旧TBM的关键部件改造修复与升级

2015-09-19曲长海教传杰吴根生

中国科技纵横 2015年17期

关键词：桥架液压泵油缸

曲长海教传杰吴根生

(中国水利水电第六工程局有限公司,辽宁沈阳 110179)

旧TBM的关键部件改造修复与升级

曲长海教传杰吴根生

(中国水利水电第六工程局有限公司,辽宁沈阳 110179)

TBM264-311开敞式全断面硬岩隧道掘进机完成辽宁大伙房输水工程近18km掘进任务后,经过三年半的闲置,对其关键部件改造、修复与升级,成功用于另一隧洞工程。文章结合大伙房水库输水工程施工中出现的各种问题及掘进中出现设备故障,对该机部分结构件进行了优化改造设计,为旧TBM设备重复利用提供了可借鉴的宝贵经验。

TBM 关键部件改造修复升级

1 引言

TBM264-311开敞式全断面硬岩隧道掘进机由辽宁工程局于2004年采购，美国Robbins公司设计制造，TBM重约620t，变压器容量5000kVA，开挖直径8.03m，刀盘转速0～8.3rpm，刀盘最大运行推力22.934KN，10台300kW驱动电机，刀盘上装备47把19英寸(483mm)盘型滚刀和4把17英寸(432mm)双刃型滚刀。该机2008年9月完成大伙房输水工程近18km掘进任务后，闲置三年半时间，大量的橡胶油管和高压电缆几近报废；绝大多数的油缸密封已经完全失去原有效能。

鉴于大伙房输水工程施工中出现的各种问题及掘进中出现设备故障，对该机部分结构件进行了优化改造，该机现用于辽宁另一个输水工程。

2 刀盘支撑护盾优化改造

原TBM顶护盾后面联接指形护盾，指形护盾在掘进施工中易被塌方石块砸变形，不能起到很好的支撑作用。在掘进施工中，遇到塌方区域时给操作人员带来严重安全隐患，因此在此次维修中对指形护盾进行改造，改造成封闭式护盾。

3 转接优化改造

原TBM转接座加强筋在掘进中严重被渣料磨损，从而导致转接座间接磨损。在此次改造中，为了减少转接座在使用中的磨损，在转接座内增加刮渣板，在掘进施工中起到明显效果。

4 环形梁安装器优化改造

原TBM环形梁安装器带有环形梁举升小车，此装置在主梁上占有很大空间，对操作员的操作和驱动电机、锚杆钻机等设备的检修工作带来很多不便，且工作灵活性差。改造后的环形梁安装器采用4个固定扩张油缸，顶部(2个)和两侧(每侧各1个)，同时对环形梁进行扩张，从而有效的保障了环形梁能紧贴隧道洞壁。改进环形梁安装器，使施工人员增加了安全感，钢拱架安装效率大大提高。

5 桥架平台优化改造

为减轻1号台车及后配套直接承受连接桥施加的压力，在1号台车和连接桥之间新增设一个支撑轮组门架，支撑轮组门架使桥架有更好的支撑受力。同时对连接桥的走道平台进行改造，改造后可以从门架的上平台和下平台走到TBM主机前部，方便对桥架皮带机和喷混装置的维护和操作，改造后支撑轮组门架与连接桥相连。

6 液压系统优化改造

(1)液压泵站优化改造。维修改造前，液压泵站安装在主梁的左下方。因液压泵站集成了整个液压系统的阀块以及各阀块之间连接管路的错综复杂，且其安装位置在主梁处，掘进施工时对其造成很大震动，对管件磨损造成很大影响。当出现故障时，检修空间狭窄，安全隐患相对较高。因此，为了维护检修方便，在此次维修改造中将其放到1号台车上。

(2)液压泵及油箱优化改造。液压系统优化改造前，液压泵和油箱是分离。改造后将液压泵和液压油箱集中布置，且安装在1号台车上，与液压泵站相邻，缩短了油箱到液压泵、液压泵到液压泵站的供油距离，方便对泵及油箱的维护保养。

(3)后支撑和护盾油缸的控制阀块位置优化改造。考虑到液压泵站安装在1号台车上，而TBM拖拉油缸、撑靴油缸、推进油缸及护盾油缸等都在主梁和机头架处，这样布置增加管路的长度，也增加油管的使用数量，为降低因液压泵站位置的改变所导致的管路变化，固将液压泵站上的102-1和18-1阀块安装在安架和主梁上。

(4)环形梁安装器操作阀块位置优化改造。对环形梁安装器改造后，为了操作安全、方便，提高拱架安装效率，因此将环形梁安装器操作阀块安装在环形梁支撑架上。在施工过程中发现，因掘进时振动剧烈，导致操作阀不同程度的损坏，严重影响刚拱架的安装。因此操作阀块和环形梁不能直接焊接，而是在它们之间增加一橡胶缓冲垫，以减少因振动造成阀块的损坏。

(5)TBM部分隐藏油缸优化改造。TBM的后支撑油缸和撑靴内部平衡油缸，因其安装在设备的内部，在掘进过程中出现漏油现象处理相当费时费力，所以将油缸的油管连接部位和接头部位裸露在外表，以便于维修保养。

(6)主推进油缸优化改造。在掘进施工中，为了保护油缸活塞杆不被刮伤，在油缸上安装保护盖板。但掘进施工中产生的灰尘和固体颗粒却很容易落到油缸活塞杆上，油缸端盖上的防尘密封圈容易损坏，而端盖防尘密封圈安装的结构又导致损坏后不能更换。防尘密封圈一旦损坏就会导致灰尘和固定小颗粒进入端盖内部损坏油缸其他密封圈。为了能够在防尘密封圈损坏后能及时更换新的防尘密封圈，对推进油缸端盖优化改造。

(7)拖拉油缸优化改造。在TBM掘进过程中，拖拉油缸拖着后配套前移。随着撑靴换步的同时，拖拉油缸的活塞杆也随着伸出，伸出到一定长度时就需要将拖拉油缸回收，因操作室无法判断油缸伸出的长度和需要回收的长度，因此每次收拖拉油缸时都需要安排专人查看，影响TBM掘进效率。因此在原有基础增加一套拉线式行程传感器，将油缸伸出量反馈到操作室。操作手在操作室内就可以知道油缸的伸出量，换步效率明显提高。

7 润滑系统改造

(1)润滑油箱和润滑泵的优化改造。润滑系统优化改造前，油箱和泵是分离的，并且安装在主梁正下方，在承受因掘进带来剧烈振动的同时也给维修保养带来诸多不便，而且增加了更大的安全隐患。为了使润滑系统的结构更加紧凑、方便维修保养，将润滑油箱和泵安装在2号台车上。

(2)润滑回油泵优化改造。润滑回油泵和磁性滤芯最初安装在前主梁下面，不便于维修保养。因此将其安装位置改到右侧底护盾上。

8 电气系统改造

(1)操作室优化改造。改造前的操作室位于3号主梁靠近后支腿处，位置过于靠前，在掘进过程中振动大，对操作室内的电脑等危害较大。而且由于位置限制，TBM操作室空间相对狭小，给操作手带来诸多不便。改造后将操作室移至1#台车尾部，大大减少了掘进过程中震动、粉尘等对电脑的危害。同时，操作室的尺寸结构及内部布置也做了很大改善。操作室内部空间加大，操作手操作起来更加方便、舒适。内部布置将液压及润滑系统压力仪表盘省去，通过程序以数字的形式在监视器里显示出来，操作手看起来更直观、方便。主控电脑由原来的一台工控机改为两台高性能的工控一体机，其中一台作为备用，一旦主操作电脑出现故障，只需将主操作电脑上的通讯卡插到备用电脑上即可恢复，不会影响掘进。同时，备用电脑也用作监视器，以显示不同的操作界面，方便操作手掌握各部分的运行情况。

(2)PLC及I/O模块优化改造。改造前设备上所使用的PLC模块，采用三菱公司生产的Q系列PLC，由于TBM结构复杂、操作繁琐，PLC模块需要的输入输出点数多所使用的三菱系列PLC占用空间大，线路错综复杂，影响美观。改造后的PLC模块采用德国MURR公司生产的CUBE系列PLC模块。模块结构紧凑，占用空间小。模块采用插接式接线方式，接线简单、维护方便。改造前的现场总线站采用三菱公司生产的FX系列I/O模块，接线繁琐且占用空间大。改造后采用CUBE20系列现场总线站。改造后各输入输出点对应清晰明了，接线简单，维护起来十分方便。但由于安装人员经验不足，改造后的现场总线站没有采取任何防护措施，在掘进过程中极易受油、水及粉尘污染，造成模块内部损坏。将现场总线站安装在带减震的密封配电箱内，这样既可以减少油、水、粉尘对电器元件的损害，又可以避免长期震动造成模块内部接触不良。

(3)电缆桥架优化改造。本台设备共有10台主驱动电机，每台电机采用两条3×70mm2+3×50mm2的铜芯交联聚氯乙烯电缆供电。电缆全部沿电缆桥架铺设，本设备采用梯级式热镀锌桥架，由于TBM掘进过程中震动大，电缆长期与桥架的横向连接相摩擦，经常造成电缆磨损，导致电机出现过流现象，由于铺设线路长，桥架又全部覆盖盖板。查找线路损坏部位十分困难。这大大影响了掘进进度。为了减少这一现象发生，采用托盘式镀锌桥架，既可以防止摩擦造成的电缆损伤，又有利于桥架内部的水分排出。

(4)液压泵站电机冷却系统优化改造。改造前的液压泵站电机靠自身所带的风扇进行冷却，由于经常大功率、超负荷工作，电机经常出现高温现象。针对此种情况，对电机冷却系统进行了改进。增加了两台风机对电机进行冷却。风机的启动电源直接从液压泵站的软启动开关引出，使风机和电机同步运行，既起到冷却电机的作用，又不会过多的浪费电能。改造后冷去效果明显提高。