盾構機刀盤驅動裝配工藝研究

李 華（上海城建隧道裝備有限公司，上海 200232）

刀盤驅驅動系統是盾構機動力輸出中心，用于支承盾構正面土壓，并以一定扭矩和轉速帶動刀盤回轉并切削巖土。盾構機驅動裝置主要由主軸承、動力箱、受力環、密封艙、傳力環、密封圈、電機（液壓馬達）、減速器等組成。刀盤驅動裝置通過減速器→小齒輪→主軸承動圈(帶齒圈)→受力環→傳力環，傳力環與刀盤由螺栓連接，從而將動力傳遞到刀盤，帶動刀盤旋轉。盾構機驅動裝置在工作時具有輸出扭矩大、沖擊大、頻繁啟停等特點，并且在施工過程中一旦出現問題難以維修。因此對制作工藝、裝配工藝的要求非常高。

刀盤驅動裝置裝配是確保驅動裝置運行平穩的重要一環節。驅動裝置結構復雜，設計零部件數量多，如何滿足圖紙技術要求，達到要求的技術指標，保證裝配質量，是控制的重點。驅動裝置安裝精度如果不符合要求，會造成驅動運行過程中產生振動異響、加速驅動零部件的磨損、減少驅動使用壽命等不良情況。因此，為確保各環節滿足技術指標，達到工藝要求，最大程度上確保盾構機驅動在施工過程中平穩、正常運行，需要相適應的裝配工藝。裝配過程中，需要時刻關注各部件間的相互關系，對各部件處理方式進行細化，避免裝配過程中關鍵步驟出現遺漏或出現工藝錯誤，避免裝配過程中出現返工或對部件造成不必要的損傷。

1 裝配基礎工藝

1.1 裝配方法的選擇

1.1.1 互換法

（1）完全互換：控制零件加工誤差，保證產品裝配精度。

（2）不完全互換：有關零件公差值的平方之和的平方根，小于或等于裝配公差。（用于多環尺寸鏈）

1.1.2 選配法

（1）直接選配：零件按零件精度制造，由工人從中選擇合適的零件裝配。

（2）分組裝配：零件的制造公差擴大到經濟可行程度，加工后的零件進行測量并分組，按對應組進行裝配。同組零件可互換。

（3）復合選配法：零件先測量分組，裝配時再在各對應組內選擇合適的零件進行裝配線。

1.1.3 修配法

（1）單配：不能互換，工作量大。

（2）合并加工：將兩個或多個零件按要求合并加工，零件要對號入座。

（3）自身加工：裝配后用自身加工方法消除累積誤差。此方法裝配精度較高。

1.1.4 調解法：

（1）可動調節：通過改變某一調節件的位置來保證裝配精度。

（2）固定調節：選定某一零件為調節環，制造多種尺寸，裝配時選擇合適的尺寸的零件，來保證裝配精度。

（3）誤差抵消調節：零件裝配中，調節其相互位置，使加工誤差相互抵消或減小，以保證裝配精度。此方法需全部測量、作標記，步步調整。

1.2 編制裝配程序

編制裝配程序，是在保證裝配精度的前提下，妥善安排裝配順序。裝配順序一般應按照以下原則。

找出聯系各尺寸鏈的共同基面。

安排與主要基面有關的各尺寸鏈組成環的裝配。

每個尺寸鏈組成環的裝配順序，應先從基本尺寸鏈開始，遵循先公共環后一般環、先下后上、先內后外、先難后易、先重后輕、先精密后一般原則。

1.3 裝配工作注意事項

每個零件應檢驗合格后方可進行裝配，并應作好配套標記。

待裝配零件應倒角、清除毛刺及防止表面損傷；尤其是精密零件，應清洗干凈，進行干燥、防塵和防銹處理。

基準零件裝配就位、找好水平，只可調平，不應強壓，以防止重力及壓緊變形而影響總裝精度。

運動部分的表面接觸應良好，配合間隙要合適，注意防止熱態工作時被咬死。

選定合適的調節環節和修配環節，使其能較方便地達到規定精度。

裝配完成的機器，應具有一定的精度儲備，以延長其使用壽命。

為保證精密產品的裝配精度，裝配場地應與切削加工場地分開，并按實際需要配備恒溫、恒濕、隔振、防塵等措施。

1.4 螺栓連接預緊力要求

1.4.1 螺栓擰緊力扭矩

安裝過程中螺栓擰緊力矩可參考表 1 所列出的螺栓擰緊力扭矩。

表1 螺栓擰緊力扭矩表單位：Nm

1.4.2 有預緊力要求的螺紋聯接裝配方法

（1）定扭矩法：用扭力扳手或扭矩扳手控制，方法簡便。

（2）液壓扳手：用液力預緊器，根據所設定的液壓力，控制預緊力。

2 盾構機驅動裝配

2.1 盾構機驅動主要外形尺寸

盾構機刀盤驅動裝配裝配前需準備好驅動裝配總圖及各部件圖紙，熟悉圖紙中主要部件相關參數及裝配技術要求，如圖 1 所示。

圖1 刀盤驅動圖

驅動裝配技術要求：

（1）所有 M 42 螺紋處及螺紋孔內需用粘結劑連接。

（2）所有壓條固定須配鉆、攻，且做好編號，與它對應的傳力環、受力環，動力箱、密封艙也做好對應編號。

（3）內外圓密封圈和外平面密封圈背面必須涂反應式粘結劑，以確保密封圈與受力環等密切接觸和牢固連接。

（4）軸承擋環與調心滾子軸承之間的軸向間隙為0.35 mm。

（5）外圓密封圈和內外平面密封圈裝配前，需在密封圈上涂 1# 鋰基脂；裝配后，用油脂泵將 1# 鋰基脂充滿密封圈齒之間的間隙，直至有油脂從內外平面密封處滲出。

（6）減速器與動力箱之間涂密封膠，以確保平面密封可靠。

（7）動力箱內應加入美孚 600XP 220 工業齒輪油，需超出 1/2 驅動直徑。

（8）運轉應平穩、無沖擊、無異常震動和噪聲。

（9）安裝完成后，需做氣密檢驗，壓力 0.05 MPa，保壓時間為 30 min。

2.2 刀盤驅動裝配工藝步驟

刀盤驅動裝置裝配步驟如圖 2 所示。

圖2 刀盤驅動裝置裝配步驟示意圖

2.2.1 密封艙、受力環、傳力環密封圈的安裝根據圖紙及技術要求劃出各個壓條安裝位置，注意潤滑油道與密封壓條上的預留孔的相對位置。將各壓條預裝在各相應的位置上。密封圈安裝過程中需對密封圈清潔并均勻涂抹反應式粘結劑，壓條按配對標記安裝并用內六角螺釘在螺紋處涂樂泰螺紋緊固劑后將各壓條緊固。

2.2.2 主受力環與大軸承的安裝

大軸承清洗掉內外表面的防銹油，使其外圈（右側）平面朝下平置在裝配工作臺上。將 M42×427 高強度雙頭螺柱與大軸承的內圈（安裝時螺柱螺紋處涂螺紋粘結劑）安裝。測量螺柱伸出長度 427 mm。將主受力環右端面朝下，吊裝于大軸承上，并用圖中指定的墊圈、螺母按規定的力矩，對稱緊固。M42X427 雙頭螺柱軸向予緊力矩 78 T(扭矩 5 800 Nm)。

2.2.3 傳力環與主受力環安裝

傳力環牛腿朝上，起吊安裝。主受力環上安裝 80 只M42×330 的雙頭螺栓，螺栓螺紋處涂螺紋軸緊固劑。將傳力環吊裝于主受力環上，吊裝時注意傳力環與主受力環上的各配鉆孔相對應。對齊后，放下傳力環。用指定的螺母及墊圈并按圖中規定的力矩將傳力環與主受力環對稱緊固（螺栓M 42×3-330 軸向予緊力 20 T）(扭矩 4 900 Nm)。

2.2.4 密封艙與動力箱的安裝

動力箱右端朝下安置在擱板上，再次清潔動力箱與密封艙。將 O 型圈 F 1 600×8.6 用 1＃ 鋰基脂裝于密封艙上。將密封艙吊裝在動力箱上，并用 M 30×100 六角頭螺栓及 M30 墊圈緊固（螺栓螺紋處涂螺紋緊固劑）。

2.2.5 密封艙、動力箱組件與主受力環、傳力環及大軸承組件的安裝

傳力環組件牛腿朝下安置在擱板上。在大軸承上安裝件④ 雙頭螺柱 M42×527。（螺栓螺紋處涂螺紋緊固劑）。分別在傳力環、主受力環、密封艙上的各唇型密封圈上涂抹 1＃鋰基脂。將動力箱及密封艙組件吊裝于大軸承上。安裝時要注意保護各唇形密封圈，小心輕放，不得有損壞。用螺母及墊圈按裝配要求將大軸承及動力箱緊固。雙頭螺柱 M42×527 軸向予緊力 76 T (扭矩 5 800 Nm)。

2.2.6 小齒輪及減速器、電機等的安裝

將調心滾子軸承 d＝130 裝入密封箱內的各相應孔內，在軸承滾子間填充鋰基脂。將小齒輪裝入調心滾子軸承 d＝130，檢查調心滾子軸承轉動的靈活性。裝入調心滾子軸承d＝200，并在軸承滾子間填充鋰基脂。檢查小齒輪轉動的靈活性。測量調心滾子軸承 d＝200 與動力箱平面的距離，配作軸承調正墊。

在動力箱與電機座之間，在電機座與電機安裝平面之間涂密封膠，裝妥電機、O 型圈。裝時用軸承調正墊調正小齒輪的軸向間隙。調整至最佳狀態。用油脂泵將 1＃ 鋰基脂充填內外唇型密封圈齒之間的間隙，直至有油脂從內外平面密封處滲出。

2.2.7 刀盤驅動總成的調試

刀盤總成安裝完成后，參照圖紙及圖中要求對該組件進行檢查，經確認安裝無誤后，對動力箱做氣壓試驗，試驗壓力為 0.1 MPa，保壓時間為 24 h。

在盾構總裝完成后，可對刀盤驅動箱總成進行空載調試。調試前須在動力箱內加入 90＃ 極壓型工業齒輪油，加油量需超出 1/3 驅動直徑。驅動總成在調試時應達到：運轉平穩，無沖擊，無異常震動和噪聲。

3 結 語

本文對 11.83 m×7.27 m 類矩形盾構機主刀盤驅動裝配工藝進行了分析、論述，應用此裝配工藝對驅動裝置進行組裝，取得了很好的效果。刀盤驅動各部分精度均能滿足圖紙要求，運行平穩，無異響。通過對 11.83 m×7.27 m 類矩形盾構機刀盤驅動裝置裝配工藝的研究，為后續類似盾構驅動裝置裝配提供技術參考，同時為國產盾構機驅動裝配工藝標準化提供和參考。