隧道掘進(jìn)機(jī)喂片機(jī)卡機(jī)事故分析與解決

張寧寧 王宏偉 江 川

（北方重工集團(tuán)有限公司 隧道裝備設(shè)計(jì)研究所，遼寧 沈陽(yáng)110000）

1 設(shè)計(jì)背景

目前，喂片機(jī)已成為我國(guó)隧道掘進(jìn)吊運(yùn)系統(tǒng)中主要運(yùn)輸設(shè)備。喂片機(jī)運(yùn)輸效率高、工作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，喂片機(jī)一次可運(yùn)輸多個(gè)管片，沈陽(yáng)2 號(hào)線南延線工地喂片機(jī)一次運(yùn)輸三塊管片，浙江臺(tái)州市域鐵路項(xiàng)目喂片機(jī)一次運(yùn)輸七塊管片，大大提高管片運(yùn)輸效率。喂片機(jī)是隧道掘進(jìn)施工中關(guān)鍵設(shè)備，它的穩(wěn)定運(yùn)行直接影響隧道施工進(jìn)度，一旦喂片機(jī)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題，隧道中維修難度大，直接影響施工工期。

2 喂片機(jī)結(jié)構(gòu)以及工作原理

2.1 喂片機(jī)結(jié)構(gòu)

喂片機(jī)結(jié)構(gòu)組成包括：固定架、滑動(dòng)架、喂片機(jī)移動(dòng)油缸、喂片機(jī)提升油缸，在滑動(dòng)架與固定架之間設(shè)置滑動(dòng)小車，滑動(dòng)小車是多個(gè)滾輪組成，每個(gè)滑動(dòng)小車承載能力為10t，共計(jì)12個(gè)，每個(gè)固定架橫梁處設(shè)置一對(duì)，固定架橫梁共計(jì)6 處如圖1 所示。

圖1

圖2

2.2 喂片機(jī)工作原理

隧道施工時(shí)，每環(huán)管片與砂漿服務(wù)車一起進(jìn)入設(shè)備末端，喂片機(jī)移動(dòng)油缸推著滑動(dòng)架向后伸出，第一片管片由管片吊機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)到喂片機(jī)末端位置，喂片機(jī)移動(dòng)油缸帶著滑動(dòng)架縮回，第一塊管片向前移動(dòng)一個(gè)行程，喂片機(jī)提升油缸升起將管片由滑動(dòng)架向上托起，喂片機(jī)移動(dòng)油缸再次帶著滑動(dòng)架向后伸出去載運(yùn)第二塊管片，喂片機(jī)提升油缸縮回第一塊管片落到滑動(dòng)架上，管片吊機(jī)將第二塊管片放到喂片機(jī)末端，喂片機(jī)移動(dòng)油缸縮回，兩塊管片同時(shí)再向前移動(dòng)一個(gè)行程，依次換步，最終一環(huán)七塊管片如圖1 位置放置。

拼裝機(jī)取走一塊管片后，喂片機(jī)提升油缸將剩余6 片管片由滑動(dòng)架舉起，喂片機(jī)伸縮油缸伸出滑動(dòng)架由抓取管片位置縮回，喂片機(jī)提升油缸將6 塊管片再次放置在滑動(dòng)架上，喂片機(jī)伸縮油缸帶著滑動(dòng)架向前移動(dòng)，將6 塊管片向前移動(dòng)一個(gè)行程，將下一塊管片載運(yùn)到拼裝機(jī)抓取位置，直至一環(huán)七塊管片被拼裝機(jī)抓取完成。（圖2）

3 喂片機(jī)現(xiàn)場(chǎng)卡機(jī)事故分析

喂片機(jī)向前載運(yùn)管片時(shí)，由于前部包膠輪包膠磨損，導(dǎo)致喂片機(jī)滑動(dòng)架向前運(yùn)載管片時(shí)形成較大的懸臂，包膠輪磨損厚度將成為滑動(dòng)架最大變形量，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有及時(shí)更換包膠輪時(shí)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)工作，滑動(dòng)架前部放置管片區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)塑性變形，向下彎曲，當(dāng)滑動(dòng)架向后縮回時(shí)，彎曲部分與固定架之間卡頓，即使滑動(dòng)架正常縮回，運(yùn)載第二塊管片向前伸出時(shí)，彎曲部分同樣會(huì)與固定架發(fā)生卡頓，此時(shí)卡頓狀況比滑動(dòng)架縮回時(shí)更為嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)喂片機(jī)移動(dòng)油缸能力不夠時(shí)就會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)卡機(jī)狀態(tài)，喂片機(jī)后面車輪磨損一樣會(huì)導(dǎo)致滑動(dòng)架與固定架卡頓。

圖3

4 滑動(dòng)架受力分析

每塊管片被滑動(dòng)架上28 塊聚氨酯塊支撐，每4 塊聚氨酯塊支撐一塊管片，計(jì)算時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)管片7t，封頂塊2t 進(jìn)行計(jì)算，上部滑動(dòng)架受到前后輪子向上的支撐，底部有固定架內(nèi)部滑動(dòng)小車（圖4）的向上支撐，由此在Ansys Workbench 中設(shè)置固定點(diǎn)為前后輪子、滑動(dòng)架與固定架之間的滑動(dòng)小車如圖4。

圖4

滑動(dòng)架網(wǎng)格劃分為四方體網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為10mm，共計(jì)1960 個(gè)，加載情況，垂直于橡膠板向下，一環(huán)共7 塊管片，該滑動(dòng)架不僅有向下的載荷同時(shí)有向兩側(cè)拉伸架體的趨勢(shì)，每塊管片共7t，每個(gè)橡膠板加力設(shè)定為1.75t，如圖5 所示。

圖5

經(jīng)Ansys Workbench 受力分析，滑動(dòng)架變形量為0.987mm，最大應(yīng)力為112.5Mpa，此材料屈服強(qiáng)度為345Mpa，變形位置如圖6 所示。

圖6

經(jīng)計(jì)算該設(shè)計(jì)滿足工況要求。但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，按喂片機(jī)中如圖3 所示輪子包膠磨損嚴(yán)重，取消喂片機(jī)前部輪子支撐，移動(dòng)架伸出時(shí)處于懸臂結(jié)構(gòu)，對(duì)滑動(dòng)架加載情況不變，此時(shí)計(jì)算滑動(dòng)架變形情況如圖7 所示，變形量為35mm。最大應(yīng)力為900Mpa。

以上計(jì)算中可以看出，一旦前面輪子損壞如圖3 所示，在管片的壓力下，滑動(dòng)架的最大應(yīng)力倍增，當(dāng)滑動(dòng)架變形量達(dá)到使前部輪子著地時(shí)，輪子又起到支撐作用，所以可以說(shuō)滑動(dòng)架的最大變形量為前部輪子包膠磨損厚度。

圖7

5 喂片機(jī)卡機(jī)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)處理辦法

現(xiàn)場(chǎng)喂片機(jī)已經(jīng)造成卡機(jī)狀況，臨時(shí)解決辦法：（1）可以將固定架與滑動(dòng)架重合處火焰切割，保證滑動(dòng)架彎曲部分能夠通過(guò)；（2）可以將喂片機(jī)前輪輪軸上方插入多根圓鋼，使整體輪子向下移動(dòng)，補(bǔ)償輪子磨損量，待到新的輪子到貨時(shí)重新更換；（3）可以在輪子兩側(cè)焊接靴板，一旦輪子磨損，靴板可以起到支撐作用，但滾動(dòng)摩擦既變成滑動(dòng)摩擦，增加了喂片機(jī)移動(dòng)油缸負(fù)擔(dān)。

6 結(jié)論

喂片機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)滑動(dòng)架與固定架重合部分應(yīng)多增加滑動(dòng)小車，使滑動(dòng)架在固定架上移動(dòng)時(shí)阻力小，即使鋼結(jié)構(gòu)彎曲也不容易卡死，喂片機(jī)初始設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提高滑動(dòng)架剛性，盡量做成抗彎強(qiáng)度好的箱體機(jī)構(gòu)，提高滑動(dòng)架設(shè)計(jì)安全系數(shù)，平時(shí)施工中應(yīng)注意喂片機(jī)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)更換喂片機(jī)前輪包膠，使喂片機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，保證隧道施工順利完成。