基于盾構(gòu)機(jī)盾尾尺寸測(cè)量的精密電氣設(shè)備加工技術(shù)研究

周俊 葛兵

摘要：盾構(gòu)機(jī)作為工業(yè)發(fā)展的大型機(jī)械，在施工過程中，要實(shí)時(shí)測(cè)量盾尾的尺寸，來避免機(jī)械的磨損，保證施工的安全性，因此，提出基于盾構(gòu)機(jī)盾尾尺寸測(cè)量的精密電氣設(shè)備加工技術(shù)研究。本文通過設(shè)定盾構(gòu)機(jī)外殼到管片的距離參數(shù)并通過公式計(jì)算出外殼到管片的距離，對(duì)盾構(gòu)機(jī)外殼到管片的距離進(jìn)行分析，制定精密電氣設(shè)備加工技術(shù)實(shí)驗(yàn)，從而證明精密電氣設(shè)備加工技術(shù)可以方便準(zhǔn)確的測(cè)量盾構(gòu)機(jī)盾尾的尺寸。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；盾尾尺寸；測(cè)量；加工技術(shù)

中圖分類號(hào)：TH863 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

新世紀(jì)，工業(yè)的發(fā)展備受矚目，安全問題也成為當(dāng)今社會(huì)最重視的問題之一，因此，要保證盾構(gòu)機(jī)工作過程的安全性[1]，要時(shí)刻測(cè)量盾尾的尺寸。盾構(gòu)機(jī)作為一種隧道挖掘的特殊型機(jī)械，盾尾尺寸的測(cè)量有很多方法，包括人工測(cè)量、計(jì)算機(jī)測(cè)量等，但出于時(shí)間和成本的考慮，需要研究一門技術(shù)為盾尾尺寸測(cè)量提供便利，因此，采用精密電氣設(shè)備加工技術(shù)來對(duì)盾構(gòu)機(jī)盾尾尺寸進(jìn)行測(cè)量，從而節(jié)約成本、提高盾構(gòu)機(jī)的安全性。

1精密電氣設(shè)備加工技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1設(shè)定盾構(gòu)機(jī)外殼到管片的距離參數(shù)

盾構(gòu)機(jī)的盾尾結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，還要考慮環(huán)境因素對(duì)盾構(gòu)機(jī)盾尾間隙測(cè)量的影響，因此，選用精密電氣設(shè)備加工技術(shù)通過測(cè)量連桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度來間接的測(cè)量盾構(gòu)外殼到管片的距離。

具體的參數(shù)設(shè)定是在盾構(gòu)機(jī)的盾尾安裝幾個(gè)傳感器，通過傳感器間接地測(cè)量管片在推出盾尾時(shí)轉(zhuǎn)過的角度，由于傳感器的連接裝置長(zhǎng)度是一定的，那么就可以根據(jù)連桿的長(zhǎng)度和連桿通過盾尾時(shí)轉(zhuǎn)過的角度測(cè)量外殼到管片的距離，外殼到管片的距離是盾尾內(nèi)徑到管片外徑之間的距離，每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)外殼到管片的距離都是不同的，所以就要通過外殼到管片的距離來測(cè)量盾尾與管片的圓心偏差。

圖1 測(cè)量原理圖

如圖1所示，連桿在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于連桿的長(zhǎng)度大于盾構(gòu)機(jī)盾尾間隙，所以管片就會(huì)碰到連桿導(dǎo)致連桿轉(zhuǎn)動(dòng)形成一個(gè)角 ，只要能夠通過角度測(cè)量器測(cè)量出連桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度就可以測(cè)量外殼到管片的距離[2]。

1.2計(jì)算外殼到管片的距離

傳感器是由一個(gè)安裝在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部的外殼和一個(gè)與盾構(gòu)機(jī)外殼相連的連桿組成，當(dāng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連接連桿與外殼的中心軸也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，將彈簧裝置安裝在連桿與中心軸之間，當(dāng)管片退出盾尾后，彈簧裝置可以使連桿恢復(fù)到原來的位置，這樣就可以自動(dòng)測(cè)量盾構(gòu)機(jī)外殼到管片的距離，距離測(cè)量公式為：

距離測(cè)量公式可以根據(jù)連桿的長(zhǎng)度和連桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角度直接計(jì)算出盾構(gòu)機(jī)外殼到管片的距離，再結(jié)合傳感器的信號(hào)采集和電路的處理以及電平轉(zhuǎn)換模塊來研究精密電氣設(shè)備加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

1.3 確定信號(hào)采集與處理

信號(hào)采集與電路的處理作為整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵。信號(hào)采集主要是對(duì)信號(hào)的接收、對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和信號(hào)采集。通過傳感器測(cè)量的信號(hào)屬于模擬信號(hào)，信號(hào)處理就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，這種方式便于信號(hào)的傳輸。由于盾構(gòu)機(jī)的電路很容易受到外部環(huán)境因素的干擾，并且盾構(gòu)機(jī)本身又容易磨損，因此確定信號(hào)采集和處理可以保證盾構(gòu)機(jī)外殼到管片之間距離測(cè)量的準(zhǔn)確性。

1.4確定電平轉(zhuǎn)換模塊

盾構(gòu)機(jī)電平轉(zhuǎn)換的主要內(nèi)容是將遠(yuǎn)距離傳輸過來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為上位機(jī)可以接受的信號(hào)模式，但是上位機(jī)的接口不同需要的電平標(biāo)準(zhǔn)也不同，必須保證接口與電平的型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)是匹配的，如果連接異常就無法對(duì)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，嚴(yán)重的還會(huì)造成上位機(jī)接口損壞，因此，必須將接收信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換成為上位機(jī)可以接受的電平，從而達(dá)到測(cè)量的精密性和準(zhǔn)確性。

1.5實(shí)現(xiàn)多因素檢測(cè)

使用精密電氣設(shè)備加工技術(shù)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的盾尾尺寸進(jìn)行測(cè)量后，為了驗(yàn)證精密電氣設(shè)備加工技術(shù)對(duì)測(cè)量盾構(gòu)機(jī)盾尾尺寸的便利性和可信度，因此，采用多種因素進(jìn)行檢測(cè)。

首先，測(cè)量的環(huán)境會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果。盾構(gòu)機(jī)在工作過程中，產(chǎn)生的溫度和濕度、振動(dòng)等因素都會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果，在測(cè)量盾尾尺寸的時(shí)候，通常選用6m外徑的管片和6.05m內(nèi)徑的盾尾組合的盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行測(cè)量，這種組合的盾構(gòu)機(jī)可以有效降低盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)等外界因素對(duì)測(cè)量的影響，從而保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

其次，盾尾間隙對(duì)測(cè)量的結(jié)果也有一定的影響[3]。由于地區(qū)的土體強(qiáng)度不均勻，盾構(gòu)機(jī)在工作時(shí)，盾尾的間隙大大超出了規(guī)定的距離，這樣就會(huì)導(dǎo)致盾尾刷很快被磨損以及管片也會(huì)被壓裂；然而盾尾的間隙也不能過小，如果盾尾間隙小，盾構(gòu)機(jī)在工作時(shí)盾尾的鋼絲刷就會(huì)干擾管片，不僅會(huì)使盾構(gòu)機(jī)減低挖掘速度、增大前進(jìn)阻力，還會(huì)損壞管片。因此，盾構(gòu)機(jī)的盾尾間隙要保持允許的范圍內(nèi)[4]，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

然而，土體強(qiáng)度也會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果。土體的強(qiáng)度大，會(huì)使盾構(gòu)機(jī)在挖掘過程中的壓力變大，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)的工作壓力超出了它所能承受的壓力時(shí)，千斤頂也隨之承受更大的壓力，為了減輕千斤頂?shù)膲毫?，達(dá)到節(jié)約成本的目的，因此，在測(cè)量盾尾尺寸時(shí)，盡量選擇土體強(qiáng)度適中的地區(qū)完成準(zhǔn)確測(cè)量。

2測(cè)試實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過程中，選擇型號(hào)相同的16臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，通過計(jì)算盾構(gòu)機(jī)外殼到管片距離的大小來研究精密電氣設(shè)備加工技術(shù)，信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)換必須來自同一臺(tái)傳感器，同時(shí)要保證實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境穩(wěn)定，溫度和濕度不能波動(dòng)太大，分別采用本文的精密電氣設(shè)備加工技術(shù)與原始技術(shù)，計(jì)算盾構(gòu)機(jī)外殼到管片的距離，比較哪一種技術(shù)計(jì)算的結(jié)果與盾構(gòu)機(jī)的名牌結(jié)果相近，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下[5]。

藍(lán)色直線為盾構(gòu)機(jī)名牌標(biāo)識(shí)的距離， 代表原始技術(shù)計(jì)算的距離， 代表精密電氣設(shè)備加工技術(shù)計(jì)算的距離。

圖2 不同技術(shù)得到的盾構(gòu)機(jī)外殼到管片距離

圖二的結(jié)果表明，精密電氣設(shè)備加工技術(shù)計(jì)算出來的盾構(gòu)機(jī)外殼到管片的距離更接近盾構(gòu)機(jī)名牌標(biāo)識(shí)的距離，而原始技術(shù)計(jì)算的結(jié)果相比較精密電氣設(shè)備加工技術(shù)還是有一些差距的，因此，精密電氣設(shè)備加工技術(shù)實(shí)驗(yàn)為本文的精密電氣設(shè)備加工技術(shù)研究提供了有效的依據(jù)。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，精密電氣設(shè)備加工技術(shù)的研究是從盾構(gòu)機(jī)本身出發(fā)，先設(shè)定盾構(gòu)機(jī)外殼到管片的距離參數(shù)，并通過公式計(jì)算出盾構(gòu)機(jī)外殼到管片的距離，再確定信號(hào)采集與處理和電平的轉(zhuǎn)換，最后通過精密電氣設(shè)備加工技術(shù)實(shí)驗(yàn)，得出精密電氣設(shè)備加工技術(shù)比原始技術(shù)計(jì)算出來的盾構(gòu)機(jī)外殼到管片的距離更接近名牌標(biāo)識(shí)的距離。本文基于盾構(gòu)機(jī)盾尾尺寸測(cè)量的精密電氣設(shè)備加工技術(shù)研究，為盾構(gòu)機(jī)的盾尾尺寸提供了便捷的條件。

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（作者單位：1北方重工裝備（沈陽(yáng)）有限公司；

2北方重工集團(tuán)銷售有限公司）