用于检测滚刀受力的滚刀刀座及滚刀组件的制作方法

本发明属于盾构设备技术领域，尤其涉及一种用于检测滚刀受力的滚刀刀座及滚刀组件。

背景技术：

盾构机是基于全断面开挖法挖掘隧道的机械，主要通过安装在刀盘上的刀箱内的滚刀实现隧道挖掘中的破岩或挖土工作。滚刀是盾构机刀盘上的易损件，在与岩、土体相互作用的过程中会产生磨损，当滚刀磨损到一定的程度，将会影响盾构机的正常工作。因此，在挖掘隧道的过程中，需要时刻监测滚刀刀轴的受力情况，以分析滚刀的工作状态，以及分析滚刀的磨损情况。

由于盾构机在掘进过程中，滚刀的受力状态较为复杂，且滚刀周围一般伴随泥浆、碎石等，工作环境较为恶劣，不利于在滚刀上布置传感器及信号传输设备，因此，目前还没有可行的监测滚刀的受力状态的方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种用于检测滚刀受力的滚刀刀座及滚刀组件，能够在滚刀刀座的支撑主体上设置通孔，并在通孔内设置形变传感器，以检测滚刀在挖掘隧道的过程中的受力情况。

一方面，本发明实施例提供了一种用于检测滚刀受力的滚刀刀座，包括：

支撑主体，支撑主体包括：

定位槽，沿支撑主体的厚度方向延伸形成，定位槽用于放置滚刀刀轴的连接部；

通孔，通孔沿厚度方向贯穿支撑主体设置；以及

形变传感器，形变传感器设置于通孔内，用于检测通孔的形变量。

进一步地，通孔的数量为多个，多个通孔沿定位槽的周向分布。

进一步地，形变传感器的数量为多个，各个通孔中至少设置一个形变传感器。

进一步地，形变传感器为应变片，通孔为长圆孔，应变片沿通孔的横截面的长度方向固定设置于通孔内。

进一步地，支撑主体还包括：

通槽，通槽沿厚度方向贯穿支撑主体设置，且通槽设置于通孔远离定位槽的一侧。

进一步地，支撑主体还包括：

多个凸台，多个凸台沿支撑主体的厚度方向设置于定位槽的内壁上，且每两个相邻的凸台与滚刀刀轴的轴线构成的圆心角为直角。

进一步地，还包括：

传感器接头，传感器接头设置于支撑主体的外壁上，形变传感器与传感器接头通过导线连接。

进一步地，支撑主体还包括：

安装槽，安装槽设置于支撑主体的外壁上，安装槽的槽底设有安装孔，安装孔与通孔连通；其中，

传感器接头安装于安装槽内，并且导线穿设于安装孔和通孔内。

进一步地，支撑主体由至少一个水平支撑部和至少一个竖直支撑部构成，定位槽由水平支撑部和竖直支撑部围成，水平支撑部和竖直支撑部上分别均匀设置有两个通孔。

另一方面，本发明实施例还提供了一种滚刀组件，包括如上所述的用于检测滚刀受力的滚刀刀座。

本发明实施例的用于检测滚刀受力的滚刀刀座及滚刀组件，在滚刀刀座的支撑主体上开设了用于安装形变传感器的通孔，并在通孔内设置形变传感器，因此，在挖掘隧道的过程中，一旦滚刀受力，就可以利用形变传感器检测到通孔的形变量，然后根据通孔的形变量和实验标定结果，就能够得到滚刀的受力情况，从而能够根据滚刀的受力情况分析出滚刀的工作状态，并且分析滚刀的磨损情况，并在滚刀磨损到影响挖掘的程度前，及时更换滚刀，以保证盾构机的正常工作。本发明实施例的用于检测滚刀受力的滚刀刀座及滚刀组件，设计巧妙、结构简单、成本低，具有广泛应用的价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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是本发明一个实施例提供的支撑主体的结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的滚刀刀座的结构示意图；

图3是本发明一个实施例提供的滚刀组件的结构示意图；

图4是本发明一个实施例提供的滚刀组件的俯视图；

图5是图4中的a-a剖视图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种用于检测滚刀受力的滚刀刀座及滚刀组件。

本发明实施例提供的用于检测滚刀受力的滚刀刀座，包括支撑主体和形变传感器，支撑主体上设有定位槽和通孔。其中，定位槽沿支撑主体的厚度方向延伸形成，定位槽用于放置滚刀刀轴的连接部。通孔沿厚度方向贯穿支撑主体设置，用于安装形变传感器。形变传感器设置于通孔内，用于检测通孔的形变量。

在本发明实施例中，由于在滚刀刀座的支撑主体上开设了用于安装形变传感器的通孔，并在通孔内设置形变传感器，因此，在挖掘隧道的过程中，一旦滚刀受力，就可以利用形变传感器检测到通孔的形变量，然后根据通孔的形变量和实验标定结果，就能够得到滚刀的受力情况，从而能够根据滚刀的受力情况分析出滚刀的工作状态，并且分析滚刀的磨损情况，并在滚刀磨损到影响挖掘的程度前，及时更换滚刀，以保证盾构机的正常工作。

图1示出了本发明一个实施例提供的支撑主体的结构示意图。图2示出了本发明一个实施例提供的滚刀刀座的结构示意图。

下面将根据图1-2对本发明一个实施例提供的用于检测滚刀受力的滚刀刀座进行详细说明。

如图1所示，支撑主体1包括定位槽11和通孔12，其中，定位槽11沿支撑主体1的厚度方向延伸形成，用于放置滚刀刀轴的连接部，通孔12沿支撑主体1的厚度方向贯穿支撑主体1设置，用于安装形变传感器2，以及适当降低支撑主体1的刚度，使得在挖掘隧道的过程中，滚刀受力时支撑主体1的形变更加明显，从而使形变传感器2能够更加精确地采集到通孔12的形变量，从而提高对滚刀的受力情况检测的准确性。

在本发明一个实施例中，支撑主体1由至少一个水平支撑部和至少一个竖直支撑部构成，定位槽11由水平支撑部和竖直支撑部围成。如图1所示，支撑主体1可以由两个水平支撑部和一个竖直支撑部构成，定位槽11可以为矩形槽，从而能够对滚刀刀轴径向限位。在本发明其他实施例中，定位槽11还可以为v型槽、u型槽或者梯形槽，只要是能够与滚刀刀轴的连接部的形状相匹配，并且能够对滚刀刀轴起到径向相位的作用即可。

在本发明实施例中，通孔12的数量为多个，多个通孔12可以沿定位槽11的周向分布。

在本发明一个实施例中，多个通孔12可以被分为多组，多组通孔12沿定位槽11的周向按组分布，每组内的通孔12之间的距离相同。以图1所示的实施例为例，该实施例具有四个通孔12，每两个通孔12为一组，其中一组通孔12沿定位槽11的竖直边设置，另一组通孔12沿定位槽11的水平边设置。具体地，支撑主体1由两个水平支撑部和一个竖直支撑部构成，定位槽11为矩形槽，竖直支撑部和位于滚刀刀轴的连接部下方的水平支撑部上分别均匀设置有两个通孔12，设置于竖直支撑部上的通孔12内安装的形变传感器2可以采集滚刀水平方向的受力情况，设置于水平支撑部上的通孔12内安装的形变传感器2可以采集滚刀竖直方向的受力情况。

在本发明其他实施例中，多个通孔12还可以沿定位槽11的周向均匀分布，以便更精确地采集滚刀各个方向的受力情况。

在本发明实施例中，形变传感器2设置于通孔内，用于检测通孔12的形变量。与通孔12对应地，形变传感器2的数量也可以为多个，各个通孔12中至少设置一个形变传感器。

在本发明一个实施例中，各个通孔12中可以分别设置一个形变传感器2，如图2所示，形变传感器2可以设置于通孔12的一端，具体地，可以设置在通孔12远离滚刀的一端。

在本发明另一个实施例中，各个通孔12中可以分别设置两个形变传感器2，两个形变传感器2可以分别设置于通孔12内的两端。在本发明又一个实施例中，各个通孔12中可以分别设置三个形变传感器2，其中两个形变传感器2可以分别设置于通孔12内的两端，另一个形变传感器2可以分别设置于通孔12内的中部。

需要说明的是，当在通孔12设置两个以上的形变传感器2时，每个通孔12的形变量可以为通孔12内的形变传感器2采集到的形变量的平均值，以降低形变传感器2的检测误差。

在本发明一个实施例中，形变传感器2可以为应变片。此时，如图2所示，通孔12可以为长圆孔，应变片可以沿长圆孔的长度方向设置于通孔12内，具体地，应变片可以沿通孔12的横截面的长度方向固定设置于通孔12内，从而增加应变片的受力面积。在此实施例中，应变片可以被黏贴在柔性承载体上，柔性承载体可以通过黏贴方式被固定于通孔12的内壁。

为了进一步降低滚刀刀座的刚度，增加通孔12受力后的形变量，提高形变传感器2的检测结果的准确性，本发明实施例中，支撑主体1上还设有通槽13，通槽13沿支撑主体1的厚度方向贯穿支撑主体1设置，且通槽13设置于通孔12远离定位槽11的一侧。

在本发明如图1所示的一个实施例中，通槽13的数量可以为一个，该通槽13可以沿竖直方向设置于两个竖直排列的通孔12远离定位槽11的一侧，通槽13的长度可以大于两个通孔12的长度及两个孔12之间的距离之和。

在本发明另一个实施例中，通槽13的数量也可以为两个，其中一个通槽13可以沿竖直方向设置于两个竖直排列的通孔12远离定位槽11的一侧，另一个通槽13可以沿水平方向设置于两个水平排列的通孔12远离定位槽11的一侧，通槽13的长度可以大于与其相邻的两个通孔12的长度及两个孔12之间的距离之和。

在本发明其他实施例中，通槽13的数量还可以更多，且通槽13的长度也可以小于与其相邻的两个通孔12的长度及两个孔12之间的距离之和，通槽13的排列方式还可以为矩阵排列。因此，本发明实施例对通槽13的大小、数量及排列方式不做限定，只要是能够在满足滚刀刀座的刚度要求的前提下，能够尽量合适地降低支撑主体1的刚度，增大通孔12的形变量即可。

为了形变传感器2能够更准确地检测滚刀的受力，支撑主体1上还设有多个凸台14，多个凸台14沿支撑主体1的厚度方向设置于定位槽11的内壁上，且每两个相邻的凸台14与滚刀刀轴的轴线构成的圆心角为直角。具体地，凸台14可以设置于对应的内壁长度方向的中点位置上。如图1所示，在本发明实施例中，支撑主体1上可以设有两个凸台14，其中一个凸台14设置于竖直的内壁的中部，用于接受滚刀刀轴传递的水平方向的力，另一个凸台14设置于水平的下侧内壁的中部，用于接受滚刀刀轴传递的竖直方向的力。由于在定位槽11内设有凸台14，因此，能够将定位槽11整个内壁受力改变为凸台14受力，使得支撑主体1更加精确地接受滚刀刀轴传递的力，从而提高对滚刀受到的水平方向和竖直方向的力的计算能力。

在本发明实施例中，滚刀刀座还包括传感器接头3，传感器接头3设置于支撑主体1的外壁上，形变传感器2与传感器接头3通过导线连接，传感器接头3通过信号线与监控主机连接，用于将形变传感器2检测到的形变量传递给监控主机进行受力分析。

为了防止传感器接头3影响滚刀的正常工作，本发明实施例中，支撑主体1还设有安装槽15，安装槽15设置于支撑主体1的外壁上，且设置于定位槽11的下方，安装槽15的槽底设有安装孔16，安装孔16与通孔12连通。其中，传感器接头3安装于安装槽15内，并且导线穿设于安装孔16和通孔12内，以对传感器接头3和导线起到保护作用，同时，传感器接头3和导线也不会影响到滚刀刀座的装配。

在本发明实施例中，可以将滚刀刀座、滚刀刀轴与滚刀装配完成，然后对滚刀施加不同大小和方向的力，同时测量这些力对应的各应变片检测到的形变量，以获得形变量与力的映射关系数据，并将这些映射关系数据作为标定数据。在盾构机掘进时，可以实时获取各个形变传感器2的形变量，然后结合标定数据计算出滚刀的受力情况。

图3示出了本发明一个实施例提供的滚刀组件的结构示意图。图4示出了本发明一个实施例提供的滚刀组件的俯视图。图5示出了图4中的a-a剖视图。

下面将根据图3-5对本发明实施例提供的滚刀组件进行详细说明。

如图3-5所示，本发明实施例还提供了一种滚刀组件，包括滚刀刀箱、限位机构、滚刀刀轴51、滚刀52和本发明实施例提供的用于检测滚刀受力的滚刀刀座。

其中，滚刀刀箱为由两个安装座41和两个连接板42拼接构成的箱体，两个安装座41分别对称设置，两个连接板42分别对称设置，两个安装座41的两端各通过一个连接板42连接。

每个安装座41的内壁上各设有一个滚刀刀座43，两个滚刀刀座43相对于滚刀刀箱的中线对称设置，滚刀刀座43的定位槽用于放置滚刀刀轴51的连接部。

滚刀刀轴51两端的连接部分别设置于滚刀刀座43的定位槽内，滚刀刀轴51的中部套设有轴承53，滚刀刀轴51通过轴承53与滚刀52连接，使滚刀52能够在滚刀刀轴51上自由旋转。

滚刀52包括刀刃54和刀刃54两侧的刀毂55，两侧的刀毂55分别向外伸出轴承53。在刀毂55形成的圆环内分别设有端盖44，刀毂55和端盖44通过密封结构45进行密封。

限位机构包括卡块46、拉紧螺栓47和拉紧块48。其中，卡块46用于与滚刀刀轴43的定位槽的开口配合，对滚刀刀轴51的连接部进行限位。拉紧块48固定设置于安装座41的底部。卡块46上沿竖直方向开设有第一连接孔，拉紧块48上沿竖直方向开设有第二连接孔，第一连接孔和第二连接孔同轴设置，卡块46远离拉紧块48的一端设有容纳槽。拉紧螺栓47的螺杆依次穿过第一连接孔和第二连接孔，且拉紧螺栓47的头部卡设于容纳槽内，拉紧螺栓47的螺杆伸出第二连接孔远离卡块46的一端，并且可以通过螺母与螺杆的螺纹配合，调节卡块46对滚刀刀轴51的连接部的拉紧力。

由于本发明实施例滚刀组件采用了本发明实施例提供的用于检测滚刀受力的滚刀刀座，在滚刀刀座的支撑主体上开设了用于安装形变传感器的通孔，并在通孔内设置形变传感器，因此，在挖掘隧道的过程中，一旦滚刀受力，就可以利用形变传感器检测到通孔的形变量，然后根据通孔的形变量和实验标定结果，就能够得到滚刀的受力情况，从而能够根据滚刀的受力情况分析出滚刀的工作状态，并且分析滚刀的磨损情况，并在滚刀磨损到影响挖掘的程度前，及时更换滚刀，以保证盾构机的正常工作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。