大型泥水平衡盾構(gòu)機(jī)主機(jī)裝配

摘要 本文主要介紹盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)且通過(guò)充分的分析論證制定切實(shí)可行的大型泥沙盾構(gòu)機(jī)主機(jī)的裝配方案；同時(shí)為了保證盡量減小裝配難度和工作強(qiáng)度并保證關(guān)鍵零部件在吊裝過(guò)程中不受損傷，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)及零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和裝配方法，采取了一定的措施并準(zhǔn)備和使用了專用工具。

關(guān)鍵詞 盾構(gòu)機(jī)；裝配；泥水平衡

0 引言

盾構(gòu)法始于英國(guó)，發(fā)展于德國(guó)、是本；已有180余年歷史。在180多年中，世界各國(guó)制造了數(shù)以千計(jì)的各種類型、各種直徑的盾構(gòu)，盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)從低級(jí)發(fā)展到高級(jí)，從手工操作到計(jì)算機(jī)監(jiān)控機(jī)械化施工，使盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)及其施工技術(shù)得到了不斷發(fā)展和完善。

隨著地下空間的開(kāi)發(fā)，盾構(gòu)技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于鐵路、公路、地鐵、隧道、水利工程、過(guò)江（過(guò)海）隧道、城區(qū)有軌交通、城區(qū)水網(wǎng)、氣網(wǎng)、電網(wǎng)、市政管道等工程領(lǐng)域。是國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)不可或缺的重大機(jī)械裝備。

20世紀(jì)90年代，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)和管理方法用于國(guó)內(nèi)工程施工，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，用盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖的隧道累計(jì)達(dá)到了176km，在今后可用盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖的隧道約5 800km，約需150臺(tái)盾構(gòu)機(jī)。盾構(gòu)機(jī)及其配套設(shè)備、備品備件價(jià)值總計(jì)達(dá)幾百億，盾構(gòu)機(jī)的使用和發(fā)展具有廣闊的市場(chǎng)。

由于盾構(gòu)機(jī)是在地下施工的一種機(jī)械設(shè)備，受其施工環(huán)境的限制，如果工作過(guò)程中出現(xiàn)故障，維修起來(lái)十分困難，甚至?xí)�造成�?zāi)難。因此，盾構(gòu)機(jī)的制造質(zhì)量十分關(guān)鍵，而在工廠內(nèi)的裝配過(guò)程就是保證其使用性能和加工質(zhì)量的檢驗(yàn)過(guò)程，因此盾構(gòu)機(jī)的裝配是十分重要的過(guò)程。

1 盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主機(jī)裝配難點(diǎn)

1.1 泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)

泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)按其結(jié)構(gòu)主要分為主機(jī)和后配套兩部分；按其功能可分為掘進(jìn)系統(tǒng)、排渣系統(tǒng)、支護(hù)系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。而主機(jī)部分又包括刀盤、盾體、推進(jìn)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、管片安裝機(jī)等部分組成。圖1是泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

大型泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)通常指的是開(kāi)挖直徑在10m以上。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件數(shù)量較多，且尺寸和重量較大。主機(jī)的總長(zhǎng)度約為15m，而總重量約為900t，主要部件刀盤一般重約150t以上，前盾、中盾一瓣的重量也在130t以上。

大型泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)的主機(jī)部分的簡(jiǎn)圖如圖2所示（去除刀盤）。

1.2 泥水平衡盾構(gòu)的工作原理

泥水平衡盾構(gòu)的工作原理就是：通過(guò)加壓泥水或泥漿（通常為膨潤(rùn)土懸浮液）來(lái)穩(wěn)定開(kāi)挖面，其刀盤后面有一個(gè)密封隔板，與開(kāi)挖面之間形成泥水室，里面充滿了泥漿，開(kāi)挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外。具體過(guò)程是通過(guò)主驅(qū)動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)安裝有滾刀或刮刀的刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)，連續(xù)不斷的切削土體，破碎的土體被泥水利用泥漿泵抽出并利用管道運(yùn)輸至地面；安裝在盾體中的推進(jìn)油缸推動(dòng)盾體和刀盤前進(jìn)，達(dá)到一定距離后，刀盤和推進(jìn)油缸停止運(yùn)行，管片安裝機(jī)開(kāi)始襯砌管片，襯砌完一環(huán)后，刀盤和推進(jìn)油缸再進(jìn)行下一環(huán)的切削和推進(jìn)。

1.3 主機(jī)裝配前的準(zhǔn)備工作[1]

由于主機(jī)部分的重量較重，且為圓形結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較差；而且某些關(guān)鍵部件重量較大，精度較高。因此在主機(jī)裝配前要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，以保證裝配質(zhì)量和安全性。

首先，為了保證主機(jī)裝配的穩(wěn)定性，制作了用于支撐盾體的“V”型支座，并且在支座與盾體外圓接觸處使用一對(duì)楔鐵用來(lái)調(diào)整盾體的高度及接觸位置。另外，因?yàn)槎荏w共分為3段（前盾、中盾和尾盾），并考慮到各盾體的結(jié)構(gòu)形式，確定好各盾體支座的支撐位置，決定裝配時(shí)使用5個(gè)“V”型支座。

其次，為了保證裝配精度或使部件吊運(yùn)方便，減小勞動(dòng)強(qiáng)度還準(zhǔn)備了多套專用工具。

例如，主驅(qū)動(dòng)裝置在裝配時(shí)使用了專用的吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)工具，因?yàn)橹黩?qū)動(dòng)裝置是盾構(gòu)機(jī)重要部件之了，其精度較高，直徑5m以上，重量達(dá)130t以上，且其外圓柱面是與前盾相配合的加工面。在吊裝時(shí)需對(duì)其進(jìn)行翻個(gè)操作，如果不采取措施，按常規(guī)的操作進(jìn)行主驅(qū)動(dòng)的翻個(gè)工作，極易對(duì)其表面或內(nèi)部的零部件造成損傷，這樣一來(lái)，不但會(huì)影響驅(qū)動(dòng)裝置的使用性能，而且會(huì)影響整臺(tái)設(shè)備的使用性能，甚至?xí)�造成整個(gè)部件損壞。

因此，為了保證主驅(qū)動(dòng)裝置在吊運(yùn)及翻轉(zhuǎn)過(guò)程中的安全，使用了專用的吊運(yùn)翻轉(zhuǎn)工具。該工具主要由吊耳、托架和支架組成，使用方法和翻轉(zhuǎn)過(guò)程如簡(jiǎn)圖3所示，首先將吊耳和托架安裝到驅(qū)動(dòng)裝置上，然后將其豎起，豎起時(shí)托架外圓弧板與地面接觸，不但保護(hù)了驅(qū)動(dòng)裝置外表面，而且使起吊過(guò)程更加容易；最后將托架放到支架上并固定好，重新安裝起吊用具，最后將托架拆下，吊起驅(qū)動(dòng)裝置。

2 主機(jī)裝配方案[2]

2.1 方案一

2.1.1 預(yù)裝配

主機(jī)在總裝配前，部分部件及部件之間要先進(jìn)行預(yù)裝配，確保裝配尺寸正確后才能進(jìn)行總裝配。

1）刀盤：刀盤先與聯(lián)接法蘭裝配好，并配制定位銷孔，然后刀盤翻個(gè)，聯(lián)接法蘭朝下平放找好水平。安裝各種刀具，因?yàn)榈侗P平放時(shí)，刀具的安裝較為方便快捷，而且刀具安裝后的檢測(cè)工作也較方便容易；

2）前盾：先將前盾的上、下部組裝后，初步檢測(cè)各部尺寸后與中盾進(jìn)行試裝配，檢查盾體之間的把合孔對(duì)正性和外圓的圓度及大小情況。合格后將前盾的上、下部拆開(kāi)平放。開(kāi)始安裝前盾內(nèi)部梯子、走臺(tái)和管路等零部件。待其安裝完成后，安裝前盾下部?jī)?nèi)的破碎機(jī)和泥漿門。首先將破碎機(jī)裝入到前盾下部?jī)?nèi)，在裝配前要預(yù)先根據(jù)破碎機(jī)與盾體之間的尺寸距離制作好兩塊墊塊，以保證破碎機(jī)裝配時(shí)的穩(wěn)定性。然后裝配破碎機(jī)前方的泥漿門各件。此時(shí)裝配破碎機(jī)和泥漿門操作方便，難度小。因?yàn)榇藭r(shí)破碎機(jī)可以使用天車直接將其從上至下的裝入到盾體內(nèi)，而泥漿門的裝配也是水平位置操作，方便工人操作和行走；

3）中盾：中盾上、下部組裝后，分別與前盾、尾盾試裝，檢查合格后除去前盾和尾盾，中盾水平放置，將所有的推進(jìn)油缸豎直裝入中盾內(nèi)。推進(jìn)油缸豎直吊裝不但省時(shí)省力，而且易于調(diào)整；

4）尾盾：將安裝好各種管路的尾盾與中盾試裝，檢測(cè)外圓直徑尺寸；

5）驅(qū)動(dòng)裝置：主軸承平放，然后依次安裝減速機(jī)和電機(jī)。

2.1.2 總裝配

1）根據(jù)各盾體的尺寸及結(jié)構(gòu)，確定主機(jī)總裝配時(shí)用來(lái)支撐固定盾體的“V”型支座的數(shù)量并安裝好；

2）依次將前盾下部、中盾下部、尾部下部放到“V”型盾體支座上，并調(diào)整好水平及同心；

3）利用驅(qū)動(dòng)裝置的翻轉(zhuǎn)吊運(yùn)工具將主驅(qū)動(dòng)裝置與前盾下部裝配，并調(diào)整好，然后吊裝前盾上部，完成前盾部分裝配；

4）管片安裝機(jī)支撐架與中盾下部裝配，調(diào)整好水平及垂直；

5）安裝中盾內(nèi)部的走臺(tái)、排漿管路、液壓和潤(rùn)滑管路等，并且為了方便安裝工作和人員上下的行走，各種管路的安裝工作隨著走臺(tái)的安裝一起進(jìn)行。待中盾內(nèi)部的所有部件裝配完成后，裝配中盾上部；

6）管片安裝機(jī)推進(jìn)框架與支撐架裝配，然后完成推進(jìn)框架上的走臺(tái)的裝配；

7）管片安裝機(jī)裝配到推進(jìn)框架上；

8）再完成尾盾其它三部分的安裝；

9）將預(yù)裝配好的刀盤與驅(qū)動(dòng)裝置裝配。

2.2 方案二

2.2.1 預(yù)裝配

各零部件只進(jìn)行必要的試裝配，且其全部工作均在總裝配時(shí)進(jìn)行。例如：各盾體試裝合格后拆開(kāi)，其內(nèi)部的其它零部件均在總裝配時(shí)再安裝。

2.2.2 總裝配

1）根據(jù)各盾體的尺寸及結(jié)構(gòu)，確定主機(jī)總裝配時(shí)用來(lái)支撐固定盾體的“V”型支座的數(shù)量并安裝好；

2）依次將前盾下部、中盾下部、尾部下部放到“V”型盾體支座上，并調(diào)整好水平及同心；

3）安裝前盾下部?jī)?nèi)部的梯子、走臺(tái)和管路，然后安裝破碎機(jī)，此時(shí)安裝破碎機(jī)可以在不需制作其它墊塊的基礎(chǔ)上保證其裝配時(shí)的穩(wěn)定性，但時(shí)此時(shí)無(wú)法使用天車直接一步裝配到位，且天車只能起到輔助作用，主要是使用手拉葫蘆來(lái)完成破碎機(jī)的裝配。此方法雖然能夠保證裝配質(zhì)量，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且泥漿門也只能在破碎機(jī)裝配完以后才能進(jìn)行裝配；

4）安裝泥漿門各件，此時(shí)安裝泥漿門，不但泥漿門下方要使用支撐來(lái)保證安全， 而且在裝配泥漿門油缸時(shí)，工作人員需要在盾體內(nèi)部工作，因?yàn)橐寻惭b了破碎機(jī)，空間狹小，難度較大；

5）利用驅(qū)動(dòng)裝置的翻轉(zhuǎn)吊運(yùn)工具將主驅(qū)動(dòng)裝置與前盾下部裝配，并調(diào)整好；

6）裝配前盾上部，然后安裝前盾上部的梯子、走臺(tái)和管路。此時(shí)安裝前盾上部?jī)?nèi)的各零部件，由于盾體較高，不但零部件向盾體內(nèi)部的運(yùn)送困難，而且工人需長(zhǎng)時(shí)間高空作業(yè)；

7）管片安裝機(jī)支撐架與中盾下部裝配，調(diào)整好水平及垂直；

8）安裝中盾內(nèi)部的走臺(tái)、排漿管路、液壓和潤(rùn)滑管路等，并且為了方便安裝工作和人員上下的行走，各種管路的安裝工作隨著走臺(tái)的安裝一起進(jìn)行。同時(shí)還要完成驅(qū)動(dòng)裝置電機(jī)和減速機(jī)的安裝，此時(shí)由于空間狹小和高空作業(yè)，安裝工作難度較大。待中盾內(nèi)部的所有部件裝配完成后，裝配中盾上部；

9）安裝中盾內(nèi)的推進(jìn)油缸。此時(shí)安裝推進(jìn)油缸時(shí)，不但需要在盾體內(nèi)部焊接臨時(shí)支撐，而且油缸在起吊時(shí)，一端還要加配重；同時(shí)安裝時(shí)還要借助手拉葫蘆和千斤頂。裝配難度和工作強(qiáng)度都較大；

10）管片安裝機(jī)推進(jìn)框架與支撐架裝配，然后完成推進(jìn)框架上的走臺(tái)的裝配；

11）管片安裝機(jī)裝配到推進(jìn)框架上；

12）再完成尾盾其它三部分的安裝；

13）將預(yù)裝配好的刀盤與驅(qū)動(dòng)裝置裝配。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)大型泥水平衡盾構(gòu)機(jī)主機(jī)裝配方案http:///
一、方案二在裝配工藝方法、裝配難易程度和工人工作強(qiáng)度上的分析、對(duì)比。方案一的工序簡(jiǎn)單、工作強(qiáng)度小，因而主機(jī)裝配方案一較為合理。

參考文獻(xiàn)

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[2]顧崇銜.機(jī)械制造工藝學(xué).西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1989：218-388.