TBM掘進(jìn)機(jī)配套帶式輸送機(jī)部件設(shè)計(jì)分析

羅輯性

(衡陽運(yùn)輸機(jī)械有限公司，湖南衡陽，421002)

TBM掘進(jìn)機(jī)配套帶式輸送機(jī)部件設(shè)計(jì)分析

羅輯性

(衡陽運(yùn)輸機(jī)械有限公司，湖南衡陽，421002)

簡述了TBM掘進(jìn)機(jī)機(jī)機(jī)內(nèi)、機(jī)外使用短、長距離帶式輸送機(jī)的原因，并對(duì)兩類帶式輸送機(jī)部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，說明了帶式輸送機(jī)輸送碴土方案適合隧道工程要求的連續(xù)、高效、經(jīng)濟(jì)性，及帶式輸送機(jī)在隧道工程的使用拓展了帶式送機(jī)運(yùn)用的用途。關(guān)鍵詞：TBM掘進(jìn)機(jī)機(jī)；帶式輸送機(jī)；隧道；設(shè)計(jì)

0 引言

我國城市地鐵、輕軌、高鐵等交通建設(shè)工程的大規(guī)模建設(shè)，隧道工程的需求越來越多，TBM掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)用將更多，技術(shù)更成熟。帶式輸送機(jī)以膠帶作為載體來輸送物料，具有連續(xù)性、維護(hù)性少、電氣化程度高、營運(yùn)成本低等特點(diǎn)，使得其作為TBM掘進(jìn)機(jī)附屬配套設(shè)備，得到廣泛運(yùn)用。

TBM掘進(jìn)機(jī)頭部刀盤的刀切削下的碴土進(jìn)入土倉，由螺旋輸送機(jī)把碴土從土倉輸送到短距離帶式輸送機(jī)的尾部，短距離帶式輸送機(jī)位于TBM掘進(jìn)機(jī)內(nèi)。而將碴土從短帶式輸送機(jī)的頭部運(yùn)送到隧道洞外，常需采用有軌電車或汽車。但如較長的隧道也采用此法時(shí)，效率低且效益較差，造成工期長、成本高。目前取代此方法采用長距離帶式輸送機(jī)。

隧道內(nèi)用TBM掘進(jìn)機(jī)，其機(jī)內(nèi)、外用帶式輸送機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上具有一定的特點(diǎn)。

1 TBM掘進(jìn)機(jī)內(nèi)短距離帶式輸送機(jī)

TBM掘進(jìn)機(jī)內(nèi)短距離帶式輸送機(jī)，因空間狹窄，可能有轉(zhuǎn)彎布置；或隨TBM掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)時(shí)需沿隧道線路轉(zhuǎn)彎。

1.1 驅(qū)動(dòng)部分和滾筒

驅(qū)動(dòng)部分不采用常用的電機(jī)、高速聯(lián)軸器、減速器、低速聯(lián)軸器和傳動(dòng)滾筒的組合；而用空心軸減速電機(jī)直接與傳動(dòng)滾筒相連，或采用內(nèi)置電動(dòng)滾筒，以適合狹窄空間。

尾部改向滾筒有采用軸承及軸承座置于筒體內(nèi)，也有置于筒體外的。置于筒體內(nèi)，采用常規(guī)滾動(dòng)軸承及非標(biāo)軸承座結(jié)構(gòu)，見圖1。置于筒體外的采用帶方形座外球面軸承UCFU型式，較常規(guī)軸承座占用空間少，具有雙重結(jié)構(gòu)的密封裝置和易于安裝，有一定調(diào)心性，見圖1。上兩種滾筒結(jié)構(gòu)是因?yàn)榭臻g太窄原因而采用。但如空間允許，采用通用的DTII型軸承座，如圖1所示。

圖1 滾筒結(jié)構(gòu)圖

1.2 托輥組

因高度空間限制，使用的托輥組與常規(guī)的托輥組有區(qū)別。槽形上托輥組設(shè)計(jì)成H尺寸值較低的結(jié)構(gòu)，同時(shí)寬度尺寸設(shè)計(jì)也窄些，見圖2。短距離帶式輸送機(jī)常不布置上、下調(diào)心托輥組作自動(dòng)糾偏設(shè)備。對(duì)于上、下V形托輥組（見圖3），都是在托輥組的支架側(cè)板上開三個(gè)U形槽結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成可調(diào)前傾或后傾的結(jié)構(gòu)，用來糾正跑偏；或用帶有自動(dòng)調(diào)心作用的懸掛式托輥組。為阻止上、下膠帶的跑偏，同時(shí)在膠帶兩側(cè)布置擋輥?zhàn)鲝?qiáng)行糾偏作用。

圖2 槽形上托輥

圖3 V形下托輥

1.3 懸浮裝置

懸浮裝置由轉(zhuǎn)軸、支架、底座、螺桿、螺母等組成，見圖4。帶式輸送機(jī)帶此裝置就不帶有支腿，中間架固定在此裝置上，中間支架和上橫梁等由懸浮裝置支撐，懸浮裝置底座固定在TBM掘進(jìn)機(jī)上。短距離帶式輸送機(jī)的中部支架一般由多節(jié)組成，兩兩之間沒有連接板聯(lián)接。每節(jié)按一定間距布置兩至三個(gè)懸浮裝置，通過調(diào)節(jié)螺桿，可使整節(jié)傾斜，并調(diào)整托輥組的輥?zhàn)忧皟A或后傾，用來調(diào)整短距離帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)彎。

圖4 懸浮裝置

1.4 拉緊裝置

短距離帶式輸送機(jī)拉緊裝置有螺旋拉緊裝置、手動(dòng)葫蘆作拉緊、或者張緊油缸配鋼絲拉緊。螺旋拉緊裝置一般布置在尾部，但如尾部螺桿會(huì)碰其它部件，螺旋拉緊就會(huì)布置于頭部。在頭部用電動(dòng)葫蘆連接可移動(dòng)頭部與固定座，通過調(diào)節(jié)電動(dòng)葫蘆長度拉動(dòng)頭部移動(dòng)，從而使膠帶進(jìn)行張緊。相對(duì)更短的帶式輸送機(jī)常用螺桿直接頂滾筒軸座作張緊膠帶裝置。

2.2 中部支架和托輥組

TBM掘進(jìn)機(jī)每前進(jìn)一標(biāo)準(zhǔn)段中部支架長度，就裝一段中部支架及托輥組。各帶式輸送機(jī)標(biāo)準(zhǔn)中部支架的長度不是定值，根椐各掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)而定。

中部支架都是直線，即使是隧道轉(zhuǎn)彎段，也不需要彎形。中部支架用方鋼，一端焊一小件規(guī)格大些（或小規(guī)格）方鋼，方便另一組方鋼插入，用銷固定，簡單方便。整個(gè)中部支架常用U形螺栓固定在三角斜支撐橫桿上或吊掛的橫桿上，而三角斜撐和橫桿分別固定在隧道側(cè)管壁上和吊在壁頂上。

托輥組設(shè)計(jì)成可采用L形螺桿和帶環(huán)螺母固定在方鋼的圓鋼上，見圖5，方便安裝及拆卸。托輥組支架設(shè)計(jì)低些，如采用品字形結(jié)構(gòu)等，可保證理論帶面高度少于標(biāo)準(zhǔn)高度。

圖5 上托輥組

2.3 儲(chǔ)帶倉

長距離帶式輸送機(jī)的尾部隨掘進(jìn)機(jī)不斷前進(jìn)，而其頭部段固定在隧道外的地面基礎(chǔ)上，因此需要膠帶隨之補(bǔ)充尾部延伸的長度，這就需要儲(chǔ)存膠帶用的儲(chǔ)帶倉。

儲(chǔ)帶倉水平長度及層數(shù)根椐空間適可而定，且水平布置，見圖6。如儲(chǔ)帶倉儲(chǔ)存的膠帶太短，則硫化膠帶太頻繁，隧道掘進(jìn)的效率會(huì)降低；如太長，則需要儲(chǔ)存?zhèn)}占用空間太大；因此一般儲(chǔ)存膠帶長度為300～600m左右。儲(chǔ)存?zhèn)}占用空間大，布置位置根椐具體情況而定；有跟隧道布在同一層，有分開在另一層。儲(chǔ)帶的

圖6 儲(chǔ)帶倉

2 TBM掘進(jìn)機(jī)用長距離帶式輸送機(jī)

長距離帶式輸送機(jī)的尾部導(dǎo)料槽處接TBM掘進(jìn)機(jī)尾部的短距離皮帶機(jī)的頭部漏斗落下的碴土，輸送至隧道洞口。一般此長距離帶式輸送機(jī)需要2km以上，效率高和經(jīng)濟(jì)效益好才會(huì)明顯。如工期需要，1～2km也采用帶式輸送機(jī)。

2.1 頭部驅(qū)動(dòng)部分和尾部

頭部驅(qū)動(dòng)采用電機(jī)、高速聯(lián)軸器、空心軸減速器，及驅(qū)動(dòng)裝置采用單點(diǎn)浮動(dòng)支撐，縮短橫向占用空間。

長距離帶式輸送機(jī)的尾部直接布置在短距離帶式輸送機(jī)的頭部漏斗下方，且尾部滾筒、尾架和導(dǎo)料槽等部件安裝在TBM掘進(jìn)機(jī)上，隨之一起前進(jìn)。層數(shù)一般為6～14層。如縱向空間窄，可考慮設(shè)計(jì)成垂直布置。

2.4 連續(xù)不停機(jī)轉(zhuǎn)換裝置

TBM掘進(jìn)機(jī)有單護(hù)盾和雙護(hù)盾式等。單護(hù)盾式時(shí)，掘進(jìn)與安裝管片不能夠同時(shí)進(jìn)行，TBM掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過程中，每隔一段時(shí)間會(huì)停機(jī)一段時(shí)間，用于拼裝隧道管片；帶式輸送機(jī)延伸時(shí)所需要的中間支架和托輥組可在此段時(shí)間裝上，避開運(yùn)行時(shí)裝配部件。雙護(hù)盾式時(shí)，適用于復(fù)雜地層的長隧道挖掘，需要時(shí)可轉(zhuǎn)換為單護(hù)盾模式開挖；但TBM掘進(jìn)機(jī)在雙護(hù)盾式開挖過程中，可同時(shí)安裝管片，因此需采用連續(xù)不停機(jī)轉(zhuǎn)換裝置，以便裝配帶式輸送機(jī)延伸段所需的零部件，在帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，人與上、下膠帶等活動(dòng)件不相碰，保證安裝人員安全。

連續(xù)不停機(jī)轉(zhuǎn)換裝置，由液壓千斤頂、輥?zhàn)?、安裝平臺(tái)、安全護(hù)欄等零部件組成。工作時(shí)，人在安裝平臺(tái)上，在安全護(hù)欄保護(hù)下，被隔離開膠帶。先裝中間支架下支撐架，再裝中部支架方鋼及其上、下托輥組，如圖7所示。

圖7 連續(xù)不停機(jī)轉(zhuǎn)換裝置工作圖

3 結(jié)語

通過對(duì)通用帶式輸送機(jī)的部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和特殊設(shè)計(jì)，以適用于TBM掘進(jìn)機(jī)配套帶式輸送機(jī)的輸送碴土環(huán)境特點(diǎn)，保證了其在隧道工程的工作中高效輸出碴土。在火電廠、港口碼頭、礦山、鋼廠、水泥等行業(yè)飽和的情況下，帶式輸保送機(jī)作為TBM掘進(jìn)機(jī)的配套件，給帶式輸送機(jī)行業(yè)提供了新的需求點(diǎn)。

[1]李文新.雙護(hù)盾TBM選型及技術(shù)配置[J].鐵道建筑技術(shù)，2010（10）.

Design and analysis of the belt conveyor parts of TBM roadheader

Luo Jixing
(Hengyang Transportation Machinery Co.,Ltd.,Hengyang Hunan,421002)

This paper briefly describes the TBM tunneling machine inside and outside of the engine using short and long distance belt conveyor, belt conveyor design and analysis of two kinds of components, the transport muck scheme for continuous, efficient and economical tunnel engineering requirements of belt conveyor and belt conveyor in use tunnel engineering, expanding the use of belt conveyor application

TBM roadheader；belt conveyor；tunnel；design