劉華

摘 要：盾構(gòu)機(jī)地下擴(kuò)大硐室拆解受自身重量、空間和地質(zhì)條件等多種因素影響，無(wú)法直接使用大型露天吊裝工具進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)拆解。因此，本文結(jié)合盾構(gòu)機(jī)施工工程設(shè)備要求和盾構(gòu)機(jī)地下拆解施工條件，將盾構(gòu)機(jī)部件拆機(jī)理念運(yùn)用到盾構(gòu)機(jī)大型部件拆機(jī)裝置設(shè)計(jì)中。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；擴(kuò)大硐室；地下拆解；大型部件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.110

1 引言

盾構(gòu)機(jī)屬于大型非標(biāo)產(chǎn)品，實(shí)施“量身定做”[1]。通常情況下，盾構(gòu)可拆解部件中單塊重量最大的是總重量達(dá)100t的主驅(qū)動(dòng)，為保證拆機(jī)設(shè)備完好率，提高效率需要開展擴(kuò)大硐室內(nèi)盾構(gòu)機(jī)地下拆解技術(shù)研究[2]。因此，需要研制煤礦斜井盾構(gòu)機(jī)地下拆解專用裝置，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的安全、快速、高效拆解。

2 拆機(jī)專用裝置組成

如圖1所示，拆機(jī)裝置主要由底盤、配重塊、支座、升降支座、橫梁支架、升降油缸組、斜撐油缸組組成。整車車架為一字形，中間段采用輪驅(qū)，前后段采用伸縮油缸支腿，中間段采用輪驅(qū)機(jī)構(gòu)。

3 拆解專用裝置的結(jié)構(gòu)仿真分析

3.1 設(shè)備整體結(jié)構(gòu)仿真分析

（1）加載條件。利用MSC.Patran&Nastran有限元分析軟件對(duì)CXJ100型盾構(gòu)拆解專用裝置模型進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核，采用靜力學(xué)分析方法。

（2）模型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分節(jié)點(diǎn)數(shù)為313877，單元數(shù)為931308，單元類型為四面體（CTETRA）。

（3）整體模型的應(yīng)力分布示意圖，如圖2左所示。由仿真分析結(jié)果可知，在車的運(yùn)動(dòng)接觸位置產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，這是因?yàn)橛透撞课恢挥袃蓚€(gè)運(yùn)動(dòng)支撐點(diǎn)，造成局部應(yīng)力集中，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要采用多點(diǎn)支撐設(shè)計(jì)，分散應(yīng)力集中造成的不利影響，并對(duì)橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，降低橫梁局部應(yīng)力集中。

3.2 設(shè)備支撐底座的仿真分析

支撐底座的應(yīng)力分布示意圖如圖3左所示。由仿真分析結(jié)果可知，在裝置底座的接觸位置產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，這是因?yàn)榻佑|部位運(yùn)動(dòng)支撐點(diǎn)較少，造成局部應(yīng)力集中，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)中，仍需要采用多點(diǎn)支撐設(shè)計(jì)，分散應(yīng)力集中造成的不利影響，并對(duì)設(shè)備支撐底座進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低集中應(yīng)力。

3.3 設(shè)備翻轉(zhuǎn)支座的仿真分析

翻轉(zhuǎn)支座的應(yīng)力分布示意圖如圖4左所示。由仿真分析結(jié)果可知，在翻轉(zhuǎn)支座的接觸位置產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，這是因?yàn)榻佑|部位運(yùn)動(dòng)支撐點(diǎn)較少，造成局部應(yīng)力集中，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)中，仍需要采用多點(diǎn)支撐設(shè)計(jì)，分散應(yīng)力集中造成的不利影響，并對(duì)設(shè)備翻轉(zhuǎn)支座進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低局部應(yīng)力集中。

4 拆解專用裝置研發(fā)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)盾構(gòu)拆解專用裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的仿真分析，并對(duì)裝置結(jié)構(gòu)的橫梁支架吊裝方式改為懸臂梁輔助吊裝，對(duì)裝置支撐底座進(jìn)行變截面強(qiáng)度設(shè)計(jì)，油缸數(shù)量由兩個(gè)翻轉(zhuǎn)支撐增加到四個(gè)支撐點(diǎn)等改進(jìn)。

（下轉(zhuǎn)第145頁(yè)）

（上接第128頁(yè)）

通過(guò)進(jìn)一步設(shè)計(jì)優(yōu)化得到最終的盾構(gòu)拆解專用裝置總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，如圖5所示。該裝置由底座支撐機(jī)構(gòu)、伸縮支撐機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)起升機(jī)構(gòu)、單臂起吊機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、配重塊、活動(dòng)墩等組成。

5 工程應(yīng)用

研制的盾構(gòu)拆機(jī)專用裝置已經(jīng)成功應(yīng)用于神東補(bǔ)連塔煤礦斜井工程中，其具備的主要功能有：翻轉(zhuǎn)運(yùn)輸車在起吊重物時(shí)可自行翻轉(zhuǎn)90°將重物運(yùn)出洞外；小車起吊裝置設(shè)有吊架和懸臂2個(gè)吊點(diǎn)，懸臂吊點(diǎn)可以向前伸出，滿足不同位置拆卸要求；吊架最大起升重量100t，提升高度1.5m；懸臂最大起升重量23t，懸臂旋轉(zhuǎn)角度360°?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用如圖6所示。

6 結(jié)論

隨著盾構(gòu)機(jī)在礦用斜井隧道工程的應(yīng)用不斷加大，對(duì)盾構(gòu)機(jī)地下擴(kuò)大硐室的拆解提出了更高的要求。本文針對(duì)盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)和刀盤的體積大、質(zhì)量大、設(shè)備拆解完好率要求高的特點(diǎn)，基于設(shè)備安全性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等多種因素，完成了盾構(gòu)拆解專用裝置起吊設(shè)備的分析與設(shè)計(jì)，為后續(xù)的拆機(jī)工裝的試制提供了理論基礎(chǔ)，為盾構(gòu)機(jī)主要部件的回收再制造創(chuàng)造了技術(shù)支持條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷升祥.斜井復(fù)合盾構(gòu)法施工技術(shù)研究[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2011.

[2]李守彪，毛東暉，鄒春華.大埋深煤礦長(zhǎng)斜井盾構(gòu)拆解施工技術(shù)分析[J].煤炭工程，2014，46（09）：32-34.

[3]鄒春華，梅勇兵.煤礦斜井盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)原位拆卸施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2015（07）：117-119.