盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统。


背景技术：

2.盾构机作为一种大型旋转机械，其主驱动密封的性能优良与否直接影响盾构机的掘进效率。但目前的加工技术尚不能满足超大直径盾构机的加工精度，容易造成盾构机主驱动的密封性差、泄漏量高等问题，导致开挖渣石极易进入盾构主驱动密封结构中，破坏密封内部结构，造成主驱动齿轮油泄露，导致盾构停机整修，影响掘进效率和生产安全。
3.近年来，随着科技的发展，出现了对于盾构机主驱动密封检测方面的相关研究，其多为通过检测主驱动齿轮油的液位变化来判断盾构机主驱动密封结构是否完整，但齿轮油的液位降低通常发生在盾构机主驱动密封被破坏后，而无法起到提前预警的作用，更无法监测渣石在主驱动内部的位置。
4.针对相关技术中，对于盾构机主驱动密封结构无法监测内部是否存在渣石以及渣石所在位置的问题，目前尚未给出有效的解决方案。
5.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，能够监测是否存在渣石侵入盾构机主驱动密封结构内，并且在渣石侵入主驱动密封结构后能够实时监测渣石所在位置，可判断采取排渣措施后渣石是否顺利排出。
7.本实用新型的目的可采用下列方案实现：
8.本实用新型提供了一种盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，包括：
9.至少一个超声探针，所述超声探针设置于盾构机的主驱动密封结构内，所述超声探针用于向所述主驱动密封结构内发射超声波并接收返回的超声波；
10.超声探测装置，所述超声探测装置的检测信号接收端与所述超声探针的检测信号输出端相连，所述超声探测装置根据所述超声探针发射的超声波以及返回的超声波检测所述主驱动密封结构内渣石的侵入情况。
11.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述盾构机的盾体环设于所述盾构机的主驱动的外周，所述盾体与所述主驱动之间具有密封间隙，所述超声探针设置于所述盾体上。
12.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述盾体上开设有至少一个安装孔，所述超声探针设置于所述安装孔内，所述安装孔内且朝向所述密封间隙一侧设置有防护罩。
13.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述安装孔为由靠近所述密封间隙至远离所述密封间隙方向孔径递减的阶梯孔，所述超声探针位于所述安装孔内且靠近所述密封间隙一侧。
14.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述超声探针的数量为多个，多个所述超声探针沿所述盾体的周向间隔排布。
15.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述超声探针的数量为多个，多个所述超声探针沿所述盾体的轴向间隔排布。
16.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述超声探测装置的检测信号接收端与所述超声探针的检测信号输出端之间通过线缆连接。
17.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统还包括通讯装置和控制器，所述超声探测装置通过所述通讯装置与所述控制器相连。
18.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述通讯装置设置于靠近所述超声探测装置的位置或设置于所述超声探测装置的内部或设置于盾构机的控制室内；所述控制器设置于盾构机的所述控制室内。
19.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统还包括报警装置，所述报警装置的控制端与所述控制器的控制信号输出端相连。
20.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统还包括显示屏，所述显示屏的图像信号接收端与所述控制器的图像信号输出端相连。
21.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述超声探测装置设置于所述盾体内或所述主驱动内或盾构机的控制室内。
22.由上所述，本实用新型的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统的特点及优点是：在盾构机的主驱动密封结构内设置超声探针，通过超声探针向主驱动密封结构内发射超声波并接收返回的超声波，超声探测装置的检测信号接收端与超声探针的检测信号输出端相连，超声探测装置根据超声探针发射的超声波以及返回的超声波检测主驱动密封结构内是否有渣石侵入，并且能够以图像形式实时显示渣石所在位置，从而能够精准判断采取排渣措施后渣石是否顺利排出，以保证油脂保持对盾构机主驱动良好的密封效果。
附图说明
23.以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
24.图1：为本实用新型盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统中存在渣石的结构示意图。
25.图2：为本实用新型盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统中对渣石进行外排的结构示意图。
26.图3：为本实用新型盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统中盾体的横截面示意图。
27.本实用新型中的附图标号为：
28.1、超声探针；
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2、防护罩；
29.3、线缆；
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4、超声探测装置；
30.5、通讯装置；
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6、报警装置；
31.7、前盾；
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8、盾体；
32.9、主驱动；
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10、油脂；
33.11、渣石；
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12、控制室；
34.13、控制器；
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14、主控室；
35.15、显示屏；
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16、安装孔。
具体实施方式
36.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
37.如图1至图3所示，本实用新型提供了一种盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，该盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统包括至少一个超声探针1和超声探测装置4，超声探针1设置于盾构机的主驱动密封结构内，超声探针1用于向主驱动密封结构内发射超声波并接收返回的超声波；超声探测装置4的检测信号接收端与超声探针1的检测信号输出端相连，超声探测装置4根据超声探针1发射的超声波以及返回的超声波检测主驱动密封结构内渣石11的侵入情况。
38.本实用新型在盾构机的主驱动密封结构内设置超声探针1，通过超声探针1向主驱动密封结构内发射超声波并接收返回的超声波，超声探测装置4的检测信号接收端与超声探针1的检测信号输出端相连，超声探测装置4根据超声探针发射的超声波以及返回的超声波能够以图像形式显示主驱动密封结构内油脂10的密封状况以及油脂10内是否存在渣石11侵入的情况，并且实时显示渣石11所在位置，从而能够精准判断采取排渣措施后渣石11是否顺利排出，以保证油脂10保持对盾构机主驱动良好的密封效果。
39.在本实用新型的一个可选实施例中，如图1、图2所示，盾构机的盾体8和盾构机的主驱动9均位于盾构机的前盾7内，盾构机的盾体8环设于盾构机的主驱动9的外周，在盾体8的内壁与主驱动9的外壁之间具有环状的密封间隙，通过向密封间隙内注入油脂10进行密封，外界的渣石可侵入至密封间隙内，从而破坏密封效果。因此，可将超声探针1设置于盾体8上，实现对密封间隙内是否存在渣石的实时监测。盾构机在掘进过程中，主驱动9处于转动运动状态，而盾构机的盾体8不随主驱动9转动，从而将超声探针1设置于盾体8上可保证超声探针1的稳定性，提升监测精准度。
40.进一步的，如图1至图3所示，盾体8上开设有至少一个安装孔16，超声探针1固定设置于安装孔16内，安装孔16内且朝向密封间隙一侧设置有防护罩2，对渣石11等异物进行阻挡，避免对超声探针1造成损坏。
41.具体的，如图1至图3所示，安装孔16为由靠近密封间隙至远离密封间隙方向孔径递减的阶梯孔，超声探针1位于安装孔16内且靠近密封间隙一侧(即：孔径较大一侧)，可在安装孔16内且远离密封间隙一侧(即：孔径较小一侧)设置线缆3，以便超声探针1的信号传输。
42.进一步的，如图3所示，超声探针1和安装孔16的数量均为多个，多个安装孔16沿盾体8的周向间隔且均匀开设，多个超声探针1分别设置于对应的安装孔16内，从而使得多个超声探针1沿盾体8的周向间隔排布，增大监测范围，提高监测的精准性。
43.进一步的，如图1、图2所示，超声探针1的数量为多个，多个超声探针1沿盾体8的轴向间隔排布。
44.在盾构机正常工作过程中，由于主驱动9的旋转速度极为缓慢，且盾体8与主驱动9之间的密封间隙内仅存在油脂10，因此，超声探针1能够完成对返回的超声波的捕获，进而
使得超声探测装置4能够识别盾体8与主驱动9之间的密封间隙内是否含有渣石11等异物。
45.在本实用新型的一个可选实施例中，如图1、图2所示，超声探测装置4的检测信号接收端与超声探针1的检测信号输出端之间通过线缆3连接。超声探针1将捕获到的超声波信号通过线缆3发送至超声探测装置4，通过超声探测装置4对接收到的超声波信号进行处理，并形成图像，从而判断渣石11侵入情况。其中，超声探测装置4可采用现有超声波探测设备(如：超声波探测仪)。
46.进一步的，线缆为防干扰线缆，防干扰线缆用于数据的传输，且能够避免其他信号的干扰。
47.在本实用新型的一个可选实施例中，如图1、图2所示，盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统还包括通讯装置5、控制器13和显示屏15，超声探测装置4通过通讯装置5与控制器13相连，显示屏15的图像信号接收端与控制器13的图像信号输出端相连。通讯装置5通过无线传输或有线传输等方式将处理的超声数据传输至控制器13，控制器13可通过显示屏15实时显示监测结果，若发现有渣石11侵入以便工作人员及时处理。
48.进一步的，控制器13可为plc控制器。
49.进一步的，显示屏15设置于盾构机的主控室14内。
50.进一步的，如图1、图2所示，通讯装置5设置于靠近超声探测装置4的位置或设置于超声探测装置4的内部，当然，通讯装置5也设置于盾构机的控制室12内或其他位置，能够保证数据的稳定传输即可。其中，控制器13设置于盾构机的控制室12内。
51.在本实用新型的一个可选实施例中，如图1、图2所示，盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统还包括报警装置6，报警装置6的控制端与控制器13的控制信号输出端相连。其中，报警装置6包括警示灯和逻辑控制器，逻辑控制器设置于控制器13内，警示灯设置于盾构机的主控室14内。当超声探针1和超声探测装置4检测到结果异常(即：有渣石11入侵)时，控制器13通过内置的逻辑控制器向警示灯发出控制指令，控制警示灯点亮，起到示警作用。
52.进一步的，如图1、图2所述，超声探测装置4设置于盾体8内或主驱动9内。当然，超声探测装置4也可设置于盾构机的控制室12内或其他位置。
53.本实用新型中，盾构机作为旋转机械，其主驱动9与盾体8之间的密封间隙采用无接触密封(即：通过向密封空隙内注入油脂10，填充密封空隙，有效阻挡开挖的渣石11侵入主驱动密封内)，但受加工精度的影响，油脂难以完全填充密封空隙，导致开挖后的渣石11极易进入密封间隙内，破坏密封内部结构，影响盾构掘进效率和生产安全。本实用新型通过超声探针1对发射超声波后所返回的超声波进行捕获，并通过超声探测装置4接收并处理超声波信号，从而以图像形式对密封间隙内是否存在渣石11等异物进行显示，当监测到密封间隙内有渣石11等异物存在时，可判断为渣石11侵入主驱动密封的内部，通讯装置5将图像信息发送至盾构机的控制器13并通过主控室14内的显示屏15对图像进行显示，同时报警装置6发出报警信号，工作人员可观察记录渣石11的直径、位置及运动情况等，之后，根据实际情况调节油脂10的注入量和主要注入区域，通过油脂10对侵入的渣石进行外排，观察渣石11是否顺利排出主驱动密封内。
54.以下为本实用新型中的一个具体实施例：
55.盾构机在土层中以5r/min的转速进行掘进作业，主驱动密封中(即：盾体8与主驱动9之间的密封间隙内)油脂10的注入量为50ml/min，盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统
中防护罩2和超声探针1布置在盾体8上开设的安装孔16中，每环的安装孔16的数量为6个，每环中的6个安装孔16沿盾体8的周向布设，在盾体8上布置3环安装孔16。盾构机进行掘进工作时，超声探测装置4通过实时处理超声探针1发射和接收的超声波，并形成图像信息，判断主驱动密封内部是否存在渣石。如果在某一时刻，超声探测装置4监测到异常回声信号，则判断为主驱动密封内部存在渣石等异物，之后，通讯装置5将异常信号及图像信息传输至主控室14内的显示屏15中，并同时启动报警装置6，警示灯点亮。如图1所示，通过图像信息确认渣石11已侵入至主驱动密封内部，在最外环监测点及中间环监测点的顶部有两颗直径为10
×
9mm的异常信号源，则可判断有两颗直径为10
×
9mm的渣石11侵入至主驱动密封内部。经过分析，两颗渣石11的直径适中，可通过加大注入油脂量和增加主驱动9转速的方法将渣石11排出，避免渣石11继续深入破坏主驱动的密封效果。在本实施例中，可增加油脂10的注入量至75ml/min，并增大主驱动9的转速至10r/min。如图2所示，经过一段时间后，由超声探测装置4传回的图像信息发现一颗渣石11已从主驱动密封内部排出，另一颗渣石11位于主驱动密封内部的最外侧，也即将排出。再经过一段时间后，超声探测装置4未检测到主驱动密封内部有异常回声，则可判断密封正常，取消异常信号的传输，警示灯关闭。在盾构机的掘进过程中，盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统始终处于工作状态，保持对渣石11等异物的监测。
56.本实用新型的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统的特点及优点是：
57.一、该盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统能够监测是否存在渣石11侵入盾构机主驱动密封结构内，在渣石11对主驱动密封结构破坏之前及时发现主驱动密封结构内的异常情况，起到提前预警的作用。
58.二、该盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统中，在渣石11侵入主驱动密封结构后能够实时监测渣石11所在位置，根据渣石11所在位置有针对性的注入油脂10对渣石进行外排，从而减少排出渣石11所需要消耗的油脂10，而且能够判断采取排渣措施后渣石11是否顺利排出。
59.以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

技术特征：
1.一种盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，其特征在于，包括：至少一个超声探针(1)，所述超声探针(1)设置于盾构机的主驱动密封结构内，所述超声探针(1)用于向所述主驱动密封结构内发射超声波并接收返回的超声波；超声探测装置(4)，所述超声探测装置(4)的检测信号接收端与所述超声探针(1)的检测信号输出端相连，所述超声探测装置(4)根据所述超声探针(1)发射的超声波以及返回的超声波检测所述主驱动密封结构内渣石(11)的侵入情况。2.如权利要求1所述的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，其特征在于，所述盾构机的盾体(8)环设于所述盾构机的主驱动(9)的外周，所述盾体(8)与所述主驱动(9)之间具有密封间隙，所述超声探针(1)设置于所述盾体(8)上。3.如权利要求2所述的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，其特征在于，所述盾体(8)上开设有至少一个安装孔(16)，所述超声探针(1)设置于所述安装孔(16)内，所述安装孔(16)内且朝向所述密封间隙一侧设置有防护罩(2)。4.如权利要求3所述的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，其特征在于，所述安装孔(16)为由靠近所述密封间隙至远离所述密封间隙方向孔径递减的阶梯孔，所述超声探针(1)位于所述安装孔(16)内且靠近所述密封间隙一侧。5.如权利要求2所述的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，其特征在于，所述超声探针(1)的数量为多个，多个所述超声探针(1)沿所述盾体(8)的周向间隔排布。6.如权利要求2所述的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，其特征在于，所述超声探针(1)的数量为多个，多个所述超声探针(1)沿所述盾体(8)的轴向间隔排布。7.如权利要求1所述的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，其特征在于，所述超声探测装置(4)的检测信号接收端与所述超声探针(1)的检测信号输出端之间通过线缆(3)连接。8.如权利要求1所述的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，其特征在于，所述盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统还包括通讯装置(5)和控制器(13)，所述超声探测装置(4)通过所述通讯装置(5)与所述控制器(13)相连。9.如权利要求8所述的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，其特征在于，所述通讯装置(5)设置于靠近所述超声探测装置(4)的位置或设置于所述超声探测装置(4)的内部或设置于盾构机的控制室(12)内；所述控制器(13)设置于盾构机的所述控制室(12)内。10.如权利要求8所述的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，其特征在于，所述盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统还包括报警装置(6)，所述报警装置(6)的控制端与所述控制器(13)的控制信号输出端相连。11.如权利要求8所述的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，其特征在于，所述盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统还包括显示屏(15)，所述显示屏(15)的图像信号接收端与所述控制器(13)的图像信号输出端相连。12.如权利要求2所述的盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，其特征在于，所述超声探测装置(4)设置于所述盾体(8)内或所述主驱动(9)内或盾构机的控制室(12)内。

技术总结
本实用新型为一种盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统，该盾构机主驱动密封渣石侵入监测系统包括：至少一个超声探针，超声探针设置于盾构机的主驱动密封结构内，超声探针用于向主驱动密封结构内发射超声波并接收返回的超声波；超声探测装置，超声探测装置的检测信号接收端与超声探针的检测信号输出端相连，超声探测装置根据超声探针发射的超声波以及返回的超声波检测主驱动密封结构内渣石的侵入情况。本实用新型解决了无法监测盾构机主驱动密封内是否存在渣石以及渣石所在位置的技术问题。题。题。


技术研发人员：牛文琪 詹晨菲 周小磊 朱团辉 张杰 任振 巩启 叶广朋 王越
受保护的技术使用者：中铁工程装备集团有限公司
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/7/14