數控機床

       摘 要：盤形滾（gǔn）刀作為 TBM 的破岩（yán）工具，它的技術性能和在施工中的正確（què）使用與隧（suì）道的掘進速（sù）度和掘進成本密切相關。 除選擇技術性能好的刀具外，還能做到對相關故障做出（chū）及時響應、排除，以及針對岩（yán）層情況對刀具做相應的改造，還需（xū）要注意提高 TBM 施工中對刀具使用的技術水平和管理水平。
 
       關鍵詞：TBM；刀具；維修
  
       0 引言
 
       TB880E 隧道掘進機采用麵（miàn）板式刀盤，有 62把正（zhèng）滾刀，6 把中心刀，3 把邊刀，8 組用於（yú）出渣的刀盤刮板，另外還裝備兩把擴孔刀（dāo），但擴（kuò）孔刀不參與掘（jué）進，隻在更換邊刀前（qián）超挖洞室用。 本刀盤（pán）刀（dāo）具采用定軸式 17″盤型滾刀（dāo）。 兩把（bǎ）刀具的平均間距是 75mm 左右。 盤型滾刀是指不僅隻隨刀盤轉動，而（ér）且（qiě）還可以自轉的破岩刀（dāo）具。 刀具的直
徑分為 12″、14″、15″、17″、19 ″。 此（cǐ）次著重介紹 17 ″刀具。
 
      盤型滾刀的技術性能： 滾 刀（dāo） 直 徑 17″(432mm)， 滾刀承載能力 30 噸， 滾刀適應地層條件20-220 MPa，滾刀轉動（dòng）扭矩 20-50 Nm。刀具的結（jié）構組成：刀體（tǐ）、刀圈、擋圈、端蓋、刀（dāo）軸、隔離圈、軸承、浮動密封、O 型密封（fēng）圈（quān）、油堵、刀具螺栓、托架。
 
      1 、刀具的工作原理與出現的故障
 
      1.1 盤型刀具（jù）的工作原（yuán）理
   
      17″盤型滾刀單刀承載（zǎi）能力可達 223 kN，使（shǐ）用的是兩套單（dān）列滾柱錐軸（zhóu）承，使之能夠破碎片麻花崗岩， 刀盤在縱向（xiàng）油缸施加的推（tuī）力作用下（xià），使其上的（de）盤形滾刀壓入岩石（shí）；刀盤在旋轉裝置的驅動下帶動滾刀繞刀（dāo）盤中心軸公轉，同時（shí）各滾（gǔn）刀還繞各（gè）自的刀軸自轉， 使滾刀在岩麵上連續滾壓。刀盤施加給刀圈推（tuī）力和滾動力（轉矩），推力使刀（dāo）
圈（quān）壓入岩體，滾動力使刀圈滾壓岩體。 通過（guò）滾刀對岩體的擠壓和（hé）剪切使岩體發生破碎，在岩麵上切出一係列（liè）的同心圓。
 

      隨（suí）著刀盤推力的大小，破碎岩體（tǐ）一般分為三個階段（duàn），研磨，疲勞，有效麵積的（de）破碎。研磨：當刀（dāo）圈（quān）接觸到（dào）岩體，刀圈對岩體（tǐ）產生擠壓力但（dàn）刀圈的（de）擠壓力小於岩體的極限強度，使刀圈在岩體（tǐ）中反複滾動摩擦。
 
     疲勞：當刀圈承受的推力增大但仍然小於岩體的極限強度，經過反複碾壓，使岩體產生疲勞與裂紋，進而發（fā）生（shēng）破碎。
 
     有效麵（miàn）積的破碎：當刀圈承受的壓力大於岩體（tǐ）的極限強度時，刀圈嵌入岩體，使岩體產生跳躍式直接破碎，破碎的塊度與速度增大，迫使岩體破碎，破碎的岩石（shí）塊度均勻。
 
     1.2 刀具出現的故障
 
     TBM 滾刀在掘進（jìn）時常見故障（zhàng）可以（yǐ）分為兩大類：
 
     第一，受外在因素的破壞導致刀具出現故障。所謂外在因素就是（shì）指刀具在正常運轉時受到外（wài）界的擠壓或強烈的（de）撞擊導致（zhì）刀具的刀體或者刀圈破損。 遇（yù）到此類狀況多是經過節理（lǐ）比（bǐ）較發育的岩層，刀具產生的震動導致（zhì）大塊岩石脫落，脫（tuō）落後無法及時的破碎，在掌子麵攪動，由高空墜落砸壓在刀圈上（shàng），導致（zhì）刀圈破裂；或由擠壓的方式擠壓（yā）刀（dāo）體（tǐ），導致刀體局部變（biàn）形，與刀具的端蓋抱死，產生刀具偏磨。 如刀具在（zài）偏磨時沒有及時處理會導致周圍的刀具超載，也產生偏磨。 再如刀
具在花崗岩段也極其容易因（yīn）滑（huá）動密封的失效產生偏磨，滑動密封的橡（xiàng）膠圈在 80℃以內的工作環境下會有很好的密（mì）封效果，但如（rú）刀具長時間工作在大推力的（de）環境下，就會導致刀具溫（wēn）度升高使密封圈（quān）逐漸碳化，最後導致失效偏磨。 刀具在刀盤（pán）上應牢靠地固定，刀具（jù）螺栓的鬆動也會導致刀（dāo）具的偏磨與飛刀。 所謂的飛刀就是指刀具在工作中與（yǔ）刀盤脫離（lí）， 與刀盤成為兩個相對（duì）的工作體，導致刀具、刀盤等破損。
 
     第二，內在（zài）因（yīn）素，所謂內在因素就是指刀具在進行工（gōng）廠化檢修時，沒有檢修到位，有漏（lòu）洞（dòng），例如刀具滑動密封的橡膠圈已經碳（tàn）化失去（qù）了原有的柔韌性與彈（dàn）性，或者局（jú）部磨損，呈橢圓形，導致刀（dāo）具漏油， 使軸承產生高溫抱死導致刀具偏（piān）磨。或者是刀（dāo）具的（de）軸（zhóu）承沒有徹底檢查，有剝離或者掉塊，都會導致刀具偏磨;再如更換刀圈時沒有及時更換刀具的隔離環（huán）， 致使刀具的扭矩較小，軸承的內外圈接觸不夠緊密，導致（zhì）軸承在運轉時產生（shēng）間隙，經過晃（huǎng）動撞擊導致（zhì）軸承局部破損，進而（ér）產（chǎn）生失效（xiào），導致偏（piān）磨（mó）;其次就是刀軸是否變形。 一般情（qíng）況下刀軸是不會產生局部（bù）變形的，但在多種因素下，刀軸有可能產（chǎn）生變形，比如（rú）刀軸（zhóu）的強度沒有（yǒu）達（dá）到標準，再如刀軸的反複使用產生局部疲勞（láo），其次受到了岩石的製約，致使掘進的（de）推力增大產生疲勞，導致變形。
 
     第三，根據岩石的軟硬程度來確定刀（dāo）具的扭矩，如在比較鬆軟的（de）沙質岩的情況下，可以（yǐ）把刀具的扭矩調整小一點，可以使刀具的破岩（yán）能力更加理想（xiǎng），刀圈的使用壽命增（zēng）加（jiā）。
 
     綜上所述，刀具在掘進過程中，由（yóu）於（yú）衝擊（jī）與振動、摩擦與溫度的作用，其技術性能向著（zhe）不良狀態變化，刀圈逐漸磨損，還（hái）可能斷裂；密封損壞而（ér）漏油、 螺栓鬆動等也都會使刀具失去工作能力。 為了使掘進繼續進行，要對刀（dāo）具進（jìn）行定期和不定期的檢查（chá），進行（háng）應急和預期刀盤維修與刀具（jù）更換。 不定期檢查和應急維修與更換刀具比例越（yuè）大（dà），對（duì）掘進影響越（yuè）大。 定期檢查和預（yù）期更換與維修比例是 TBM 掘進施工技術與管理水（shuǐ）平（píng）的衡量指（zhǐ）標之一。
 
     2 、刀具的改造
 
     九月（yuè）份開始，圍（wéi）岩發生了重大（dà）的變化，刀具磨（mó）損急劇增大，因此，用 07 年 12 月（yuè）至 08 年 8 月29 日這段日期做為（wéi）對比分析，結果見表 1、表 2。因國產刀具軸承（chéng）、 浮動密封的質量不穩定，造成刀具使用時經常出現漏油、弦磨及（jí）軸（zhóu）承損壞等現象，導致刀具更換頻（pín）繁，占用了大量的掘進時間（jiān），嚴重製約了 TBM 的掘進速度。 為解決刀具弦磨問題，我（wǒ）們對刀具油的選用（yòng）做了改變。
  
                      表 1 改造前後對比
    
  
  
                    表 2 正滾刀的麿損情況（kuàng）
       
  
     計算，平均每個月（yuè）消耗 29.2 把正滾刀，改造後每個月（yuè）節省（shěng） 10.3 把正滾刀， 節省大量的處理刀具時間，這些節省的時間用來掘進。 經（jīng）過本次改造，在完成剩餘的裏（lǐ）程後，單（dān）刀具消耗這一項節約很大一（yī）部分成本， 而且因減少換刀（dāo）次（cì）數（shù），大大增加了掘進時間。
 
     3 、刀具的維修與檢測
 
    3.1 刀具的測量、維修與裝配3.1.1 中心刀的刀圈裝配
 
    把中心滾刀的刀圈裝入烤箱中，烤箱溫度調至 180 度左右，烘焙兩小時，將烘好的刀圈放（fàng）入刀體（tǐ）中，刀圈與刀體屬於過盈配合（hé）。刀體與刀圈過盈配合（hé）計算：已知參數：配合直徑 d=275 mm，刀（dāo）圈計算外徑 da=350 mm， 刀體內徑 di=212 mm， 配合長度L=80 mm， 鋼 材 泊（bó） 鬆 比 v=0.31， 彈 性（xìng） 模 量 E=200000 N/mm2，摩擦係數 f=0.12校核計算：最小有效過盈量

     烘焙好的刀圈必須在最短的時間裝入，其（qí）次（cì）將刀圈的光滑麵朝（cháo）下， 與刀體外部（bù）的拱背接觸，最後將中心刀的擋圈裝入（rù）擋圈槽（cáo）中（zhōng），中心（xīn）刀的擋圈（quān）為外卡簧式。
 
     3.1.2 中心刀隔離環的測量
 
     裝配前將中心刀的（de）各（gè）個零部件進行仔細檢測，因（yīn）在洞內（nèi）更換中心刀工（gōng）序十分複雜，而且花費的時間也很長（zhǎng），裝配中心刀要慎之又慎（shèn）。
 
     將（jiāng）檢測好的中心刀刀體 O 型（xíng）圈裝入刀體中，用 650 kPa 壓床分兩次將軸承外圈壓入刀體中，第一次壓力在 300 kPa 左右， 第二次在 600 kPa左右，使軸承外圈與刀體更好的接觸，然後用塞尺檢測刀體內部中心（xīn）拱（gǒng）肩與外（wài）圈的間隙，間隙不得（dé）大於 0.03 mm。 其次將其中（zhōng）一個（gè）軸承內圈放測量托盤上，放入刀體（tǐ），標準隔離環與第二套軸承，校（xiào）百分表。 最後取（qǔ）出標準隔（gé）離環，再進行測（cè）量（liàng），得出的數值經計算得（dé）出隔離環的厚度（dù）。
 
     3.1.3 刀具的維修
 
    將（jiāng）滑動密封裝入帶刀軸的端蓋中，裝（zhuāng）入軸承內圈與刀體（tǐ），裝（zhuāng）好之（zhī）後再把另外一套軸承裝入刀（dāo）體中，用壓床壓緊端蓋至 600 kN，檢（jiǎn）測刀具的（de）扭矩（180-210 N·m），扣好端蓋裝好一（yī）頭油（yóu）堵，進行氣壓試驗，在注入（rù） 0.05 MPa 氣壓後觀察五分鍾，保證氣體（tǐ）不泄露；然（rán）後測量中心刀的裝（zhuāng）配高（gāo）度，標準高度（dù）；最後加入調配好的（de）刀具油 750 mL，裝好最
後一個油堵（dǔ）後進行運轉試（shì）驗，正反轉動 15 分鍾，油液不外溢，證明刀具裝配合格。
 
     3.1.4 中心刀的裝配
 
     每把刀的裝配誤（wù）差為±0.1 mm；6 把刀的整體裝配誤差為（wéi）±0.3～0.6 mm； 緊固後楔形塊的端麵不能高（gāo）於夾緊塊端麵；檢查中心刀噴水座是否完好。 每更換新中（zhōng）心刀（dāo）要同時更換 1# 和 2# 正滾刀，以保（bǎo）護中心刀。中心刀支架(支承腳)與端蓋接（jiē）觸麵的間隙控製在 0.03 mm； 夾塊安裝前檢查螺紋是否完好，最後將夾（jiá）緊塊與刀（dāo）具（jù）與刀盤連接螺栓加（jiā）至標準扭矩。 刀盤在運轉兩個循（xún）環後還需進行最後緊固。
 
     4 、結束語
 
     正確選擇刀具，刀具裝配得當，及時排除故障，對整個 TBM 的掘進起著關鍵性的作用，既可以大大（dà）降低成本又可以提高掘進速度。