第45卷第20期 2018年10R 施工技术 Construction Technology 建 筑 技 术 开 发 Building Technology Development
盾 构 刀 盘 状 态 感 知 的 数 据 传 输 技 术 研 究
陈 柳 锋
(上 海隧道 工程 有 限公 司，上海 200232)
[摘 要]盾构机掘进技术、设备技术的发展，以及智能化盾构概念的提出，驱使着对旋转刀盘状态感知技术的研究。将各
种旋转刀盘状态感知技术进行对比研究，最终给出通过中心回转接头实现大电流传输，通过工业无线总线技术实现大数据量交
互，有线和无线技术结合的方案，来解决智能化盾构构想中存在的旋转的刀盘和盾构之 间供电及大数据交互传输问题。
[关键词 ]智能盾构 ；刀盘状态感知 ；中心回转接头 ；工业无线总线 ；数据传输
[中图分类号 ]U455．39 [文献标志码 ]A [文章编号 ]1001—523X (2018)2O_J0048_02
Research on Data Transm ission Technology of Shield
Cutter H ead State Sensing
Chen Liu—feng
[Abstract]The development of the tunneling technology，the development of the equipment technology and the concept of the intelligent shield drive，the research on the state sensing technology of the rotating cutter disk is driven．In this paper，the state
perception technology ofvarious rotating cutter heads is compared and studied．Finally，the large current transmission through the central
rotary joint is realized and the large data interaction is realized through the industrial wireless bus technology．The combination of wired and wireless technology is used to solve the rotating cutter disk and shield in the intelligent shield．Intercommunication between power
supply and large data．
[Keywords]intelligent shield；cutterhead state perception；central rotary joint；industrial wireless bus；data transmission
1 旋转刀盘状态感知的数据传输技术研究需求
所谓 “感知 ”能力，即通过各类传感器，或者各类仪器
来采集施工过程中所需掌握的数据。刀盘是盾构机掘进最重
要的部件之一，越来越多的复合地质条件下长距离隧道项 目，
要求时刻密切地关注刀盘本体的各项参数及刀盘前方地质
情况。
随着现代科技迅猛发展和工业自动化、智能化的发展趋
势，无人驾驶盾构、全 自动盾构掘进的设想和展望已被提出。
这就要求盾构机各个系统都具备灵敏的 “感知和反馈”能力。
即要能感知各个系统部位 自身的情况 ，又要能感知外部和系
统部位间相互的情况，并准确地向盾构机 PLC中控系统作出
反馈。
目前 ，盾构机的水冷系统、液压系统、油脂系统、推进
系统、拼装系统等，都己根据使用需求，安装了温度、压力、
流量、位置等各类传感器，具备了较强的 “感知和反馈”能力，
而作为直接接触土体的刀盘，目前用到最多的也只有磨损检
测而己，其 “感知和反馈”能力却有所欠缺 。这跟刀盘的工
作特性有关。刀盘与其他系统相比，最大的区别有两点 ：(1)
在掘进过程 中，刀盘是人员无法直接接触到的 ；(2)刀盘相
对于盾构，是360。无限旋转的。这两点特殊性，使得要在刀
盘上安装各类传感器和地质探测装置等设备，以及将这些设
备的反馈信号传输到中控系统的过程 中，必须采用一些非常
规的技术手段。
2 刀盘需要被感知的状态汇总
根据刀盘的使用需求和设备部署情况，目前需要感知的
刀盘状态主要有以下几点 ：(1)刀盘和刀具的磨损情况 ；(2)
仿型刀的工作状态 ；(3)刀盘受力情况的数据 ；(4)刀盘各
区温度 ；(5)超前地质探测的数据。上述第 1、2、3、4点为
刀盘 自身传感器感知数据，第5点为对外部的感知数据。其中
可能包含的数据类型有 ：24VDC开关量、4～20mA模拟量 、
收稿日期 ：2O18_J06_27
作者简介 ：陈柳锋 (1977一)，男，上海人，工程师，主要研究方向
为自动化控制研究。
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— 10～10V模拟量、20～20kHz频率信号、一l50～+150V正弦波
信号等。
3 现有相关技术介绍与对比
3．1 利用中心回转接头的电气滑环技术
中心回转接头是一种有线的方式来传输电信号，其基本
原理是电气滑环 。电气滑环是负责为旋转体连通、传输能源
与信号的精密 电气部件，被使用于360。无限连续旋转，并要
求从固定位置到旋转位置传输电信号的领域。
电气滑环的基本结构如图1所示。其主要导通部件是 电刷
和导电环道。电刷采用贵金属合金的弹性材料，导电环道包
括了导电环、精密轴承、绝缘材料、树脂粘合材料等。
环
图1 电气滑环基本结构 一 般情况下，电刷 (又称定子)作为固定侧 (即盾体侧)，
导电环道 (又称转子)作为旋转侧 (即刀盘侧)。电刷成 V形，
与导电环道的 “凹”形槽对称双接触，利用电刷的弹性压力，
与导电环道滑动接触
盾构刀盘状态感知的数据传输技术研究（论文）.pdf
