一种TBM振动液压状态监控系统的制作方法

本发明属于设备健康监控领域，具体的涉及硬岩掘进机(TBM)的液压和振动状态监控。

背景技术：

硬岩掘进机(Tunnel Boring Machine，简称TBM)是一种用机械破碎岩石，出渣与支护实行连续作业的综合设备。TBM是一种高度复杂的工程机械，集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，现已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。针对TBM工作中，整机振动大，对液压系统和机械结构均造成一定影响的问题，设计和开发了一套对TBM整机的液压系统和振动信号同步监测的系统，实现了对TBM整机状态的实时监测，并对TBM的健康监测提供了数据基础。

TBM主要完成硬岩掘进工作，其工作环境恶劣，振动大。在TBM工作过程中，强振动使TBM主机和液压系统易出现损伤和故障。

在现有的TBM系统设计中，TBM的主机电气系统可以对基本的电气和液压系统的故障作基本的记录。其中，PLC的编程控制系统带有一个故障在线实时显示屏(Magelis)，它可以将TBM各种电气液压发生的故障及时地显示和记录下来。供故障诊断分析使用，并提供发生故障部位的信息或可能发生故障部位的相关信息，便于缩小故障的查询范围，进行快速诊断故障。Magelis的主要功能为：①即时显示并记录当前刚发生的故障信息，并有音响提示；②可循环显示512个故障的历史记录，通过翻页形式来查询；③可循环显示当前尚未消除的故障信息；④监视所有通道的实际显示值。

此外，TBM还有一套数据采集系统(WDAS)。WDAS系统主要用于TBM主机工作状态监视、掘进参数统计分析、历史数据查询和故障统计，打印输出掘进报告和有关报表。WDAS具有人机界面友好、显示信息丰富，历史数据贮量大，故障信息和运行状态数据保存完整特点。特别是它保存完整的故障信息和运行状态数据对诊断某些疑难故障非常有用，因此WDAS系统是对MAGELS故障诊断的一种补充。

TBM现有的机载监控系统，主要监测系统的电气和液压系统故障，为记录式监控系统，不能为后续的故障研究提供数据基础。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种TBM液压以及振动状态监控系统，可同步采集TBM的振动信号和液压系统的压力信号，为TBM后续的健康状态评估提供数据基础。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种TBM振动液压状态监控系统，包括三轴振动加速度传感器、压力传感器、信号调理板、信号采集系统，所述三轴振动加速度传感器安装在TBM主机上振动较大的位置，用于检测振动加速度，并输出压力信号，所述压力传感器安装在TBM液压系统中，用于检测液压系统压力，并输出电流信号，所述信号调理板将所述电流信号转化为电压信号输出，所述信号采集系统采集三轴振动加速度传感器以及信号调理板输出的电压信号，实现对TBM振动和液压状态的在线连续监控。

所述三轴振动加速度传感器的输出的电压信号为0～5V。

所述压力传感器输出的电流信号为0～20mA。

所述压力传感器输出的电流信号经信号调理板转化为0～5V的电压信号。

为避免共模干扰，所述三轴振动加速度传感器对检测的振动信号采用差分输出。

对电压信号进行零漂调节，使信号准确可用。

所述三轴振动加速度传感器和压力传感器能够设置为多个，实现对多路振动信号，多路液压信号的同步采集。

所述信号采集系统为数据采集卡，安装在信号调理箱内，信号调理箱固定在TBM主机上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明是一种对TBM系统的主机振动和主要液压回路压力信号实时采集的监测系统。可同步对64路信号进行实时采集，并将信号存储于监测系统的工控机中。基于此监控系统，可实现对TBM振动和液压信号的连续采集，对整机状态连续监控。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为TBM振动液压状态监控系统工作流程图；

图2为本发明系统的三轴振动加速度传感器安装位置示意图；

图3为本发明系统的信号调理箱三维图一；

图4为本发明系统的信号调理箱三维图二、

图5为本发明系统的监控软件界面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明所提供的TBM振动液压状态监控系统，包括三轴振动加速度传感器、压力传感器、信号调理板、信号采集系统，实现对TBM振动和液压状态的在线连续监控。

如图1所示，通过对TBM主机振动情况分析和实际工况调研，得到TBM整机的振动较大位置，安装三轴振动加速度传感器，测量关键点三轴加速度，对其进行重点监测。并根据TBM液压系统特性，测量液压回路的压力信号。

根据振动分析的结果，选择三轴振动加速度传感器，其输出为0～5V电压信号，采样频率最高可达10kHz，能够满足非超低频振动信号的采集。

如图2所示，将三轴振动加速度传感器安装在振动较大的主梁部位，在主梁部位选定10个关键点G，将三轴振动加速度传感器安装在关键点位置，采集TBM的主梁振动加速度信号。同时，通过研究TBM液压系统原理图，定位TBM液压系统中的压力传感器安装位置。

由于主梁采用板结构进行焊接而成，应将三轴振动加速度传感器尽可能布置在主梁的有加强筋的位置，可以避免主梁的板结构的低频振动的影响。

选取液压系统的压力传感器，采集液压系统压力信号的传感器的输出为0～20mA电流信号，实现对TBM液压系统关键回路的压力检测。

三轴振动加速度传感器和压力传感器的输出分别为0～5V和0～20mA，为了统一采集变量，便于分析，设计调理电路，将压力传感器采集的电流信号转换为电压信号。为了避免三轴振动加速度传感器的共模干扰，对其采用差分输入的采集方式。

信号调理板的输出为0～5V电压，根据鸿格-PCI826采集板卡，设计信号采集系统，实现对32路振动信号，32路液压信号的同步采集。

如图3所示，三轴振动加速度传感器通过振动传感器安装接口1与数据采集板卡连接；压力传感器通过压力传感器安装接口3与数据采集板卡连接，数据采集板卡通过采集板卡安装接口2安装于信号调理箱内部，进而进行采集数据。

如图4所示，信号调理箱的背部有信号调理箱安装背板5，并有4个安装孔4，可以将信号调理箱通过安装孔4固定在TBM主机的合适位置。

如图5所示，根据数据采集板卡的相关要求，编写数据采集软件，可以同步采集32路振动信号和32路液压系统的压力信号，能够得到TBM健康状态数据，满足对TBM工作状态的基本监控。

本发明提供TBM液压以及振动状态监测系统，针对TBM工作中，整机振动大，对液压系统和机械结构造成一定影响的问题，设计和开发的一套对TBM整机的液压系统和振动信号同步监测的系统，实现了对TBM整机状态的实时监测。首先，根据对TBM整机振动情况的分析，需对关键部位的振动情况进行监测，将三轴振动加速度传感器布置于主梁加强筋板处，采集主梁的振动情况，避免了钢板结构局部低频振动对主机振动信号采集的影响。其次，针对TBM振动大，对液压系统造成影响的状况，对TBM液压系统中，液压泵的进出口压力、减压阀、溢流阀的出口压力等关键压力参数进行监测。再次，根据实际采集情况的要求，设计信号调理板，实现32路振动信号、32路液压信号的同步采集，即共可实现10个关键振动点三轴振动加速度信号的采集和32路液压信号的采集，基本实现了对TBM主机振动和液压系统的重要位置监控。最后，基于鸿格-PCI826采集板卡，编写采集软件，实现了对64路信号的同步采集，并将信号存储于监测系统的工控机中。基于此监控系统，可实现对TBM振动和液压信号的连续采集，对整机状态连续监控，为TBM整机的健康监测提供数据基础。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。