TBM主轴承密封滑道环洞内免更换快速修复技术

今日推荐刘宏志 2017-11-09 10:33:56
    TB880E型开敞式全断面硬岩隧道掘进机(以下简称TBM)1997年从德国引进,在我国铁路隧道建设中应用始于西康铁路秦岭隧道建设。2007年10月,TBM运抵新疆吐库二线铁路中天山隧道,进行组装调试,于12月2日开始工作。
    2010年4月29日跟踪监测,发现齿轮油机械杂质和水分等理化指标超标,机械杂质达到0.13%,水分大于0.2%。更换齿轮油和过滤器后,情况仍没有得到解决;2010年5月13日再次换油后故障依然存在,技术人员对主轴承相关外部进行检查,发现外圈迷宫密封出脂情况良好,而内圈常有齿轮油从出脂口流出,后拆检发现TBM主轴承有粉尘、水份通过唇形密封和防尘密封进入主轴承和齿轮箱内,齿轮油有从内圈出脂口流出的现象。为了确保TBM能顺利完成此工程,必须停机对主轴承进行修复。在该次对TBM主轴承的修复中,创新性地采用了TBM主轴承密封滑道环洞内免更换快速修复技术。实践表明,该技术可有效地实现对TBM主轴承的修复,节省大量维护保养时间,提高了工效。
    1 刀盘固定
    1.1 准备工作
    (1)选择围岩地质情况比较好停机。达到Ⅲ级以上围岩类别,必须保证撑靴能够牢固支撑起主机,刀盘周边能够稳定地支撑锚固刀盘。(2)确保人员、工具、材料、配件及时到位,以保证维修质量,缩短工期。(3)刀盘固定方案合理全面,以主轴承整修为主,穿插刀盘整修。
    1.2 刀盘固定总体方案及工艺流程
    刀盘的固定主要采用锚杆索固、钢板垫块和面板焊工字钢固定。在刀盘面板加焊工字钢,起抵住撑子面的作用,利用刀盘的上部的3个刮碴孔向周边岩壁进行钻孔,埋设φ22锚杆,然后利用锚固好的锚杆与刀盘焊接连成一体,起到索固刀盘的作用;利用下部3个刮碴孔,在刀盘下部安设钢板垫块,起到支撑刀盘的作用。刀盘加固工艺流程如下。
    刀盘定位→刀盘面板与撑子面位置固定→刀盘底部垫块安设→刀盘内搭设司钻平台→钻孔→锚杆安设→锚杆与刀盘焊接固定→主机脱离临界状态时的姿态测量→主机后退。
    1.3 质量要求
    (1)钻孔深度必须达到2.5 m以上,以保證锚杆锚固长度。(2)锚固剂塞填饱满,锚杆锚固牢固,必须在锚杆锚固时间达到4 h以上,才可进行主轴承的脱离。(3)锚杆与刀盘搭接焊接长度不小于10 cm,双面焊接,焊缝饱满,焊接牢固。(4)支撑垫块安设之前,需将岩面上的虚碴清理干净,保证垫块与完整的岩面接触。(5)精确量测,以保证主轴承与刀盘重新对位安装时,偏差不超过±1 mm。
    2 刀盘与主驱动分离及部件拆卸
    在刀盘垫好,没有完全固定以前,将刀盘与主轴承其他联接螺栓逐个松动再紧固一遍,消除可能存在的内应力,防止机体与刀盘分离时产生突发的位移现象。刀盘固定后,拆除剩下的刀盘螺栓,采用两个50 t千斤顶装设在刀盘后端钢板与护盾之间,同时进行加力使刀盘与主轴承指扣脱离。内凯后退1.2 m,以提供更换密封所需的作业空间。后退内凯时工班长及主要值班领导必须在场,确保刀盘与主轴承平稳脱离。
    3 内密封支撑环耐磨钢带更换
    3.1 耐磨钢带接缝部位凹槽的加工
    (1)清除支撑环表面含粉尘的润滑脂,用抛光机(纸砂片)把支撑环受损部位打磨光滑平整;并在支撑环凹槽两侧上标示出F3和O2油道位置,测量并记录油道孔的尺寸,便于下一步重新打孔定位。(2)利用汽油及洗衣粉清洗干净支撑环表面,并保证表面无油脂等污染物。(3)在无螺栓孔和无油道部位用磁力钻在支撑环前侧面上钻两个5 mm、间距40 mm、深160 mm的孔,用抛光机打磨出宽5 mm,深3 mm,长120 mm的凹槽,在凹槽中部打两个φ5 mm向下的孔与侧面相通;并在侧面注胶孔攻M6的内螺纹,便于安装注胶接头和注完胶后封堵用的堵头。(4)对于支撑环上唇形密封磨损的凹槽,用可塑钢修补剂涂沫在上面,并用钢板尺刮平支撑环表面涂沫的可塑钢修补剂,根据可塑钢修补剂说明书的生效时间,生效后用手砂轮打磨平支撑环表面的可塑钢修补剂。
    3.2 耐磨钢带的切割
    (1)耐磨钢带的准备工作:加工8个专用夹具(用氧气乙炔切割20 mm厚的钢板,每个夹具上焊接能夹住钢带两个边的M20的螺母,配两个M20的螺栓)。将耐磨钢带起始端打磨平整,起始端的边线应与侧边垂直,并做好记号;将耐磨钢带与支撑环的粘结面用抛光轮打毛(粗糙的表面粘结效果才好),清除钢带表面打磨所产生的灰尘。(2)耐磨钢带长度的确定:将起始端由人用手沿顺时针按入支撑环最顶端的凹槽内,在离耐磨钢带端头1.1 m处用两个专用夹具垫小钢板加胶皮压紧;然后,将这一整条耐磨钢带逐步的按入支撑环凹槽,每2 m上一个专用夹具,当耐磨钢带两端重叠在一块时,检查耐磨钢带与支撑环凹槽的间隙,确保整条耐磨钢带压紧在支撑环凹槽上;在两端的搭接处用划针划出耐磨钢带的切割位置;原则是切割后钢带两端应有焊接用的2 mm接缝间隙。(3)将耐磨钢带需切割端的夹具松开1/3左右,并注意防护灰尘等的污染,严格按照长度标记用切割机将耐磨钢带切割,留出1 mm左右的余量进行打磨平整,使整个耐磨钢带是矩形,并再次将耐磨钢带固定在支撑环凹槽内,检查两端的间隙是否是2 mm。(4)支撑环凹槽外的表面用光滑粘胶带粘贴,防止粘结胶溢出污染其他表面如图1所示。
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    3.3 耐磨钢带涂粘结胶、安装紧固
    (1)安装前清洁耐磨钢带和支撑环凹槽,确保两者涂胶的粘结面无污染。(2)把1895粘结胶按1∶1的比例混合调和,用灰刀把混合后的粘结胶均匀涂抹在耐磨钢带打磨粗糙的粘结面上,两端预留30 mm不涂粘结胶,以确保下一步干净的接缝焊接操作;混合后的粘结胶尽快使用,1 h内必须用完。(3)耐磨钢带的接缝位置应在加工的两注胶孔正中间,从接缝位置再顺时针方向按入耐磨钢带起始端。用专用夹具夹住起始端,再将耐磨钢带连续地按入凹槽,协助人员朝圆周方向拉耐磨钢带,再将其压入凹槽。每隔两米用专用夹具固定耐磨钢带。(4)在耐磨钢带中心线位置,安置宽度约32 mm的打包机弹簧钢带;安装打包机在接缝位置两端,打包机弹簧钢带下放置橡胶棒或者两块胶皮,确认打包机拉紧后再松开专用夹具,如打包机钢带拉紧力不够,则可增加吊带和倒链,使耐磨钢带能拉紧。(5)用橡胶锤从起始端逐步的敲击一遍耐磨钢带,使耐磨钢带与的支撑环凹槽表面贴紧在一块,视耐磨钢带松紧情况增加专用夹具或拉紧打包机或倒链。
    3.4 接缝焊接
    (1)耐磨钢带夹紧之后,用氩弧焊机和CastoWIG4554焊条,将耐磨钢带两端的2 mm接缝进行焊接,先将耐磨钢带两侧焊接70 mm,再拆掉打包机的弹簧钢带(或吊带、倒链专用夹具),然后将整个焊缝焊满。(2)由于焊缝高于耐磨钢带,需对焊缝进行仔细的打磨,最后一道打磨工序应为油石和研磨膏来打磨,使焊缝与耐磨钢带一样平,耐磨钢带焊缝光洁度较高。(3)焊缝冷却后,将与高压黄油枪相配的接头拧入M6的孔,将新混合的胶合剂与金属切屑混合,加入高压黄油枪中,通过注胶孔注入耐磨钢带接缝部位,注满后用堵头把两个口堵住并使起不突出支撑环前侧面。(4)胶变硬后(约24 h),去除其它表面保护用的粘胶带和粘结胶残留物。(5)根据原来F3和O2油道孔的标识,在钢带与支撑环对应的位置用磁力钻打出F3和O2油道孔,耐磨钢带上的孔径应与油道孔尺寸一致,油道再泵出少量的油脂,排出打孔产生的铁屑,清洁各工作面。
    4 内圈迷宫压板整修、密封更换与安装
    (1)取出内圈密封的内侧迷宫压板固定螺栓M16×35-8.8断在盖板里面的部分,如螺栓孔状况不好,则在盖板上重新钻孔,扩成M18×45-8.8螺栓用的螺丝孔。并根据损坏情况在原螺栓之间增加固定螺栓,将内圈迷宫压板进行校平,将迷宫压板磨损较多的部位进行二保焊堆焊并打磨,将其固定内六角的台阶孔整修好。(2)把盖板安装到位,在安装过程中防止對密封损坏。(3)将状况较好的内外圈唇形密封从洞外倒进来,依次安装内、外圈密封组件,在安装好每道密封后,在其唇口内涂满油脂;唇形密封在装以前在密封安装缝隙处涂抹适量润滑脂,以保证密封顺利安装。(4)利用专用工具依次安装好迷宫压板。(5)安装防尘密封。根据挡边的磨损及修复情况确认密封的大小(φ13 mm或φ14 mm的O型密封条),利用胶水把密封与密封槽粘接在一起,防止密封移位,并在密封面上涂抹润滑脂。
    5 联结刀盘
    (1)在主轴承盖板与连接法兰面的间隙部位塞石棉线、Ο型圈、泡沫板,以减少间隙。(2)拆除作业平台,清洁结合面卫生。(3)把定位销安装到位,推进主驱动,结合刀盘与主轴承迷宫,结合过程中注意对正人工标记。(4)利用倒链调整联接渣筒与主轴承对接,紧固渣筒与主轴承联接螺栓。(5)利用螺栓拉伸器十字方向安装刀盘的联接螺栓,对称预紧后最终紧固到位,每个方向4颗,其余依次安装。(6)恢复原油脂润滑系统。(7)拆除刀盘固定装置,恢复掘进状态。
    6 结语
    经过维修的主轴承系统,经试运转状态良好。通过新疆吐库二线中天山隧道TBM主轴承密封滑道环洞内免更换快速修复技术的实践表明,该技术可有效地实现对TBM主轴承的修复,节省大量维护保养时间,提高了工效。由此产生的社会效益、经济效益不可估量。对缩短长大隧道施工工期,降低工程成本有着重大的意义。
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