劉宏誌

　　摘　要：隧道掘進機（Tunnel Boring Machine，簡稱TBM）的（de）工作過程中，主軸承的大齒圈和小齒輪相（xiàng）互齧合，帶動刀盤轉動進（jìn）行掘進。在中（zhōng）天山TB880E的掘進過程中遇到嚴重斷層破碎帶，小齒輪軸承散架、滾子脫落（luò）在齒輪箱內、主軸承（chéng）大（dà）齒圈174個輪齒中損壞7個。工程過程中，修複大齒圈主要（yào）采（cǎi）用了分層堆焊與打磨修複相結合的（de）方法。文中對TBM主軸承大齒圈修複技術及工藝流程進行了介紹，可對（duì）類似工程的施工（gōng）提供（gòng）借（jiè）鑒和參考。

　　關鍵詞：TBM；大齒（chǐ）圈；分層（céng）堆焊；打磨修複

　　隧道（dào）掘進機（Tunnel Boring Machine，簡稱TBM）多用於長隧道施工，而主軸承是掘進機的核心部件，它的作用是支承刀盤，給刀盤傳遞旋轉的動力，主軸承受隧道空間（jiān）限製很難進（jìn）行更換。如果主軸（zhóu）承損壞失效，隧道（dào）掘進（jìn）機則陷入癱瘓（huàn），造成難以承受的後果。其中大齒圈是主軸承的（de）關鍵部件，如果大齒（chǐ）圈出現（xiàn）故障，發生嚴重磨損或崩（bēng）齒掉齒（chǐ）的現象（xiàng），則無法繼續掘進，如何能在洞內將掘進機主軸承大齒圈進行修複，是一個非常有價值的課題。

　　1　機況

　　中天山特長隧道右線為南疆線吐庫段增建二線鐵路第（dì）二標段（SK2）主（zhǔ）體工程，長22.467km，為全線控製性工程。其中（zhōng）進口工區采用從德國wirth公司引進的（de）φ8.8m開敞式880E型TBM施工，此台TBM已經曆過秦嶺隧道、磨溝嶺隧道施工（gōng），進場（chǎng）前累計施工了近10km。2011年2月14日，中天山（shān）隧道TBM掘進9011.6m時（shí），遇到（dào）嚴重斷層破碎帶，TBM刀盤扭矩急劇加大，主驅動出現異響，緊急停機（jī）後經拆檢發現小齒輪軸承散架、滾子脫落在齒（chǐ）輪箱內、主軸承大齒圈（quān）174個輪齒中損壞7個（見圖1）。TBM無法正常掘進，需要停機進行（háng）修理（lǐ）。從（cóng）國內外掘進機主軸承發生故障的案例來（lái）看，世界上還沒有掘進機主軸承大齒圈齒輪洞內修複（fù）的先例，沒有相（xiàng）關經驗可借鑒。

圖1 主軸承大齒圈主要損（sǔn）壞齒

　　2　修複方案

　　對於主（zhǔ）軸承的（de）修複，由於作（zuò）業空間受限的（de）實際（jì）情況，激光熔敷和鑲齒的齒輪修複方法很難實現（xiàn），故現場齒輪修複隻能采用堆焊法。但主軸承的大齒圈和主軸承滾道是一體的，采用的材質為（wéi）42CrMo4，可焊（hàn）性較差。在焊接過程中，由於母材金屬（shǔ）中含碳量高（gāo），它（tā）的一部分要熔化到焊縫金屬中去，使焊層金屬含碳量增高。焊縫凝固（gù）結晶時，結晶溫度區間大（dà），偏析傾向也較大（dà），加之含硫雜質和氣孔的影響，容易在焊層（céng）金屬中引起熱（rè）裂紋，特別是在收尾處，裂紋更為敏感，需采用齒輪預熱的方法來實現，但由於掘進機主軸承大齒圈兩邊都有關鍵性的橡膠密封，預熱的方法很難實現。在該文所（suǒ）述的現場修複的焊接工藝過程中，在不損傷（shāng）密封以及大齒圈上的齒（chǐ）不容易退火的情況下（xià），Z宜選用焊接溫度較低的仿激光焊機進行層層堆焊，然後再進行打磨（mó）的方法實施維修。

　　3　工藝流程

　　3.1準備工作

　　維修所需工具：一台激光（guāng）焊（hàn）機、進口焊條、拋光機、砂輪片、拋光片、探傷劑、棉布等。由於機器後端小齒輪隔艙孔徑較小，人鑽進去不能實施焊接工作，在（zài）谘詢了專家意見後，決定在（zài）1#小（xiǎo）齒輪隔艙上方開一個430mm×550mm的長方（fāng）形口以便有足夠的操作（zuò）空間進行維修。開口前先要把1^#主驅（qū）動小齒輪拔出來（lái），由於（yú）要用（yòng）割槍（qiāng）進行割口，必定會產生鐵渣（zhā），在開口（kǒu）位置正下方鋪好鐵皮（pí），防止鐵渣損傷密封，開口完後（hòu）一定要清理幹淨。

　　3.2焊接過程

　　首先，把齒表麵的鐵屑、油泥清洗幹淨，再對每個（gè）損壞齒進行探傷處理，如果探傷有裂紋，就要用切割片進行（háng）切割直（zhí）到無裂（liè）紋為止，如果無裂紋就把損壞齒的表麵（miàn）用砂輪片（piàn）拋平以便實施焊接工作。然後，焊接前需把損壞齒周圍用棉布防護到位，密封上麵的棉布要用水管一直衝著，防止損傷密封。選用（yòng）3種進口焊（hàn）材進行焊（hàn）接處理：打底層用焊接（jiē）性能好、抗拉強度高的焊材，齒芯部采（cǎi）用未經熱（rè）處理的、硬度與齒芯部接近的焊材，主軸承大（dà）齒圈輪齒表麵層用（yòng）硬度（dù）和大齒圈齒（chǐ）輪熱處理後硬度接近的焊（hàn）材，使修（xiū）複後的齒性能接近於原來的齒。焊接過程要求電（diàn）流控製在合適的（de）範圍，防止產生氣孔咬邊等（děng）現象的發生，焊接采用層層堆焊的方法，把整個齒堆焊後開始（shǐ）打磨。首先是粗磨，粗磨之後進行探傷，如果發現裂紋，需（xū）把（bǎ）裂紋打（dǎ）磨掉（diào）重新焊接，如果無裂紋就進（jìn）行（háng）精磨。精磨前需要製作三聯齒（chǐ）模具（jù），並使用三聯齒模具來回比對（duì）直到完全修複到位。精磨完成（chéng）後，說明選用焊材合適（shì），焊接完成的（de）效果（guǒ）也是比（bǐ）較令人滿（mǎn）意的。

　　通過上述方法，當把1^#～7^#齒都（dōu）修複完成後，把受力齒麵噴上紅色油漆，旋轉（zhuǎn）大齒圈一周觀察大齒圈齒的受力麵齧合情況，如果齧合度達不到80%以上需要再精磨，如此反複直（zhí）到全部（bù）齧合都達到80%以上方可滿足要求。當確定（dìng）齒精磨到位後，把1^#小齒隔艙上方的蓋板（bǎn）重新焊接好，並對焊接好的（de）蓋板做一下探傷（shāng），一定確保焊縫（féng）無裂紋（wén），防止（zhǐ）從焊縫處往主軸承內進粉塵和水。

　　3.3焊後處理

　　焊接完成後，主軸承內部存在好多鐵屑、焊渣（zhā）、油泥等髒汙，需要對主軸承做全麵清洗。首（shǒu）先（xiān）從小（xiǎo）齒每個隔艙用液壓油往下衝洗，衝洗完成後，往主軸承內加液壓油6桶，然後轉動刀盤（pán）1h，清洗主軸承。清洗完後，把清洗油放出來，揭開主軸（zhóu）承油箱（xiāng）蓋，把油箱清洗幹淨，並（bìng）密封（fēng）好。

　　3.4恢複主驅（qū）動

　　把每個小齒隔艙再進行清（qīng）洗幹淨（jìng），安裝小齒輪。在裝小（xiǎo）齒輪時（shí）一定小心（xīn）齒（chǐ）和軸承（chéng）避（bì）免損傷，然後依次對接傳動（dòng）軸，裝主變速箱、聯軸器、離合器、離合器（qì）油缸、馬達等。把能夠恢複的7個主驅動恢複到位，液壓係統油路確保（bǎo）無（wú）誤，馬達的旋轉方向一致。

　　4　焊修效果

　　原來齒麵硬度為HRC45～50，焊接完成後，經使用硬度儀（yí）測試硬度，焊接修複好的齒表麵硬（yìng）度（dù）也在（zài）HRC45～50範圍（wéi），與原齒表麵硬度相吻合；掘進過程通過對掘進參數的控製，穩步推進。中天山（shān）隧道右線TBM在對主軸承大齒圈焊修後又掘進了3465.1m，直至掘進（jìn）貫通，後經拆（chāi）機觀察，焊接過的大齒圈齒無（wú）裂紋、無崩齒（chǐ）現象（xiàng），說明這次（cì）焊接修複（fù）是成功的，同時也為同類機械故障提供了寶貴的經驗。

　　5　結語

　　該文采用大齒輪修複過程中（zhōng），選取合適的（de）作業位置，采用合理的焊接工藝和齒形修（xiū）複方（fāng）法，並選用科學的檢驗標準來驗收輪（lún）齒的（de）修複（fù）質量，節約了采購一個新主軸承的成本，且不用（yòng）更（gèng）換主軸承，能（néng）在洞內（nèi）進行現場修複，能使掘進（jìn）機使用單位在Z短的（de）時間內恢複掘進，比更換主軸承的方法節約6個月左右的時間，在工期和經濟性方麵效果明顯，具有（yǒu）重大意義（yì）。

　　參考文（wén）獻

　　[1]杜彥良，徐明新.全斷麵岩石隧道掘進機TBM維護保養與監測診斷[M].華中科技大（dà）學出版社，2013.

　　[2]周賽群.全斷麵硬岩掘進機（TBM）驅動係統的研究[D].浙江（jiāng）大學，2008.

來源（yuán）：《科技資訊》2017年6期