一种具备磨损检测功能的TBM滚刀自动夹持装置

一种具备磨损检测功能的tbm滚刀自动夹持装置
技术领域
1.本发明涉及掘进机滚刀安装与检测技术领域，特别是指一种具备磨损检测功能的tbm滚刀自动夹持装置。


背景技术：

2.滚刀装置一般安装于tbm刀盘面板，用以滚压、切割、破碎前方岩石，降低刀盘切削难度，是tbm的关键核心零部件。滚刀装置的数量、尺寸及分布，一般需要根据隧道的地质情况进行定制化设计。
3.由于滚刀装置常面临复杂地质条件引起的强冲击载荷，因此滚刀极易发生磨损、破损等，需要在工作过程中频繁的检测和更换。传统滚刀装置一般采用螺栓连接固定在tbm刀盘面板上，通过对螺栓施加一个预紧力，实现楔形机构对滚刀的定位和紧固。但是，由于螺栓连接安装和拆卸过程比较繁琐，导致滚刀发生磨损时更换或维修更加困难；同时，需要对滚刀进行频繁的检测，以保证刀盘面板的安全性。
4.经检索现有申请公布日为2019.02.22、申请公布号为cn109372537a的发明专利申请，为了解决盘形滚刀拆卸时需多人协作完成、费时费力的技术问题，公开了一种基于电液控制的可快速换刀的新型滚刀刀座，包括箱体，箱体内设有c形块和滚刀，滚刀的刀轴一侧卡进c形块内、另一侧设有滚刀通道，箱体内还设有顶出油缸和顶紧油缸，顶出油缸和顶紧油缸分别设置在刀轴的两侧。
5.在使用上述发明专利申请的技术方案时，通过对顶紧油缸和顶出油缸的控制，将滚刀刀轴推到滚刀通道内，通过人工或机械手从刀盘后部将滚刀拿出，滚刀拿出时，刀轴沿滚刀通道向外侧滑动直到脱离箱体。但是，仍然需要采用常规的方式对滚刀磨损情况进行检测，当滚刀磨损需要更换时，顶紧油缸和顶出油缸仍然处于夹紧状态，无法保证刀盘面板不受损坏；另外，顶紧油缸和顶出油缸无法快速伸缩，无法实现滚刀的快速夹持和快速释放。


技术实现要素：

6.针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种具备磨损检测功能的tbm滚刀自动夹持装置，解决了滚刀磨损检测和滚刀更换效率低下的技术问题。
7.本技术的技术方案是这样实现的：一种具备磨损检测功能的tbm滚刀自动夹持装置，包括设置在滚刀壳体内的主液压缸和副液压缸，所述主液压缸的活塞杆与副液压缸的活塞杆之间连接有型块，所述刀轴通过型块及滚刀壳体内的定位部夹持定位，所述主液压缸和副液压缸均与液压控制系统相连，所述液压控制系统包括依次连接的高压油源、第一换向阀，所述第一换向阀与所述主液压缸的油腔、所述副液压缸的油腔连通，所述主液压缸另一个腔体、所述副液压缸的另一个腔体内均设置有复位弹簧，所述终端油路连接有磨损检测头和排液阀，所述磨损检测头设置在所述滚刀壳体的前端面。
8.进一步地，所述第一换向阀后方的油路上设置有压力传感器，压力传感器既可以
设置在干路上，也可以设置在各个滚刀组件的支路上，用于监测夹紧状态下的液压力，便于压力出现波动时进行调整，同时也用于压力超出允许范围后更换滚刀或液压元件。
9.进一步地，所述第一换向阀后方的油路上设置有蓄能器，在蓄能器内的高压乳化液的作用下，向主液压缸和副液压缸持续输出用于夹持刀轴的力，使得主液压缸和副液压缸持续输出稳定的力，实现滚刀的稳定可靠的夹持功能。
10.进一步地，所述第一换向阀后方的油路上设置有第二换向阀，所述第二换向阀分别与所述主液压缸的油腔、所述副液压缸的油腔、所述磨损检测头和排液阀连通，所述蓄能器包括前端蓄能器，所述第一换向阀与第二换向阀之间设置所述压力传感器和前端蓄能器。
11.当刀轴快速夹持，所述第一换向阀处于截止位、第二换向阀处于导通位，所述第一蓄能器内的高压乳化液流出，流出的乳化液分别流入压力传感器、第二换向阀；乳化液经第二换向阀流出后分别流入磨损检测头、截止阀、终端经蓄能器、主液压缸和副液压缸，主液压缸的活塞杆在高压乳化液的作用下做伸出运动，副液压缸的活塞杆在高压乳化液的作用下做缩回运动，主液压缸和副液压缸在前端蓄能器内的高压乳化液的作用下，持续输出用于夹持刀轴的力；当压力传感器检测到前端蓄能器内的乳化液压力低于预设压力时，第一换向阀切换至导通位，油源内的高压乳化液经过第一换向阀流入后方油路，当压力传感器的示数达到预设值时，第一换向阀切换至截止位，停止为前端蓄能器补充乳化液。
12.所述磨损检测的过程中，第二换向阀处于导通位，前端蓄能器内流出的高压乳化液分别流入压力传感器、第二换向阀；乳化液经第二换向阀后流入磨损检测头，当滚刀发生严重磨损时，岩壁与磨损检测头发生接触，磨损检测头的表面持续磨损，当磨损检测头发生破坏后，其内部的乳化液直接流入外界，压力传感器检测到系统内乳化液压力降低，根据压力传感器的压力信号，自动判断滚刀磨损程度已达临界值，通过更换新的滚刀避免刀盘面板发生破坏。
13.当滚刀严重磨损需要更换时，对所述刀轴进行释放，所述第一换向阀处于截止位，所述第二换向阀从导通位切换至截止位，打开排液阀，所述主液压缸一腔体内的乳化液在另一腔体内的复位弹簧的作用下流出，副液压缸一腔体内的乳化液在另一腔体内的复位弹簧的作用下流出，所述磨损检测头内的乳化液流出，所述主液压缸、副液压缸、截止阀流出的乳化液经排液阀流出，所述主液压缸的活塞杆在复位弹簧的作用下做缩回运动，所述副液压缸的活塞杆在复位弹簧的作用下做伸出运动，所述主液压缸和副液压缸通过型块带动刀轴远离滚刀壳体的定位部，将新的滚刀安装在型块上，将第二换向阀从截止位切换至导通位，前端蓄能器的高压乳化液流入压力传感器和第二换向阀，高压乳化液经第二换向阀分别流入磨损检测头、截止阀、终端经蓄能器、主液压缸和副液压缸；此时，切换液压系统至刀轴快速夹持。
14.进一步地，所述第二换向阀后方的油路上设置有单向阀，所述蓄能器还包括后端蓄能器，所述单向阀后方的油路上设置有所述后端蓄能器。单向阀和后端蓄能器共同作用，防止回流且保压，充分保证各个滚刀组件中压力稳定。
15.进一步地，所述第一换向阀、第二换向阀、排液阀均为与控制单元相连的电磁阀，所述压力传感器与所述控制单元相连。实现了液压系统调节的自动化，在不同的工况下，当需要补油或卸油时，控制系统会根据压力传感器的监测，自动控制各个阀件的通断和换向。
16.进一步地，每个滚刀壳体上设置有两个磨损检测头，两个磨损检测头相对滚刀呈对角布置，保证滚刀磨损在线监测的可靠性，防止发生偏磨时无法检测的情况发生。
17.进一步地，每个滚刀壳体内均设置有两对液压缸，每对液压缸均包括一个所述主液压缸、一个所述副液压缸，两对液压缸分别与所述刀轴的两端定位配合，进一步提高夹持的可靠性和便捷性。
18.进一步地，所述型块包括导向部和卡爪部，所述导向部与滚刀壳体插接配合，保证型块随主液压缸和副液压缸运动的便捷性及夹持的可靠性；所述卡爪部设置有卡接刀轴的顶紧槽，卡爪部通过顶紧槽带动滚刀的刀轴快速夹紧或快速释放；在所述定位部为定位槽，所述滚刀处于夹紧状态时，所述刀轴卡接在圆弧槽与定位槽之间。
19.进一步地，所述顶紧槽为半圆形的圆弧槽，所述定位槽为劣弧槽，当刀轴夹持定位在滚刀壳体内时，所述圆弧槽与劣弧槽同心，充分保证夹持的可靠性。
20.进一步地，所述主液压缸包括主活塞杆，所述副液压缸包括副活塞杆，所述滚刀壳体上设置有主活塞密封腔和副活塞密封腔。所述主活塞杆的活塞部滑动密封设置在主活塞密封腔内，所述副活塞杆的活塞部滑动密封设置在副活塞密封腔内。具体地，所述主活塞杆、副活塞杆的活塞部均设有三道活塞密封圈，主活塞杆、副活塞杆的活塞杆处均设有一道活塞杆密封圈。所述复位弹簧包括主复位弹簧和副复位弹簧，所述主复位弹簧设置在主液压缸的有杆腔内，所述副复位弹簧设置在负液压缸的无杆腔内，所述液压控制系统主液压缸的无杆腔连通、与副液压缸的有杆腔连通。
21.进一步地，所述主活塞杆的伸出端通过主活塞杆转接体与所述型块相连，所述型块包括导向部和卡爪部。所述导向部与滚刀壳体插接配合，所述导向部设置有两个，两个导向部关于主活塞杆相互对称，所述副活塞杆的伸出端通过副活塞连接耳环与所述型块相连。
22.进一步地，所述主活塞杆转接体与主活塞杆之间、所述副活塞连接耳环与副活塞杆之间均为螺纹连接，所述主活塞转接体通过螺栓与卡爪部相连，所述副活塞连接耳环通过销轴与卡爪部铰接。具体地，所述主活塞杆的活塞杆周向均布有螺纹孔，主活塞杆转接体一端通过螺栓与主活塞杆的活塞杆连接，另一端通过螺栓与卡爪部连接；副活塞杆的活塞杆周向均布有螺纹孔，副活塞杆连接耳环通过螺栓与副活塞杆的活塞杆连接；副活塞杆连接耳环通过连接销轴与卡爪部连接。
23.进一步地，所述滚刀壳体内设置有耐磨导向套，所述导向部通过耐磨导向套与滚刀壳体插接配合，当滑动导向副失效后，只更换耐磨导向套即可，而不用更换滚刀壳体的主体。所述耐磨导向套的端口处设置有耐磨导向套密封圈，防止施工过程中碎屑进入滑动导向副，延长滑动导向副的使用寿命，同时还能提升夹持力。
24.作为另一种优选的实施方式，所述滚刀壳体内设置有十字油道，液压控制系统通过滚刀壳体内的主油道与十字油道相连，所述十字油道的三个副油道分别与主液压缸、副液压缸及磨损检测头连通，所述十字油道的另一个端口通过密封螺栓密封。通过在滚刀壳体内设置油道，简化了油路结构，减小了系统装配空间且保压效果更好。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明提出一种具备磨损检测功能的tbm滚刀自动夹持装置，具备磨损在线检测、滚刀快速夹持、滚刀快速释放等功能，解决现有滚刀装置检测和更换效率低下等问题。
26.通过液压缸驱动滚刀卡爪，实现滚刀的快速夹持、快速释放；通过设置磨损检测装置，实现滚刀磨损的在线检测。
27.为了实现上述功能，本发明提出的一种具备磨损检测功能的tbm滚刀自动夹持装置，包括液压缸驱动装置（包括主液压缸和副液压缸）、磨损检测装置（成对角分布）、基于蓄能器的保压装置以及配套的密封装置等。
28.本发明提出一种具备磨损检测功能的tbm滚刀自动夹持装置，可实现滚刀的快速夹持、快速释放、滚刀磨损检测等功能，提高tbm整体掘进效率，保证刀盘面板的安全性。本发明通过主液压缸和副液压缸带动的型块，带动滚刀的刀轴预设导轨内的快速移动，当需要更换新的滚刀时，释放主液压缸和副液压缸内的高压乳化液，主液压缸和副液压缸在内置复位弹簧的作用下，带动型块远离滚刀壳体上的定位部，所述型块通过形状配合通过刀轴带动滚刀同步运动，实现滚刀的快速释放；将新的滚刀安装于型块后，主液压缸和副液压缸在高压乳化液的作用下，将滚刀的刀轴紧固在滚刀壳体与型块之间，实现滚刀的快速夹持；此外，本发明设有两组具备滚刀磨损程度自动检测功能的磨损检测头，通过设计两组对应的油道，将系统高压乳化液输送至磨损检测头，随着滚刀的不断磨损，磨损检测头与岩壁间距离不断减小；当磨损检测头与岩壁接触并发生破坏后，系统内乳化液压力迅速降为零，通过检测系统内的乳化液的压力变化，实现在tbm掘进过程中对滚刀磨损程度的自动化检测。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例，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。
30.图1为本发明的液压原理图；图2为本发明中滚刀组件的正视图；图3为图2的仰视图；图4为图2的右视图；图5为图3的仰视图；图6为图5中a-a面的剖视图；图7为图5夹紧刀轴后的状态图；图8为图7中b-b面的剖视图；图9为图7中c-c面的剖视图；图10为图7中d-d面的剖视图；图11为排液阀在滚刀壳体上的位置示意图；图12为单向阀在滚刀壳体上的位置示意图；图13为本发明夹持刀轴过程中力和运动传递示意图；图14为本发明释放刀轴过程中力和运动传递示意图；图15为在滚刀夹紧状态下刀轴的受力分解图；图中标号：滚刀100，第一蓄能器1，第二蓄能器2，第三蓄能器3，第一单作用单出杆
液压缸4，第二单作用单出杆液压缸5，第三单作用单出杆液压缸6，第四单作用单出杆液压缸7，第五单作用单出杆液压缸8，第六单作用单出杆液压缸9，第七单作用单出杆液压缸10，第八单作用单出杆液压缸11，第九单作用单出杆液压缸12，第十单作用单出杆液压缸13，第十一单作用单出杆液压缸14，第十二单作用单出杆液压缸15，第一截止阀16，第二截止阀17，第三截止阀18，第一磨损检测头19，第二磨损检测头20，第三磨损检测头21，第四磨损检测头22，第五磨损检测头23，第六磨损检测头24，第一单向阀25，第二单向阀26，第三单向阀27，前端蓄能器28，压力传感器29，第二两位两通电磁换向阀30，比例减压阀31，第一两位两通电磁换向阀32，油源33，油箱34，滚刀壳体35，刀轴36，主活塞杆37，主复位弹簧38，型块39，导向部391，392卡爪部，副活塞杆连接耳环40，副活塞杆41，主活塞杆转接体42，副复位弹簧43，主液压缸端盖44，导向套45，导向套密封圈46，活塞杆密封圈47，副液压缸端盖48，活塞密封圈49，密封螺栓50，主油道51，副油道52；为方便描述和标记，图1中液压元件的各个口采用“标号加端口标记”的形式标记，如比例减压阀31的a口，图中标记为31a；比例减压阀31的b口，图中标记为31b；比例减压阀31的c口，图中标记为31c。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，基于附图所示的方位或位置关系指示的方位或位置关系的术语，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”、“第九”、“第十”、“第十一”、“第十二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”、“第九”、“第十”、“第十一”、“第十二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.一种具备磨损检测功能的tbm滚刀自动夹持装置，如图1所示，包括设置在滚刀壳体35内的主液压缸和副液压缸，所述主液压缸的活塞杆与副液压缸的活塞杆之间连接有型块39，所述刀轴36通过型块39及滚刀壳体35内的定位部夹持定位，所述主液压缸和副液压缸均与液压控制系统相连，所述液压控制系统包括依次连接的高压油源33、第一换向阀32，所述第一换向阀32与所述主液压缸的油腔、所述副液压缸的油腔连通，所述主液压缸另一个腔体、所述副液压缸的另一个腔体内均设置有复位弹簧，所述终端油路连接有磨损检测头和排液阀，所述磨损检测头设置在所述滚刀壳体35的前端面。
35.作为另一种优选的实施方式，所述第一换向阀32后方的油路上设置有压力传感器29，压力传感器29既可以设置在干路上，也可以设置在各个滚刀组件的支路上，用于监测夹紧状态下的液压力，便于压力出现波动时进行调整，同时也用于压力超出允许范围后更换
滚刀或液压元件。
36.作为另一种优选的实施方式，所述第一换向阀32后方的油路上设置有蓄能器，在蓄能器内的高压乳化液的作用下，向主液压缸和副液压缸持续输出用于夹持刀轴的力，使得主液压缸和副液压缸持续输出稳定的力，实现滚刀的稳定可靠的夹持功能。
37.作为另一种优选的实施方式，所述第一换向阀32后方的油路上设置有第二换向阀30，所述第二换向阀30分别与所述主液压缸的油腔、所述副液压缸的油腔、所述磨损检测头和排液阀连通，所述蓄能器包括前端蓄能器28，所述第一换向阀32与第二换向阀30之间设置所述压力传感器29和前端蓄能器28。
38.当刀轴36快速夹持，所述第一换向阀32处于截止位、第二换向阀30处于导通位，所述第一蓄能器内的高压乳化液流出，流出的乳化液分别流入压力传感器29、第二换向阀30；乳化液经第二换向阀30流出后分别流入磨损检测头、截止阀、终端经蓄能器、主液压缸和副液压缸，主液压缸的活塞杆在高压乳化液的作用下做伸出运动，副液压缸的活塞杆在高压乳化液的作用下做缩回运动，主液压缸和副液压缸在前端蓄能器28内的高压乳化液的作用下，持续输出用于夹持刀轴36的力；当压力传感器29检测到前端蓄能器28内的乳化液压力低于预设压力时，第一换向阀32切换至导通位，油源33内的高压乳化液经过第一换向阀32流入后方油路，当压力传感器29的示数达到预设值时，第一换向阀32切换至截止位，停止为前端蓄能器28补充乳化液。
39.所述磨损检测的过程中，第二换向阀30处于导通位，前端蓄能器28内流出的高压乳化液分别流入压力传感器29、第二换向阀30；乳化液经第二换向阀30后流入磨损检测头，当滚刀100发生严重磨损时，岩壁与磨损检测头发生接触，磨损检测头的表面持续磨损，当磨损检测头发生破坏后，其内部的乳化液直接流入外界，压力传感器29检测到系统内乳化液压力降低，根据压力传感器29的压力信号，自动判断滚刀100磨损程度已达临界值，通过更换新的滚刀100避免刀盘面板发生破坏。
40.当滚刀100严重磨损需要更换时，对所述刀轴36进行释放，所述第一换向阀32处于截止位，所述第二换向阀30从导通位切换至截止位，打开排液阀，所述主液压缸一腔体内的乳化液在另一腔体内的复位弹簧的作用下流出，副液压缸一腔体内的乳化液在另一腔体内的复位弹簧的作用下流出，所述磨损检测头内的乳化液流出，所述主液压缸、副液压缸、截止阀流出的乳化液经排液阀流出，所述主液压缸的活塞杆在复位弹簧的作用下做缩回运动，所述副液压缸的活塞杆在复位弹簧的作用下做伸出运动，所述主液压缸和副液压缸通过型块39带动刀轴36远离滚刀壳体的定位部，将新的滚刀100安装在型块39上，将第二换向阀30从截止位切换至导通位，前端蓄能器28的高压乳化液流入压力传感器29和第二换向阀30，高压乳化液经第二换向阀30分别流入磨损检测头、截止阀、终端经蓄能器、主液压缸和副液压缸；此时，切换液压系统至刀轴36快速夹持。
41.作为另一种优选的实施方式，所述第二换向阀30后方的油路上设置有单向阀，所述蓄能器还包括后端蓄能器，所述单向阀后方的油路上设置有所述后端蓄能器。单向阀和后端蓄能器共同作用，防止回流且保压，充分保证各个滚刀组件中压力稳定。
42.作为另一种优选的实施方式，所述第一换向阀32、第二换向阀30、排液阀均为与控制单元相连的电磁阀，所述压力传感器29与所述控制单元相连。实现了液压系统调节的自动化，在不同的工况下，当需要补油或卸油时，控制系统会根据压力传感器29的监测，自动
控制各个阀件的通断和换向。
43.作为另一种优选的实施方式，每个滚刀壳体35上设置有两个磨损检测头，两个磨损检测头相对滚刀100呈对角布置，保证滚刀磨损在线监测的可靠性，防止发生偏磨时无法检测的情况发生。
44.作为另一种优选的实施方式，每个滚刀壳体内均设置有两对液压缸，每对液压缸均包括一个所述主液压缸、一个所述副液压缸，两对液压缸分别与所述刀轴36的两端定位配合，进一步提高夹持的可靠性和便捷性。
45.作为另一种优选的实施方式，如图2-图12所示，所述型块39包括导向部391和卡爪部392，所述导向部391与滚刀壳体35插接配合，保证型块39随主液压缸和副液压缸运动的便捷性及夹持的可靠性；所述卡爪部392设置有卡接刀轴36的顶紧槽，卡爪部392通过顶紧槽带动滚刀100的刀轴36快速夹紧或快速释放；在所述定位部为定位槽，所述滚刀100处于夹紧状态时，所述刀轴36卡接在圆弧槽与定位槽之间。
46.作为另一种优选的实施方式，所述顶紧槽为半圆形的圆弧槽，所述定位槽为劣弧槽，当刀轴36夹持定位在滚刀壳体35内时，所述圆弧槽与劣弧槽同心，充分保证夹持的可靠性。
47.作为另一种优选的实施方式，所述主液压缸包括主活塞杆37，所述副液压缸包括副活塞杆41，所述滚刀壳体35上设置有主活塞密封腔和副活塞密封腔。所述主活塞杆37的活塞部滑动密封设置在主活塞密封腔内，所述副活塞杆41的活塞部滑动密封设置在副活塞密封腔内。具体地，所述主活塞杆37、副活塞杆41的活塞部均设有三道活塞密封圈49，主活塞杆37、副活塞杆41的活塞杆处均设有一道活塞杆密封圈47。所述复位弹簧包括主复位弹簧38和副复位弹簧43，所述主复位弹簧38设置在主液压缸的有杆腔内，所述副复位弹簧43设置在负液压缸的无杆腔内，所述液压控制系统主液压缸的无杆腔连通、与副液压缸的有杆腔连通。
48.作为另一种优选的实施方式，所述主活塞杆37的伸出端通过主活塞杆转接体42与所述型块39相连，所述型块39包括导向部391和卡爪部392。所述导向部391与滚刀壳体35插接配合，所述导向部391设置有两个，两个导向部391关于主活塞杆37相互对称，所述副活塞杆41的伸出端通过副活塞连接耳环40与所述型块39相连。
49.作为另一种优选的实施方式，所述主活塞杆转接体42与主活塞杆37之间、所述副活塞连接耳环40与副活塞杆41之间均为螺纹连接，所述主活塞转接体42通过螺栓与卡爪部392相连，所述副活塞连接耳环40通过销轴与卡爪部392铰接。具体地，所述主活塞杆37的活塞杆周向均布有螺纹孔，主活塞杆转接体42一端通过螺栓与主活塞杆37的活塞杆连接，另一端通过螺栓与卡爪部392连接；副活塞杆41的活塞杆周向均布有螺纹孔，副活塞杆连接耳环40通过螺栓与副活塞杆41的活塞杆连接；副活塞杆连接耳环40通过连接销轴与卡爪部392连接。
50.作为另一种优选的实施方式，所述滚刀壳体35内设置有耐磨导向套45，所述导向部391通过耐磨导向套45与滚刀壳体35插接配合，当滑动导向副失效后，只更换耐磨导向套45即可，而不用更换滚刀壳体的主体。所述耐磨导向套45的端口处设置有耐磨导向套密封圈46，防止施工过程中碎屑进入滑动导向副，延长滑动导向副的使用寿命，同时还能提升夹持力。
51.作为另一种优选的实施方式，所述滚刀壳体35内设置有十字油道，液压控制系统通过滚刀壳体35内的主油道51与十字油道相连，所述十字油道的三个副油道52分别与主液压缸、副液压缸及磨损检测头连通，所述十字油道的另一个端口通过密封螺栓50密封。通过在滚刀壳体35内设置油道，简化了油路结构，减小了系统装配空间且保压效果更好。
52.具体地，本发明最佳的实施例为：一种具备磨损检测功能的tbm滚刀自动夹持装置，包括系统液压回路、系统机械结构及系统动作过程三个部分，如图1所示，本实施例以第一滚刀、第二滚刀、第三滚刀三个滚刀组件进行说明。
53.所述油源33依次连接比例减压阀31、第二两位两通电磁换向阀30、第一两位两通电磁换向阀32；所述蓄能器包括第一蓄能器1，第二蓄能器2，第三蓄能器3，前端蓄能器28；所述主液压缸包括第七单作用单出杆液压缸10，第八单作用单出杆液压缸11，第九单作用单出杆液压缸12，第十单作用单出杆液压缸13，第十一单作用单出杆液压缸14，第十二单作用单出杆液压缸15；所述副液压缸包括第一单作用单出杆液压缸4，第二单作用单出杆液压缸5，第三单作用单出杆液压缸6，第四单作用单出杆液压缸7，第五单作用单出杆液压缸8，第六单作用单出杆液压缸9；所述排液阀包括第一截止阀16，第二截止阀17，第三截止阀18；所述磨损检测头包括第一磨损检测头19，第二磨损检测头20，第三磨损检测头21，第四磨损检测头22，第五磨损检测头23，第六磨损检测头24；所述单向阀包括第一单向阀25，第二单向阀26，第三单向阀27，压力传感器29。
54.所述系统液压回路为：油箱34与比例减压阀31的31c口相连；油源33与比例减压阀31的31a口相连；比例减压阀31的31b口与第一两位两通电磁换向阀32的32a口相连；第一两位两通电磁换向阀32的32b口分别与蓄能器28的28a口，压力传感器29的29a口，第二两位两通电磁换向阀30的30a口相连；第二两位两通电磁换向阀30的30b口分别与第一单向阀25的25b口，第二单向阀26的26b口，第三单向阀27的27b口相连；第一单向阀25的25a口分别与第一磨损检测头19的19a口，第二磨损检测头20的20a口，第一截止阀16的16b口，第一蓄能器1的1a口，第一单作用单出杆液压缸4的4a口，第四单作用单出杆液压缸7的7a口，第七单作用单出杆液压缸10的10a口，第十单作用单出杆液压缸13的13a口相连；第一截止阀16的16a口与大气相通；第二单向阀26的26a口分别与第三磨损检测头21的21a口，第四磨损检测头22的22a口，截止阀17的17b口，第二蓄能器2的2a口，第二单作用单出杆液压缸5的5a口，第五单作用单出杆液压缸8的8a口，第八单作用单出杆液压缸11的11a口，第十一单作用单出杆液压缸14的14a口相连；第二截止阀17的17a口与大气相通；第三单向阀27的27a口分别与第五磨损检测头23的23a口，第六磨损检测头24的24a口，截止阀18的18b口，第三蓄能器3的3a口，第三单作用单出杆液压缸6的6a口，第六单作用单出杆液压缸9的9a口，第九单作用单出杆液压缸12的12a口，第十二单作用单出杆液压缸15的15a口相连；截止阀18的18a口与大气相通。
55.两位两通电磁换向阀30处于左位时，其30a口与30b口处于断开状态；处于右位时，其30a口与30b口处于导通状态；其阀芯的初始位置处于右位；两位两通电磁换向阀32处于左位时，其32a口与32b口处于导通状态；处于右位时，其32a口与32b口处于断开状态；其阀芯的初始位置处于右位。
56.所述第一单作用单出杆液压缸4，第二单作用单出杆液压缸5，第三单作用单出杆
液压缸6，第四单作用单出杆液压缸7，第五单作用单出杆液压缸8，第六单作用单出杆液压缸9为弹簧复位液压缸，其复位弹簧位于无杆腔；第七单作用单出杆液压缸10，第八单作用单出杆液压缸11，第九单作用单出杆液压缸12，第十单作用单出杆液压缸13，第十一单作用单出杆液压缸14，第十二单作用单出杆液压缸15为弹簧复位液压缸，其复位弹簧位于有杆腔。
57.第一液压缸组包括第一单作用单出杆液压缸4，第二单作用单出杆液压缸5，第三单作用单出杆液压缸6，第四单作用单出杆液压缸7，第五单作用单出杆液压缸8，第六单作用单出杆液压缸9；第二液压缸组包括第七单作用单出杆液压缸10，第八单作用单出杆液压缸11，第九单作用单出杆液压缸12，第十单作用单出杆液压缸13，第十一单作用单出杆液压缸14，第十二单作用单出杆液压缸15。
58.系统机械结构为：滚刀壳体35为对称结构，滚刀壳体35中部设有矩形台肩，台肩内部设有圆形槽，用于安装滚刀轴；滚刀壳体35两端设有圆形凹槽，用于安装主副活塞杆，同时内部开有十字油道，油道其中三个端口用于驱动主液压缸、副液压缸和磨损检测头，油道的另外一个端口通过密封螺栓50密封；型块39一端设有圆形槽，另一端设有两个平行的矩形凸台，圆形槽用于安装滚刀轴，矩形凸台起到导向作用；磨损检测头主体为圆柱形结构，磨损检测头底部设有安装用螺纹；磨损检测头内部开有圆柱形空腔，用于容纳系统高压乳化液，磨损检测头通过螺纹连接在滚刀壳体35上；主活塞杆37安装在滚刀壳体35内部的圆形凹槽内，主活塞杆37的活塞部设有三道主活塞密封圈49，主活塞杆37的活塞杆处设有一道主活塞杆密封圈47，主活塞杆37的有杆腔设有主复位弹簧38；主活塞杆37的活塞杆周向均布有螺纹孔，主活塞杆转接体42一端通过螺栓与主活塞杆37的活塞杆连接，另一端通过螺栓与型块39连接；型块39两个平行设置的导向凸台通过形状配合，安装在导向套45内部，导向套45采用耐磨材料（如铜）；导向套45安装于滚刀壳体35内，导向套45与型块39导向凸台之间设有密封圈，防止尘土等进入系统传动机构；副活塞杆41安装在滚刀壳体35内部圆形凹槽，副活塞杆41的活塞处设有三道活塞密封圈49，副活塞杆41的活塞杆处设有一道活塞杆密封圈47，副活塞杆41的无杆腔设有副复位弹簧43；副活塞杆41的活塞杆周向均布有螺纹孔，副活塞杆连接耳环40通过螺栓与副活塞杆41的活塞杆连接；副活塞杆连接耳环40通过连接销轴与型块39连接；副液压缸端盖48和主液压缸端盖44分别通过螺栓与滚刀壳体35连接。
59.所述滚刀壳体35背离柱液压杆37的一端设置有主液压缸端盖44，主液压缸端盖44内部设置有用于导通乳化液的油孔，单向阀通过螺纹连接安装在主液压缸端盖44输入端，截止阀16通过连接螺栓安装于滚刀壳体35内部，截止阀一端与滚刀油路连接，另一端与大气连通。
60.系统动作过程包括：滚刀快速夹持功能、滚刀磨损智能检测功能、滚刀快速释放功能。
61.所述滚刀快速夹持功能：当需要对刀轴36进行夹持时，此时第二两位两通电磁换向阀30和第一两位两通电磁换向阀32处于右位，第二蓄能器28内的高压乳化液经其28a口流出，28a口流出的乳化液分别经压力传感器29的29a口流入压力传感器29，经第二两位两通电磁换向阀30的30a口流入第二两位两通电磁换向阀30。
62.乳化液经第二两位两通电磁换向阀30后由其30b口流出，30b口流出的乳化液分别经第一单向阀25的25b口流入第一单向阀25，第二单向阀26的26b口流入第二单向阀26，第三单向阀27的27b口流入第三单向阀27。
63.乳化液经第一单向阀25后由其25a口流出，25a口流出的乳化液分别经第一磨损检测头19的19a口流入第一磨损检测头19，经第二磨损检测头20的20a口流入第二磨损检测头20，经第一截止阀16的16b口流入第一截止阀16，经第一蓄能器1的1a口流入第一蓄能器1，经第一单作用单出杆液压缸4的4a口流入第一单作用单出杆液压缸4，经第四单作用单出杆液压缸7的7a口流入第四单作用单出杆液压缸7，经第七单作用单出杆液压缸10的10a口流入第七单作用单出杆液压缸10，经第十单作用单出杆液压缸13的13a口流入第十单作用单出杆液压缸13。
64.乳化液经第二单向阀26后由其26a口流出，26a口流出的乳化液分别经第三磨损检测头21的21a口流入第三磨损检测头21，经第四磨损检测头22的22a口流入第四磨损检测头22，经第二截止阀17的17b口流入第二截止阀17，经第二蓄能器2的2a口流入第二蓄能器2，经第二单作用单出杆液压缸5的5a口流入第二单作用单出杆液压缸5，经第五单作用单出杆液压缸8的8a口流入第五单作用单出杆液压缸8，经第八单作用单出杆液压缸11的11a口流入第八单作用单出杆液压缸11，经第十一单作用单出杆液压缸14的14a口流入第十一单作用单出杆液压缸14。
65.乳化液经第三单向阀27后由其27a口流出，27a口流出的乳化液分别经第五磨损检测头23的23a口流入第五磨损检测头23，经第六磨损检测头24的24a口流入第六磨损检测头24，经第三截止阀18的18b口流入第三截止阀18，经第三蓄能器3的3a口流入第三蓄能器3，经第三单作用单出杆液压缸6的6a口流入第三单作用单出杆液压缸6，经第六单作用单出杆液压缸9的9a口流入第六单作用单出杆液压缸9，经第九单作用单出杆液压缸12的12a口流入第九单作用单出杆液压缸12，经第十二单作用单出杆液压缸15的15a口流入第十二单作用单出杆液压缸15。
66.第一液压缸组与第二液压缸组在蓄能器组内的高压乳化液的作用下，持续输出用于夹持滚刀的力，当压力传感器29检测到第二蓄能器28内的乳化液压力低于预设压力时，第一两位两通电磁换向阀32切换至左位，油源33内的高压乳化液经比例减压阀31的31a口流入比例减压阀31，乳化液经比例减压阀31的调节后一部分经其31c口流回油箱34，一部分经其31b口流出；31b口流出的乳化液经第一两位两通电磁换向阀32的32a口流入第一两位两通电磁换向阀32，乳化液经第一两位两通电磁换向阀32后由其32b口流出；32b口流出的乳化液经第二蓄能器28的28a口流入第二蓄能器28，为蓄能器补充一定压力的乳化液，当压力传感器的示数达到预设值时，第一两位两通电磁换向阀32切换至右位，停止为第二蓄能器28补充乳化液，第一液压缸组在高压乳化液的作用下其活塞杆做缩回运动，第二液压缸组在高压乳化液的作用下其活塞杆做伸出运动；第二蓄能器28内的高压乳化液持续为系统提供一定压力的乳化液，使得液压缸组持续输出稳定的力，实现滚刀的快速夹持功能。
67.滚刀磨损智能检测功能：第二两位两通电磁换向阀30处于右位，第二蓄能器28内的高压乳化液经其28a口流出，28a口流出的乳化液分别经压力传感器29的29a口流入压力传感器29，经第二两位两通电磁换向阀30的30a口流入第二两位两通电磁换向阀30；乳化液经第二两位两通电磁换向阀30后由其30b口流出，30b口流出的乳化液分别经第一单向阀25
的25b口流入第一单向阀25，第二单向阀26的26b口流入第二单向阀26，第三单向阀27的27b口流入第三单向阀27；乳化液经第一单向阀25后由其25a口流出，25a口流出的乳化液分别经第一磨损检测头19的19a口流入第一磨损检测头19，经第二磨损检测头20的20a口流入第二磨损检测头20；乳化液经第二单向阀26后由其26a口流出，26a口流出的乳化液分别经第三磨损检测头21的21a口流入第三磨损检测头21，经第四磨损检测头22的22a口流入第四磨损检测头22；乳化液经第三单向阀27后由其27a口流出，27a口流出的乳化液分别经第五磨损检测头23的23a口流入第五磨损检测头23，经第六磨损检测头24的24a口流入第六磨损检测头24，系统内的高压乳化液分别经主副油道流入磨损检测头的内部空腔，当刀轴36发生严重磨损时，岩壁与磨损检测头发生接触，磨损检测头的表面持续磨损；当磨损检测头发生破坏后，其内部的乳化液直接流入外界，压力传感器29检测到系统内乳化液压力降低，根据压力传感器29的压力信号，可知刀轴36磨损程度已达临界值，实现对滚刀刀具磨损的自动检测，通过更换新的刀轴36，避免刀盘面板发生破坏。
68.滚刀快速释放功能：当滚刀出现严重磨损需要更换时，第二两位两通电磁换向阀30处于右位，第一两位两通电磁换向阀32处于右位，此处以更换第一滚刀为例说明，切换第二两位两通电磁换向阀30至左位，打开第一截止阀16，第一蓄能器1内的乳化液经其1a口流出，第一单作用单出杆液压缸4的有杆腔内41的乳化液在其复位弹簧的作用下由其4a口流出，第四单作用单出杆液压缸7的有杆腔内的乳化液在其复位弹簧的作用下由其7a口流出，第七单作用单出杆液压缸10的无杆腔内的乳化液在其复位弹簧的作用下由其10a口流出，第十单作用单出杆液压缸13的无杆腔内37的乳化液在其复位弹簧的作用下由其13a口流出，第一磨损检测头19内的乳化液经其19a口流出，第二磨损检测头20内的乳化液经其20a口流出，1a口、4a口、7a口、10a口、13a口、19a口和20a口流出的乳化液一同经第一截止阀16的16b口流入第一截止阀16，乳化液经第一截止阀16后由其16a口直接流入大气，第一单作用单出杆液压缸4和第四单作用单出杆液压缸7在复位弹簧的作用下其活塞杆做缩回运动37，第七单作用单出杆液压缸10和第十单作用单出杆液压缸13在复位弹簧的作用下其活塞杆做伸出运动，液压缸的运动通过型块39将刀轴36从滚刀壳体35上拆卸下来，将新的滚刀安装在型块39内部的圆形凹槽，将第二两位两通电磁换向阀30切换至右位，第二蓄能器28内的盖亚乳化液经其28a口流出，28a口流出的乳化液经压力传感器29的29a口流入压力传感器29，经第二两位两通电磁换向阀30的30a口流入第二两位两通电磁换向阀30；乳化液经第二两位两通电磁换向阀30后由其30b口流出，30b口流出的乳化液分别经第一单向阀25的25b口流入第一单向阀25；此时，切换液压系统至滚刀快速夹持功能，完成滚刀的快速释放。
69.滚刀受力与运动分析，如图13和图14所示：刀轴36由初始位置运动至夹紧状态的受力及运动过程如下：在高压乳化液的作用下主活塞杆37做伸出运动，主复位弹簧38受力发生压缩变形，活塞杆37通过螺栓连接将力传递至主活塞杆转接体42；主活塞杆转接体42安装在型块39圆形槽内，主活塞杆转接体42通过型块39圆形槽口处的台肩将力传递至型块39；在高压乳化液的作用下副活塞杆41做缩回运动，副复位弹簧43受力发生压缩变形，副活塞杆41通过螺栓连接将力传递至副活塞杆连接耳环40；副活塞杆连接耳环40通过连接销轴将力传递至型块39；型块39在主活塞杆37和副活塞杆41的共同作用下开始运动，刀轴36的圆柱形轴肩安装在型块39的半圆形凹槽内，刀轴36随着型块39一同运动，当刀轴36和型块39运动至指定位置（刀轴36与滚刀壳体35
内部环形凹槽接触）时，主副活塞杆的驱动压力设定为恒压模式，主活塞杆和副活塞杆的输出力经型块39与刀轴36之间的圆弧接触面，传递至刀轴36的轴上，刀轴36通过与滚刀壳体35之间的接触作用，将力传递至滚刀壳体35；刀轴36施加给动卡爪的反作用力可分为水平作用力和竖直分作用力，其中水平反作用力与主活塞杆的输出力、副活塞杆的输出力相互抵消，竖直反作用力经型块39的矩形导向凸台传递至滚刀壳体35，实现刀轴36的定位和紧固。
70.所述刀轴36处于定位和紧固状态下的受力状态如图15所示，受到型块39施加的水平向右的作用力f3、竖直向下的作用力f4，受到滚刀壳体35施加的水平向左的作用力f1、竖直向上的作用力f2，刀轴36在f1、f2、f3、f4的共同作用下处于平衡状态。另外，在滚刀100的破岩过程中，刀轴36还受到掌子面施加的竖直向下的作用力f，刀轴36在f1、f2、f3、f4、f的共同作用下，仍处于平衡状态。
71.刀轴36由夹紧状态运动至初始位置的受力及运动过程如下：主液压缸的无杆腔与副液压缸的有杆腔内的高压乳化液开始卸荷，主活塞杆37在主复位弹簧38的作用开始缩回，副活塞杆41在副复位弹簧43的作用下开始伸出；主活塞杆37通过螺栓连接将力和运动传递至主活塞杆转接体42，副活塞杆41通过副活塞杆连接耳环40将力和运动传递至型块39，型块39的矩形导向凸台沿导向套45运动，刀轴36的轴在型块39的作用下一同运动；实现刀轴36的快速释放。
72.本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。
73.以上内容显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的有益效果。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。