盾构机用油液金属磨粒在线监测系统及方法与流程

1.本发明涉及盾构机液压油技术领域，尤其涉及一种盾构机用油液金属磨粒在线监测系统及方法。


背景技术：

2.盾构机在掘进的过程中，油液中金属磨粒的含量直接反映机械运动结构的健康状况，通过对油液中金属磨粒的在线监测，预防机械运动结构的过度磨损，及时发现问题，减少重大事故的发生，提高设备的可靠性。
3.当前盾构机的油液多采用送检离线检测，在检测的各参数中，金属磨粒含量的检测是十分必要的。但离线检测导致监测时效性较差，无法及时发现问题，离线检测主要针对金属磨粒的金属杂质含量进行检测，无法检测金属磨粒的变化趋势，无法提前预估机械结构的损坏。当前对金属磨粒在线监测主要通过金属磨粒的变化趋势进行预判，但无法计算金属磨粒的含量。在线及离线检测都存在各自的缺点，金属磨粒增长过快虽未达到金属杂质含量报警阈值，未来此机械活动结构的金属磨粒含量必然超过所设阈值，因此，目前需要一种对油液的金属磨粒的含量进行报警，并实现变化趋势。


技术实现要素：

4.本发明实施例提出一种盾构机用油液金属磨粒在线监测系统，用以实现盾构机用油液金属磨粒在线监测，可靠性高，该系统包括：金属磨粒传感器、流量计、转换模块和管路，其中，
5.所述管路的入口与出口分别连接至盾构机主油路；
6.所述流量计用于：对通过管路的入口流入的油液的流量进行监测，根据所述流量计算油液中的金属磨粒的体积含量；
7.所述金属磨粒传感器与流量计连接，用于对流入的油液的金属磨粒进行监测，获得金属磨粒数值；
8.所述转换模块，用于将金属磨粒的体积含量和金属磨粒数值转换为plc识别的信号，并实时输出，所述金属磨粒的体积含量和金属磨粒数值用于进行异常检测和变化趋势预测。
9.本发明实施例提出一种盾构机用油液金属磨粒在线监测方法，用以实现盾构机用油液金属磨粒在线监测，可靠性高，该方法应用于前述系统，包括：
10.获得流量计测量的油液中的金属磨粒的体积含量，所述流量计设于管路的入口处，所述管路的入口与出口分别连接至盾构机主油路；
11.获得金属磨粒传感器测量的金属磨粒值，所述金属磨粒传感器与流量计连接；
12.将金属磨粒的体积含量和金属磨粒数值转换为plc识别的信号，并实时输出，所述金属磨粒的体积含量和金属磨粒数值用于进行异常检测和变化趋势预测。
13.在本发明实施例中，金属磨粒传感器、流量计、转换模块和管路，其中，所述管路的
入口与出口分别连接至盾构机主油路；所述流量计用于：对通过管路的入口流入的油液的流量进行监测，根据所述流量计算油液中的金属磨粒的体积含量；所述金属磨粒传感器与流量计连接，用于对流入的油液的金属磨粒进行监测，获得金属磨粒数值；所述转换模块，用于将金属磨粒的体积含量和金属磨粒数值转换为plc识别的信号，并实时输出，所述金属磨粒的体积含量和金属磨粒数值用于进行异常检测和变化趋势预测。与现有技术离线监测方法相比，通过金属磨粒传感器、流量计、转换模块和管路，可实现金属磨粒的体积含量和金属磨粒数值的测量与转换、输出，时效性好，且连接至盾构机主油路，不对原有液压系统产生任何影响。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。在附图中：
15.图1为本发明实施例中盾构机用油液金属磨粒在线监测系统一；
16.图2为管路的入口与出口分别连接至盾构机主油路的示意图；
17.图3为本发明实施例中盾构机用油液金属磨粒在线监测系统二；
18.图4为本发明实施例中盾构机用油液金属磨粒在线监测系统三；
19.图5为本发明实施例中进行金属磨粒的增长因子预警和变化趋势预测的流程图；
20.图6为本发明实施例中进行金属杂质含量预警的流程图；
21.图7为本发明实施例中盾构机用油液金属磨粒在线监测系统四；
22.图8为本发明实施例中盾构机用油液金属磨粒在线监测方法的流程图。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
24.在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本技术的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
25.图1为本发明实施例中盾构机用油液金属磨粒在线监测系统一，包括：金属磨粒传感器3、流量计2、转换模块4和管路1，其中，
26.所述管路1的入口与出口分别连接至盾构机主油路；
27.所述流量计2用于：对通过管路的入口流入的油液的流量进行监测，根据所述流量计算油液中的金属磨粒的体积含量；
28.所述金属磨粒传感器3与流量计2连接，用于对流入的油液的金属磨粒进行监测，获得金属磨粒数值；
29.所述转换模块4，用于将金属磨粒的体积含量和金属磨粒数值转换为plc识别的信号，并实时输出，所述金属磨粒的体积含量和金属磨粒数值用于进行异常检测和变化趋势预测。
30.具体地，管路1的入口与出口分别连接至盾构机主油路，图2为管路的入口与出口分别连接至盾构机主油路的示意图，这样，不需要停机，通过监测后，液压油流回循环冷却系统，安装形式简单快捷，不影响盾构正常掘进。
31.图3为本发明实施例中盾构机用油液金属磨粒在线监测系统二，在一实施例中，所述系统还包括设于管路的入口的油泵5，用于将盾构机用油液压入流量计。
32.在一实施例中，金属磨粒传感器包括多个通道，每个通道对一种金属磨粒进行检测，所述金属磨粒包括铁磁性金属磨粒和非铁磁性金属磨粒。
33.一般地，金属磨粒传感器的通道可达到k(例如10)个，可检测k种尺寸种类的金属磨粒。
34.图4为本发明实施例中盾构机用油液金属磨粒在线监测系统三，在一实施例中，所述系统还包括plc6，用于进行金属磨粒增长因子这一参数的预警，并进行金属磨粒的变化趋势预测，图5为本发明实施例中进行金属磨粒的增长因子预警和变化趋势预测的流程图，具体过程包括：
35.每隔设定时长，获取连续四组金属磨粒数值；
36.采用如下公式计算增长因子值：e＝(q4-q3)/(q2-q1)，其中，e为增长因子值，q4、q3、q2、q1分别为连续四组金属磨粒数值；
37.在所述增长因子值大于对应的阈值时，确定增长因子值异常；
38.根据连续四组金属磨粒数值，预测金属磨粒数值变化趋势。
39.另外，在一实施例中，在预设周期内增长因子值的异常次数大于预设次数时，生成报警信号。
40.在一实施例中，plc还用于进行金属杂质含量的预警，图6为本发明实施例中进行金属杂质含量预警的流程图，具体过程包括：
41.每隔设定时长，获得每个通道的金属磨粒数值；
42.采用如下公式计算金属杂质的总体积其中，ai为第i个通道的金属磨粒数值，ri为第i个通道的半径，k为通道数；
43.采用如下公式计算金属杂质含量值t＝v/l，其中，l为金属磨粒的体积含量。
44.在所述金属杂质含量值大于对应的阈值时，确定金属杂质含量值异常。
45.在一实施例中，plc还用于：
46.在预设周期内金属杂质含量值的异常次数大于预设次数时，生成报警信号。
47.也就是，第一次出现异常时，只是出现警告，只有在异常次数大于预设次数时，才会出现报警信号。
48.图7为本发明实施例中盾构机用油液金属磨粒在线监测系统四，在一实施例中，所述系统还包括显示系统7，用于：
49.显示金属磨粒参数值和对应的报警信号。
50.综上所述，本发明实施例提出的系统具有以下有益效果：
51.第一，不需要停机，通过监测后，油液流回盾构机主油路，由于油路存在压力差，所以不需要配微型齿轮泵，本发明的安装形式简单快捷，不影响盾构正常掘进。
52.第二，进行报警判断通过plc实现，采用离线计算方法，隧道停网不对系统产生任何影响。
53.第三，可检测金属磨粒的变化趋势。
54.本发明实施例还提出一种盾构机用油液金属磨粒在线监测方法，应用于前述系统，图8为本发明实施例中盾构机用油液金属磨粒在线监测方法的流程图，包括：
55.步骤801，获得流量计测量的油液中的金属磨粒的体积含量，所述流量计设于管路的入口处，所述管路的入口与出口分别连接至盾构机主油路；
56.步骤802，获得金属磨粒传感器测量的金属磨粒值，所述金属磨粒传感器与流量计连接；
57.步骤803，将金属磨粒的体积含量和金属磨粒数值转换为plc识别的信号，并实时输出，所述金属磨粒的体积含量和金属磨粒数值用于进行异常检测和变化趋势预测。
58.在一实施例中，所述方法还包括：
59.每隔设定时长，获取连续四组金属磨粒数值；
60.采用如下公式计算增长因子值：e＝(q4-q3)/(q2-q1)，其中，e为增长因子值，q4、q3、q2、q1分别为连续四组金属磨粒数值；
61.在所述增长因子值大于对应的阈值时，确定增长因子值异常；
62.根据连续四组金属磨粒数值，预测金属磨粒数值变化趋势。
63.在一实施例中，所述方法还包括：
64.每隔设定时长，获得每个通道的金属磨粒数值；
65.采用如下公式计算金属杂质的总体积其中，ai为第i个通道的金属磨粒数值，ri为第i个通道的半径，n为通道数；
66.采用如下公式计算金属杂质含量值t＝v/l，其中，l为金属磨粒的体积含量。
67.所述方法还包括：
68.在预设周期内增长因子值或金属杂质含量值的异常次数大于预设次数时，生成报警信号。
69.在一实施例中，所述方法还包括：
70.显示金属磨粒参数值和对应的报警信号。
71.综上所述，本发明实施例提出的方法具有以下有益效果：
72.第一，不需要停机，通过监测后，油液流回盾构机主油路，由于油路存在压力差，所以不需要配微型齿轮泵，本发明的安装形式简单快捷，不影响盾构正常掘进。
73.第二，进行报警判断通过plc实现，采用离线计算方法，隧道停网不对系统产生任何影响。
74.第三，可检测金属磨粒的变化趋势。
75.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详
细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。