論中心回轉(zhuǎn)裝置柔性連接的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

孫相志 秦倩云

摘 要：介紹了一種在隧道施工中用于開挖隧道掘進(jìn)機(jī)的柔性中心回轉(zhuǎn)裝置部分，本文對(duì)中心回轉(zhuǎn)接頭的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及其特點(diǎn)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的描述。設(shè)備施工使用表明，本柔性中心回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)可滿足隧道施工要求，并且具有柔性調(diào)整刀盤與中心回轉(zhuǎn)裝置同心度、密封性好及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī);柔性中心回轉(zhuǎn);刀盤

中圖分類號(hào)：TU112 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）13-0108-02

1 柔性中心回轉(zhuǎn)裝置概述

盾構(gòu)機(jī)是隧道施工機(jī)械設(shè)備，通過刀盤旋轉(zhuǎn)切削掌子面土體實(shí)現(xiàn)隧洞開挖，并通過主推進(jìn)油缸的推進(jìn)力實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)。由于盾構(gòu)機(jī)刀盤不斷的旋轉(zhuǎn)切削土體，需要通過中心回轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部的管路系統(tǒng)向開挖面注入土體改良劑（如：泡沫劑改良劑、膨潤土改良劑、聚合物改良劑等）和刀盤用油脂，注入土體改良劑可以達(dá)到潤滑、降低刀具的磨損、改良土質(zhì)等目的，同時(shí)能將刀盤切削下來的土體改良成流動(dòng)性好、能夠及時(shí)建立起土倉內(nèi)的土體和刀盤外土體之間的壓力平衡、維持盾構(gòu)掘進(jìn)過程中盾構(gòu)切口上方的土體穩(wěn)定，增加土體的流動(dòng)性，使刀盤切削進(jìn)入土倉的土體能及時(shí)排出，減少土倉內(nèi)泥餅的形成，不會(huì)形成顆粒的骨架拱效應(yīng)，有效預(yù)防刀盤結(jié)餅等施工問題，使盾構(gòu)掘進(jìn)更順暢、高效。油脂管路能將潤滑油脂和檢測(cè)油脂注入到刀盤需要油脂的部件，例如：仿形超挖刀和檢測(cè)刀具，潤滑油脂能很好地給刀盤仿形超挖刀提供潤滑，配備檢測(cè)刀具的刀盤通過檢測(cè)油脂的注入能及時(shí)檢測(cè)刀具的使用磨損情況。中心回轉(zhuǎn)接頭就是這些將盾構(gòu)機(jī)后配套輔助液體和油脂注入到刀盤和開挖面管路的的載體。所以中心回轉(zhuǎn)裝置在施工過程中起著關(guān)鍵作用，其可靠性就顯得尤為重要。

2 柔性中心回轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

原中心回轉(zhuǎn)裝置與刀盤為剛性連接，如圖1所示，刀盤安裝過程中要保證刀盤與空心軸套筒的同軸度，新制盾構(gòu)機(jī)首次使用時(shí)，通過嚴(yán)格的機(jī)械加工及精準(zhǔn)的安裝止口等可以有效的控制刀盤與中心回轉(zhuǎn)裝置的同軸度，但是盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過不同隧道施工標(biāo)段的掘進(jìn)施工后，由于刀盤在現(xiàn)場(chǎng)安裝、拆卸多次后，就很難保證刀盤與中心回轉(zhuǎn)裝置的同軸度求，導(dǎo)致刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，中心回轉(zhuǎn)裝置與刀盤出現(xiàn)同心偏差，由于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中刀盤帶動(dòng)中心回轉(zhuǎn)裝置不停轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致刀盤與中心回轉(zhuǎn)裝置中的空心軸剛性連接處螺栓長期受側(cè)向剪切力而斷裂。施工過程中出現(xiàn)這種事故時(shí)，由于中心回轉(zhuǎn)裝置與刀盤連接位置在盾構(gòu)機(jī)開挖土倉內(nèi)，所以只能通過開倉或者開豎井進(jìn)行修復(fù)，開倉修復(fù)存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，在盾構(gòu)機(jī)前方開豎井的成本比較大工期也比較長。針對(duì)此情況，將刀盤與中心回轉(zhuǎn)裝置改為柔性連接（關(guān)節(jié)形式），中心注入口連接鋼管改為軟管連接（配置軟管連接工藝口，便于軟管連接），該方案已經(jīng)用于盾構(gòu)施工，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工觀察，方案可靠性高。

圖1所示為中心回轉(zhuǎn)裝置剛性連接示意圖，掘進(jìn)方向最前方為刀盤，件1為空心軸與刀盤連接螺栓，件2為連接刀盤與中心回轉(zhuǎn)接頭的空心軸，件3為中心回轉(zhuǎn)接頭，件4為盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)軸承座。圖示可見空心軸與刀盤和中心回轉(zhuǎn)接頭兩端的連接方式均為通過連接法蘭用螺栓直接連接的剛性連接，當(dāng)?shù)侗P在施工過程中隨著轉(zhuǎn)場(chǎng)不同施工標(biāo)段經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)安裝、拆卸多次后，就很難保證刀盤與中心回轉(zhuǎn)裝置的同軸度求，導(dǎo)致刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，中心回轉(zhuǎn)裝置與刀盤出現(xiàn)同心偏差，導(dǎo)致剛性連接處螺栓（件1）受側(cè)向剪切力而斷裂。這種事故會(huì)給施工過程帶來極大困擾，甚至延誤工期。

針對(duì)此問題，將中心回轉(zhuǎn)裝置與刀盤的連接方式進(jìn)行優(yōu)化改善，即將剛性連接改善為柔性連接方式，如圖2所示。

如圖2所示為中心回轉(zhuǎn)裝置優(yōu)化改善為柔性連接方式，如圖可見，此次改善取消了原來空心軸與刀盤直接用法蘭連接的設(shè)計(jì)，而是將件8（空心軸）插入件2（空心軸安裝板一）和件3（空心軸安裝板二）中，而且空心軸外徑與空心軸安裝板內(nèi)徑之間的間隙通過嚴(yán)格的機(jī)械加工保證在1.5mm左右，由于該間隙的存在就使得空心軸與件1（刀盤中心套筒）實(shí)現(xiàn)了柔性連接，通過該間隙能有效調(diào)整刀盤與中心回轉(zhuǎn)接頭裝置出現(xiàn)的同心度偏差，也就能保證當(dāng)出現(xiàn)同心度偏差時(shí)能通過此間隙調(diào)整，避免了刀盤與空心軸之間的連接螺栓斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

空心軸（如圖4所示）與件2（空心軸安裝板一）通過4個(gè)連接鍵實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)（如圖3所示），為了保證刀盤土倉與中心回轉(zhuǎn)裝置間的密封性，在件2（空心軸安裝板一）與件1（刀盤中心套筒）端面之間和件2（空心軸安裝板一）與件3（空心軸安裝板二）端面之間設(shè)計(jì)了件6（密封圈一）;在件2（空心軸安裝板一）、件3（空心軸安裝板二）與件8（空心軸）徑向分別設(shè)計(jì)了件7（密封圈二），這樣的密封設(shè)計(jì)就避免了土倉內(nèi)的土沙進(jìn)入的風(fēng)險(xiǎn)。

件3（空心軸安裝板二）通過件4（連接螺栓一）與件2（空心軸安裝板一）連接，件2（空心軸安裝板一）通過件5（連接螺栓二）與件1（刀盤中心套筒）連接，件9（中心回轉(zhuǎn)接頭）與空心軸連接。

為了保證其組裝精度，如圖所示通過機(jī)械加工控制件1（刀盤中心套筒）安裝端面與刀盤輻條端面的形位公差在0.2mm以內(nèi)，這樣就能保證其組裝的精度，為實(shí)現(xiàn)中心回轉(zhuǎn)接頭裝置的柔性調(diào)整功能奠定基礎(chǔ)。

3 柔性中心回轉(zhuǎn)接頭裝置的工作原理

在隧道掘進(jìn)施工前，將改柔性中心回轉(zhuǎn)接頭裝置嚴(yán)格按照組裝工藝組裝，組裝過程中必須嚴(yán)格監(jiān)督各個(gè)環(huán)節(jié)的組裝精度，以保證空心軸與安裝板間的間隙和該裝置的密封性。中心回轉(zhuǎn)接頭中的各管路嚴(yán)格按照組裝工藝進(jìn)行管路連接安裝，避免施工過程中出現(xiàn)管路接頭出現(xiàn)松動(dòng)泄露等現(xiàn)象。因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中刀盤帶動(dòng)中心回轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，這項(xiàng)改善設(shè)計(jì)應(yīng)用到施工過程中時(shí)能通過其關(guān)節(jié)連接和間隙控制的柔性連接原理有效的控制刀盤與中心回轉(zhuǎn)接頭裝置間的同軸度，即使刀盤在現(xiàn)場(chǎng)安裝、拆卸多次后，也能控制其與中心回轉(zhuǎn)裝置的同軸度，使隧道施工更順暢。

4 結(jié)語

綜上所述，柔性中心回轉(zhuǎn)接頭裝置的改善設(shè)計(jì)，能夠有效的控制刀盤與中心回轉(zhuǎn)接頭間的同軸度，有效的避免了原有剛性連接螺栓斷裂的情況，其可靠性得以使施工能順暢進(jìn)行，對(duì)盾構(gòu)機(jī)設(shè)備掘進(jìn)和施工工期進(jìn)度提供了有力保障。