盾构机唇形圈磨损检测方法、装置及盾构机

摘要

本发明提供了一种盾构机唇形圈磨损检测方法、装置及盾构机，所述方法包括：获取多个唇形圈感应电流；其中，所述唇形圈感应电流是通过设置于盾构机唇形圈上的导线切割跑道磁场产生的；根据所述唇形圈感应电流，确定所述盾构机唇形圈上的磨断导线位置；根据所述盾构机唇形圈上的磨断导线位置，确定所述盾构机唇形圈的磨损结果。本发明以磁生电原理为出发点，通过实时采集唇形圈感应电流，利用唇形圈感应电流确定唇形圈磨损情况，实现精确地在线实时检测盾构机唇形圈的磨损量，保证作业人员能够及时了解盾构机唇形圈的磨损情况，同时也为盾构机的密封性提供一种保障。

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圈磨损检测方法、装置及盾构机。

背景技术

盾构机主驱动是盾构机正常运转的直接动力来源，而密封性完整性直接决定了主驱动能否正常工作。盾构机主驱动在隧道作业时，伴随着产生大量的水土沙石颗粒，而主驱动密封的作用就是阻挡那些杂物进入主驱动，避免损坏主轴承导致盾构机瘫痪。面对盾构机作业环境恶劣严重的情况，如何保证主驱动的密封性的完整已是关键。

主驱动的密封性主要有唇形圈和跑道构成，而跑道紧绕唇形圈同心轴旋转，长时间相对运动时，唇形圈难免会磨损。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。随着电子检测技术的发展，已有新的传感器方案，如基于带有弹座的新型压力传感器，该传感器安装在跑道上，某一定程度上存在破坏主驱动封密性的可能性，且在如此恶劣的环境下，传感器也有损坏的风险。因此，目前尚未有成熟具有效的橡胶圈检测方法。

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圈磨损检测方法，方法包括：

获取多个唇形圈感应电流；其中，唇形圈感应电流是通过设置于盾构机唇形圈上的导线切割跑道磁场产生的；

根据唇形圈感应电流，确定盾构机唇形圈上的磨断导线位置；

根据盾构机唇形圈上的磨断导线位置，确定盾构机唇形圈的磨损结果。

可选的，在本发明一实施例中，根据唇形圈感应电流，确定盾构机唇形圈上的磨断导线位置包括：

若存在唇形圈感应电流的电流值为零，则判断电流值持续为零的时间是否超过预设时间阈值；

若超过，则将电流值持续为零的唇形圈感应电流对应的导线作为磨断导线，并利用磨断导线，确定磨断导线位置。

可选的，在本发明一实施例中，方法还包括：根据盾构机唇形圈的磨损结果，生成磨损预警信息。

本发明实施例还提供一种盾构机唇形圈磨损检测装置，装置包括：

感应电流模块，用于获取多个唇形圈感应电流；其中，唇形圈感应电流是通过设置于盾构机唇形圈上的导线切割跑道磁场产生的；

导线位置模块，用于根据唇形圈感应电流，确定所述盾构机唇形圈上的磨断导线位置；

磨损结果模块，用于根据盾构机唇形圈上的磨断导线位置，确定盾构机唇形圈的磨损结果。

可选的，在本发明一实施例中，导线位置模块包括：

电流值单元，用于若存在唇形圈感应电流的电流值为零时，则判断电流值持续为零的时间是否超过预设时间阈值；

磨损导线单元，用于在电流值持续为零的时间超过预设时间阈值时，则将电流值持续为零的唇形圈感应电流对应的导线作为磨断导线，并利用磨断导线，确定磨断导线位置。

可选的，在本发明一实施例中，装置还包括磨损预警模块，用于根据盾构机唇形圈的磨损结果，生成磨损预警信息。

本发明实施例还提供一种盾构机，盾构机包括跑道、唇形圈、导线及两个磁体；

两个磁体设置于所述跑道上；唇形圈上均匀设置多个槽环，槽环用于放置导线，且槽环位于两个磁体之间；

盾构机与上位机连接，在跑道旋转后，所述盾构机内的导线通过切割两个磁体产生的磁感应线产生唇形圈感应电流，并将唇形圈感应电流传输至上位机进行磨损检测处理。

可选的，在本发明一实施例中，盾构机还包括微电流采集模块，微电流采集模块用于采集唇形圈感应电流，并将唇形圈感应电流传输至上位机。

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，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，计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。

本发明以磁生电原理为出发点，通过实时采集唇形圈感应电流，利用唇形圈感应电流确定唇形圈磨损情况，实现精确地在线实时检测盾构机唇形圈的磨损量，保证作业人员能够及时了解盾构机唇形圈的磨损情况，同时也为盾构机的密封性提供一种保障。

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圈磨损检测方法的流程图；

图2为本发明实施例中确定磨断导线位置的流程图；

图3为本发明实施例一种盾构机的横截面示意图；

图4为本发明实施例中带有槽型的唇形圈的示意图；

图5为本发明实施例中带有导线的唇型圈的示意图；

图6为本发明实施例中微电流采集模块与导线连接示意图；

图7为本发明实施例中跑道与唇型圈横截面示意图；

图8为本发明实施例中导线切割磁场示意图；

图9为本发明实施例一种盾构机唇形圈磨损检测装置的结构示意图；

图10为本发明实施例中导线位置模块的结构示意图；

图11为本发明另一实施例中盾构机唇形圈磨损检测装置的结构示意图；

图12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，获取多个唇形圈感应电流；其中，唇形圈感应电流是通过设置于盾构机唇形圈上的导线切割跑道磁场产生的；

步骤S2，根据唇形圈感应电流，确定盾构机唇形圈上的磨断导线位置；

步骤S3，根据所述盾构机唇形圈上的磨断导线位置，确定盾构机唇形圈的磨损结果。

其中，本发明基于磁生电的原理来检测唇形圈磨损量，具体的，在盾构机跑道的两侧固定不同磁极的磁铁，将带导线的唇形圈固定在两磁铁的中部，当跑道旋转运动时，唇形圈上的导线与跑道上的磁场发生相对运动，切割磁场线，产生感应电流(即唇形圈感应电流)。通过采集感应电流的值，并将值上报给上位机，上位机根据感应电流的大小，判断橡胶圈的磨损量，并在控制屏上显示，并提醒工作人员及时更换橡胶圈，避免了沙石进入主驱动破坏系统。

进一步的，上位机获取多个唇形圈感应电流后，根据唇形圈感应电流的值来确定盾构机唇形圈上的磨断导线位置。具体的，当唇形圈上的导线经过磨损后断开，不能通过切割磁场产生感应电流。因此，通过实际工况预设时间阈值，例如10秒等，当某一唇形圈感应电流的值为零的时间超过预设时间阈值时，则判定该唇形圈感应电流对应的导线为磨断导线。

进一步的，盾构机唇形圈上设置的导线之间相距预设距离，且每一导线均具有其在唇形圈上对应的位置信息。根据预先设置及存储的导线位置信息，当判定某一导线为磨断导线时，可以获知该磨断导线对应的位置信息，即磨断导线位置。

进一步的，确定磨断导线位置后，可以得到盾构机唇形圈的磨损结果。具体的，可以通过预先设定的方式，设置不同磨断导线位置对应的盾构机唇形圈磨损量。由此，在获知磨断导线位置后，可以确定盾构机唇形圈磨损量。

具体的，利用预设的磨损导线位置与磨损程度的对应关系，确定盾构机橡胶圈的磨损结果。其中，由于导线设置在唇形圈上的位置不同，最外面的导线最先被磨损，不同位置的导线被磨断所代表的磨损量不同。可以通过预先实验的方式，对唇形圈进行磨损，当导线磨断后，测量当前唇形圈的磨损量，由此可以得到不同导线位置与磨损量的对应关系，即磨损导线位置与磨损程度的对应关系。

作为本发明的一个实施例，如图2所示，根据唇形圈感应电流，确定盾构机唇形圈上的磨断导线位置包括：

步骤S21，若存在唇形圈感应电流的电流值为零，则判断电流值持续为零的时间是否超过预设时间阈值；

步骤S22，若超过，则将电流值持续为零的唇形圈感应电流对应的导线作为磨断导线，并利用磨断导线，确定磨断导线位置。

其中，由于唇形圈上的导线经过磨损后断开，不能通过切割磁场产生感应电流。因此，通过实际工况预设时间阈值，例如10秒等，当某一唇形圈感应电流的值为零的时间超过预设时间阈值时，则判定该唇形圈感应电流对应的导线为磨断导线。

进一步的，盾构机唇形圈上设置的导线之间相距预设距离，且每一导线均具有其在唇形圈上对应的位置信息。根据预先设置及存储的导线位置信息，当判定某一导线为磨断导线时，可以获知该磨断导线对应的位置信息，即磨断导线位置。

作为本发明的一个实施例，方法还包括：根据盾构机唇形圈的磨损结果，生成磨损预警信息。

其中，根据实际工况需求，可将不同磨损量的值对应划分为轻微磨损、普通磨损即严重磨损等，即磨损结果。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。

本发明以磁生电原理为出发点，通过实时采集唇形圈感应电流，利用唇形圈感应电流确定唇形圈磨损情况，实现精确地在线实时检测盾构机唇形圈的磨损量，保证作业人员能够及时了解盾构机唇形圈的磨损情况，同时也为盾构机的密封性提供一种保障。

如图3所示为本发明实施例一种盾构机的横截面示意图，图中所示盾构机包括：跑道1、唇形圈5(唇形橡胶圈/唇形密封圈)、导线3及两个磁体2、4；

两个磁体2和4设置于跑道1上；唇形圈5上均匀设置多个槽环，槽环用于放置导线3，且槽环位于两个磁体之间；

盾构机与上位机连接，在跑道1旋转后，盾构机内的导线3通过切割两个磁体2和4产生的磁感应线产生唇形圈感应电流，并将唇形圈感应电流传输至上位机进行磨损检测处理。

作为本发明的一个实施例，盾构机还包括微电流采集模块7，微电流采集模块7用于采集唇形圈感应电流，并将唇形圈感应电流传输至上位机。

在本实施例中，图3中设备包括：带磁铁的跑道，磁铁主要用于产生磁场；细导线，布置在橡胶圈上，用于切割磁场线，产生感应电流；微电流采集控制模块，采集感应电流，并上报给上位机；带有不同直径等间距槽环的橡胶圈，槽环方便用于布置导线；带屏蔽的导线，用于与上位机通信。具体的，磁体旋转，而导线静止不动；当磁体旋转时，与导线发生相对运动，导线切磁场线，产生感应电流。而盾构机所用的橡胶圈是唇形结构，与磁体的运动发生成一定的夹角a，由电流感应公式I＝BLVsina可知，产生的感应电流为I。

其中，如图3所示盾构机总体效果横截图，包括主驱动内的跑道1，在设备正常运转时，跑道旋转；固定在跑道上磁体的N极2；带屏蔽的导线6，将唇形橡胶圈上的细导线通过打孔方式从孔处引出设备外与微电流采集模块相连；固定在跑道上磁体的S极4；唇形圈5，橡胶圈内有相同间距不同直径的圆槽，即槽环，在设备工作时，唇形圈静止。细导线3，等间距有规则的布置在橡胶圈上，导线两端切割磁场线，产生电流；微电流采集模块7，该模块放在设备外面。将采集到的电流值经过算法处理后，上报给上位机进行判断密封圈的磨损情况。

进一步的，盾构机正常运行时，跑道1进行旋转，与唇形圈5的唇部发生相对运动，从图3可知，导线的两端与磁场的运动方向成一定的夹角a。根据法拉第电磁感应定律可知，切割磁场线的导线的有效长度为L*sina，产生的感应电流为I＝BLVsina。当细导线被磨断后，此电路不能形成闭合的回路，电流为0，此时可知橡胶圈已磨损，同时也根据磨断的细导线位置，判断橡胶圈的磨损量，比如当系统检测到从橡胶圈唇边数第一根导线上的电流为0时，就认为此导线已被磨断，橡胶圈已磨损1MM，以此类推。

在本实施例中，如图4所示的唇形圈的俯视图，考虑到便于生产，在唇形圈从唇边处挖一定的宽度和深度的槽环，槽宽的宽度决定了可检测橡胶圈的最大磨损量。图4中的41和42是唇形密封圈上槽环形的两边，同时41也是唇形密封圈的唇边缘处；43和44是上下对称轴的导线引出槽，用于将导线引出设备外，同时此槽内的导线可以切割磁场线，产生感应电流。

其中，现取30AWG-6P总宽度为6MM的细导线，将导线沿着密封圈槽，绕着左右对称的两个半圆环，导线的两端分别从导线引出槽引出设备，并用特殊胶水进行固定及防护，效果示意图如图5所示。此方式的布局是为了最大化的增加导线切割磁场线的有效长度，同时也不限于其他方式增加导线切割磁场线的长度。具体的，胶水可采用常见的具有固定与防护功能的胶水。

进一步的，通过带屏蔽的导线将微电流采集模块与细导线相连，连线示意图如图6所示；从图中可知，对于一个圆周来说，唇形圈的唇边缘是有两条导线绕制而成，即在一定时间内，只要检测到其中的一条导线电流为0，就可以判断该导线被磨断，唇形圈已被磨损。

其中，为了让唇形圈上的导线切割磁场，需要在跑道上安装两块磁体2和4，此磁体上下对称。跑道与唇形圈的横截面如图7所示，从图可以看出同一磁体的N极与S极轴对称，两个磁体上下对称。上左部分是磁体的N极2，上右部分是磁体的S极4；而下左部分是磁体的S极，下右部分是磁体的N极；磁体的长度为L；跑道1，当跑道旋转运动时，31和32是导线，做切割磁场线，产生感应电流。

进一步的，唇形圈竖起时，顶部上的导线在磁场上切割磁场线示意图如图8所示，包括：唇型密封圈5，磁体产生的磁场81，唇形圈上的导线3，跑道1。当跑道顺时针旋转时，由右手定则可知，产生的电流方向向下；而底部上的导线与顶部上的导线运动方向相反，磁场方向也与顶部的磁场方向相反，故由右手定则可知，底部上的导线做切割磁场时，产生的感应电流方向也为下，从而增大了整个导线上的电流，有利于电流的采集。

进一步的，由于磁体上下中心对称，故磁体的长度应小于等于唇型密封圈周长的一半。当磁体的长度等于唇形圈周长的一半时，此时导线持续不断的做切割磁场线运动，故感应电流一直存在，当导线磨断后，感应电流才会消失。当磁体的长度小于唇型密封圈周长时，产生的感应电流以一定的时间间隔出现和消失。假定跑道旋转速度为V，唇型密封圈的周长为S，旋转一周的时间T2＝S/V；电流消失时间为T1＝(S-2L)/2/V。即在T2时间内，感应电流以T2-T1的时间周期出现。

综上所述，跑道上的磁体产生磁场，当跑道运转时，与密封圈上的导线发生相对运动，导线做切割磁场运动，产生感应电流，通过微小电流采集模块采集导线的电流，在一定时间内，如果采集的电流一直为0，则可知导线被磨断，根据导线所在的位置，转化为磨损量，并将此磨损量上报给上位机，上位机进行显示，并提醒作业人员及时更换密封圈。

此外，目前本发明将电流采集模块放在设备外，可将此模块集成小型化，将此模块放在橡胶圈内，减少布线。目前本发明在跑道上安装两个上下中心对称的磁体，也可以安装其他数目的磁体。本发明对电流采集模块与上位机的通讯方式不做限制，可以用无线，也可以用有线。在橡胶圈上挖槽不是必须，技术成熟时，可以将排线囊嵌在橡胶圈内。

本发明以磁生电原理为出发点，通过实时采集唇形圈感应电流，利用唇形圈感应电流确定唇形圈磨损情况，实现精确地在线实时检测盾构机唇形圈的磨损量，保证作业人员能够及时了解盾构机唇形圈的磨损情况，同时也为盾构机的密封性提供一种保障。

如图9所示为本发明实施例一种盾构机唇形圈磨损检测装置的结构示意图，图中所示装置包括：

感应电流模块10，用于获取多个唇形圈感应电流；其中，唇形圈感应电流是通过设置于盾构机唇形圈上的导线切割跑道磁场产生的；

导线位置模块20，用于根据唇形圈感应电流，确定盾构机唇形圈上的磨断导线位置；

磨损结果模块30，用于根据盾构机唇形圈上的磨断导线位置，确定盾构机唇形圈的磨损结果。

作为本发明的一个实施例，如图10所示，导线位置模块20包括：

电流值单元21，用于若存在唇形圈感应电流的电流值为零时，则判断电流值持续为零的时间是否超过预设时间阈值；

磨损导线单元22，用于在电流值持续为零的时间超过预设时间阈值时，则将电流值持续为零的唇形圈感应电流对应的导线作为磨断导线，并利用磨断导线，确定磨断导线位置。

作为本发明的一个实施例，如图11所示，装置还包括磨损预警模块40，用于根据盾构机唇形圈的磨损结果，生成磨损预警信息。

基于与上述一种盾构机唇形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圈磨损检测装置。由于该一种盾构机唇形圈磨损检测装置解决问题的原理与一种盾构机唇形圈磨损检测方法相似，因此该一种盾构机唇形圈磨损检测装置的实施可以参见一种盾构机唇形圈磨损检测方法的实施，重复之处不再赘述。

本发明以磁生电原理为出发点，通过实时采集唇形圈感应电流，利用唇形圈感应电流确定唇形圈磨损情况，实现精确地在线实时检测盾构机唇形圈的磨损量，保证作业人员能够及时了解盾构机唇形圈的磨损情况，同时也为盾构机的密封性提供一种保障。

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12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12中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图12中没有示出的部件，可以参考现有技术。

如图12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。