復合刀盤中心閥塊組件設計特點研究

孫相志 馬俊江

本文介紹了一種在隧道施工中用于開挖隧道的掘進機刀盤中心閥塊組件，論述了刀盤中心閥塊組件的部件組成、設計特點以及其與刀盤、中心回轉接頭組件的連接方式和工作原理。實踐證明作為中心回轉接頭和刀盤的過渡連接部件，該中心閥塊組件對刀盤仿形刀的潤滑和伸縮、磨損檢測刀具磨損量的準確監測、刀盤泥材和泡沫注入口的順暢工作提供有力保障。

盾構機;復合刀盤;中心閥塊組件;中心閥塊

盾構機是隧道施工常用工程機械設備，其通過刀盤旋轉切削隧道土體實現隧道掘進開挖，刀盤旋轉掘進過程中需要通過中心回轉接頭各接口向刀盤配備的仿形刀潤滑和伸縮油路供給油脂，向刀盤上安裝的磨損檢測刀具進行油脂供給，向刀盤前方面板布置的泥材注入口和泡沫注入口提供渣土改良泥材和泡沫劑等輔助泥材。研究發現：一般軟土刀盤可以直接通過空心管過渡連接實現中心回轉接頭與刀盤的連接，然后通過連接軟管管路連接中心回轉接頭各出口穿過過渡空心管，再連接到刀盤各輻條功能接口位置。但是作為復合型刀盤，由于刀盤中心配備的是中心滾刀，無法像軟土刀盤那樣直接連接軟管實現中心回轉接頭和刀盤功能接口的連接，考慮到刀盤中心滾刀的空間限制，這時需要設計一個特殊的過渡裝置來連接中心回轉接頭和刀盤功能接口，這個特殊的過渡裝置就是刀盤中心閥塊組件，通過中心閥塊上的各個功能孔道實現中心回轉接頭與刀盤功能接口的過渡連接。

刀盤中心閥塊組件組成零部件如圖1所示。

如圖1所示，刀盤中心閥塊組件主要由中心閥塊、閥塊連接法蘭、空心管、回轉接頭連接法蘭、各端面0型密封圈、工藝孔螺塞及各種法蘭連接螺釘組成。如圖所示，件1中心閥塊通過件8螺釘與刀盤輻條連接并通過件8定位銷軸定位，中心閥塊左右邊界需要保證其與刀盤滾刀輻條中心參考基準B的嚴格的對稱度，中心閥塊上下圓弧面通過刀盤滾刀輻條機加工出的安裝止口定位安裝，件2閥塊連接法蘭通過件7螺釘與件1中心閥塊連接，件3空心管與件1中心閥塊和件4回轉接頭連接法蘭焊接連接，件4回轉接頭連接法蘭需要焊后加工，并且必須要保證其與回轉接頭的安裝止口面參考中心基準A嚴格的同心度和垂直度，以保證整體部件與中心回轉接頭的同心度，防止刀盤轉動過程中刀盤與中心回轉接頭不同心。件4回轉接頭連接法蘭與中心回轉接頭組件通過螺釘連接，各連接端面通過O型密封圈進行端面密封。

刀盤中心閥塊是通過其內部的各個孔道實現油脂和輔助介質從中心回轉接頭連接管路輸送到刀盤各種連接管路的，具體如圖2、圖3和圖4所示。

如圖2和C-C剖視圖所示，中心閥塊是通過其周圈的連接孔通過螺釘實現與刀盤輻條的定位，并通過定位銷孔實現定位 。

如圖2和圖3中心閥塊細節圖中的放大圖所示，中心閥塊中心位置布置的14個孔分別為最大的6個Φ114 mm的泥材注入口用孔、6個Φ42 mm仿形刀潤滑和伸縮油道用孔、2個Φ11 mm磨損檢測刀具油脂通道用孔。

結合圖1、圖2和圖4可知，中心閥塊中心位置的14個功能孔，需要在刀盤滾刀輻條板端面上實現孔位對接布置，由于閥塊和刀盤輻條板的空間限制，如圖4中心閥塊細節示意圖所示，需要將這些孔通過側面打通的工藝孔來與刀盤輻條孔道實現對接，如圖4所示，B-B剖視圖中可見刀盤中心閥塊底部的孔道與刀盤輻條上的孔道端面需要配鉆以實現精準對位，各個孔端面設計有O型密封圈安裝槽，通過安裝對應規格的標準O型密封圈實現結合面的密封以防止油脂和泥材、泡沫等介質泄漏，這就要求閥塊的各個連接和密封端面需要有很好地光潔度，否則也會因為端面不平整光滑而導致密封效果受影響泄漏。刀盤中心閥塊側面打通的工藝孔設計成標準密封螺紋通過安裝螺塞實現密封。

當盾構機正常掘進時，通過中心回轉接頭各孔道輸入的各種油脂和泥材、泡沫等土體改良劑通過連接管路再通過閥塊內部的各孔道能順利的輸送到刀盤輻條孔道，然后再通過刀盤輻條孔道輸送到刀盤輻條連接的管路最終輸送到目標位置，得以實現其各功能：刀盤正面配置的6個注入口（刀盤中心1個+刀盤輻條5個）能正常噴射膨潤土和泡沫等土體改良劑從而改善掘進掌子面的土體和穩定掌子面不坍塌，刀盤0度和180度位置布置的兩把超挖仿形刀也可以正常的伸出、縮回和潤滑，刀盤正面布置的磨損檢測刀具也可以正常的進行油脂壓力檢測。

如圖3中心閥塊細節示意圖1中的放大圖為中心閥塊與圖1中件3空心管的連接安裝止口，以保證其準確定位焊接，從而有效保證刀盤與中心回轉接頭的同心度。

除了中心閥塊，刀盤中心閥塊組件中還有連個比較關鍵的零件：閥塊連接法蘭和回轉接頭連接法蘭，如圖5和圖6所示。

如圖5所示，閥塊連接法蘭需要鉆出與刀盤中心閥塊中心位置匹配的14個孔，背面需要加工出標準密封螺紋與中心回轉接頭管路連接。由于涉及到與閥塊孔位對接，這些孔也需要與刀盤中心閥塊孔配鉆或制作鉆模工裝配鉆實現精準孔對位。

如圖6所示，回轉接頭連接法蘭需要與空心管和閥塊組對焊接后再進行機加工，因為法蘭的止口端面需要與中心回轉接頭組件法蘭進行對接，所以需要嚴格控制其安裝止口相對閥塊中心的垂直度和同心度以防止刀盤旋轉過程中出現不同心現象損壞連接法蘭延誤工期。如圖所示，該法蘭安裝止口端面設計O 型密封圈安裝槽安裝O型密封圈實現端面密封，所以對該端面的光潔度要求很高。

綜上所述，該刀盤中心閥塊組件對零件加工制作和組對焊接加工、尤其是各孔位加工配鉆對位和整體組件的同心度要求都很高。也正是因為設計的高要求，才能在施工過程中正常發揮其重要的作用，相信在施工過程中該組件會為隧道掘進提供有利保障，同時也會在提高掘進效率的基礎上保證施工安全。

This paper introduces a cutterhead central valve block assembly of a roadheader used for tunnel excavation in tunnel construction， and discusses the component composition and design characteristics of the cutterhead central valve block assembly and its assembly with the cutterhead and center rotary joint Connection method and working principle. Practice has proved that as the central rotary joint and cutter disc transition connecting part， the central valve block assembly lubricates and retracts the cutter disc copying knife， wear detection， accurate monitoring of tool wear， smooth work of cutter head mud and foam injection port Provide strong guarantees.

shield machine; compound cutter head; central valve block assembly; central valve block