論中心回轉(zhuǎn)裝置柔性連接的設(shè)計特點(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：TU112 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，同時能將刀盤切削下來的土體改良成流動性好、能夠及時建立起土倉內(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，增加土體的流動性，使刀盤切削進(jìn)入土倉的土體能及時排出，減少土倉內(nèi)泥餅的形成，不會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油脂注入到刀盤需要油脂的部件，例如：仿形超挖刀和檢測刀具，潤滑油脂能很好地給刀盤仿形超挖刀提供潤滑，配備檢測刀具的刀盤通過檢測油脂的注入能及時檢測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，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)過程中刀盤帶動中心回轉(zhuǎn)裝置不停轉(zhuǎn)動，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，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，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)場不同施工標(biāo)段經(jīng)過現(xiàn)場安裝、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。這種事故會給施工過程帶來極大困擾，甚至延誤工期。

針對此問題，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，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。

空心軸（如圖4所示）與件2（空心軸安裝板一）通過4個連接鍵實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動傳動（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)計了件7（密封圈二），這樣的密封設(shè)計就避免了土倉內(nèi)的土沙進(jìn)入的風(fēng)險。

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)松動泄露等現(xiàn)象。因為盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中刀盤帶動中心回轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動，這項改善設(shè)計應(yīng)用到施工過程中時能通過其關(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，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。