一种实时监测磨损的盾尾刷及盾尾刷磨损实时监测系统

摘要

本发明公开了一种实时监测磨损的盾尾刷及盾尾刷磨损实时监测系统，包括基座、设置在所述基座上的第一护板和第二护板，所述第一护板和所述第二护板之间设置有刷丝层，所述盾尾刷还包括设置在所述第一护板和所述第二护板之间的光纤磨损传感器，所述光纤磨损传感器具有相对远离所述基座的磨损部，所述光纤磨损传感器能够与控制器连接，当所述磨损部被磨损时，所述光纤磨损传感器失去对应的波长的反射能力。本发明提供的实时监测磨损的盾尾刷及盾尾刷磨损实时监测系统能够实时监测盾尾刷的密封状态，数据即时、判断准确。

说明书

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域，特别涉及一种实时监测磨损的盾尾刷及盾尾刷磨损实时监测系统。

背景技术

随着经济的发展，为了缓解地面交通，越来越多的城市开始进行地铁隧道建设，而盾构机是地铁隧道建设中最重要的设备。为了防止地下水、泥浆、注浆液渗漏到盾构机内部，在盾构机的尾部安装盾尾刷。盾尾刷的密封在保障盾构掘进、工程顺利施工等方面起到了至关重要的作用。盾尾刷遭到磨损时，其密封效果会受到影响，若由于未能及时监测到盾尾刷磨损，而造成盾尾窜浆、渗漏等情况，则会对工程施工造成较大的成本损失，甚至给施工安全带来巨大风险。但是，目前没有针对盾尾刷钢板磨损进行监测的系统。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种实时监测磨损的盾尾刷及盾尾刷磨损实时监测系统，能够实时监测盾尾刷的密封状态，所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种实时监测磨损的盾尾刷，包括基座、设置在所述基座上的第一护板和第二护板，所述第一护板和所述第二护板之间设置有刷丝层，所述盾尾刷还包括设置在所述第一护板和所述第二护板之间的光纤磨损传感器，所述光纤磨损传感器具有相对远离所述基座的磨损部，所述光纤磨损传感器能够与控制器连接，当所述磨损部被磨损时，所述光纤磨损传感器失去对应的波长的反射能力。

进一步地，所述光纤磨损传感器的数量为一个或多个，若所述光纤磨损传感器的数量为多个，则多个光纤磨损传感器的磨损部到所述基座的距离不同。

进一步地，所述光纤磨损传感器包括不锈钢毛细管以及至少部分地设置在所述不锈钢毛细管中的光纤，所述光纤的相对远离所述基座的端部刻制有光栅，所述光栅属于所述磨损部，所述光栅对应的反射波长即为所述光纤磨损传感器对应的反射波长。

进一步地，所述刷丝层包含多层刷丝，所述光纤磨损传感器与其中的一层刷丝集成设置。

进一步地，所述第二护板的弯折程度大于所述的第一护板的弯折程度；

所述刷丝层中，最靠近所述第二护板的为第一层刷丝；

所述光纤磨损传感器与所述第一层刷丝集成设置。

进一步地，所述光栅设置于所述不锈钢毛细管中，所述磨损部包括所述光栅以及包裹在所述光栅外的部分不锈钢毛细管。

进一步地，所述不锈钢毛细管的内径为0.3～0.8mm，或者，所述不锈钢毛细管的内径为0.5mm。

进一步地，所述光纤磨损传感器的数量为多个，且其中一个光纤磨损传感器的磨损部与所述第二护板的末端相对设置。

进一步地，所述光纤传感器的数量为多个，且设置于所述刷丝层的侧部。

进一步地，所述盾尾刷还包括设置在保护钢管中的连接光纤线，所述盾尾刷上开设有通孔，所述通孔用于容纳所述保护钢管、供所述连接光纤线通过，所述光纤磨损传感器与所述连接光纤线连接。

另一方面，本发明还提供了一种盾尾刷磨损实时监测系统，所述盾尾刷磨损实时监测系统包括如上所述的盾尾刷、与所述光纤磨损传感器连接的光纤解调仪、与所述光纤解调仪连接的电脑。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.通过对盾尾刷的磨损情况的实时监测，从而实时监测盾尾刷的密封状态，数据即时、判断准确；

b.光纤传感器稳定性好、体积小、精度高，能准确反映盾尾刷的情况，集成在刷丝层中，能够更灵敏地检测盾尾刷的密封能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的盾尾刷磨损实时监测系统的连接结构示意图；

图2是本发明实施例提供的盾尾刷的仰视示意图；

图3是本发明实施例提供的盾尾刷的侧剖示意图。

其中，附图标记分别为：11-光纤磨损传感器，12-盾尾刷弯曲部，13-基座，21-第一磨损部，22-第二磨损部，23-第三磨损部，24-第四磨损部，25-第五磨损部，3-连接光纤线，4-光纤解调仪，5-供电通讯电缆，6-电脑，71-不锈钢毛细管，72-矩形钢管，73-矩形小孔，81-螺纹钢管，82-保护油管，91-第一护板，92-第二护板，93-刷丝层。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

如图1～图3所示，在本发明的一个实施例中，提供了一种实时监测磨损的盾尾刷，包括基座13、设置在所述基座13上的第一护板91和第二护板92，所述第一护板91和所述第二护板92之间设置有刷丝层93，所述盾尾刷还包括设置在所述第一护板91和所述第二护板92之间的光纤磨损传感器11，所述光纤磨损传感器11具有相对远离所述基座13的磨损部，所述光纤磨损传感器11能够与控制器连接，当所述磨损部被磨损时，所述光纤磨损传感器失去对应的波长的反射能力。

在本发明的一个实施例中，所述光纤磨损传感器11的数量为一个或多个，若所述光纤磨损传感器11的数量为多个，则多个光纤磨损传感器11的磨损部到所述基座的距离不同。

在本发明的一个实施例中，所述光纤磨损传感器11包括不锈钢毛细管以及至少部分地设置在所述不锈钢毛细管中的光纤，所述光纤的相对远离所述基座13的端部刻制有光栅，所述光栅属于所述磨损部，所述光栅对应的反射波长即为所述光纤磨损传感器11对应的反射波长。

在本发明的一个实施例中，所述刷丝层93包含多层刷丝，所述光纤磨损传感器11与其中的一层刷丝集成设置。

在本发明的一个实施例中，所述第二护板92的弯折程度大于所述的第一护板91的弯折程度；

所述刷丝层93中，最靠近所述第二护板92的为第一层刷丝；

所述光纤磨损传感器11与所述第一层刷丝集成设置。

在本发明的一个实施例中，所述光栅设置于所述不锈钢毛细管中，所述磨损部包括所述光栅以及包裹在所述光栅外的部分不锈钢毛细管。

在本发明的一个实施例中，所述不锈钢毛细管的内径为0.3～0.8mm，优选地，所述不锈钢毛细管的内径为0.5mm。

在本发明的一个实施例中，所述光纤磨损传感器11的数量为多个，且其中一个光纤磨损传感器11的磨损部与所述第二护板91的末端相对设置。

在本发明的一个实施例中，所述光纤传感器20的数量为多个，且设置于所述刷丝层93的侧部。

在本发明的一个实施例中，所述盾尾刷还包括设置在保护钢管中的连接光纤线3，所述盾尾刷上开设有通孔，所述通孔用于容纳所述保护钢管、供所述连接光纤线3通过，所述光纤磨损传感器11与所述连接光纤线3连接。

在本发明的一个实施例中，还提供了一种盾尾刷磨损实时监测系统，所述盾尾刷磨损实时监测系统包括如上所述的盾尾刷、与所述光纤磨损传感器11连接的光纤解调仪4、与所述光纤解调仪4连接的电脑6。

所述的盾尾刷光纤磨损传感器11是由0.5mm不锈钢毛细管制作而成，内部嵌入一根光纤，再灌入胶水进行封装；该系统由N个盾尾刷光纤磨损传感器11组成，根据盾尾刷钢丝长度不同以及需求不同，可以配置N个盾尾刷光纤磨损传感器。

具体布置如下：若盾尾刷前部第一层盾尾钢丝的宽度为L，盾尾刷前部弹簧钢板的宽度为M，盾尾刷基座13宽度为P，需要N个盾尾刷光纤磨损传感器检测；

1)第1根盾尾刷光纤磨损传感器11的不锈钢毛细管长度和正常的盾尾刷的钢丝一样长度，即为L+P，在该不锈钢毛细管71内光纤尾部的位置刻制光纤光栅，形成第一磨损部21；

2)因为盾尾刷的高度稍微高于盾尾刷前部弹簧钢板(即第二护板92)，第2根盾尾刷光纤磨损传感器11的不锈钢毛细管长度和正常盾尾刷前部弹簧钢板92一样长度，即为M+P；在该不锈钢毛细管71内光纤尾部的位置刻制光纤光栅，形成第二磨损部22；

3)进一步的，第3根盾尾刷光纤磨损传感器11的不锈钢毛细管长度比第2根盾尾刷光纤磨损传感器的不锈钢毛细管长度短M/(N-1)长度；在该不锈钢毛细管71内光纤尾部的位置刻制光纤光栅，形成第三磨损部23；

4)依次类推，形成第四磨损部24、形成第五磨损部25……进一步，依次的，第N根盾尾刷光纤磨损传感器的不锈钢毛细管长度比第N-1根盾尾刷光纤磨损传感器(N-1)的不锈钢毛细管长度短M/(N-1)的长度；在该不锈钢毛细管内光纤尾部的位置刻制光纤光栅，形成第N磨损部。

所述的盾尾刷磨损实时监测系统通过实时监测每个盾尾刷光纤磨损传感器光纤光栅标志位(第一磨损部21、第二磨损部22、第三磨损部23、第四磨损部24……)来实时监测盾尾刷内侧弹簧板(即第二护板92)磨损量数据；具体监测原理为：上位机实时请求光纤解调仪进行解调N个盾尾刷光纤磨损传感器的光纤光栅波长，若未监测第1根盾尾刷光纤磨损传感器内光栅波长反馈信号，则判断盾尾刷内侧弹簧板磨损到该位置；依次的，若未监测到第N根盾尾刷光纤磨损传感器内光栅波长反馈信号，则判断盾尾刷内侧弹簧板磨损到该位置。

所述的N个盾尾刷光纤磨损传感器安装在盾尾刷前部第一层钢丝网，集中嵌入到盾尾刷的钢丝层中；所述的盾尾刷基座13内部放矩形钢管72，盾尾刷基座13前部开个矩形小孔73，孔的大小和矩形钢管72的外径一样，供矩形钢管72穿出；所述的盾尾刷光纤磨损传感器N个光纤出线不锈钢毛细管71集中从矩形钢管72中穿出，保护盾尾刷光纤磨损传感器N个光纤出线不锈钢毛细管71不会损坏。

所述的盾尾刷光纤磨损传感器编织和安装方式如下：为了避免最后液压机压紧盾尾刷钢丝网时，压坏安装在盾尾刷基座13中的矩形钢管72和内部N个盾尾刷光纤磨损传感器的光纤出线，所有的N个盾尾刷光纤磨损传感器都安装在盾尾刷前部第一层盾尾钢丝网的最右边位置。未安装光纤磨损传感器的盾尾刷先按照正常的流程编织和制作，需要在第一层盾尾钢丝网最右边位置预留出一部分空间，优选预留宽度为3～10mm的空间；等待未安装光纤磨损传感器的盾尾刷制作完成后，把制作好的盾尾刷光纤磨损传感器和普通的盾尾刷钢丝相互放置在一起，N个盾尾刷光纤磨损传感器光纤出线不锈钢毛细管71嵌入进矩形钢管72中，对矩形钢管72进行灌胶固定内部钢丝和光纤磨损传感器光纤出线的不锈钢毛细管71，四周再放置正常的盾尾刷钢丝，最后一起进行折弯处理，后再把含有光纤磨损传感器盾尾刷钢丝和矩形钢管72放入盾尾刷预留的基座13和盾尾刷前后弹簧板之间的右边位置，再使用液压机压紧盾尾刷钢丝网，锁死嵌入后的含有盾尾刷光纤磨损传感器的盾尾刷钢丝。

所述的矩形钢管72，一端距离第一根盾尾刷光纤磨损传感器光纤头部L的位置，另外一端穿出盾尾刷基座13前部的矩形小孔73，和变径钢管(也叫螺纹钢管81一端的矩形部连接，为了防止矩形小孔73和变径钢管焊接，损坏N个光纤出线不锈钢毛细管71中的光纤，变径钢管矩形部内径大于矩形小孔73的外径，并包裹矩形钢管72；变径钢管另外一端为圆形，头部带有螺纹孔和保护油管82连接。

所述的矩形钢管72和盾尾刷基座13固定方式使用一个L型的连接件；盾尾刷基座13矩形小孔73旁边有两个小螺纹孔；矩形钢管72穿出头部有两个小螺纹孔，通过L型连接件，利用小螺栓进行固定。

参见图1和图3，所述的多个盾尾刷光纤磨损传感器11的光纤出线从矩形钢管72穿出，再从螺纹钢管81和保护油管82穿过，通过连接光纤线3连接至分线盒，分线盒和光纤解调仪4进行连接；光纤解调仪解调出盾尾刷光纤磨损传感器11通过供电通讯电缆5和电脑6中的上位机软件进行通讯。供电通讯电缆5优选为五芯电缆，其中的2芯用于通电、另外2芯用于通讯，既能满足本实施例中监测系统的供电需求，又能保证持续的通讯。

所述的上位机软件实时分析来自光纤光栅波长数据，通过分析波长数据来分析盾尾刷内侧弹簧板磨损数据，判断盾尾刷的密封状态，并通过可视化的界面进行展示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。