一种隧道掘进机出渣量测量装置及测量方法与流程

本发明涉及隧道工程，特别是涉及一种隧道掘进机出渣量测量装置及测量方法。

背景技术：

1、隧道掘进机掘进过程中的出渣量是体现掘进机作业状态的一个重要参考指标。出渣量过多表明掌子面存在破碎、塌陷风险；出渣量过少表明刀盘及掌子面区域存在破岩异常、渣土堆积等风险。

2、隧道掘进机出渣量通常根据掘进一环的出渣车厢数进行估算，这种方法精度差，并且存在滞后，无法实时反馈掘进过程中出渣量的变化。近年来，随着机器视觉技术的发展，出现了利用机器视觉连续监测皮带输送机上渣土堆积轮廓计算出渣量的方法。该方法解决了出渣量连续监测的问题，但是由于皮带机的快速运动及振动干扰，这种方法难以获取较高精度的渣土轮廓尺寸；同时，渣土颗粒间存在大量空隙，探测的体积难以排除堆料内部空隙的影响。这些问题导致采用机器视觉方法测量出渣量的精度较差。

3、因此，亟需一种能够实现隧道掘进机出渣量实时、高精度测量的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种隧道掘进机出渣量测量装置及测量方法，该系统利用皮带机和称重传感器实现对隧道掘进机出渣量的连续测量，从而及时反映出隧道掘进机掘进作业过程中的状态，保障隧道掘进机安全掘进。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种隧道掘进机出渣量测量装置，包括出渣斗，所述出渣斗前侧设置有称重支架，所述称重支架前后两侧分别设置有通过滚筒支架固定安装在后配套拖车上的第一滚筒和第二滚筒，所述第一滚筒和所述第二滚筒上绕设有输送皮带，所述称重支架上部设置有用来支撑所述运输皮带的托辊，所述称重支架下端延伸至所述输送皮带下方设置称重传感器，所述称重传感器固定安装在所述后配套拖车上；与所述第一滚筒同轴安装还有旋转编码器。

4、优选地：所述第一滚筒靠近掘进方向，所述第二滚筒靠近掘进机尾部，所述第二滚筒设置在所述出渣斗内部上方，所述第二滚筒两端分别通过轴承与所述出渣斗侧壁相连接，所述第二滚筒两端分别延伸出所述出渣斗，并通过轴承连接在所述滚筒支架上，第一滚筒和第二滚筒尺寸相同且同速、同向旋转，通过摩擦力带动皮带循环运动。

5、优选地：所述称重支架上设置有用来支撑所述托辊的托辊支架，所述托辊与所述托辊支架通过轴承连接。

6、优选地：所述托辊的数量和称重支架长度可以根据皮带总长进行分段设置。

7、优选地：还包括通讯转接模块和上位机，所有称重传感器、旋转编码器通过所述通讯转接模块与所述上位机电连接，所述通讯转接模块将测量信号转换为所述上位机可读取的信号，所述上位机接收到所述通讯转接模块传输的称重测量信号及滚筒转速信号后，对信号进行处理，转换为出渣速度和累计出渣量并在所述上位机上显示。

8、优选地：所述上位机可将出渣速度和累计出渣量与理论值进行对比分析，形成预警信息。

9、一种隧道掘进机出渣量测量方法，其特征在于：使用了上述的一种隧道掘进机出渣量测量装置，包括以下步骤：

10、步骤s1：掘进机开始掘进前，先启动滚筒带动皮带稳定运转；

11、步骤s2：将所有称重传感器置零；

12、步骤s3：掘进机开始掘进地层，掘出的渣土排出至皮带上，随皮带的运行不断运出；

13、步骤s4：在掘进过程中，持续监测称重传感器的数据，利用称重数据和滚筒转速即可计算出渣土排出速度和总排出量；

14、步骤s5：将渣土排出速度、总排出量与历史数据和理论值进行比较，当偏差过大时在上位机上推送预警信息。

15、优选地：所述渣土排出速度的计算方法为：

16、①计算单位长度输送皮带上的渣土质量

17、

18、其中，n为称重传感器总数量，mi为第i个称重传感器的测量值，l为所有称重传感器可监测区域总长度；

19、②计算渣土排出速度q：

20、

21、其中，r为滚筒外圆半径。

22、优选地：所述渣土总排出量的计算方法为：

23、计算某段时间的累计出渣量m：

24、m＝∫qdt。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

26、1、本发明采用实时监测输送皮带上渣土重量及皮带运行速度的方法实现了对隧道掘进机出渣速度和累计出渣量的连续测量，测量精度高、实时性好；

27、2、利用通讯转接模块和上位机，可实现出渣速度和累计出渣量变化的数据分析和直观展示，能及时反映出隧道掘进机掘进作业过程中的状态，从而保障隧道掘进机安全掘进、提高隧道掘进机智能化水平；

28、3、本发明可利用隧道掘进机现有结构进行改造，适用范围广、设备改动小、成本可控。

1.一种隧道掘进机出渣量测量装置，包括出渣斗(6)，其特征在于：所述出渣斗(6)前侧设置有称重支架(8)，所述称重支架(8)前后两侧分别设置有通过滚筒支架固定安装在后配套拖车上的第一滚筒(1)和第二滚筒(5)，所述第一滚筒(1)和所述第二滚筒(5)上绕设有输送皮带(2)，所述称重支架(8)上部设置有用来支撑所述运输皮带的托辊(7)，所述称重支架(8)下端延伸至所述输送皮带(2)下方设置称重传感器(4)，所述称重传感器(4)固定安装在所述后配套拖车上；与所述第一滚筒(1)同轴安装还有旋转编码器(12)。

2.根据权利要求1所述的一种隧道掘进机出渣量测量装置，其特征在于：所述第一滚筒(1)靠近掘进方向，所述第二滚筒(5)靠近掘进机尾部，所述第二滚筒(5)设置在所述出渣斗(6)内部上方，所述第二滚筒(5)两端分别通过轴承与所述出渣斗(6)侧壁相连接，所述第二滚筒(5)两端分别延伸出所述出渣斗(6)，并通过轴承连接在所述滚筒支架上，第一滚筒(1)和第二滚筒(5)尺寸相同且同速、同向旋转，通过摩擦力带动皮带循环运动。

3.根据权利要求1所述的一种隧道掘进机出渣量测量装置，其特征在于：所述称重支架(8)上设置有用来支撑所述托辊(7)的托辊支架(3)，所述托辊(7)与所述托辊支架(3)通过轴承连接。

4.根据权利要求1所述的一种隧道掘进机出渣量测量装置，其特征在于：所述托辊(7)的数量和称重支架(8)长度可以根据皮带总长进行分段设置。

5.根据权利要求1所述的一种隧道掘进机出渣量测量装置，其特征在于：还包括通讯转接模块(10)和上位机(11)，所有称重传感器(4)、旋转编码器(12)通过所述通讯转接模块(10)与所述上位机(11)电连接，所述通讯转接模块(10)将测量信号转换为所述上位机(11)可读取的信号，所述上位机(11)接收到所述通讯转接模块(10)传输的称重测量信号及滚筒转速信号后，对信号进行处理，转换为出渣速度和累计出渣量并在所述上位机(11)上显示。

6.根据权利要求5所述的一种隧道掘进机出渣量测量装置，其特征在于：所述上位机(11)可将出渣速度和累计出渣量与理论值进行对比分析，形成预警信息。

7.一种隧道掘进机出渣量测量方法，其特征在于：使用了如权利要求1-6任意一项所述的一种隧道掘进机出渣量测量装置，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种隧道掘进机出渣量测量方法，其特征在于：所述渣土排出速度的计算方法为：

9.根据权利要求7所述的一种隧道掘进机出渣量测量方法，其特征在于：所述渣土总排出量的计算方法为：