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      上海地鐵三菱盾構(gòu)再制造技術(shù)研究

      2019-01-05 06:29:14史海舟上海地鐵盾構(gòu)設(shè)備工程有限公司上海200031
      建筑科技 2018年3期
      關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)件三菱刀盤

      史海舟(上海地鐵盾構(gòu)設(shè)備工程有限公司,上海 200031)

      為了滿足地鐵建設(shè)的需要,通過采用再制造技術(shù),利用原盾構(gòu)結(jié)構(gòu)件和零部件,使其恢復(fù)性能和指標,達到節(jié)約成本、循環(huán)利用的目的。本文主要介紹了上海地鐵盾構(gòu)設(shè)備工程有限公司對原Φ6 340mm三菱盾構(gòu)進行再制造,通過再制造達到原盾構(gòu)的主要技術(shù)性能,從而滿足上海軌道交通區(qū)間隧道的各項施工條件。

      1 三菱盾構(gòu)再制造關(guān)鍵技術(shù)

      結(jié)合上海地鐵施工要求,針對三菱盾構(gòu)的刀盤結(jié)構(gòu)、刀盤驅(qū)動、盾構(gòu)切口環(huán)、管片拼裝機、螺旋輸送機等多個方面提出再制造盾構(gòu)技術(shù)規(guī)格,通過研究利用部件檢測和改造技術(shù),開展系統(tǒng)匹配設(shè)計,達到利用資源、節(jié)能減排、降低建設(shè)投資的目標。

      盾構(gòu)在施工過程中會遇到各種不同地層,作為關(guān)鍵部位的刀盤的性能直接關(guān)系到隧道施工的成敗、開挖效率以及盾構(gòu)使用壽命。為了提高刀盤表面的耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫和抗疲勞等性能,可以運用表面工程技術(shù)和激光再制造技術(shù)。同時為了判斷機械零部件的缺陷情況,可以運用超聲波探傷技術(shù)來確定該零部件的實際狀況,確定具體再制造方案。

      1.1 表面工程技術(shù)

      通過傳統(tǒng)電鍍、熱噴涂或電噴涂工藝技術(shù)實現(xiàn)零件關(guān)鍵工作面的細微尺寸、粗糙度、硬度等性能的改進。其中熱噴涂技術(shù)具有附著力強、涂層厚度便于控制、在盾構(gòu)機土沙密封摩擦面的修復(fù)中具有較大應(yīng)用前景。

      1.2 超聲波探傷

      超聲探傷對于盾構(gòu)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件本體、透焊的連接焊縫質(zhì)量缺陷都有較高的識別率。因此,在新制結(jié)構(gòu)件和再制造結(jié)構(gòu)件質(zhì)量控制中得到廣泛應(yīng)用。

      1.3 激光熔覆技術(shù)

      激光熔覆技術(shù)能夠形成優(yōu)于基體材料性能的熔敷層。采用激光顯微仿形熔覆技術(shù)修復(fù)和強化零件表面,能賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞等性能。這種技術(shù)可以應(yīng)用于盾構(gòu)的刀盤、螺旋機系統(tǒng)的再制造之中。

      2 三菱盾構(gòu)再制造技術(shù)研究

      2.1 刀盤及刀盤驅(qū)動再制造

      刀盤的再制造技術(shù)是盾構(gòu)再制造的重點和難點。刀盤在盾構(gòu)推進過程中容易發(fā)生變形、開裂、磨損等問題,刀盤外形輪廓的幾何形狀難以維持,修復(fù)難度較大。三菱盾構(gòu)刀盤及刀具示意圖見圖 1。

      圖1 三菱盾構(gòu)刀盤

      刀盤的再制造,首先采用超聲波探傷對結(jié)構(gòu)焊縫與應(yīng)力集中點進行檢查,確保無內(nèi)在隱患;同時,刀盤的開挖直徑從Φ6 340mm擴大到Φ6 750 mm,經(jīng)設(shè)計校核,采取了箱體外接,新做盤緣結(jié)構(gòu),把刀盤開口率控制在 40% 左右,對刀具進行了重新布置。

      刀盤驅(qū)動系統(tǒng)主要由回轉(zhuǎn)軸承、驅(qū)動變速箱、驅(qū)動馬達等組成。其中回轉(zhuǎn)軸承價格昂貴且主要依靠進口,但該部件設(shè)計余量較大。

      對盾構(gòu)回轉(zhuǎn)軸承的三維檢測是通過激光跟蹤儀來實現(xiàn)的。激光跟蹤儀通過靜態(tài)測量和動態(tài)測量相結(jié)合來獲得所測面的偏差(如圖 2),通過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型分析計算得出相關(guān)面的平面度、圓柱度、垂直度、平行度等數(shù)值,最終得到盾構(gòu)回轉(zhuǎn)軸承的三維檢測數(shù)據(jù)。

      圖2 外圈反推力滾道面測量點偏差

      根據(jù)盾構(gòu)回轉(zhuǎn)軸承的三維檢測結(jié)果,結(jié)合超聲波探傷、著色探傷以及表面硬度檢測,對回轉(zhuǎn)軸承各零部件進行表面處理、更換密封件。

      2.2 盾構(gòu)切口環(huán)再制造

      受隧道外徑的放大,在考慮切口環(huán)結(jié)構(gòu)時需研究與原利用部件的接口設(shè)計。利用原盾構(gòu)刀盤回轉(zhuǎn)軸承和刀盤驅(qū)動組再制造盾構(gòu)切口環(huán)組件主要有以下 3 種方案:

      (1)僅利用原刀盤回轉(zhuǎn)軸承和 6 個驅(qū)動組,刀盤驅(qū)動箱、切口環(huán)等全部結(jié)構(gòu)件重新設(shè)計制造。

      (2)利用原刀盤驅(qū)動總成,將刀盤驅(qū)動箱體連同回轉(zhuǎn)軸承、刀盤驅(qū)動組整體從切口環(huán)上分離出來,經(jīng)檢測、修復(fù)后安裝到與之匹配的新制盾構(gòu)切口環(huán)上。

      (3)將原盾構(gòu)機切口環(huán)整體經(jīng)檢測、評估、維修后,通過環(huán)向包覆新制圓弧鋼板外殼、焊接、機加工等工藝,整體再制造成新盾構(gòu)切口環(huán)組件。

      3 種盾構(gòu)切口環(huán)組件再制造方案效果比較見表 1。

      表1 3種盾構(gòu)切口環(huán)組件再制造方案效果比較

      經(jīng)分析比較,由表 1 可知,三菱盾構(gòu)切口環(huán)再制造優(yōu)選方案選方案 2。

      為實施該方案需要對原切口環(huán)結(jié)構(gòu)進行充分評估,主要分析以下關(guān)鍵參數(shù):

      (1)原刀盤驅(qū)動箱體結(jié)構(gòu)件工作負載及繼續(xù)使用風(fēng)險分析。原盾構(gòu)刀盤驅(qū)動箱體結(jié)構(gòu)需結(jié)合工況負載和局部應(yīng)力分布情況進行分析。根據(jù)三菱盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)歷史施工數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),該盾構(gòu)已完成項目實際驅(qū)動負載最大值約為設(shè)計值的 80%,平均負載約為 40%。根據(jù)負載情況對原盾構(gòu)刀盤驅(qū)動箱體進行校核,較大應(yīng)力點的負載均在材料許用應(yīng)力以內(nèi),且有較大富余,故該結(jié)構(gòu)件可以繼續(xù)安全使用。

      (2)原刀盤驅(qū)動箱體結(jié)構(gòu)件現(xiàn)狀評估。原刀盤驅(qū)動箱體結(jié)構(gòu)件目測無明顯缺陷,采用超聲波探傷,未發(fā)現(xiàn)重大缺陷。拆卸前利用激光掃描儀對原切口環(huán)進行掃描,擬合得出原切口環(huán)外圓面三維坐標,并與中心軸線進行校核,以回轉(zhuǎn)軸承安裝面為基準,在刀盤驅(qū)動箱體與切口環(huán)連接位置設(shè)定基準,便于后續(xù)安裝。

      (3)新制切口環(huán)結(jié)構(gòu)件和刀盤驅(qū)動箱體二次安裝定位。根據(jù)再制造盾構(gòu)設(shè)計要求和原盾構(gòu)刀盤驅(qū)動箱體拆卸清理后安裝面實測尺寸,制作新切口環(huán)結(jié)構(gòu)件,新制切口環(huán)結(jié)構(gòu)件經(jīng)驗收合格后,與刀盤驅(qū)動箱體依據(jù)預(yù)留定位基準進行測繪調(diào)校,最后焊接定位并檢驗焊縫質(zhì)量。

      2.3 拼裝機再制造

      拼裝機是掘進過程中裝配隧道管片的機械手。結(jié)合上海新線項目的特點,需對拼裝機實施六自由度動作功能改造,增加平面回轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)功能。

      2.4 螺旋輸送機再制造

      螺旋輸送機通過調(diào)節(jié)排渣速度控制土艙及開挖面壓力。由于螺桿葉片的磨損使得葉片與筒體內(nèi)徑間隙過大,影響出土效率;原螺桿焊接位置容易斷開造成故障,需對螺旋輸送機螺桿連接形式進行改造。

      螺旋機螺桿的檢測與修復(fù):外形直線度應(yīng)符合圖紙的技術(shù)要求,葉片外圓和端面按要求堆焊耐磨層,葉片焊縫探傷。

      螺旋機筒體的檢測與修復(fù):檢查筒體內(nèi)壁磨損情況,筒體內(nèi)表面按要求堆焊硬質(zhì)合金層,更換殼體法蘭連接處的密封圈。

      螺旋機出土閘門的檢測與修復(fù):檢查出土閘門板和滑槽的平面度、平行度,雙油缸控制的還需作工作的同步性檢查。

      3 結(jié) 語

      再制造技術(shù)也稱綠色再制造技術(shù),是先進制造技術(shù)的一個重要組成部分和發(fā)展方向。盾構(gòu)再制造的本質(zhì)是修復(fù),但它不是簡單的維修。再制造的內(nèi)核是采用制造業(yè)的模式搞維修,是一種高科技含量的修復(fù)術(shù),而且是一種產(chǎn)業(yè)化的修復(fù),因而再制造是維修發(fā)展的高級階段,是對傳統(tǒng)維修概念的一種提升和改寫。通過對三菱盾構(gòu)再制造技術(shù)開展探索和研究,形成了一套行之有效的盾構(gòu)再制造技術(shù)方案,滿足了上海軌道交通建設(shè)高峰期間對盾構(gòu)的需求,同時積累了大量寶貴經(jīng)驗,為今后在基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)推廣綠色經(jīng)濟和循環(huán)經(jīng)濟做了有益的嘗試。

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