王光輝，呂瑞虎

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河南洛陽(yáng) 471009)

0 引言

隨著盾構(gòu)制造技術(shù)的發(fā)展，盾構(gòu)適應(yīng)地層范圍越來(lái)越廣。盾構(gòu)技術(shù)不僅在比較均勻、單一的土層中得到了廣泛應(yīng)用，在各種軟硬交替復(fù)合地層中的應(yīng)用也開始逐步推廣。刀具磨損嚴(yán)重是盾構(gòu)在復(fù)合地層中遇到的最大難題之一，因此，刀具磨損檢測(cè)技術(shù)是盾構(gòu)施工重要的研究方向之一。

目前，刀具磨損的檢測(cè)方法主要有電氣檢測(cè)法、液壓檢測(cè)法、開艙檢查、異味添加劑、掘進(jìn)參數(shù)分析等。開艙檢查法直接有效，但風(fēng)險(xiǎn)很高，容易引起開挖面坍塌，進(jìn)而影響隧道周邊建筑物的安全;異味添加劑在土壓平衡盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)中的應(yīng)用效果一般［1］。文獻(xiàn)［2－4］主要針對(duì)TBM刀具磨損檢測(cè)的掘進(jìn)參數(shù)分析法進(jìn)行了具體分析并介紹了其應(yīng)用情況，但從應(yīng)用結(jié)果看，經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)測(cè)速度與預(yù)測(cè)速度偏差較大的情況，且在更換了刀具后，需要及時(shí)更新基準(zhǔn)環(huán)，建立新的預(yù)測(cè)模型，檢測(cè)結(jié)果的可靠性與及時(shí)性不高;文獻(xiàn)［5－6］介紹刀具磨損傳感器檢測(cè)方法，但均未論述檢測(cè)儀安裝、信號(hào)傳輸、續(xù)航能力等問(wèn)題;文獻(xiàn)［7－8］論述刀具磨損電氣檢測(cè)、液壓檢測(cè)方法，但目前這2種方法大多屬于極限式檢測(cè)方法，尚未實(shí)現(xiàn)刀具磨損的連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè);文獻(xiàn)［9］論述刀具磨損超聲波式檢測(cè)方法，但在復(fù)雜惡劣的工況下其無(wú)線傳輸方式，可能會(huì)使信號(hào)失真。

上述研究幾乎涵蓋盾構(gòu)刀具磨損量檢測(cè)的各種方法或技術(shù)，基本反映出盾構(gòu)刀具磨損量檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀。但以上各種方法或技術(shù)也存在諸多問(wèn)題，如適用范圍有限，適用性及檢測(cè)精度較差等，故該領(lǐng)域內(nèi)可進(jìn)一步探索的空間很大。本文對(duì)超聲波檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入研究，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)工程技術(shù)資料，設(shè)計(jì)并研發(fā)出新型盾構(gòu)刀具磨損超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)其原理及結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，在檢測(cè)儀安裝調(diào)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)后，評(píng)價(jià)檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

1 盾構(gòu)刀具磨損檢測(cè)原理及標(biāo)定

1.1 盾構(gòu)刀具磨損檢測(cè)原理

盾構(gòu)刀具磨損檢測(cè)儀屬于脈沖式檢測(cè)儀。脈沖式超聲波檢測(cè)儀使用脈沖波，其原理為超聲波在工件中的傳播時(shí)間與工件厚度成正比。當(dāng)把時(shí)間以不同的方式換算出來(lái)后，即可得到厚度。若超聲波在工件中傳播的往返時(shí)間為T，則

時(shí)間T的測(cè)量方法為數(shù)碼管指示法。數(shù)碼管指示法，是將超聲波在工件中的傳播時(shí)間以計(jì)數(shù)的方式在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。數(shù)顯式檢測(cè)儀原理如圖1所示。

圖1 數(shù)顯式檢測(cè)儀原理圖Fig.1 Principle of digital display detection device

在數(shù)顯式檢測(cè)儀中，同步電路產(chǎn)生觸發(fā)波，有2路輸出，一路觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路，另一路觸發(fā)發(fā)射電路，使之產(chǎn)生超聲波射入工件，由底部反射后經(jīng)接收電路放大，觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)電路使之翻轉(zhuǎn)。這樣雙穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生的矩形波的寬度，與工件的厚度成正比。計(jì)數(shù)脈沖震蕩電路產(chǎn)生一系列計(jì)數(shù)脈沖，輸入到與門電路，但只有當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)電路輸出的正矩形波輸入到與門電路時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖才從與門電路中輸出。每個(gè)計(jì)數(shù)脈沖所代表的距離(厚度)是一定的，根據(jù)與門電路輸出地計(jì)數(shù)脈沖數(shù)量，通過(guò)計(jì)數(shù)電路用數(shù)碼管顯示出來(lái)，直接顯示厚度的數(shù)值。由于數(shù)顯式檢測(cè)儀體積小，精度高，使用方便，應(yīng)用十分普遍。

1.2 盾構(gòu)刀具磨損檢測(cè)儀的標(biāo)定

選用幾塊與刀具耐磨塊材質(zhì)相同而薄厚不同的試塊。首先，完成校正工作，將超聲波換能器置于已知厚度的試塊上按校核鍵直到顯示屏的測(cè)量數(shù)據(jù)與已知厚度值相同時(shí)(允許誤差范圍內(nèi))，顯示屏上的數(shù)值即為所測(cè)材料中超聲波波速，分別測(cè)其聲速取平均值即為待測(cè)工件中超聲波波速;其次，在檢測(cè)儀中設(shè)定該波速后即可正常檢測(cè)。

2 盾構(gòu)刀具磨損檢測(cè)儀安裝及防護(hù)技術(shù)

超聲波檢測(cè)系統(tǒng)主要包括刀具、超聲波換能器、信號(hào)線、檢測(cè)儀、中心回轉(zhuǎn)體、電滑環(huán)、電力線、串口調(diào)試窗口、電源等，系統(tǒng)總裝及局部構(gòu)造如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總裝及局部構(gòu)造圖Fig.2 System assembly and its local details

檢測(cè)儀安裝及防護(hù)直接關(guān)系到工作性能的可靠性與有效性，必須采取嚴(yán)密的防水、防振措施，確保設(shè)備在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中免遭剝落下的土屑、巖屑、巖塊的沖擊破壞及掌子面水體侵蝕，故如何將各個(gè)獨(dú)立單元依次連接組合成一個(gè)有機(jī)整體，并采取相應(yīng)的防護(hù)技術(shù)措施，是確保系統(tǒng)整體工作性能及檢測(cè)效果良好的重要步驟。

采用超聲波式實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)切刀或刮刀耐磨塊厚度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并通過(guò)安裝定制的電滑環(huán)，以有線方式傳輸信號(hào)至尾盾控制室，由PC機(jī)接收后將其顯示于串口調(diào)試窗口內(nèi)，同時(shí)，電源的電力也通過(guò)電滑環(huán)輸送至檢測(cè)儀，保證系統(tǒng)的持續(xù)正常工作。

2.1 超聲波檢測(cè)部分

超聲波檢測(cè)部分是該系統(tǒng)的核心設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)工件的厚度測(cè)量，主要包括刀具、超聲波換能器、信號(hào)線、檢測(cè)儀等。超聲波換能器固定并封閉于切刀內(nèi)，鐵質(zhì)保護(hù)罩內(nèi)的檢測(cè)儀設(shè)置于刀盤內(nèi)部，具體的工藝流程如下。

如圖2和圖3所示，在與刀座緊貼的刀頭面上垂直鏜相連的螺紋孔與光面孔;螺紋孔直徑10 mm，孔深至耐磨塊;光面孔直徑略大于螺紋孔，以預(yù)留充足螺紋密封塞安裝空間為宜。

圖3 滾刀巖機(jī)作用綜合試驗(yàn)平臺(tái)Fig.3 Comprehensive rock-cutter interaction experiment platform

孔內(nèi)灌滿耦合劑后，放入換能器，通過(guò)擠壓彈簧使其緊貼螺紋孔底面;彈簧長(zhǎng)度可根據(jù)孔深及換能器長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整;螺紋密封塞鏜有中孔，信號(hào)線從換能器的末端引出，穿過(guò)彈簧后從螺紋密封塞的中孔穿出;螺紋密封塞涂抹螺紋鎖固劑后壓緊彈簧，旋入螺紋孔，之后用工業(yè)密封劑封閉螺紋密封塞中孔。

新型檢測(cè)儀具備RS485通訊方式，通訊距離可達(dá)千米，滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)通訊距離的要求，并可以根據(jù)串口調(diào)試窗口發(fā)出的檢測(cè)指令實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)耐磨塊厚度的功能。

換能器末端的信號(hào)線引入刀盤內(nèi)部，與檢測(cè)儀相連。為防止信號(hào)衰減影響檢測(cè)結(jié)果可靠性，信號(hào)線長(zhǎng)度控制在5 m以內(nèi);刀盤內(nèi)部焊接鐵質(zhì)保護(hù)罩，檢測(cè)儀安放其中。

如圖3所示，光面孔孔口水平銑槽，槽寬容下信號(hào)線即可，槽長(zhǎng)貫通刀頭，指向刀盤內(nèi)部，從螺紋密封塞中孔穿出的信號(hào)線通過(guò)槽進(jìn)入刀盤內(nèi)部。

2.2 電力及信號(hào)傳輸部分

電力及信號(hào)傳輸部分主要包括信號(hào)線、中心回轉(zhuǎn)體、電滑環(huán)、電力線等。其中電滑環(huán)是實(shí)現(xiàn)2個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的圖像、數(shù)據(jù)信號(hào)及動(dòng)力傳遞的精密輸電裝置，特別適用于無(wú)限制的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又是從固定位置到旋轉(zhuǎn)位置傳送功率或數(shù)據(jù)的場(chǎng)所，是本系統(tǒng)中心回轉(zhuǎn)體內(nèi)測(cè)線與控制室內(nèi)測(cè)線之間傳輸數(shù)字信號(hào)的主要部件。

電力及信號(hào)傳輸部分涉及中心回轉(zhuǎn)體的改造，具體指在中心回轉(zhuǎn)體末端安裝電滑環(huán)，以解決轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分電力與信號(hào)的傳輸問(wèn)題。

從檢測(cè)儀引出的2路電力線及4路信號(hào)線從通孔內(nèi)穿出后與滑環(huán)轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子引線連接;從控制室內(nèi)串口調(diào)試窗口引出的信號(hào)線及從電源引出的電力線分別與滑環(huán)定子上的定子引線對(duì)應(yīng)連接，由此實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分電力與信號(hào)的傳輸。

2.3 結(jié)果顯示及電力供應(yīng)部分

結(jié)果顯示及電力供應(yīng)部分主要包括信號(hào)線、電力線、串口調(diào)試窗口、電源等。

串口調(diào)試窗口是一種通用數(shù)據(jù)處理軟件，安裝于PC機(jī)，可發(fā)送檢測(cè)指令、取消檢測(cè)指令、設(shè)置檢測(cè)頻率、實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)結(jié)果;電源可將施工現(xiàn)場(chǎng)220 V交流電轉(zhuǎn)化為3 V直流電，為檢測(cè)儀持續(xù)的正常工作提供電力;PC機(jī)及電源均放置在主控室內(nèi)，如圖2所示。

3 盾構(gòu)刀具磨損檢測(cè)儀室內(nèi)試驗(yàn)研究

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1)檢驗(yàn)?zāi)M工況下刀具磨損檢測(cè)儀系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2)測(cè)試模擬工況下刀具磨損檢測(cè)儀檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

利用滾刀巖機(jī)作用綜合試驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)將刀具磨損新型檢測(cè)儀中的超聲波換能器安裝并密封于刀體內(nèi)，開展切刀或刮刀在模擬工況下磨損量的實(shí)時(shí)檢測(cè)試驗(yàn)，研究刀具磨損新型檢測(cè)儀的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。

3.2.1 測(cè)試檢測(cè)儀、設(shè)備

刀具磨損檢測(cè)儀、滾刀巖機(jī)作用綜合試驗(yàn)臺(tái)(見圖3)、攝像機(jī)、溫度計(jì)。

3.2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

3.2.2.1 滾刀巖機(jī)作用綜合試驗(yàn)平臺(tái)

受滾刀巖機(jī)作用綜合試驗(yàn)臺(tái)巖箱的限制，巖樣選用完整、無(wú)明顯裂隙的石灰?guī)r，巖塊呈梯形，上下底寬為55 cm和17 cm，高59 cm，厚度為15 cm，共10塊，具體形狀如圖4所示。

巖樣下部用混凝土(高10 cm)墊平，混凝土配合比為水∶水泥∶砂∶石子 =0.38∶1∶1.11∶2.7。養(yǎng)護(hù) 1 周后在混凝土上鉆孔，用膨脹螺栓來(lái)固定角鋼，用角鋼將巖塊牢固地固定在巖箱上。每2塊巖樣為一組，通過(guò)在角鋼(尺寸40 mm×3 mm)上打孔，用膨脹螺栓(M16，長(zhǎng)10 cm)將其固定在下部混凝土上。通過(guò)角鋼將巖樣固定好后，在2組巖樣間隙處填充一層碎石(粒徑4～6 cm)，然后再澆灌混凝土，搗實(shí)，使其充分填實(shí)。養(yǎng)護(hù)4周后，開始試驗(yàn)。

圖4 巖箱及巖樣示意圖Fig.4 Schematic diagram of rock sample and rock box

3.2.2.2 試驗(yàn)刀具

盾構(gòu)刀具磨損檢測(cè)試驗(yàn)中采用的刀具高28 cm，寬15 cm，厚5 cm(見圖5)。刀具兩側(cè)的刀軸用于將其固定于巖機(jī)作用綜合試驗(yàn)臺(tái)的刀槽內(nèi)。

圖5 試驗(yàn)刀具Fig.5 Cutter for experiment

3.2.2.3 檢測(cè)儀的安裝

超聲波檢測(cè)儀具有RS485通訊方式，傳輸距離可達(dá)千米，能滿足盾構(gòu)刀具磨損檢測(cè)技術(shù)對(duì)傳輸距離的要求。

刀體上部銑有直徑16 mm，深約23 cm的孔洞以便安裝、固定超聲波換能器(見圖6)?？锥吹酌嬷恋扼w下表面距離約5 cm("實(shí)測(cè)"5.23 cm≈刀具高度－孔洞深(二者均由游標(biāo)卡尺測(cè)得)，研磨后的檢測(cè)對(duì)象厚度也由此法反算得出，由于存在量測(cè)誤差，所謂"實(shí)測(cè)"存在一定的誤差;檢測(cè)儀量測(cè)讀數(shù)為5.28 cm，檢測(cè)儀精度為0.1 mm，滿足量測(cè)精度要求)，這段距離內(nèi)的刀體為超聲波檢測(cè)儀的檢測(cè)對(duì)象。

圖6 試驗(yàn)刀具內(nèi)安裝超聲波換能器的孔洞及螺帽Fig.6 Hole and nut to install ultrasonic transducer

將少量超聲波耦合劑放入孔洞內(nèi)后再放入超聲波換能器，數(shù)據(jù)線上的2個(gè)彈簧壓緊換能器，之后將螺帽擰緊，再灌入適量耦合劑，實(shí)現(xiàn)換能器的固定與耦合。超聲波換能器的安裝、固定及連接見圖7。

將換能器數(shù)據(jù)線接頭安插在超聲波檢測(cè)儀上，當(dāng)聽到"滴滴"聲響時(shí)，表示系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，可進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)。

超聲波檢測(cè)儀通過(guò)15 m的數(shù)據(jù)線與電滑環(huán)的某一端連接，電滑環(huán)的另一端通過(guò)30 m數(shù)據(jù)線連接到中繼站，檢測(cè)信號(hào)則通過(guò)30 m數(shù)據(jù)線傳至中繼站。中繼站的另外2個(gè)端口分別與普通220 V交流電源和電腦連接，可實(shí)現(xiàn)電力與檢測(cè)信號(hào)的傳輸。超聲波檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖8所示。

3.3 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)刀具向下移動(dòng)與巖石接觸，預(yù)加1 000 N垂直力，標(biāo)記此時(shí)試驗(yàn)刀具的耐磨塊厚度，作為磨損檢測(cè)試驗(yàn)的厚度初值，并記錄檢測(cè)儀此時(shí)的讀數(shù)及環(huán)境溫度。

圖7 超聲波換能器的安裝、固定及連接Fig.7 Installing，fixing and connecting of ultrasonic transducer

圖8 超聲波檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖Fig.8 Structure diagram of ultrasonic detection system

使巖箱以1 r/min轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后再逐步加載垂直力;加載垂直力時(shí)宜均勻緩慢地加壓(5 mm/s)，試驗(yàn)截圖如圖9所示。觀察記錄檢測(cè)儀每隔一段時(shí)間的讀數(shù)，讀數(shù)顯示于控制軟件界面內(nèi)，見圖10(圖中厚度值51.91 mm為待測(cè)工件厚度的量測(cè)值)。

當(dāng)?shù)堕g巖石出現(xiàn)明顯脫落或肉眼觀測(cè)到刀具磨損量較大時(shí)停止試驗(yàn)。

每日試驗(yàn)停止后，測(cè)量并記錄試驗(yàn)刀具耐磨塊的實(shí)際厚度及溫度值。

3.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

室內(nèi)試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為12 d，每天研磨7 h左右。試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見表1。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制控制軟件讀數(shù)歷時(shí)曲線圖及刀具磨損量歷時(shí)曲線圖，見圖11－13。

圖9 刀具研磨巖樣Fig.9 Cutter grinding rock sample

圖10 控制軟件界面Fig.10 Control software interface

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表Table 1 Experiment data mm

圖11 控制軟件讀數(shù)(當(dāng)日均值)與實(shí)測(cè)值歷時(shí)曲線圖Fig.11 Readings of control software Vs.measured values

圖12 控制軟件讀數(shù)26日歷時(shí)曲線圖(2013年)Fig.12 Variation of readings of control software on December 26，2013

圖13 刀具磨損量26日歷時(shí)曲線圖(2013年)Fig.13 Variation of wearing of cutter on December 26，2013

結(jié)合上述圖表對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)論如下:

1)刀具當(dāng)日磨損量為0.51～1.31 mm，日均磨損量為1.03 mm，當(dāng)日時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)出現(xiàn)小幅波動(dòng)現(xiàn)象，但總體變化趨勢(shì)一致。

2)整體來(lái)講，控制軟件讀數(shù)和刀具磨損量均與時(shí)間呈線性相關(guān)。

3)12日的累計(jì)磨損量為12.31 mm，實(shí)測(cè)磨損量為12 mm，控制軟件讀數(shù)與換算的磨損量與實(shí)際測(cè)量結(jié)果基本吻合。

但試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)試結(jié)果受試驗(yàn)刀具溫度變化的影響較明顯。

當(dāng)?shù)毒哐心r樣時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，與巖樣接觸的刀具端部的溫度升高，超聲波換能器發(fā)出的超聲波在金屬體中的波速減小。文獻(xiàn)［10－11］表明，溫度由20℃升至100℃，波速減小約1.1%。

對(duì)于固定檢測(cè)對(duì)象而言，超聲波傳播距離不隨溫度改變，均為S(S為待測(cè)厚度值的2倍)。

常溫20℃時(shí)，設(shè)波速為V0，則傳播時(shí)間

溫度為100℃時(shí)，波速

此時(shí)傳播時(shí)間

將式(3)帶入式(4)可得

而超聲波檢測(cè)儀內(nèi)設(shè)定的波速仍為原波速T0，故測(cè)試結(jié)果，即量測(cè)厚度值的2倍S1可由式(6)求解。

將式(5)帶入式(6)得

將量測(cè)結(jié)果的修正系數(shù)β定義為100℃時(shí)量測(cè)結(jié)果與20℃量測(cè)結(jié)果之比。則

事實(shí)也揭示出當(dāng)日測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)波動(dòng)，一般將偏大，上述證明這種誤差在試驗(yàn)周期內(nèi)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響不大。實(shí)際工況下刀具溫度高達(dá)數(shù)百度，今后對(duì)此尚須進(jìn)行更加深入的研究。目前可行的應(yīng)對(duì)策略為在停機(jī)間隙或在盾構(gòu)工作狀態(tài)下對(duì)刀盤添加泡沫潤(rùn)滑劑使刀具降溫后檢測(cè)刀具磨損量，以盡量減少溫度變化對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。

3.5 試驗(yàn)小結(jié)

1)探頭屬于精密易損配件，安裝時(shí)須小心用力，切忌硬拉硬拽，避免屏蔽測(cè)線的斷裂。

2)探頭與測(cè)線連接的部位容易滲入液體，影響探測(cè)結(jié)果。應(yīng)在探頭與測(cè)線連接部位涂抹一層密封膠，并纏繞絕緣膠帶，最好在測(cè)線全長(zhǎng)范圍內(nèi)滿布絕緣膠帶，如此既可防水，又可增加測(cè)線的抗拉性。

3)實(shí)現(xiàn)探頭和待測(cè)工件之間良好的耦合是刀具磨損檢測(cè)的前提和基礎(chǔ)。探頭裝入刀具前，應(yīng)將適量耦合劑放入孔內(nèi)，放入探頭后應(yīng)反復(fù)提拔并壓緊探頭，以排除探頭表面和待測(cè)工件表面之間的空氣。

4)將探頭裝入刀具后，應(yīng)將其后測(cè)線暫時(shí)妥善地固定于刀具表面，以防刀具安裝過(guò)程中碰壞測(cè)線，待刀具安裝完畢后再將測(cè)線末端的插頭插入檢測(cè)儀。

5)試驗(yàn)過(guò)程中，尤其是當(dāng)?shù)毒哐心r樣，切入巖樣深度較大時(shí)，應(yīng)特別注意刀具研磨軌跡周邊的石塊碰撞測(cè)線，如發(fā)現(xiàn)隱患應(yīng)及時(shí)排除。

6)測(cè)試結(jié)果受待測(cè)工件溫度變化的影響較明顯。隨著刀具研磨巖樣時(shí)間的延長(zhǎng)，與巖樣接觸的刀具端部溫度升高，工件內(nèi)超聲波波速將減小［10－11］，其在工件中傳播的時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，但檢測(cè)儀內(nèi)設(shè)定的波速仍為常溫下的原波速，所以測(cè)試結(jié)果，即量測(cè)的厚度值將偏大。

7)不需檢測(cè)刀具磨損量時(shí)，拔出電源即可，實(shí)用方便。

4 存在的主要問(wèn)題

1)針對(duì)檢測(cè)儀與線路的防護(hù)問(wèn)題提出了解決方案與措施，并經(jīng)過(guò)了室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證，但施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，不可預(yù)判的復(fù)雜因素很多，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)上述方案與措施進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化或改進(jìn)。

2)相對(duì)于本檢測(cè)系統(tǒng)而言，試驗(yàn)平臺(tái)存在一定的局限性，實(shí)際工況中電滑環(huán)與中心回轉(zhuǎn)體之間的耦合性能未得到有效驗(yàn)證。

5 結(jié)論與討論

1)超聲波檢測(cè)儀在振動(dòng)且具有一定溫度的掘進(jìn)環(huán)境中可實(shí)時(shí)檢測(cè)磨損量，具有較好的實(shí)用性、精確度及系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2)在盾構(gòu)停止掘進(jìn)或正常工作狀態(tài)下，超聲波檢測(cè)系統(tǒng)均可精確地檢測(cè)刀具磨損量。正常工作狀態(tài)下，隨著刀具不斷地研磨巖石，其磨損量不斷增加，控制軟件便可通過(guò)設(shè)置檢測(cè)周期，實(shí)時(shí)或周期性地檢測(cè)磨損量。當(dāng)檢測(cè)周期為0時(shí)，控制軟件可實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)數(shù)據(jù);用戶也可根據(jù)需要設(shè)置檢測(cè)周期，間隔顯示檢測(cè)數(shù)據(jù);停機(jī)狀態(tài)下，無(wú)需人員進(jìn)入土艙內(nèi)即可快捷地檢測(cè)磨損量，既可排除安全隱患亦可節(jié)約成本。

3)在不斷升溫條件下檢測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)值的偏離程度會(huì)更加明顯，但具體規(guī)律尚未明確，故實(shí)際工況下溫度對(duì)檢測(cè)精度的影響如何將是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。

4)該檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)在保證電滑環(huán)與中心回轉(zhuǎn)體各自性能的前提下，將相互之間的干擾降到最低。要實(shí)現(xiàn)兩者之間的良好耦合，建議將其設(shè)計(jì)、制造、加工、安裝工藝等作為關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題展開攻關(guān)。

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