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摘 要

盾构机是隧道掘进工作过程中的最主要施工对象，大型盾构机的回转支承是一种能够承受多方向载荷的巨大型轴承。针对盾构机回转支承试验台，本文着重设计了它的测试系统，且能准确在试验台上对工作中的回转支承的实时温度、压力等物理量进行监测，为研究回转支承的性能提供帮助。

本文主要工作是设计6.4m盾构机回转支承试验台测试系统，根据测试系统整体设计任务及要求，确定了温度、压力、扭矩、加速度、转速、位移六种工况参数作为系统待测量，并对测试系统进行了总体设计。在硬件设计方面，选取了合适的传感器及变送器和数据采集卡，并用VISIO、CAD软件画出测试系统的原理框图、总体布局图、数据采集接线图、测试柜内、外布局图等；软件设计则以 LabVIEW 为设计平台，使用G语言的编程实现了测试系统所需的数据采集、存储、实时报警、生成报表和打印等功能。此测试系统可以监测整个试验台系统，为盾构机回转支承的设计与制造提供可靠的实验参数。

关键词：盾构机 回转支承 测试系统 LabVIEW 数据采集

Design of Test System for Slewing Bearing Test Bench of 6.4m Shield Machine

ABSTRACT

Shield machine is the main construction object in the process of tunneling. The slewing bearing of large shield machine is a kind of large bearing which can withstand multi-directional load. This paper focuses on the design of the test system, and can accurately monitor the real-time temperature and pressure of the slewing bearing in the test bench, and help to study the performance of the slewing bearing.

The main work of this paper is to design the test system of the 6.4m shield test bench. According to the overall design task and requirements of the test system, the temperature, pressure, torque, acceleration, speed and displacement are measured as the system to be measured and the overall design of the test system was carried out. In the hardware design, select the appropriate sensor and transmitter and data acquisition card, and use VISIO, CAD software to draw the test system block diagram, the overall layout, data acquisition wiring diagram, test cabinet, outside the layout, Software design is based on LabVIEW design platform, the use of G language programming to achieve the test system required for data acquisition, storage, real-time alarm, generate reports and print and other functions. This test system can monitor the entire test bed system and provide reliable experimental parameters for the design and manufacture of slewing bearing for shield machines, can be shielded machine slewing bearing design and manufacturing to provide reliable experimental parameters.

KEYWORDS: shield machine; slewing bearings; test system; LabVIEW; data acquisition

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内、外回转支承测试系统研究的现状 2

第二章 试验台测试系统总体设计方案 5

2.1 测试系统设计任务 5

2.2 系统总体设计原理 5

2.2.1 测试系统原理框图 5

2.2.2 待测参数简析 6

2.2.3 传感器类型简析 6

2.2.4 信号调理简析 7

2.2.5 CPU功能简析 7

2.2.6 总线技术简析 8

2.3 确定软件平台 8

2.4 测试系统测点布置 11

2.5 确定总体设计方案 11

第三章 试验台测试系统硬件选型 13

3.1 传感器及变送器选型 13

3.1.1 温度传感器选型 13

3.1.2 压力传感器选型 14

3.1.3 扭矩/转速传感器选型 15

3.1.4 位移传感器选型 16

3.1.6加速度传感器选型 17

3.2 数采设备选型 18

3.2.1 数采卡选型 18

3.2.2 数采机箱选型 19

3.3 工控机选型 20

3.4 测试柜布局 20

3.4.1 测试柜内布局图 21

3.4.2 测试柜外布局图 22

3.5 传感器位置布局 22

3.6 数采接线图 23

3.7 测试系统成本分析表 25

第四章 试验台测试系统软件设计 26

4.1 软件功能分析 26

4.2 软件变量定义 27

4.3 软件界面设计 28

4.3.1 欢迎界面 28

4.3.2 登录界面 29

4.3.3 主界面 30

4.4 软件功能实现 31

4.4.1 参数设置功能 31

4.4.2 线性变换功能 33

4.4.3 数据采集功能 34

4.4.4 测试功能 36

4.4.5 报表功能 39

4.5 软件使用说明 40

结语 41

参考文献 42

致谢 44

绪论

课题研究背景及意义

盾构机是隧道盾构施工过程中的最主要施工对象。盾构施工法是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法，它使用盾构机在地下掘进，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业^[1]。回转支承是一种内圈或者外圈带有传动齿轮、可以通过小齿轮啮合传动扭矩的巨型滚动轴承，其旋转座圈与机械的旋转部分连接，固定座圈与机械固定部分连接，结构借助这个大滚动轴承来传递载荷，并由轴承上的齿圈实现机械旋转部分与相对固定部分的回转^[2]。盾构主轴承是连接盾构刀盘系统与动力系统的关键部件，多采用回转支承，其寿命和可靠性直接影响盾构机械的施工安全^[3]。

回转支承是一种能够承受综合载荷的特大型滚动轴承，广泛应用于工程机械、风力发电、轨道车辆、航空航天及军工等领域 ^[2]。由于本设计所研究的盾构机回转支承，采用的类型为三排滚柱式回转支承，在此将重点对这种回转支承进行研究。三排滚柱式回转支承的特性：三排滚柱式回转支承能够承受较大的倾翻力矩，是回转支承中承载能力最大的一种，特别适用于承受大载荷、大冲击工况条件下运行的重型机械。如图1-1为三排滚柱式回转支承结构图。

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