求11所述的状态自测的智能滚刀，其特征在于，所述振动监测单元包括加速度传感器，加速度传感器固定在刀毂（8）内侧且加速度传感器与主控板（3）相连接。
13.根据权利要求12所述的状态自测的智能滚刀，其特征在于，所述信号传输组件包括棒状天线（2），棒状天线（2）固定在刀毂（8）中，主控板（3）通过棒状天线（2）与主节点无线连接。
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