本发明涉及盾构机刀具检测技术领域，尤其涉及一种实时测定盾构刀盘振动特性的实验装置和方法。
背景技术：
在隧道修建技术高速发展的今天，盾构法日益成为隧道施工的主流工法，尤其在城市地铁隧道工程施工时基本都用到盾构法。盾构是通过前方盾构机刀盘不断旋转切削隧道开挖面岩土来实现隧道的掘进。而在刀盘旋转切削岩土的过程中，由于岩土硬度的不均衡不可避免地会产生振动，而这个振动往往是对机械有害的低频振动，若刀盘振动频率与刀盘固有频率接近极易造成刀盘共振，引起刀盘开裂损伤，造成盾构停机甚至引发安全事故。因此，研究盾构刀盘振动特性对于预防刀盘共振确保盾构施工安全具有重要意义。
目前，国内对于盾构刀盘振动的监测还处于空白阶段，既没有成熟的监测设备，也没有合理的监测方法。
技术实现要素：
本发明的实施例提供了一种实时测定盾构刀盘振动特性的实验装置和方法，以克服现有技术的缺点。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
根据本发明的一个方面，提供了一种实时测定盾构刀盘振动特性的实验装置，包括：智能采集器、智能振动分析仪、保护壳、显示器和固定底座；
所述智能采集器利用螺丝固定在所述保护壳内，所述密封保护盖安装在所述保护壳的顶部；所述固定底座焊接在盾构刀盘上，所述保护壳安装在固定底座上；
所述智能采集器通过无线网络连接智能振动分析仪，所述智能振动分析仪通过数据线连接显示器，在盾构机掘进时，所述智能采集器同时测量x、y、z三个方向的频率响应数据，将采集的频率响应数据通过数据线传输给智能振动分析仪，智能振动分析仪对接收到的频率响应数据进行分析，获取盾构刀盘的振动特性。
优选地，所述智能采集器包括三轴振动传感单元、信号调理电影、积分电路、ad采集单元、配置组态、电池供电和低功耗蓝牙通信模块，底部带有智能采集器的固定接口a。
优选地，所述保护壳材质为耐磨合金，形状为圆柱体，底部设有智能采集器固定接口b，外周设有固定接口，密封保护盖与保护壳通过螺纹接口相连，所述密封保护盖为pvc材质的圆柱状顶盖，所述智能采集器固定于智能采集器固定接口b上，所述固定接口与盾构刀盘上的固定底座螺纹连接。
优选地，所述密封保护盖带有螺纹，所述保护壳也带有螺纹，且与密封保护盖的螺纹相匹配。
优选地，所述固定接口带有螺纹，且该螺纹与保护壳上螺纹相匹配。
根据本发明的另一个方面，提供了一种实时测定盾构刀盘振动特性的实验方法，应用于所述的装置，所述方法包括：
1、将智能采集器利用螺丝固定在保护壳内，之后将密封保护盖安装在保护壳的顶部；
2、将固定底座焊接在盾构刀盘上；
3、将保护壳安装在盾构机土仓隔板上；
4、连接好显示器，智能振动分析仪的电源，并连接好智能采集器与显示器之间的数据线；
5、在盾构机掘进时，智能采集器同时测量x、y、z三个方向的频率响应，将采集的频率响应数据通过数据线传输给智能振动分析仪，智能振动分析仪对接收到的频率响应数据进行分析，获取盾构刀盘的振动特性，该振动特性包括振动频率及振动加速度。
优选地，所述智能采集器的测量频率范围为10～550hz，加速度峰值为16g，工作温度为-40～85℃。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例可以方便快捷地在盾构掘进过程中测量刀盘振动的频率及加速度。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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为本发明实施例提供的一种实时测定盾构刀盘振动特性的实验装置的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种保护壳结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种密封保护盖结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种智能振动分析仪结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种固定底座的结构示意图。
图6为本发明实施例提供的一种智能采集器的结构示意图。
图中主要附图标记含义如下：
1-智能采集器；2-智能振动分析仪；3-保护壳；4-螺纹接口；5-智能采集器固定接口a；6-智能采集器固定接口b；7-固定接口；8-密封保护盖；固定底座(11)。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明实施例提供的一种实时测定盾构刀盘振动特性的实验装置的结构图，图2为本发明实施例提供的一种保护壳的结构示意图，图3为本发明实施例提供的一种密封保护盖的结构示意图，图4为本发明实施例提供的一种智能振动分析仪的结构示意图，图5为本发明实施例提供的一种固定底座的结构示意图，图6为本发明实施例提供的一种智能采集器的结构示意图。
如图1、2、3、4、5和6所示，上述实时测定盾构刀盘振动特性的实验装置包括：智能采集器1、智能振动分析仪2、保护壳3、位于保护壳3底部的智能采集器固定接口b6、位于保护壳3外周的固定接口7、密封保护盖8和固定底座11。
本发明实施例中，智能采集器1包括三轴振动传感单元、信号调理电路、积分电路、ad(模数转换)采集单元、配置组态、电池供电和低功耗蓝牙通信模块，底部带有智能采集器固定接口a(5)。
智能采集器1中的三轴振动传感单元可以同时测量x、y、z三个方向的频率响应，信号调理电路和积分电路对测量得到的频率响应信号进行处理后，ad采集单元再将频率响应信号转换为数字信号。
本发明实施例中，所述保护壳3材质为耐磨合金，形状为圆柱体，底部设有智能采集器固定接口6，外周设有固定接口7，顶部设有密封保护盖8。所述保护壳3材质为耐磨合金，形状为圆柱体，底部设有智能采集器固定接口b6，外周设有固定接口7，顶部设有密封保护盖8。
本发明实施例中，所述密封保护盖8带有螺纹，所述保护壳3也带有螺纹，且与密封保护盖8螺纹相匹配。
本发明实施例中，所述固定接口7带有螺纹，且螺纹与固定底座上螺纹相匹配。
本发明实施例中，所述智能采集器1通过蓝牙信号等无线网络与智能振动分析仪2连接。
基于上述实现测定盾构刀盘振动特性的实验装置，本发明实施例还提供了一种用于实时测定盾构刀盘振动特性的实验方法，包括步骤如下：
(1)将智能采集器1利用螺丝固定在保护壳3内，之后将密封保护盖8安装在保护壳3的顶部；
(2)将固定底座11焊接在盾构刀盘上；
(3)将保护壳3安装在盾构机土仓隔板上；
(4)连接好显示器5，智能振动分析仪2的电源，并连接好智能采集器1与显示器5之间的数据线；
(5)在盾构机掘进时，智能采集器(1)中的三轴振动传感单元可以同时测量x、y、z三个方向的频率响应，测量频率范围10～550hz，加速度峰值为16g，工作温度为-40～85℃，采样长度和采样频率均可调。智能采集器(1)将采集的频率响应数据通过数据线传输给智能振动分析仪2，智能振动分析仪2对接收到的频率响应数据进行分析，获取盾构刀盘的振动特性，该振动特性包括振动频率及振动加速度。
综上所述，本发明实施例提出的装置和方法可以在盾构机掘进过程中，安全、准确和快捷地测量盾构刀盘的振动频率及振动加速度等振动特性。
本发明具有密封性能好，防水、防油污，耐磨，防电磁干扰，适用于恶劣的工业环境的优点，能够在不干扰正常盾构施工的前提下监测盾构刀盘振动情况，弥补了盾构刀盘结构振动监测领域的空白，本发明可以测试盾构机刀盘在不同地层条件下掘进时刀盘振动频率、加速度。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
1.一种实时测定盾构刀盘振动特性的实验装置，其特征在于，包括：智能采集器、智能振动分析仪、保护壳、显示器和固定底座；
所述智能采集器利用螺丝固定在所述保护壳内，所述密封保护盖安装在所述保护壳的顶部；所述固定底座焊接在盾构刀盘上，所述保护壳安装在固定底座上；
所述智能采集器通过无线网络连接智能振动分析仪，所述智能振动分析仪通过数据线连接显示器，在盾构机掘进时，所述智能采集器同时测量x、y、z三个方向的频率响应数据，将采集的频率响应数据通过数据线传输给智能振动分析仪，智能振动分析仪对接收到的频率响应数据进行分析，获取盾构刀盘的振动特性。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述智能采集器包括三轴振动传感单元、信号调理电路、积分电路、ad采集单元、配置组态、电池供电和低功耗蓝牙通信模块，底部带有智能采集器的固定接口a。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保护壳材质为耐磨合金，形状为圆柱体，底部设有智能采集器固定接口b，外周设有固定接口，密封保护盖与保护壳通过螺纹接口相连，所述密封保护盖为pvc材质的圆柱状顶盖，所述智能采集器固定于智能采集器固定接口b上，所述固定接口与盾构刀盘上的固定底座螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封保护盖带有螺纹，所述保护壳也带有螺纹，且与密封保护盖的螺纹相匹配。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定接口带有螺纹，且该螺纹与保护壳上螺纹相匹配。
6.一种实时测定盾构刀盘振动特性的实验方法，其特征在于，应用于权利要求1至5任一项所述的装置，所述方法包括：
1、将智能采集器利用螺丝固定在保护壳内，之后将密封保护盖安装在保护壳的顶部；
2、将固定底座焊接在盾构刀盘上；
3、将保护壳安装在盾构机土仓隔板上；
4、连接好显示器，智能振动分析仪的电源，并连接好智能采集器与显示器之间的数据线；
5、在盾构机掘进时，智能采集器同时测量x、y、z三个方向的频率响应，将采集的频率响应数据通过数据线传输给智能振动分析仪，智能振动分析仪对接收到的频率响应数据进行分析，获取盾构刀盘的振动特性，该振动特性包括振动频率及振动加速度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述智能采集器的测量频率范围为10～550hz，加速度峰值为16g，工作温度为-40～85℃。
技术总结