隧道掘进机上的一种新型锁紧式刀箱

张凌，戈强，张爱武，孔祥权

（1.吉林省维尔特隧道装备有限公司，吉林 吉林市132011；2.吉林省盾构与掘进刀具技术重点实验室，吉林 吉林市132011）

0 前言

刀箱是隧道掘进机刀具的载体。根据滚刀的破岩机理，在滚刀破岩的作用下，产生较大的冲击及震动，冲击和震动通过滚刀的刀轴、端盖、支架或卡块等零部件传递到刀座上，再通过刀座传递到刀盘上。因此刀箱在内外刀座板焊接过程中坡口很宽、很深，且受刀箱的结构与刀盘配合等的影响，刀箱内外刀座板为两种截然不同的材料，焊接过程中很容易出现以下缺陷：

（a）焊接残余变形；

（b）焊接裂纹；

（c）焊接接头缺陷。如：裂纹、夹渣、未熔透、未熔合、焊瘤、内、外部气孔、咬边等。以往施工现场刀箱失效时，需要使用气刨的方式将损坏的刀箱内刀座板从外刀座板中移除。因内、外刀座板的焊接量较大且焊道较深，刨除一个内刀座板大致需要4～5个小时，一组刀箱为两个内刀座板，刨除一对内刀座板大致需要8～10小时；新的内刀座板需打磨、抛光处理后方可安装、定位，大致需要1～2小时；刀箱定位完成后进行刀箱内、外刀座板的焊接，大致6～7小时/每个，两个内刀座板焊接时间为12～14小时，更换一组刀箱总共需要21～25小时，且焊接合格率较低。刀箱更换过程中，需要外聘专业技术等级较高的焊接和装配人员，而且还需要施工现场设备维护人员进行辅助才能完成。刀箱更换中的人工成本较高，以焊工为例，更换一组刀箱大致需要两个焊工，每个焊工350元/8小时，更换时间以24小时为例，更换一组刀箱焊工成本大致需要2000多元。

为了解决上述问题，降低更换刀箱的成本，公司专业技术人员经过长期刻苦攻关，对现有刀箱进行了技术改造，通过使用楔块锁紧及锁紧螺栓，将刀箱内外刀座进行固定，无需焊接，从根本上改变了刀箱内外刀座板的安装方式。

1 新型刀箱的结构特点

使用新型刀箱，在工厂组装或施工现场更换时，不需焊接，只需使用刀箱楔块、锁紧螺栓将刀箱的内刀座固定在刀箱的外刀座板中即可，从本质上改变了刀箱内外刀座板的连接形式，从而杜绝了刀箱组装、现场更换过程中的缺陷和问题的发生，提高了刀箱生产、更换的效率。使用新型的楔块压紧式刀箱后，当刀箱发生失效时，只需将刀箱内刀座板螺栓和楔块螺栓松动、取出螺栓和刀箱楔块，移除刀箱内刀座板，安装新的内刀座板、刀箱楔块，然后使用螺栓进行紧固即可，因更改后的刀箱外刀座板带定位功能，所以，不需繁琐的定位过程，刀箱更换时间总共大致为1～2小时。

2 新型刀箱的工艺流程

（一）刀箱部件组成

由外刀座板、内刀座板、刀座连接板、刀箱楔块和M20×110 螺栓组成。

（二）新旧刀箱材料对照，见表1。

表1 新旧刀箱材料对照表

（三）42CrMo与30CrNiMo力学性能对照，见表2。

表2 新旧刀箱材料力学性能对照表

由表可见，新刀箱内外刀座板材料性能均优于旧刀箱，因此能够满足装配要求。

（四）新型刀箱的生产流程

外刀座板、内刀座板、刀箱楔块的加工流程：下料→退火→粗加工→淬火→回火→精加工成型。

将加工完成的外刀座板（见图1）、内刀座板（见图2）各一个拼装在一起，使用刀箱楔块（见图3）两个，这里楔块起到锁紧和定位的作用，通过六根螺栓将两个刀座板楔紧，使用八颗螺栓将内刀座板另一端与外刀座板紧固，见图4。

在实际使用中，其尺寸应根据所使用的TBM刀盘的具体规格进行设计，其锁紧力可根据具体的锁紧要求，采用不同规格、尺寸的锁紧楔块和锁紧螺栓实现。本锁紧式刀箱适用于各种类型隧道掘进机刀盘，只要按结构样式重新设计尺寸即可。

图1 外刀座板示意图

图2 内刀座板示意图

图3 刀箱楔块示意图

图4 刀箱主体示意图

3 结语

一种新型锁紧刀箱的应用，从根本上改变了传统意义上刀座的安装方式，在TBM施工过程中，更换一个刀箱仅需40～60分钟的时间，将组对完成的刀箱左右两个组合体通过定位工装组对，然后焊接刀箱连接板，一个整体刀箱制作完成大概需要2～2.5小时。极大地方便了施工现场刀箱的更换，提高效率10倍以上，是一种高效低廉的刀箱安装方式，从根本上保证了工程施工的进度，具有广泛的市场前景。