隧道掘進機上的一種新型鎖緊式刀箱

張凌，戈強，張愛武，孔祥權

（1.吉林省維爾特隧道裝備有限公司，吉林 吉林市132011；2.吉林省盾構與掘進刀具技術重點實驗室，吉林 吉林市132011）

0 前言

刀箱是隧道掘進機刀具的載體。根據滾刀的破巖機理，在滾刀破巖的作用下，產生較大的沖擊及震動，沖擊和震動通過滾刀的刀軸、端蓋、支架或卡塊等零部件傳遞到刀座上，再通過刀座傳遞到刀盤上。因此刀箱在內外刀座板焊接過程中坡口很寬、很深，且受刀箱的結構與刀盤配合等的影響，刀箱內外刀座板為兩種截然不同的材料，焊接過程中很容易出現以下缺陷：

（a）焊接殘余變形；

（b）焊接裂紋；

（c）焊接接頭缺陷。如：裂紋、夾渣、未熔透、未熔合、焊瘤、內、外部氣孔、咬邊等。以往施工現場刀箱失效時，需要使用氣刨的方式將損壞的刀箱內刀座板從外刀座板中移除。因內、外刀座板的焊接量較大且焊道較深，刨除一個內刀座板大致需要4～5個小時，一組刀箱為兩個內刀座板，刨除一對內刀座板大致需要8～10小時；新的內刀座板需打磨、拋光處理后方可安裝、定位，大致需要1～2小時；刀箱定位完成后進行刀箱內、外刀座板的焊接，大致6～7小時/每個，兩個內刀座板焊接時間為12～14小時，更換一組刀箱總共需要21～25小時，且焊接合格率較低。刀箱更換過程中，需要外聘專業技術等級較高的焊接和裝配人員，而且還需要施工現場設備維護人員進行輔助才能完成。刀箱更換中的人工成本較高，以焊工為例，更換一組刀箱大致需要兩個焊工，每個焊工350元/8小時，更換時間以24小時為例，更換一組刀箱焊工成本大致需要2000多元。

為了解決上述問題，降低更換刀箱的成本，公司專業技術人員經過長期刻苦攻關，對現有刀箱進行了技術改造，通過使用楔塊鎖緊及鎖緊螺栓，將刀箱內外刀座進行固定，無需焊接，從根本上改變了刀箱內外刀座板的安裝方式。

1 新型刀箱的結構特點

使用新型刀箱，在工廠組裝或施工現場更換時，不需焊接，只需使用刀箱楔塊、鎖緊螺栓將刀箱的內刀座固定在刀箱的外刀座板中即可，從本質上改變了刀箱內外刀座板的連接形式，從而杜絕了刀箱組裝、現場更換過程中的缺陷和問題的發生，提高了刀箱生產、更換的效率。使用新型的楔塊壓緊式刀箱后，當刀箱發生失效時，只需將刀箱內刀座板螺栓和楔塊螺栓松動、取出螺栓和刀箱楔塊，移除刀箱內刀座板，安裝新的內刀座板、刀箱楔塊，然后使用螺栓進行緊固即可，因更改后的刀箱外刀座板帶定位功能，所以，不需繁瑣的定位過程，刀箱更換時間總共大致為1～2小時。

2 新型刀箱的工藝流程

（一）刀箱部件組成

由外刀座板、內刀座板、刀座連接板、刀箱楔塊和M20×110 螺栓組成。

（二）新舊刀箱材料對照，見表1。

表1 新舊刀箱材料對照表

（三）42CrMo與30CrNiMo力學性能對照，見表2。

表2 新舊刀箱材料力學性能對照表

由表可見，新刀箱內外刀座板材料性能均優于舊刀箱，因此能夠滿足裝配要求。

（四）新型刀箱的生產流程

外刀座板、內刀座板、刀箱楔塊的加工流程：下料→退火→粗加工→淬火→回火→精加工成型。

將加工完成的外刀座板（見圖1）、內刀座板（見圖2）各一個拼裝在一起，使用刀箱楔塊（見圖3）兩個，這里楔塊起到鎖緊和定位的作用，通過六根螺栓將兩個刀座板楔緊，使用八顆螺栓將內刀座板另一端與外刀座板緊固，見圖4。

在實際使用中，其尺寸應根據所使用的TBM刀盤的具體規格進行設計，其鎖緊力可根據具體的鎖緊要求，采用不同規格、尺寸的鎖緊楔塊和鎖緊螺栓實現。本鎖緊式刀箱適用于各種類型隧道掘進機刀盤，只要按結構樣式重新設計尺寸即可。

圖1 外刀座板示意圖

圖2 內刀座板示意圖

圖3 刀箱楔塊示意圖

圖4 刀箱主體示意圖

3 結語

一種新型鎖緊刀箱的應用，從根本上改變了傳統意義上刀座的安裝方式，在TBM施工過程中，更換一個刀箱僅需40～60分鐘的時間，將組對完成的刀箱左右兩個組合體通過定位工裝組對，然后焊接刀箱連接板，一個整體刀箱制作完成大概需要2～2.5小時。極大地方便了施工現場刀箱的更換，提高效率10倍以上，是一種高效低廉的刀箱安裝方式，從根本上保證了工程施工的進度，具有廣泛的市場前景。