中交天和26號盾構(gòu)刀盤重點制作區(qū)域工藝方案探討

張 堉，王玄衛(wèi)

（1. 中交天和西安裝備制造有限公司，陜西 西安 710200；2. 中交西安筑路機械有限公司，陜西 西安 710200）

刀盤在盾構(gòu)的最前部，是盾構(gòu)實現(xiàn)隧道開挖功能的核心部件。盾構(gòu)主要通過刀盤對掌子面的巖土進行開挖切削實現(xiàn)其軸線向前推進，最終完成隧道洞通的盾構(gòu)過程。刀盤根據(jù)各區(qū)域地層地質(zhì)情況有多種結(jié)構(gòu)形式，主要區(qū)域制作方法也就完全不同。本文所述刀盤為復(fù)合刀盤，開口率40%，開挖直徑6500mm。該刀盤是中交天和研制的26號盾構(gòu)刀盤，該機完成福州地鐵二號線七標西洋站至寧化站后，再次使用于蘭州地鐵二號線二標火車站至公交五公司站。動工前，需要重新制作刀盤以滿足蘭州地鐵二號線標段的使用。本次刀盤制作任務(wù)由中交天和西安裝備制造有限公司完成。目前該刀盤已制作完成（見圖1）并安裝，盾構(gòu)已開始正常推進。本文主要探討該盾構(gòu)復(fù)合式刀盤在制作過程中幾個關(guān)鍵工序的工藝。

圖1 刀盤制作噴漆完工

1 刀盤No.4、No.10輻條雙曲面區(qū)域制作前的準備

此次制作刀盤結(jié)構(gòu)主要由輻條、內(nèi)圈板、外圈板、牛腿法蘭、刀具等組成，其中輻條由側(cè)板、面板及刀箱筋板等組成，圓周方向共分布12處輻條。雙曲面區(qū)域是刀盤面板在圓周方向最外側(cè)490mm區(qū)間，隨著半徑的增大，面板沿著刀盤軸向變化，刀盤雙曲面區(qū)域每個徑向剖切面直徑均不同。刀盤No.4、No.10輻條處于刀盤中左右方向，從刀盤前端看該雙曲面區(qū)域成扇形，該區(qū)域共分布10處先行刀刀箱。該區(qū)域在刀盤制作過程中是重難點，由于其形狀特點與其它區(qū)域不同，制作工藝過程有較大變化，制作過程中容易出錯，現(xiàn)對其工藝過程易錯點進行探討。

1.1 劃No.4、No10輻條制作地樣線

在制作前應(yīng)先按照圖紙要求繪制地樣線，以保證拼點零件正確性，提高拼點零件效率。地樣線按刀盤外圈板外徑Φ6400加10mm放樣，其余尺寸按原尺寸加原尺寸1‰進行放樣，以滿足焊接后收縮達到圖紙尺寸要求。具體No.4、No.10輻條處地樣線（見圖2）。由于No.4、No.10輻條徑向刀箱筋板位置高于雙曲面板且輻條周向依次有2處刀箱，所以此處雙曲面板區(qū)域較其它處更加特殊，基于上述原因徑向刀箱筋板需在雙曲面板安裝后割除刀箱開口再進行拼點焊接。在制作時刀箱側(cè)板已提前劃出軸向刀箱筋板位置線，表1中尺寸為檢驗徑向刀箱筋板拼點位置正確性，核對徑向刀箱筋板拼點位置重要性在于一來檢測各輻條在刀盤中位置的正確性，二來檢測實際位置是否正確，以避免在刀箱裝配時因為刀箱筋板位置錯誤造成返工。

圖2 No.4、No.10輻條處地樣線

表1 徑向刀箱筋板拼點位置校核尺寸

1.2 劃No.4、No.10輻條側(cè)板線

先確定No.4、No.10輻條刀箱筋板中心線：先劃地樣線，劃零位線后，No.4、No.10輻條扇形雙曲面區(qū)域短輻條側(cè)板按圖2標注尺寸放置，按圖3尺寸劃No.4、No.10輻條刀箱筋板中心線。雙曲面上刀箱筋板中心線需按圖3尺寸2693.7、50確定先行刀軌跡中心，再根據(jù)各先行刀角度確定中心線。

再確定No.4、No.10輻條刀箱筋板位置線：在最終裝配刀箱時，為便于刀尖頂端調(diào)整至要求尺寸，應(yīng)將徑向刀箱筋板開檔按圖紙要求尺寸381mm加10mm作為實際拼點尺寸，按照該尺寸以刀箱中心線分各徑向刀箱筋板位置線。

在這里需要注意的是No.4、No.10輻條雙曲面處徑向刀箱筋板不應(yīng)在輻條單獨制作時拼點、焊接，而應(yīng)在刀盤整體制作并且雙曲面板覆蓋后再進行拼點焊接，其余刀箱筋板皆應(yīng)在刀盤輻條單獨制作時完成。

圖3 雙曲面處刀箱徑向中心線圖

1.3 No.4、No.10輻條雙曲面板制作方法

由壓力機通過上下模將留有余量毛坯料鍛壓成型至毛坯雙曲面板，成型后周邊尺寸需保證與圖紙制作時尺寸一致。在這里需了解其制作方法以保證制作時拼點質(zhì)量及工作效率。

雙曲面板制作前應(yīng)先辨別雙曲面兩頭的方向，按圖4區(qū)分出刀盤前端面端及外圈板端；按圖5放置雙曲面毛坯，分別劃線1、2、3對稱劃線各2件。需要指出劃線2時需用紅外線投射，最終按線割除坯料。

圖4 雙曲面板前后端

2 刀盤牛腿法蘭組件兩種制作方式的比較

該刀盤牛腿法蘭組件由6個牛腿前后面按60°均布分別焊接于刀盤后部及法蘭前部構(gòu)成（見圖6），作用是將刀盤通過其后部法蘭與前盾中裝配的驅(qū)動體連接，從而實現(xiàn)刀盤的旋轉(zhuǎn)。牛腿法蘭由于其傳遞刀盤工作中扭矩的作用，在設(shè)計中板子厚且焊接坡口大，在工藝編制中選擇合理的工藝方式顯得更加關(guān)鍵，可以有效提高工作效率，避免返工造成較大損失。

圖5 雙曲面板切割前劃線方法

圖6 刀盤牛腿法蘭結(jié)構(gòu)示意圖

在牛腿組件制作中通常使用下述兩種方案：

第一種方案是在制作平臺上劃出各牛腿后端面徑向中心線、件1法蘭外徑圓線后放置法蘭，以地樣線中心為圓心按R1327.5在件1法蘭上劃圓線，并將地樣各牛腿徑向中心線引至件1上，交點即為牛腿中心。然后按圖紙中尺寸以中心線分各牛腿放置位置線放置牛腿，按各牛腿徑向半徑值調(diào)整牛腿前端面后點焊（見圖7），調(diào)至刀盤后端核對各牛腿位置無誤后焊接?？梢钥吹剑朔N方法是按件1法蘭作為基準零件，最大困難是牛腿前端面由于徑向半徑值各不相同，在制作時從空中確定位置需要較大工作量且較容易出現(xiàn)偏差。一旦前端位置出現(xiàn)較大偏差，反復(fù)調(diào)整、點焊后掉、吊裝至刀盤后端核對尺寸工作量較大。

第二種方案是在制作平臺上劃出各牛腿前端面徑向中心線、牛腿件1法蘭內(nèi)徑圓線，放置各牛腿前端板并固定位置后將地樣線引至前端板上并分牛腿前端位置線，按位置線將牛腿放置在連接板上后按R1327.5確定牛腿后端位置，最后按地樣線中心為圓心拼件1法蘭并按法蘭內(nèi)徑地樣線核對無誤（見圖8），點焊后掉至刀盤后端核對各前端連接板位置，無誤后焊接?？梢钥吹剑朔N方法是按牛腿前端板為基準零件，雖然牛腿前端面6處半徑不同，地樣線較多，但制作時各零件位置便于確定，不易出錯。

圖7 牛腿法蘭制作的第一種方案

可以看到這兩種方法主要區(qū)別在于牛腿與法蘭連接處半徑相同，而與前端板連接處6處半徑均不同。個人認為第二種方案效率更高，在地上畫較多地樣線速度更快、制作質(zhì)量更容易保證，從而保證前端連接板位置的精確性，所以編寫工藝時一定要仔細讀圖并分析優(yōu)劣，方能有更好的制作方式。

圖8 牛腿法蘭制作的第二種方案

3 結(jié)束語

本文主要論述中交天和26號盾構(gòu)復(fù)合刀盤在制作過程中的幾點問題。復(fù)合刀盤制作復(fù)雜，在刀盤制作過程中還需要注意該刀盤一般應(yīng)先拼焊完成各個輻條組件后再整體拼焊制作，拼焊法蘭時的熔透焊，加工中各區(qū)域如何選擇刀具來保證加工質(zhì)量及效率，雙曲面區(qū)域安裝滾刀或先行刀刀箱需用磨具保證刀尖的理論尺寸，刀盤中各泡沫孔、泥漿孔、油孔的保壓試漏等等，在這里不一一進行說明，應(yīng)從設(shè)計者及使用角度認真分析圖紙，綜合考慮下料、制作、加工、裝配的各個環(huán)節(jié)，得到最優(yōu)工藝過程。此文論述的幾點已在實際生產(chǎn)中驗證，這里主要對工藝簡述后對編制原因和優(yōu)劣進行解釋及分析，供業(yè)內(nèi)學(xué)習(xí)及探討。