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轴承知识

盾构刀具的检查与维修

2021-01-10
刀具是盾构掘进系统的主要部件,必须根据地质条件对刀具的运转状况进行检查。在刀具严重磨损或损坏的情况下进行推进,会导致刀盘严重损坏。刀具在掘进施工过程中因地质条件的变化,其刀具的耐用度是不同的,在一项工程开工以后,应根据在初期掘进过程中制定的换刀计划和掘进参数,预测刀具的磨损状况。也就是利用掘进机上配备的数据采集装置采集与刀具磨损相关的参数进行分析,通过分析掘进速度或刀盘总扭矩的理论值与当前实际值之间的偏差值来判断刀具的磨损状况,在换刀计划之内统计找出一个能反映刀具变化的合理周期进行刀具检查(这个周期一般比换刀计划周期短,也应在施工整备期内进行),可以实现在施工过程中及时发现刀具的磨损状况,对还没有达到换刀计划周期但已经磨损或失效的刀具及时进行更换,以免导致刀圈超量磨损、断裂、轴承异常损坏甚至引起相邻刀具的损坏,造成严重事故的发生。
一、刀具的检查
盾构机掘进中,当推进油缸的推力逐渐增大,推进速度变慢,推进时间延长时;或当地质条件发生变化时,必须检查刀盘及刀具。认真准确详细地进行刀具的检查是了解刀具运转状况和进行刀具更换的基础。
1.刀具外观检查    检查刀盘上所有刀盘螺栓是否有脱落现象、刀圈是否完好、有无断裂及平刀圈(弦磨)现象、刀体是否漏油、挡圈是否断裂或脱落、刀圈是否移位。
2.刀具螺栓的检查    用手锤敲击螺栓垫,听其声音来辨别螺栓的紧固程度,或一边敲击一边用手感觉其振动情况来辨别螺栓的紧固程度。
3.刀具磨损量的测量    正确地进行刀具磨损量的测量是更换刀具的基础。在掘进较硬的砂岩时,一般每掘进30环测一次;在掘进较软的泥岩时,一般每掘进50环测一次。
盾构运行时,刀盘上不同位置的滚刀磨损量不一样,可根据磨损程度的不同,进行位置更换,以节约施工成本。
二、刀具损坏的判断方法
在施工中,可采用如下方法来判别滚刀是否损坏。从人为的角度来说有观、闻、嗅、测、析及其综合判断等方法。
1.“观”。观最为确切,尤其是能进舱检查,观察刀具的损坏情况。当然,在掘进过程中或开挖面不稳定等、进舱难以实现的状况下,对从舱内输送出来的渣土进行观察、总结、研究,也可作为一个有效的判别方法,并且这种方法实用性很强,准确性也较高。比如,可以根据切削出来的岩屑的形状、大小及其同级别的含量、岩屑的水痕迹、节理面等来判断开挖面的节理,断裂、含水性情况,继而进一步判断这些岩屑是否主要是滚刀碾压破碎而成。一般而言,渣土中片状岩屑超过50%,且直径大多在2—5cm间,那么滚刀应该发挥了较好的作用,滚刀此时属均匀磨损;若岩屑以粉末为主,那么滚刀破碎岩石能力已降低,主要在碾磨。据此可推断,主要原因是有效推力不足或滚刀已严重磨损或刀间距太大(对于硬岩而言)等。
2.“闻”。刀盘转动时,可以在密封土舱背后听到滚刀与岩面切削摩擦的声音,如果正常掘进时突然发生异响,且掘进参数异常,就要尽快进行检查。当开挖面全部或局部断面有硬岩或软硬相间的情况下,如果盾构机纠偏过急或转速过快时,能听到或感觉到刀盘震动的声音;如果盾构机盾体被卡,还能听到盾壳脱困时“噼啪”的震晃响声。
3.“嗅”。有的滚刀供应商在滚刀极限磨损的界面上预先设置含有特殊气味的包裹体,当磨损到此位置时,气味扩散出来,嗅之,即知某滚刀磨损到什么程度。
4.“测”。方法一是将测滚刀或其他刀具磨损量的传感器设置在滚刀或其他刀具内,可及时测得磨损量。目前,特别是在穿越江河的盾构工程中,增加和普及了刀具破损监测装置,防止刀具过度磨损、损坏而损伤刀盘。自动磨损检测主要有三种方法:超声波探测法、液压法、电气法。后两种方法使用较为普遍,其中液压法与电气法相比成本较低,使用范围更广。另一种方法是通过测量或手摸(防止烫伤)渣土的温度,来辅助推断滚刀磨损情况。滚刀温度奇高,那么很有可能其正面已偏磨。
5.“析”。析即通过跟踪分析盾构机的掘进参数,并结合地质条件来判断刀具的磨损情况。比如,在地质条件相同及密封土舱主,被动土压力和有效推力相同的情况下,若出现速度降低,刀盘扭矩增大迅速的工况,很有可能是刀盘、刀具严重磨损的结果。
扭矩很小,总推力很大,掘进速度也很小.并且密封土舱内积土较少或气压作业,造成这种情况的原因可能有两种:①总推力很大,但有效推力很小,意味着盾壳周边摩擦力很大或被卡住。②总推力很大,有效推力也很大,意味着周边滚刀磨损严重。
6.“综合判断”。通过“观、闻、嗅,测、析”等综合研究.其判别方法更准确。
长距离施工时,刀具往往因磨耗脱落、缺损,必须进行更换,以免造成刀盘损坏,酿成事故。当地层条件发生变化时,为保证盾构施工安全和加快施工进度,也必须更换适应地层条件的刀具。
三、刀具更换的基本原则
1.中心刀的最大磨损极限为25mm,双刃正滚刀的最大磨损极限为20mm,单刃正滚刀的最大磨损极限为20mm,单刃边刀的最大磨损极限为10mm。
更换标准为:边滚刀磨损量为8mm(换下的边滚刀可用在正滚刀位置),正滚刀15mm,中心刀20mm。
2.当刀具出现下列任一损坏情况时,必须更换。刀圈断裂、平刀圈、刀体漏油、刀圈剥落、挡圈断裂或脱落、刀具轴或刀座损伤。
3.相邻刀具的磨损量高差不大于15mm。
4.更换刀具后,将固定刀具轴的螺栓紧固至规定的扭矩,待掘进一环后,再开仓复紧刀具螺栓。
四、刀具更换方法及要求
刀具的更换方法,通常选用在地表对掘削面前方土体进行注浆加固后,入舱更换刀具。此外,也可利用旋转球体,封堵掘削面,随后使刀盘后退再进行更换的方法。
刀具更换是一项较复杂的工序。首先除去压力舱中的泥水、残土,清除刀头上黏附的泥沙,确认要更换的刀头,运入工具,设置脚手架,然后拆去旧刀具,换上新刀具。更换刀具停机时间比较长,容易造成盾构整体沉降,引起地层及地表沉降,损坏地表及地下建(构)筑物。因此,更换刀具时要按如下要求进行。
1.更换前做好准备工作,尽量减少停机时间;
2.更换作业尽量选择在中间竖井或地层条件较好、较稳定地段进行;
3.在地层条件较差的地段进行更换作业时,必须带压更换或对地层进行预加固,确保开挖面及基底的稳定。
4.更换刀具的人员必须系安全带,刀具的吊装和定位必须使用吊装工具。在更换滚刀时要使用抓紧钳和吊装工具。所有用于吊装刀具的吊具和工具都必须经过严格检查,以确保人员和设备的安全。带压作业人员必须身体健康,并经过带压作业专业培训,制定并执行带压工作程序。
5.做好更换记录。主要包括刀具编号、原刀具类型、刀具磨损量、修复刀具的运行记录、更换原因、更换刀具类型、更换时间和更换人等。
五、刀具的修理
刀具的修理主要是指滚刀的修理,刮削刀具一般不具备可重新修复条件,这里不再叙述。滚刀的修理主要有以下几个环节。
1.刀具修理前的检查
刀具在修理前将刀具清理干净,彻底进行冲洗,安放在专用工作台架上,应仔细检查刀具的损坏情况,确定出刀具修理部位和修理方案,制定出详细的修理工艺,根据各个项目的资源配备情况进行修理,必要时返回刀具厂家修理。
2.刀具的解体
根据刀具的修理方案和修理工艺,仔细将刀具各件进行拆分解体,然后再对解体后的刀圈、刀体、刀盖、刀轴和轴承密封等进行仔细检查,确定各件的修理方案,能修则修,不能修的报废。
3.刀具的装配
刀具在修理过程中,刀具的装配是关键环节,装配质量控制的好,其使用效果能象新刀一样,若装配质量控制不好,掘进施工中会很快出现问题,影响相邻刀具的正常使用,特别要注意以下几个关键装配环节。
(1) 刀圈的更换
在更换刀圈是要注意清洁刀体安装面和刀圈安装面,并检查配合的过盈量,要符合设计要求,刀圈的加热温度要控制好,温度过低刀圈涨量不够装配困难,温度过高冷却后刀圈收缩量大容易断裂。
(2) 确定轴承内套隔圈的宽度
刀具在装配过程中其轴承内套隔圈的宽度尺寸是非常关键的,宽了无法调整轴承的预紧力和滚刀启动扭矩达不到合适的要求,轴承容易串动,无法正常工作,窄了容易使轴承的预紧力过大,刀具使用中轴承容易抱死不转动,使刀圈偏磨。
(3) 浮动密封的装配和试验
装配时要特别仔细检查浮动密封的结合面,不能有任何的划伤缺陷存在,进行压力试验后才能装配,这是因为浮动密封在使用中是金属面对金属面滑动摩擦,全靠刀具内部罐装的润滑油形成油膜进行润滑,一旦浮动密封面有划伤存在,润滑油会很快漏掉,造成轴承和浮动密封干摩擦,刀具会很快失效报废。
(4) 刀具的标识与记录
装配修好的刀具要及时进行标识和记录,在指定区域存放待用。
无论何时,盾构机刀具的安装都需严肃对待,作到清洁、紧固、正确。加强监督检查刀具安装质量。尤其在硬岩地段,不正确的刀具安装会带来盾构机刀盘刀具的损坏和出现掉刀、打刀严重恶果。
(来源:网络)