“中水電01”絞吸船鉸刀改造及施工工藝的改進(jìn)

壽文榮，張 偉

(中國水利水電第十二工程局 第五分局，浙江 金華 321027)

“中水電01”絞吸船鉸刀改造及施工工藝的改進(jìn)

壽文榮，張 偉

(中國水利水電第十二工程局 第五分局，浙江 金華 321027)

“中水電01”絞吸船在黃驊港二期施工采挖中鉸刀磨損、斷齒失效，嚴(yán)重影響了船舶作業(yè)時(shí)間。文章介紹了通過采取更換鉸刀刀齒、齒座，加固刀臂，調(diào)整齒座切泥角度，減少鉸刀的切泥直徑,采用特定焊接工藝及調(diào)整采挖工工藝。經(jīng)實(shí)踐證明，改造后的鉸刀，不僅提高了挖硬土層的能力，還保持了挖軟土?xí)r的效率，同時(shí)鉸刀的使用效率也提高了3倍多。

絞吸船；鉸刀改造；焊接工藝

1 施工概況

1.1 施工船舶

“中水電01”絞吸船2007年7月25日下水，最大設(shè)計(jì)采挖能力3 500 m3/h，船長99 m,船寬18 m,橋架長43.5 m,橋架質(zhì)量約300 t,最大挖深25 m。

該絞吸船原使用的鉸刀型號為3 500方C-2通用型系列，鉸刀由6臺staff HMHDB400徑向液壓馬達(dá)通過齒輪箱驅(qū)動(dòng)，鉸刀功率1 100 kW，轉(zhuǎn)速20～25 r/min，鉸刀直徑2 770 mm(刀底圈外直徑)，高度1 620 mm(刀圈底部到刀片最高點(diǎn))，軸殼距離772 mm，軸殼高度650 mm，軸殼直徑712 mm，6臂，每臂8個(gè)齒，共48個(gè)齒，原安裝44D齒、齒座，設(shè)計(jì)挖掘標(biāo)貫數(shù)在15.5擊以下淤泥、黏土、細(xì)沙土層，鉸刀容量大，生產(chǎn)效率高，滿足生產(chǎn)能力要求。

1.2 施工海域概況

施工地點(diǎn)及項(xiàng)目：河北滄州黃驊港綜合碼頭二港池。河北黃驊港綜合港保稅區(qū)首期(八項(xiàng))EPC工程中承攬吹填造陸項(xiàng)目。

施工時(shí)間：2015年4月6日至11月27日。

施工地質(zhì)狀況：根據(jù)業(yè)主提供的水下0～30 m深的地質(zhì)勘探資料，層頂高程-22.68～-15.35 m，層底高程-23.78～-16.85 m，粉細(xì)砂，層厚0.40～4.80 m，平均厚度1.99 m，標(biāo)貫擊數(shù)平均值為19.5擊；層頂高程-22.75～-18 m，層底高程-29.35～-20.2 m，層厚1.10～9.00 m，粉細(xì)砂，平均厚度4.98 m，標(biāo)貫擊數(shù)平均值為44.5擊。以上2層屬于硬層(俗稱鐵板砂),不均勻的分布在采挖深度范圍內(nèi)。其余土層為標(biāo)貫擊數(shù)平均值在15.5擊以下的易挖土層。資料還顯示該采挖區(qū)除有硬層外，還存在建堤時(shí)運(yùn)石船掉落的塊石和鋼筋等雜物，地況環(huán)境復(fù)雜惡劣。

2 鉸刀出現(xiàn)的問題

C-2通用型鉸刀頭4月6日至5月14日在黃驊港二港池西面取砂區(qū)施工期間，因施工地質(zhì)狀況既復(fù)雜又惡劣，鉸刀失效主要出現(xiàn)在硬土層和有塊石區(qū)域，施工時(shí)鉸刀齒受到反作用的沖擊力大，刀臂與齒的強(qiáng)度不足，耐磨不夠。因C-2通用型鉸刀直徑偏大，鉸刀旋轉(zhuǎn)切割轉(zhuǎn)矩(功率)不夠，切削硬土能力不足。施工過程中出現(xiàn)鉸刀斷齒、刀臂嚴(yán)重磨損(見圖1)。在施工生產(chǎn)中頻繁更換齒及齒座，僅鉸刀頭總成就更換了2次，停船時(shí)間大大增加，船舶生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本大大提高。

圖1 原鉸刀嚴(yán)重磨損圖

3 鉸刀改造方案

鉸刀是絞吸船最重要的部件，在不同土質(zhì)施工時(shí)選配不同的鉸刀是影響產(chǎn)量的最大因素，鉸刀實(shí)際工作時(shí)其破土的線切割力與其功率及尺寸、切割厚度、高度、步進(jìn)、橫向擺動(dòng)拉力、鉸刀容量(尺寸)、轉(zhuǎn)矩(功率、轉(zhuǎn)速)、橋梁搟量、橋梁下水角度是緊密相連的。

硬土鉸刀因需要承受作用在鉸刀齒上的沖擊力，鉸刀輪廓較小且堅(jiān)實(shí)牢固，鉸刀本體、鉸刀齒及齒座需要用耐磨材料，鉸刀齒定位要精確以確保鉸刀齒入土角度是90°。

沙土鉸刀應(yīng)適合獲取高產(chǎn)率的吸入，寬且扁平的輪廓，耐磨的鉸刀齒，精確的鉸刀齒座定位。

采用新制作硬土鉸刀(尺寸小)更換原鉸刀，可解決挖硬土與塊石問題，但存在制作成本高達(dá)40萬元左右，制作周期至少60天，另外在采挖區(qū)中標(biāo)貫擊數(shù)平均值在15.5擊以下占絕大部分，硬層只有2層，用硬土鉸刀，切土量少，挖掘軟土?xí)r生產(chǎn)效率偏低 。

經(jīng)綜合考慮，決定在保留C-2通用型鉸刀本體框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，鉸刀的改造既要提高挖硬土層能力，又要保持挖軟土?xí)r效率。

對鉸刀頭6個(gè)臂本體復(fù)板加固、耐磨堆焊。采用耐沖擊、高強(qiáng)度的D40.03(專用型齒座，座型寬、厚)與SC40.02(專用型齒，齒型短、寬、厚)，利用該齒耐沖擊、耐磨特點(diǎn)在現(xiàn)有刀臂上進(jìn)行布置，調(diào)整刀臂安裝齒座處的角度，達(dá)到調(diào)整齒切削弧線近似挖巖刀線型弧度，提高切削能力。

調(diào)整了線型角度和鉸刀直徑弧度，減小了切削阻力，增加了切削能力用以保證鉸刀在施工旋轉(zhuǎn)過程中達(dá)到較好切削角度，改造后的鉸刀刀型基本不變，直徑雖減小80 mm，質(zhì)量卻增加248 kg。

對裝齒座位置的刀臂進(jìn)行加固，齒座焊接中采用08Mn2S I 焊絲，齒座間的刀臂層口采用堆107耐磨焊條堆焊，采取對稱的焊接工藝，減少鉸刀尺寸的變形量，提高鉸刀頭的整體強(qiáng)度、抗沖擊和耐磨性能，鉸刀頭的挖掘能力有了明顯的提高(見圖2所示)。改造后的鉸刀經(jīng)實(shí)船挖泥使用，不僅提高了挖硬質(zhì)土層的能力，還保持了挖軟土效率，提高工效3倍多。

圖2 1 100 kW 鉸刀頭齒座改造排列照片

4 施工工藝的改進(jìn)

改進(jìn)絞吸船的施工工藝，采用掏挖工藝，減少直接挖掘硬砂層，鉸刀在硬砂層下方掏挖，硬砂層下方土層挖去后，臨空的硬砂層易產(chǎn)生塌方，通過鉸刀頭的旋轉(zhuǎn)沖擊，打碎硬砂層，泥泵完成吸送。通過掏挖工藝，減少鉸刀齒直接切削硬砂層，提高刀齒與齒座的使用效率，提高了刀齒與齒座的使用壽命(見圖3鉸刀臂、齒座磨損很少，齒尖正常磨損，齒與齒座銷固定完好)。

圖3 改造鉸刀挖掘65萬m3后的狀態(tài)

5 結(jié)束語

我們在保留3 500方C-2通用型鉸刀本體框架基礎(chǔ)上，加固刀臂，選用耐沖擊、高強(qiáng)度的專用型齒座及齒，調(diào)整刀臂上齒的切削弧線近似挖巖刀線性，縮小鉸刀齒的切削直徑，減小了切削阻力，增加了切削力，提高了耐磨性。改造后的鉸刀，節(jié)約了制造新鉸刀的成本，拓寬了通用型鉸刀使用范圍，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

近幾年疏浚行業(yè)競爭日益激烈，業(yè)主在疏浚行業(yè)中標(biāo)價(jià)越壓越低，而施工周期越來越短，質(zhì)量要求越來越高，疏浚企業(yè)利潤空間不斷壓縮。提高生產(chǎn)效益，降低生產(chǎn)成本是當(dāng)前疏浚行業(yè)必須考慮的。用通用型鉸刀改造成接近挖硬土層復(fù)合型鉸刀，既要能挖硬土層，又要保持挖軟土?xí)r效率，在行業(yè)中是一創(chuàng)新點(diǎn)。全國港口航道中港池土層多樣，應(yīng)根據(jù)港池土層的特點(diǎn)，對鉸刀進(jìn)行針對性加強(qiáng)改造，不失為一種經(jīng)濟(jì)可用的選擇，相信在以后的項(xiàng)目施工中將發(fā)揮出更大的經(jīng)濟(jì)效益。

For the cutter suction dredger ZHONGSHUIDIAN 01,the wear and broken-teeth failure influenced the shipworking time severely during the ship's second period of its mining at HUANGHUAHARBOUR.In this paper,some processing techniques are introduced including replacing cutter-tooth、gear seat,strengthening cutter-arm,adjusting the clay cutting angle of gear seat,reducing the clay cutting diameter of driftrimer and adopting specific welding technique.Experience proves that not only the capacity is raised for mining on hardpan,but the efficiency is kept as its mining on soft soil and 3 times higher than that driftrimer is used.

cutter suction dredger;rebuild of driftrimer;welding technique

U672.2

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.06.010

壽文榮(1961-)，男，浙江諸暨人，高級工程師，大學(xué)本科，主要從事挖泥船的修理與管理工作。

2017-07-27