王偉金

（中交天和機械設(shè)備制造有限公司，江蘇 常熟 215505）

1 TBM機頭架結(jié)構(gòu)簡介

機頭架為TBM的核心部件，是整臺設(shè)備的主要支承部件，為驅(qū)動刀盤的主驅(qū)動電機提供安裝底座，用于安裝前主梁以及主軸承組件的軸承箱體。刀盤通過主軸承和轉(zhuǎn)接座安裝在機頭架的前端，機頭架通過安裝在前主梁上的支承油缸和撐靴撐緊在隧道壁上，在TBM掘進時支承主機的重量，并平衡開挖面對機械的反推力。

2 機頭架制造重點和難點分析

通過對機頭架結(jié)構(gòu)圖樣的研究分析，其制造具有如下特點。（1）機頭架的制作工序。下料—拼板安裝—焊接—熱處理—機加工—涂裝等，工序轉(zhuǎn)化次數(shù)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工部位多，制造難度大。（2）厚板拼裝全部由焊接組成。主焊縫要求全熔透焊接，最大板厚175mm，焊接工作量大要求高。（3）加工難度大、工藝復(fù)雜、精度要求高。例如三層電機孔的同軸度0.08mm，內(nèi)周耐磨環(huán)安裝位置圓度0.1。

3 制造工藝分析和研究

根據(jù)機頭架的結(jié)構(gòu)特點，研究制定機頭架的制造工藝，主要包括結(jié)構(gòu)制作工藝、熱處理、機加工工藝，分別介紹如下：

3.1 結(jié)構(gòu)制作工藝

3.1.1 結(jié)構(gòu)件制作技術(shù)要求

（1）對于超過30mm的鋼板及鍛件進行100%UT探傷，必要的情況進行材料化學(xué)成分分析和力學(xué)性能檢測，確保原材料合格的情況下進入下一道工序。（2）坡口加工采用銑邊機或火焰切割，需將坡口內(nèi)及兩側(cè)的氧化皮、鐵銹油污去除干凈；（3）焊接過程中所用的焊接材料不能有鐵銹和油污；（4）層間焊渣打磨清理干凈，發(fā)現(xiàn)表面氣孔裂紋，需打磨或氣刨直至氣孔裂紋消除，方可進行焊接；（5）焊前裝好引弧板和熄弧板，焊接過程中打底焊縫厚度不低于5mm，點固焊縫長100mm，間隔200mm；過程采用多層多道焊，單道焊焊接采用間斷焊法，環(huán)焊縫采用分段對稱式施焊,單道焊縫厚度不超過5mm，焊縫寬度不超過15mm；（6）焊接過程中注意控制道間溫度不低于預(yù)熱溫度，控制在150～250℃之間。焊接完成后將焊縫部位加熱到250～300℃，恒溫保溫2h后保溫棉包裹緩冷，裝配點焊也需要相同的預(yù)熱溫度。（7）焊接過程中，每焊完一層，磨光機打磨焊縫，清理干凈焊縫區(qū)域方可進行下一道工序，如焊接過程中發(fā)現(xiàn)裂紋，需立即打磨或者氣刨干凈后方可繼續(xù)施焊，不允許用電弧熔除；（8）焊接過程中做好焊接記錄，注意監(jiān)測環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速。

3.1.2 機頭架焊接工序

（1）機頭架拼板焊接。以件1法蘭板進行拼板安裝并調(diào)整相關(guān)尺寸，檢驗合格后焊接固定，按照圖紙要求對拼板進行全熔透焊接。在法蘭板上布置翻身吊耳，焊接順序參照下圖1進行操作，其它法蘭板拼接焊接參照件1制作，完成后進行100%UT+MT檢測，合格后進行下一道工序。（2）機頭架底部法蘭安裝制作焊接。以件1中心為基準劃出所需安裝部件的定位安裝位置；安裝內(nèi)圈板件，依次安裝筋板，安裝天地豎直板件等。

以上完成后報質(zhì)檢進行檢驗，檢驗合格后進行打底施焊，控制焊接電流及焊接變形，雙人對稱式分段施焊，由內(nèi)而外進行施焊，先立焊后橫焊，多道多層焊接，焊接過程中測量并控制其構(gòu)件尺寸在圖紙要求范圍內(nèi)（如圖1）。

圖1 焊接順序示意

（3）機頭架中部法蘭安裝制作焊接（如圖2）。安裝法蘭板件2，調(diào)整法蘭板件2與件1法蘭板電機孔、人孔的同心度，調(diào)整件2法蘭板的平面度≤2mm，完成后加焊固定住。依次安裝外圈板、筋板、吊耳等，檢驗合格后進行施焊，控制焊接電流及焊接變形，雙人對稱式分段施焊。

（4）機頭架上部法蘭安裝制作焊接（如圖3）。安裝法蘭板并調(diào)整其與構(gòu)件的同軸度。以上確認位置后，加焊固定，報質(zhì)檢進行檢驗，檢驗合格后用工藝卡板固定住，并進行施焊控制焊接電流及焊接變形，雙人對稱式分段施焊。

圖2 中部法蘭板安裝制作焊接

圖3 上部法蘭板安裝制作焊接

4 退火去應(yīng)力熱處理

為消除機頭架構(gòu)件在制作加工過程中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力，穩(wěn)定構(gòu)件的整體尺寸，焊接完成后需進行去應(yīng)力退火處理。根據(jù)坡口焊角高度、母材厚度及結(jié)構(gòu)形式，編制退火工藝，退火過程中，為保證工件均勻受熱及防止產(chǎn)生過大形變，有效達到退火消除應(yīng)力的目的。退火工件必須做工裝支撐防止彎曲變形；工件需擺放在退火爐中間，距離爐門、爐頂端墻和噴火咀保持一定距離。

5 機加工工藝（圖4）

5.1 根據(jù)機頭架的圖紙要求

加工必須滿足如下2點：（1）內(nèi)外圓的尺寸及其同軸度要求、內(nèi)外圓與端面間的垂直度要求；（2）電機孔的尺寸要求、位置度要求、三層孔的同軸度及垂直度要求。

5.2 TBM機頭架加工工藝的詳細介紹

圖4

（1）加工工藝線路的確立。以機頭架中心圓環(huán)面為基準，復(fù)核機頭架垂線，劃上端面基準M加工線，以基準M劃下端面D加工線；復(fù)測焊接所刻中心十字線，劃出水平包容線及將中心十字線延伸至外圓處。

（2）焊搭子。在工件大外圓環(huán)外側(cè)點焊工藝基準搭子，工藝基準搭子對稱在中心十字線位置處，并錯開吊耳、支耳位。

（3）立車粗加工。①夾外圓，以機頭架中心圓環(huán)面為裝夾平面基準，復(fù)核機頭架垂線及加工線，粗車內(nèi)外圓至留2mm余量、將工藝基準搭子平面見光后，加工與軸承、轉(zhuǎn)接座連接螺孔。②翻身，夾外圓，以工藝基準搭子平面為裝夾平面基準，參考中心十字線，加工所有油缸安裝孔至2mm余量，加工電機裝配孔至5mm余量，加工所有與前主梁連接孔位。

（4）龍門粗加工。校準工藝基準搭子平面，找正工件圓心，找正中心十字線，根據(jù)電機裝配孔，加工電機裝配接觸面孔M面至2mm余量，加工減速機安裝接觸面至2mm余量，加工電機裝配孔、減速機裝配孔、軸承安裝孔至2mm余量，加工電機裝配孔接觸面連接螺孔，精加工機頭架天地方向平面、及鍵槽至2mm余量，加工天方向平面所有螺孔及地方向平面所有孔位后并進行反刮。

（5）探傷。將所有加工焊縫進行MT探傷，如出現(xiàn)不合格焊縫需返修處理并進行核磁共振消除應(yīng)力。

（6）立車精車。校準工藝基準搭子平面，找正工件圓心，找正中心十字線（確定C軸原點），精加工機頭架內(nèi)外圓至圖紙尺寸，加工與軸承、轉(zhuǎn)接座連接定位銷孔；將工藝基準搭子外圓見光，加工機頭架外圓及與軸承安裝側(cè)、轉(zhuǎn)接座安裝側(cè)所有油孔；精加工所有油缸安裝孔至圖紙尺寸。

6 結(jié)語

以上對機頭架結(jié)構(gòu)特點的分析和對機頭架的制造工藝進行的詳細研究，對機頭架的制造加工起到了很好的指導(dǎo)作用。結(jié)構(gòu)件質(zhì)量和機加工精度尺寸完全滿技術(shù)要求。同時，本文闡述的機頭架制造工藝為其它類似復(fù)雜大型結(jié)構(gòu)件的制造提供了可借鑒的經(jīng)驗，通過我們認真總結(jié)、努力創(chuàng)新，我國的全斷面硬巖掘進機生產(chǎn)制造技術(shù)必將取得新的突破。