盾构机唇形密封圈磨损检测方法、装置及盾构机

摘要

本发明提供了一种盾构机唇形密封圈磨损检测方法、装置及盾构机，所述方法包括：获取多个密封圈电阻应变值；其中，所述密封圈电阻应变值是由设置于盾构机唇形密封圈上的多个电阻应变片产生的；根据所述密封圈电阻应变值，利用预设的磨损量与应变值对应关系，确定各电阻应变片对应位置的磨损量；根据各电阻应变片对应位置的磨损量，得到所述盾构机唇形密封圈的磨损结果。本发明通过在盾构机唇形密封圈设置电阻应变片，利用采集的应变值检测盾构机唇形密封圈的磨损情况，解决现有技术检测精度低、实时性差、加工难度大等问题，实现精确直接测量橡胶圈的磨损量，高效预防密封性被破坏的情况。

说明书

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域，尤指一种盾构机唇形密封圈磨损检测方法、装置及盾构机。

背景技术

密封性对于盾构机主驱动来说是关键的性能指标之一，密封性的好坏直接决定了盾构机能否掘进。盾构机主驱动密封性主要由唇形圈和跑道构成，由于唇形圈与跑道之间的相对运动，唇形圈的磨损不可避免，从而引起密封性的破坏，导致水泥沙土石进入主驱动，造成主轴承的损害，使盾构机罢工停机。如何有效预防主驱动密封性的破坏是目前盾构机发展的技术壁垒。

近年来，随着电子技术的发展，由离线式检测唇型圈的磨损到在线实时检测橡胶圈磨损的方法不断涌现。目前常用的密封状态检测方法是通过测量密封油脂腔的温度和压力间接判断密封整性，该方法无法及时准确获取密封自身真实状态，信息具有滞后性。而最近涌现的在线检测唇形圈磨损量的方法，如根据压力传感器在线检测唇形圈磨损量的方法，该方法通过在跑道上安装带弹座的压力传感器，由于唇形圈的磨损，唇形圈对跑道的压力也不断变化，根绝此变化判断橡胶圈的磨损量，该方法在跑道上安装传感器，实际工艺无法保证密封性是否破坏，具有加工难度高等问题。

目前，尚未成熟的检测唇形圈磨损量方法。因此，设计一种可在线实时检测橡胶圈磨损量的方法，很有必要。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例的主要目的在于提供一种盾构机唇形密封圈磨损检测方法、装置及盾构机，实现对盾构机唇形圈磨损情况的实时及精确的检测。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种盾构机唇形密封圈磨损检测方法，方法包括：

获取多个密封圈电阻应变值；其中，密封圈电阻应变值是由设置于盾构机唇形密封圈上的多个电阻应变片产生的；

根据密封圈电阻应变值，利用预设的磨损量与应变值对应关系，确定各电阻应变片对应位置的磨损量；

根据各电阻应变片对应位置的磨损量，得到盾构机唇形密封圈的磨损结果。

可选的，在本发明一实施例中，磨损量与应变值对应关系是通过如下方式预先建立的：

利用应变采集仪采集多个密封圈应变数据；其中，密封圈应变数据是通过设置于盾构机唇形密封圈上的电阻应变片产生的；

获取各密封圈应变数据对应的磨损量，并根据密封圈应变数据及其对应的磨损量，确定磨损量与应变值对应关系。

可选的，在本发明一实施例中，方法还包括：利用数字滤波算法，对密封圈电阻应变值进行滤波处理。

本发明实施例还提供一种盾构机唇形密封圈磨损检测装置，装置包括：

电阻应变值模块，用于获取多个密封圈电阻应变值；其中，密封圈电阻应变值是由设置于盾构机唇形密封圈上的多个电阻应变片产生的；

磨损量模块，用于根据密封圈电阻应变值，利用预设的磨损量与应变值对应关系，确定各电阻应变片对应位置的磨损量；

磨损结果模块，用于根据各电阻应变片对应位置的磨损量，得到盾构机唇形密封圈的磨损结果。

本发明实施例还提供一种盾构机，所述盾构机包括：跑道、应变采集仪及唇形密封圈；

唇形密封圈于所述跑道活动连接，所述唇形密封圈包括密封圈主体及多个电阻应变片；

其中，电阻应变片设置于所述密封圈主体上，所述电阻应变片与所述应变采集仪连接；

所述应变采集仪与外部的上位机连接，用于采集所述电阻应变片的应变信号，并将其发送至所述上位机。

可选的，在本发明一实施例中，盾构机还包括网线，网线设置于应变采集仪与上位机之间。

可选的，在本发明一实施例中，电阻应变片设置于所述密封圈主体的唇部外侧表面上。

可选的，在本发明一实施例中，唇形密封圈还包括屏蔽线，屏蔽线设置于应变采集仪与电阻应变片之间。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。

本发明通过在盾构机唇形密封圈设置电阻应变片，利用采集的应变值检测盾构机唇形密封圈的磨损情况，解决现有技术检测精度低、实时性差、加工难度大等问题，实现精确直接测量橡胶圈的磨损量，高效预防密封性被破坏的情况。

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为本发明实施例一种盾构机唇形密封圈磨损检测方法的流程图；

图2为本发明实施例中建立磨损量与应变值对应关系的流程图；

图3为本发明实施例一种盾构机的结构示意图；

图4为本发明实施例中电阻应变片粘贴示意图；

图5为本发明实施例中唇形密封圈安装前与安装后对比示意图；

图6为本发明实施例中唇形密封圈磨损前与磨损后对比示意图；

图7为本发明实施例一种盾构机唇形密封圈磨损检测装置的结构示意图；

图8为本发明一实施例所提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种盾构机唇形密封圈磨损检测方法、装置及盾构机。

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作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所示为本发明实施例一种盾构机唇形密封圈磨损检测方法的流程图，本发明实施例提供的盾构机唇形密封圈磨损检测方法的执行主体包括但不限于上位机。图中所示方法包括：

步骤S1，获取多个密封圈电阻应变值；其中，密封圈电阻应变值是由设置于盾构机唇形密封圈上的多个电阻应变片产生的；

步骤S2，根据密封圈电阻应变值，利用预设的磨损量与应变值对应关系，确定各电阻应变片对应位置的磨损量；

步骤S3，根据各电阻应变片对应位置的磨损量，得到盾构机唇形密封圈的磨损结果。

其中，本发明通过粘贴在唇形密封圈上的应变片测量唇形密封圈的形变，能够不同于利用压力传感器测量唇形密封圈与跑道之间压力的情况，而是根据唇型密封圈在跑道上相互作用产生的应变，更直接的、高精确的测量唇形密封圈的磨损量。

进一步的，将电阻应变片贴在唇形密封圈上，在安装密封圈位置附近处打孔，通过带屏蔽的导线将应变片连接线引出设备外。当设备运行时，由于密封圈与跑道长时间的相对运动，密封圈难免发生磨损，磨损后，密封圈产生一定的形变，应变采集仪将采集的形变数据上传给上位机，上位机将数据通过智能算法处理后，将应变数据转化成橡胶圈的磨损量，并在显示器上进行显示。

进一步的，上位机获得多个密封圈电阻应变值后，根据预设的磨损量与应变值对应关系，确定当前各密封圈电阻应变值对应的磨损量，即各电阻应变片对应位置的磨损量。根据不同实际工况需求，可以将不同的磨损量划分为不同的磨损结果，包括轻微磨损、普通磨损及严重磨损。

进一步的，各电阻应变片对应位置的磨损量可以反应出该位置的磨损情况，通过统计各电阻应变片对应位置的磨损情况，可以综合得到盾构机唇形密封圈的磨损结果。具体的，若某一位置出现严重磨损，则盾构机唇形密封圈的磨损结果为严重磨损。并且实现了准确定位严重磨损出现的位置，提高作业人员的处理效率。

此外，当磨损结果为严重磨损时，可生成磨损预警信息，并向作业人员发送磨损预警信息，以此及时避免盾构机唇形圈密封性不足带来的问题。

作为本发明的一个实施例，如图2所示，磨损量与应变值对应关系是通过如下方式预先建立的：

步骤S21，利用应变采集仪采集多个密封圈应变数据；其中，密封圈应变数据是通过设置于盾构机唇形密封圈上的电阻应变片产生的；

步骤S22，获取各密封圈应变数据对应的磨损量，并根据密封圈应变数据及其对应的磨损量，确定磨损量与应变值对应关系。

其中，在一定的范围内，磨损量越大，密封圈是应变越大。将电阻应变片粘贴在密封圈上，应变采集仪实时采集密封圈上的应变大小，设备每间隔T时间，测量密封圈磨损量D1，并记录此时的应变值x，经过N次测量，得出N组磨损量与应变值对应的值。将N组磨损量与应变值的数据进行拟合，得出磨损量与应变值数学关系，可以表示为：D＝ax

作为本发明的一个实施例，方法还包括：利用数字滤波算法，对密封圈电阻应变值进行滤波处理。

其中，在实际应用中，考虑到扰动或其他因素的干扰，应变采集仪采集的数据是无效或异常的。此时，需要添加数字滤波算法，将其干扰数据去除，以免发生误判，然后再将此电阻应变值代入到磨损量与应变值数学关系公式中。

本发明通过在盾构机唇形密封圈设置电阻应变片，利用采集的应变值检测盾构机唇形密封圈的磨损情况，解决现有技术检测精度低、实时性差、加工难度大等问题，实现精确直接测量橡胶圈的磨损量，高效预防密封性被破坏的情况。

如图3所示为本发明实施例一种盾构机的结构示意图，图中所示盾构机包括：跑道1、应变采集仪2及唇形密封圈3；

唇形密封圈3于跑道1活动连接，唇形密封圈3包括密封圈主体31及多个电阻应变片32；

其中，电阻应变片32设置于密封圈主体31上，电阻应变片32与应变采集仪2连接；

应变采集仪2与外部的上位机连接，用于采集电阻应变片32的应变信号，并将其发送至上位机。

作为本发明的一个实施例，盾构机还包括网线5，网线设置于应变采集仪2与上位机之间。

作为本发明的一个实施例，电阻应变片32设置于密封圈主体31的唇部外侧表面上。

作为本发明的一个实施例，唇形密封圈还包括屏蔽线4，屏蔽线4设置于应变采集仪2与电阻应变片32之间。

在本实施例中，电阻应变片用于将唇形密封圈的变形量转变成电阻的变化；应变采集仪用于测量唇形圈的应变值；带屏蔽的导线用于电阻应变片与采集仪的连接；PC-实时监控唇形圈的磨损量；网线用于分析仪与PC之间的通信；通过在唇形密封圈粘贴电阻应变片，利用电阻应变片的测量唇形密封圈的应变，来判定唇形密封圈的磨损量。

其中，本发明是利用电阻应变片测量密封圈的形变大小，来推断出密封圈的磨损量。总体示意图如图3所示；其组成部分包括：电阻应变片32，盾构机主驱动的唇形密封圈3，带屏蔽的导线4、应变采集仪2、网线5、上位机6。将电阻应变片32贴在唇形密封圈主体31上，在安装唇形密封圈位置附近处打孔，通过带屏蔽的导线4将应变片连接线引出设备外。当设备运行时，由于唇形密封圈3与跑道1长时间的相对运动，唇形密封圈3难免发生磨损，磨损后，密封圈产生一定的形变，应变采集仪2将采集的形变数据上传给上位机，上位机PC将数据通过智能算法处理后，将应变数据转化成唇形密封圈的磨损量，并在显示器上进行显示。

进一步的，唇形密封圈安装在设备前后形状对比示意图5及图6所示；图中101是密封圈在自然状态下的形状，102是密封圈安装在设备后的形状，103是密封圈磨损后的形状，从101和102看出，安装后密封圈弯曲变形，具有一定的压缩量，随着密封圈的磨损，密封圈弯曲形变逐渐消失。

其中，如图5中所示，102表示唇形密封圈安装后，与唇形密封圈原来的形状101相比约有3～4MM的压缩量。随着唇形密封圈与跑道的相对运动，唇形密封圈不断磨损，压缩量也逐渐减小，最终唇形密封圈如图6中103所示。即随着设备作业，唇形密封圈由最初的最大压缩量，逐渐减小，应变也相应减少。应变采集仪根据唇形密封圈应变变化来判断唇形密封圈的磨损程度。

通过实时测量唇形密封圈的应变，来实时检测唇形密封圈的磨损程度。本发明为实时检测唇形密封圈的完整状态及实时检测主驱动密封性的完整性提供了一种有效的检测手段，也为高效预防密封性的破损成为一种可能。

在本实施例中，关于电阻应变片的安装，由于唇形密封圈是橡胶材质，再加上盾构机上所用的唇形密封圈直径一般都比较大，故选择的应变片长度不易过长，否则易折断应变片。为了更加准确的测量唇形密封圈磨损多少，需要根据唇形密封圈直径的大小评估粘贴电阻应变片的数量，以直径1M的密封圈为例进行说明；本发明所用电阻应变片的长度为30MM，鉴于电阻应变片的灵敏度的限制，每两个电阻应变片间距为20MM，即共需要粘贴63片电阻应变片。现以一片电阻应变片为例说明如何安装，应变片安装在唇形密封圈上效果图如图4所示。通过使用胶水将应变片平整的粘贴在唇形密封圈上后，并用特殊的胶水涂抹其表层，进行防护。之后使用带屏蔽的导线4通过三线制接法将电阻应变片与应变采集仪2连接，应变采集仪2通过以太网与PC连接。

其中，唇形密封圈的应变数据与磨损量对应关系，在一定的范围内，磨损量越大，密封圈是应变越大。将电阻应变片粘贴在唇形密封圈上，应变采集仪实时采集唇形密封圈上的应变大小，设备每间隔T时间，手动测量密封圈磨损量D1，并记录此时的应变值x，经过N次测量，得出N组磨损量与应变值对应的值。将N组磨损量与应变值的数据进行拟合，得出磨损量与应变值数学关系，可以为D＝ax

进一步的，在实际应用中，考虑到扰动或其他因素的干扰，应变采集仪采集的数据是无效或异常的，此时，需要添加数字滤波算法，将其干扰数据去除，以免发生误判，然后再将此应变值代入到磨损量与应变值数学关系公式中。

进一步下，得出磨损量后，在上位机6界面上显示，当有一定的磨损时，会提示工作人员，经工作人员确认后，此提示消失。以此让工作人员及时了解密封圈的磨损情况，来更换密封圈，避免了沙土水石进入主驱动破坏主轴承的情况发生。

此外，本发明通过有线的方式与上位机PC通信，也可以用无线通信替代，由此减少了布线，节约成本。

本发明通过在盾构机唇形密封圈设置电阻应变片，利用采集的应变值检测盾构机唇形密封圈的磨损情况，解决现有技术检测精度低、实时性差、加工难度大等问题，实现精确直接测量橡胶圈的磨损量，高效预防密封性被破坏的情况。

如图7所示为本发明实施例一种盾构机唇形密封圈磨损检测装置的结构示意图，图中所示装置包括：

电阻应变值模块10，用于获取多个密封圈电阻应变值；其中，密封圈电阻应变值是由设置于盾构机唇形密封圈上的多个电阻应变片产生的；

磨损量模块20，用于根据所述密封圈电阻应变值，利用预设的磨损量与应变值对应关系，确定各电阻应变片对应位置的磨损量；

磨损结果模块30，用于根据各电阻应变片对应位置的磨损量，得到盾构机唇形密封圈的磨损结果。

基于与上述一种盾构机唇形密封圈磨损检测方法相同的申请构思，本发明还提供了上述一种盾构机唇形密封圈磨损检测装置。由于该一种盾构机唇形密封圈磨损检测装置解决问题的原理与一种盾构机唇形密封圈磨损检测方法相似，因此该一种盾构机唇形密封圈磨损检测装置的实施可以参见一种盾构机唇形密封圈磨损检测方法的实施，重复之处不再赘述。

本发明通过在盾构机唇形密封圈设置电阻应变片，利用采集的应变值检测盾构机唇形密封圈的磨损情况，解决现有技术检测精度低、实时性差、加工难度大等问题，实现精确直接测量橡胶圈的磨损量，高效预防密封性被破坏的情况。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。

如图8所示，该电子设备600还可以包括：通信模块110、输入单元120、音频处理单元130、显示器160、电源170。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图8中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图8中没有示出的部件，可以参考现有技术。

如图8所示，中央处理器100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。

其中，存储器140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器100可执行该存储器140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。

输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。

该存储器140可以是固态存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141(有时被称为缓冲器)。存储器140可以包括应用/功能存储部142，该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。

存储器140还可以包括数据存储部143，该数据存储部143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器140的驱动程序存储部144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。

通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块(发送机/接收机)110耦合到中央处理器100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。

基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)110还经由音频处理器130耦合到扬声器131和麦克风132，以经由扬声器131提供音频输出，并接收来自麦克风132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器130还耦合到中央处理器100，从而使得可以通过麦克风132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器131来播放本机上存储的声音。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。