大型盾構機加工工藝攻關

黃炳鎮 王林

（廣州廣重企業集團有限公司 廣州 511400）

大型盾構機加工工藝攻關

黃炳鎮 王林

（廣州廣重企業集團有限公司 廣州 511400）

本文主要對超大型盾構機在機加工方面如何在最經濟，最方便有效的前提下加工并保證盾體的加工精度的關鍵技術研究和攻關。

大型盾構機；加工工藝；機床改造

1 引言

盾構機，是一種大型、高效的光、機、電、儀一體化產品，廣泛應用于隧道工程施工的現代大型施工機械，是現代化交通運輸工程、地下工程、礦山開采工程、水力水電工程、城市市政建設工程中先進的施工工具。

φ18m盾構機是目前全球最大的盾構機。我公司主要負責大型盾構機盾體焊接和加工制造。大型盾構機分瓣式盾體的生產制造對加工工藝和加工裝備要求很高。盾體直徑大而且是分瓣結構，對加工精度要求較高，華南地區現有的加工設備能力難以直接加工。

2 主要技術指標

φ18m盾構機的盾體尺寸：盾體直徑φ17560（+20/0）mm，高度8815mm，重約1000t，加工盾體的中心驅動法蘭直徑：φ8480（+2/+1）mm，長度1255mm，粗糙度Ra3.2。在驅動法蘭下平面鉆攻144個M36螺紋孔的螺紋。

3 原先加工工藝方案

盾體分成分成八大件，中間用連接法蘭板和螺栓連成一個整體，八對聯接法蘭板的2個平面先精加工，并鉆孔攻螺紋，銑密封槽，鏜定位銷孔。然后連接法蘭板與盾體整體鉚焊完成后，拆散八件盾體，每件盾體分別吊裝到12m數控龍門鏜銑床精加工中心法蘭內圓，并要求加工后盾體整體組裝檢測中心法蘭內圓公差尺寸。

以上傳統的大型分瓣結構盾體加工，比較繁瑣，由于分片加工，整體圓度難以保證，加工周期長，需反復多次拆裝的缺點。

4 工藝改進方案

4.1 改裝小型專用車床

將改造好的專用小型機床安裝在盾構機中心空間位置上來加工中心驅動法蘭，工件不動，機床轉動車削加工的方式，代替原先的銑削，車削可以一次加工盾體的中心法蘭內圓直徑尺寸。具體是：將一臺φ3.4m普通立車的立柱和橫梁拆除，保留轉臺、旋轉裝置和變速機構，取消原有機床的電控箱，使用75kW變頻器來代替45kW變頻器，使用55kW 960r/min，可以在加工切削過程中不斷地調整切削速度，達到最佳切削效果。由于φ3.4立車轉臺直徑φ3m，要加工工件直徑φ8m，就必須在原來轉臺上在擴大到φ7m轉臺。于是，設計一件7000mm×3000mm×300mm鋼結構平臺，為了保證鋼結構平臺旋轉時的平衡，鋼結構平臺一端安裝一套刀架立車，另一端安裝一套平衡塊，鋼結構平臺用螺栓緊固在轉臺上。

在平臺上用螺栓在緊固一件偏心鋼板，偏心鋼板上安裝兩條的用于立柱拖板水平移動的導軌，在立柱垂直移動的拖板上再用螺栓連接水平放置的小刀架，小刀架可以用手動水平移動進刀和退刀。在小刀架還裝上垂直刀桿，可以上下移動，采用上下兩個固定形式，防止切削工件時可能產生振動。這樣，刀桿可以根據加工工件長度做上下調整。同時，又在垂直刀桿上固定連接一件水平進給的橫向刀把，橫向刀把裝上刀桿和車刀，可以水平進給加工一定的長度。因為加工工件有較高的表面粗糙度要求，所以要求切削時能自動進給，要自動進給就必須解決電源接線裝置、轉臺和可快速進退的變速機構的問題。加工時由于工件固定不動，刀架和轉臺一起旋轉，所以電源線就采用電機導電炭刷連接方式。采用立柱垂直絲桿螺母副和懸掛形式及變速機構設計形式，增大了絲桿螺母副和軸承副的剛性，解決了水平移動拖板的絲桿螺母副的自動進給和快速進給的變速機構設計問題，如圖1。

4.2 改造小型專用鉆床

盾體中心法蘭精加工平面圓周上要求鉆孔攻一圈M36螺紋孔，由于盾體高度超出φ125搖臂鉆床鉆孔的高度范圍，這樣舊的鉆削方式行不通。通過工藝方案的改進來解決鉆削問題，即改裝φ80搖臂鉆床，將鉆床放置盾體內孔來解決問題。

具體是：先將φ80搖臂鉆床的立柱與底座拆卸，用鋼板焊接一件底面直徑φ2m、上面直徑φ1m、高1m圓錐平臺，平臺上下兩平面分別加工凹凸止口面，并用螺栓上緊固定原立柱與圓錐平臺上。再將立車轉臺上的立柱刀架吊開，把搖臂鉆床立柱和加高的圓錐平臺一起吊到轉臺平面，并用螺栓上緊固定到轉臺上面，這樣升高搖臂立柱可以在中心法蘭的內圓中間旋轉360°鉆攻M36螺紋孔。

圖1

5 改進后的效果

通過該小型專用機床加工出來的盾構機內孔，經檢驗，其表面尺寸精度和粗糙度，均達到圖紙的設計要求。整體加工時間大幅降低，比原先縮短了一半，做到了一次安裝，連續不間斷加工，減輕了由于分塊加工需多次運輸裝夾的工作，改進效果明顯。該小型專用機床的成功改進，也在往后的盾構機加工中得到應該。

6 結語

通過不斷是試車和加工出合格的產品，實踐充分說明該小型專用機床是可行的，該項機床改造技術也獲得“發明專利”（專利號：ZL 201210582501.X）。利用小型專用機床加工大型盾體，機構簡單，方便裝拆，無需開挖專有地基，降低設備投入費用和維護成本，減少占地面積，且可根據構件的大小和形狀進行調整，適應性強。

[1]徐灝，等.《機械設計手冊》[M].北京：機械工業出版社，2000.

TG71

A

1004-7344（2016）16-0255-01

2016-5-22

黃炳鎮（1984－），男，助理工程師，大學本科，主要從事通用機械產品工藝技術方面的工作。