沈熙智
(陝西省鐵道部(bù)隧道局一處)
隧道掘進機(TBM)刀具是其掘進過程中較為(wéi)常(cháng)見的(de)一種刀具失效形式。當刀具發生漏油時,一般常伴隨著特殊的氣味,這種形式刀具的失效較容易被發覺。
刀具漏油通常與下列因素有關(guān):即刀具零部件的自身質量,刀具的裝配質量,刀具的使用(yòng)工況和通過的(de)岩石務件等。
1 刀具的結構特點
刀具在破岩過(guò)程中要承受非穩(wěn)性的變量載荷,同時受到三(sān)向應力作用即正壓力,滾動牽引力(lì)的剪切力,並承受岩石對它的反作用力。因此,要求刀具在結(jié)構(gòu)設(shè)計上,盡可能地滿足其受力要求,以正滾刀為例。
為滿足刀具的受力和轉動要求,其關鍵部件(jiàn)是兩2個圓(yuán)錐柱軸承。該軸承(chéng)外圈由刀體(tǐ)上的內(nèi)腹板定位,軸承內圈由(yóu)隔離圈的刀蓋上的凸台定位(wèi),以保證軸承相對於(yú)刀體,刀軸位(wèi)置(zhì)。在作用中,為了防止水及岩渣等外界雜質分侵(qīn)入,在刀蓋與刀體的相對轉動麵之(zhī)間裝有浮動端麵密封。刀(dāo)具軸承的(de)潤滑依靠添加在刀蓋與刀體所形成的封閉內腔裏的刀具油來實現。
2 影響刀具漏油的因素分析
所謂刀具漏油,即為刀體與刀蓋之間(jiān)的浮(fú)動密封失效,刀具油滲漏。對於刀具漏(lòu)油的研究分析,實際上就是對浮動密封(fēng)換效的(de)原(yuán)因分析。
(1)刀具零部(bù)件自身(shēn)質量的影響影響刀具漏油的(de)零部件主要有:刀(dāo)體,刀蓋,浮動密封(fēng)和軸(zhóu)承(chéng)等。
①刀蓋與刀體的相對轉動麵狀況不良(即主要原因損嚴重)。將(jiāng)造成刀具在破岩期間水及岩渣等(děng)外界雜質進入對轉動麵之產蝗相對磨損;另一(yī)方麵(miàn)造成浮動密封的失效,使刀具漏油。
②軸承質量的(de)影響正常情況下,每個軸(zhóu)承要承受約12.5t的正推力和一定量的側(cè)向力(lì),因而(ér)軸承質量的好壞(huài)將影響刀具有正常使用(yòng)。如果質量不符(fú)合技(jì)術要求,在正推力和側向力作用下,將(jiāng)造成軸承的嚴重磨損或掉塊等形式的(de)損壞,以至發生軸承卡死現象;此時,刀具油內含有大量的磨(mó)損磨粒,導致浮動密封失效,使刀具漏油。
③浮動密(mì)封質量的影響由於刀具有破岩過(guò)程中要產生大量(liàng)的熱量,如果刀具的冷卻效果(guǒ)不(bú)好或軸承發生卡(kǎ)死現(xiàn)象,將使刀具(jù)溫度急劇上升;如果浮動密封(fēng)的耐熱(rè)性不好,同樣會因為高溫的作(zuò)用,造(zào)成(chéng)浮動密封失效,使刀具漏油。
(2)刀具裝配質量對刀具漏油的影(yǐng)響在刀具零(líng)部件質量良好的情(qíng)況下(xià),影響刀具裝配質量的主要因素是隔離圈的尺寸的刀蓋與刀軸的連接螺栓的緊(jǐn)固力矩(jǔ)。
①隔離圈尺寸的影響隔(gé)離圈主要是對軸承內圈時行軸向定位,必須經(jīng)過準確測量和精磨加工。技(jì)術規範中規定,其尺寸精(jīng)度達到0.01mm。如果隔離圈尺寸(cùn)過小,將造成軸承裝配過緊,導(dǎo)致軸承裝配時冷卡死或使用中因(yīn)溫度升高而(ér)發生熱卡死(sǐ)現象;如發(fā)生熱卡死現象,將造成刀圈弦磨(刀圈不轉動刀尖劇烈磨損,因而不能再用),使刀具(jù)溫度進一步(bù)升高(gāo),影響浮動密封(fēng)的密封效果。如果隔離圈尺寸過大,將造成軸承裝配過鬆,刀體(tǐ)相(xiàng)對於軸承產生軸向遊動,在側向力的(de)作用下使刀體(tǐ)向一側發生佩量位移,影響浮動密封的(de)密封效(xiào)果。
②刀蓋與刀軸連接螺栓緊固力矩的影響(xiǎng)刀蓋的作用一方麵是通過其凸台對軸承內圈時行軸向(xiàng)定位,另一方麵是對浮動密封有(yǒu)一(yī)定的預壓作用,保證浮動(dòng)密封的密封效果。技術規範中規定其連接螺(luó)栓的緊固力(lì)矩為200N·m。裝配過鬆或過緊(jǐn),不僅會(huì)產生像隔(gé)離圈(quān)尺寸對(duì)浮(fú)動密封一(yī)樣的影響,而(ér)且全使浮動(dòng)密封裝配時(shí)預壓力過大或過小,影響浮(fú)動密封的效果。
技術規範中(zhōng)規定:裝配(pèi)後的刀具,應能在扭矩為50—60N·m的(de)扭矩扳手作用下自(zì)由且規則地轉動。
(3)刀具使用工況(kuàng)對(duì)刀具漏油的影響
刀具使用工況主要是指刀具有刀盤上(shàng)的(de)使用狀況(kuàng)而言。
①刀盤(pán)噴水係統的影響刀(dāo)具在破岩過程中要產(chǎn)生大量的熱(rè)能。噴水冷卻是降低刀具溫度的一種有效途徑(jìng)。冷卻效果(guǒ)與噴嘴(zuǐ)在刀盤上的(de)布置,噴水係統(tǒng)的壓力和噴(pēn)水(shuǐ)量等因素有關(guān)。冷卻效果不良將使刀具(jù)溫度升高,將使密封失效,導致刀(dāo)具漏油。實踐證明,由(yóu)於外側高刀位刀具未配置噴(pēn)嘴(zuǐ),致使高刀位的刀具漏油概率遠遠大於(yú)低刀位刀具。
②刀具安裝孔的影響刀孔凸緣對刀具的正常使用有(yǒu)一定的保護(hù)作用,刀凸緣(yuán)的過量(liàng)磨損。將對(duì)刀具造成較(jiào)為嚴重的損壞,特別是位於刀盤圓弧形過渡區域的高刀位的邊(biān)刀和過渡刀。由(yóu)於刀孔(kǒng)凸緣的過量磨(mó)損(sǔn),使刀(dāo)蓋過多地伸出,塊狀的(de)岩(yán)渣將使刀體,刀蓋快速磨損;磨損過程中產生的大量熱量,同樣對刀具(jù)軸承和浮動(dòng)密封造成影響,即溫度過(guò)高密封失效,導致刀具漏油。
③刀位的(de)影響高刀位刀具位於刀盤的弧形過渡區域,由於在(zài)器受正(zhèng)推力的作用(yòng),對於刀具將產生一個軸向力,致使(shǐ)刀具有軸向位移的趨勢或導致(zhì)軸承損壞,這也是造成(chéng)高刀位刀具(jù)容易發生刀(dāo)具漏(lòu)油(yóu)的一個主要原因。
(4)岩(yán)石的影(yǐng)響影響刀具漏油的岩石條件主要是指節理發育一般的軟岩和節理很發育的破碎岩。
①節理(lǐ)發流一般的軟岩對(duì)於節理發育一般的軟(ruǎn)岩,掘進參(cān)數(shù)的主(zhǔ)要是小推力,大扭矩。此時刀具承受的(de)側向力增大,易造成刀體相對於軸承發生軸向位移,破壞浮動(dòng)冗長封的初(chū)始密封狀態(tài),從而使密封失效,導致(zhì)刀具漏油。
②節理很發育(yù)的破碎(suì)岩對於節理很發育的(de)破碎岩,在掘進過程中大量的塊狀(zhuàng)岩石(粒度大於150mm)坍塌,在刀盤,刀(dāo)具和岩麵之間擠壓滾動,即發生(shēng)二次破碎。其(qí)結果一方麵造成刀具承受的側向力增大,促使密封(fēng)答效;另一方(fāng)麵刀體被(bèi)擠壓變形,從而使浮動密封的支撐環斷裂,導致密(mì)封失效,使刀具漏油(yóu)。
3 預防刀具漏油的技(jì)術措施
刀具漏油往往並不是單方麵因素作用的(de)結果(guǒ);而是多種因素綜(zōng)合作用的(de)結果;如何避(bì)免刀具漏油現象的發生,結合(hé)上述原(yuán)因分析,提出下述預防刀具漏油的技術措施:
①正確選(xuǎn)用(yòng)質量合格的零部件(jiàn),製(zhì)定合理的零部件磨損(sǔn)極限。
②製訂正確的修刀工藝,做好使用前(qián)的台(tái)架試驗。
③遵循正確的換刀規律(lǜ),確保換刀過程的正確合理。
④確保刀盤的狀況和噴水係統良好。
⑤合理地選擇掘進參數。