李勝永

(中鐵隧道裝備制造有限公司設(shè)備分公司，河南新鄉(xiāng) 453000)

0 引言

砂漿車(罐)是地鐵施工中常用的設(shè)備，隨著近年來國內(nèi)城市地鐵建設(shè)的高速發(fā)展，對砂漿車(罐)的需求和要求不斷提升，砂漿車(罐)攪拌系統(tǒng)得到了不斷完善。攪拌系統(tǒng)中最初采用盤根進(jìn)行密封，現(xiàn)在，國內(nèi)外普遍采用O型圈與迷宮式密封相結(jié)合［1］的密封結(jié)構(gòu)，如蘭州機(jī)車廠、中鐵科工生產(chǎn)的砂漿車都在使用此種結(jié)構(gòu)形式;而且在土壓平衡盾構(gòu)二次注漿系統(tǒng)中砂漿罐也是采用O型圈與迷宮式密封相結(jié)合的模式進(jìn)行密封，如中鐵隧道裝備制造有限公司生產(chǎn)的盾構(gòu)二次注漿系統(tǒng)中的砂漿罐和南京凱宮重工生產(chǎn)的盾構(gòu)二次注漿系統(tǒng)中的砂漿罐等。此密封結(jié)構(gòu)的使用使密封性能得到了很大提高。李星星等［2］從迷宮式密封入手引入交錯(cuò)齒迷宮密封結(jié)構(gòu)形式，這是一種更新穎的研究方向。然而，由于國內(nèi)制作工藝條件和現(xiàn)場施工條件的限制，砂漿車(罐)前后軸的漏漿及維護(hù)依然是長期困擾用戶的嚴(yán)重問題。經(jīng)過調(diào)研中鐵七局鄭州地鐵某項(xiàng)目機(jī)車編組砂漿車的使用情況及分析祥康項(xiàng)目北京地鐵某項(xiàng)目砂漿車的制作和使用情況，通過結(jié)構(gòu)改善、制作工藝優(yōu)化等措施，解決砂漿車前后軸總成之間的匹配性、后軸總成后期維護(hù)便利性，提出合理的方案解決后軸總成方便拆裝及電機(jī)選型優(yōu)化［3］等問題。本文分別從制作工藝和增加密封裝置等方面入手，解決砂漿車(罐)的攪拌系統(tǒng)前后軸總成漏漿問題。

1 砂漿車(罐)使用現(xiàn)狀及存在的問題

目前在國內(nèi)外隧道施工中，砂漿車(罐)前后軸總成普遍采用2種不同的結(jié)構(gòu)形式［4］。前軸總成為驅(qū)動端，可以由砂漿車(罐)箱體外側(cè)進(jìn)行裝配;后軸總成為從動端，可彌補(bǔ)因制作誤差對攪拌軸產(chǎn)生的軸向力。裝配過程必須先組裝后軸總成并通過工裝定位，然后連接攪拌軸，最后才能組裝前軸總成，整體連接后調(diào)整驅(qū)動軸軸線與車箱的垂直度。

上述結(jié)構(gòu)形式無法實(shí)現(xiàn)后軸總成在砂漿車(罐)箱體外側(cè)進(jìn)行拆裝，在后軸總成出現(xiàn)問題需要維護(hù)時(shí)，必須先拆除前軸總成、去掉攪拌軸連接，才能把后軸總成拆解進(jìn)行維護(hù)，這樣造成后期維護(hù)極其不便利;另外，這種結(jié)構(gòu)形式的砂漿車在國內(nèi)的項(xiàng)目中普遍存在漏漿的問題。

2 對砂漿車(罐)進(jìn)行分析并提出方案

結(jié)合現(xiàn)行砂漿車(罐)的結(jié)構(gòu)形式分析主要原因在于前后軸同軸度公差偏大問題，單一的依靠工裝和人工調(diào)整的模式，使前后軸同軸度不太理想，這樣就造成密封元件過快被損壞，引起砂漿車漏漿的問題;其次是施工人員維護(hù)保養(yǎng)是否到位的問題，現(xiàn)場施工條件存在一定局限性，再加上施工人員的工作積極性不是太高，就不可避免地存在密封腔內(nèi)維護(hù)保養(yǎng)不能按要求進(jìn)行。針對以上存在的問題，對砂漿車(罐)攪拌系統(tǒng)進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì):

1)改進(jìn)砂漿車車體制作工藝，提高車體前后軸安裝孔的同軸度;

2)結(jié)合減速電機(jī)現(xiàn)場試驗(yàn)情況，對電機(jī)選型進(jìn)行合理優(yōu)化;

3)對前軸總成進(jìn)行優(yōu)化，把原普通平鍵傳遞扭矩的方式改為花鍵結(jié)構(gòu)形式;

4)改進(jìn)后軸總成結(jié)構(gòu)形式，以滿足其在安裝后可方便進(jìn)行拆裝工作，利于后期進(jìn)行設(shè)備檢修和維護(hù)等工作;

5)增加電動油脂泵裝置，改善施工現(xiàn)場維護(hù)保養(yǎng)的條件。

3 對砂漿車(罐)解決方案的分析

3.1 提高前后軸總成互換性

后軸總成和前軸總成進(jìn)行調(diào)整使其在結(jié)構(gòu)上保持一致性，配件和部分零部件選用相同規(guī)格，在滿足后軸總成可方便拆卸的同時(shí)，使砂漿車(罐)的相關(guān)配件和機(jī)加工零部件規(guī)格種類減少50%，這樣可實(shí)現(xiàn)前、后軸總成的匹配互換性，在此基礎(chǔ)上施工方也可減少備件的數(shù)量和種類［5］。關(guān)鍵配件對比見表1和表2。

表2 優(yōu)化后攪拌系統(tǒng)所需關(guān)鍵配件Table 2 Key parts needed for mixing system after optimization

3.2 單鍵槽調(diào)為花鍵槽形式

前軸總成中與減速電機(jī)相配合的軸由原來的平鍵槽改為花鍵槽。采用花鍵的優(yōu)點(diǎn)有:1)鍵齒較多、工作面積大、承載能力較高;2)鍵均勻分布，各鍵齒的受力均勻;3)齒槽線、齒根應(yīng)力集中小，對軸的強(qiáng)度削弱小;4)軸上零件對中性好;5)導(dǎo)向性好。

這樣就可實(shí)現(xiàn)攪拌系統(tǒng)扭矩傳遞的平穩(wěn)性，減緩攪拌系統(tǒng)對前后軸總成的沖擊性，使其減少漏漿的幾率、延長前后軸總成的維修周期和增加砂漿車(罐)的使用壽命。

3.3 優(yōu)化電機(jī)減速機(jī)選型

通過類比其他廠家并經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)證明KAB 107－Y7.5－4P－119.5－M2－180°型號減速電機(jī)完全可滿足8 m3以下砂漿車(罐)攪拌系統(tǒng)的使用要求，并且此規(guī)格減速電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為12 r/min，較以往有所提高，這樣在滿足砂漿不存在離心脫水的情況下，有利于排漿，提高了工作效率。以往采用的KA127/T－Y7.5－6P－146.07－M2－270°型號減速電機(jī)為非標(biāo)產(chǎn)品，按需求進(jìn)行產(chǎn)品定制，造成設(shè)備成本居高，經(jīng)過此次優(yōu)化后產(chǎn)品為標(biāo)準(zhǔn)型減速電機(jī)［6－7］，在降低設(shè)備成本的同時(shí)為前后軸總成結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了前提條件。試驗(yàn)及后續(xù)的使用均證明優(yōu)化后減速電機(jī)完全可滿足使用要求。

3.4 改進(jìn)制作工藝

通過改進(jìn)砂漿車(罐)車體的制作工藝來保證前后軸總成的同軸度［8］，從而使因前后軸同軸度誤差較大而引起的漏漿問題得到有效解決。在以往的制作中，主要是靠鉗工劃線、找正、裝配調(diào)整來實(shí)現(xiàn)前后軸總成的同軸度，靠裝配保證前后軸總成的同軸度最理想值是70～90絲。以本單位落地鏜床為例進(jìn)行分析:落地鏜床的同軸度精度可保證在20絲，前后軸總成連接法蘭由原來先加工后焊接的模式調(diào)整為先進(jìn)行法蘭和車體的焊接，通過落地鏜床對車體前、后安裝孔進(jìn)行焊后加工和鏜法蘭端面和螺紋底孔;考慮制作中累積誤差，制作砂漿車(罐)前后軸總成的同軸度誤差也可達(dá)到30～40絲;通過提高制作工藝可使前后軸總成同軸度得到很大提高，提高了砂漿車攪拌系統(tǒng)的受力穩(wěn)定性，延長了設(shè)備使用壽命，同時(shí)解決了砂漿車(罐)漏漿的主要問題。

3.5 增加電動油脂泵裝置

考慮現(xiàn)場工況條件，增加設(shè)備電動油脂泵裝置，實(shí)現(xiàn)對前、后軸總成迷宮式密封部位［9］進(jìn)行間歇性自動注油，以改善因施工現(xiàn)場和工人的因素而產(chǎn)生的漏漿問題。EG型電動油脂泵是一種外觀精致、結(jié)構(gòu)牢固、性能優(yōu)良、輸出壓力高的電動柱塞泵。該泵加上若干個(gè)分油器可以構(gòu)建一個(gè)集中潤滑系統(tǒng)將泵中的潤滑油脂輸送到各個(gè)需要的潤滑點(diǎn)。電機(jī)、電器元件都采用全密封結(jié)構(gòu)，具有防水、防塵等優(yōu)點(diǎn)，防護(hù)等級為IP65。出油口可配耐震壓力表，便于觀察潤滑系統(tǒng)是否正常工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。出油口配有安全溢流閥，能很好地保護(hù)潤滑系統(tǒng)正常使用和設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)?？膳渲脙?nèi)置式程控器，使機(jī)械設(shè)備完成全部自動化控制。但是電動油脂泵也需要定期對油脂泵儲藏腔內(nèi)進(jìn)行加注潤滑油脂，這樣也在一定程度上改善了維護(hù)保養(yǎng)的條件，延長了設(shè)備維護(hù)周期，降低了施工人員的勞動強(qiáng)度。

3.6 優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性

分析此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性能，此次改進(jìn)涉及前、后軸總成，減速電機(jī)和制作工藝等方面。優(yōu)化前攪拌系統(tǒng)關(guān)鍵配件成本分析見表3。

表3 優(yōu)化前攪拌系統(tǒng)關(guān)鍵配件成本分析Table 3 Cost of key parts needed for mixing system before optimization

優(yōu)化前關(guān)鍵配件采購成本是17 920.5元，而且機(jī)加工部件也是規(guī)格多樣，增加了車間工人的加工和裝配難度。優(yōu)化后攪拌系統(tǒng)關(guān)鍵配件成本分析見表4。

表4 優(yōu)化后攪拌系統(tǒng)關(guān)鍵配件成本分析Table 4 Cost of key parts needed for mixing system after optimization

優(yōu)化后關(guān)鍵配件成本是12 060元，而且前后軸部件一致性較好，配件和機(jī)加工件具有互換性，這樣車間工人制作和裝配都比較便利。施工方需要的易損件備件規(guī)格和數(shù)量得到降低，后期的維護(hù)也比較方便，提高了產(chǎn)品的社會經(jīng)濟(jì)效益。此次優(yōu)化設(shè)計(jì)在工藝制作方面要求有所提高，從而造成部分零部件加工制作費(fèi)用有所提高，涉及車體前后軸連接法蘭(焊后加工)和前軸花鍵2個(gè)方面，結(jié)合前后軸總成加工節(jié)約，經(jīng)生產(chǎn)成本綜合分析此部分增加費(fèi)用約1 500元。

綜合以上幾方面考慮這次優(yōu)化改進(jìn)每臺砂漿車直接節(jié)約成本是2 224.5元，節(jié)約成本約占設(shè)備總成本的3%。間接經(jīng)濟(jì)效益也是非?？捎^的，比如減少售后維修等費(fèi)用。

4 結(jié)論與討論

通過對固定法蘭焊前加工改為焊后加工和增加潤滑裝置等優(yōu)化措施，砂漿車(罐)漏漿情況得到了很好控制，但對設(shè)備的要求有一定提高。改進(jìn)制作工藝的過程要求增加使用落地鏜床，即加工成本有所提高，結(jié)合通過對電機(jī)減速機(jī)和關(guān)鍵零部件重新選型，此方案的經(jīng)濟(jì)性還是可行的。本文方法僅緩解了漏漿的情況，延長前后軸總成的有效使用時(shí)間，并不能從根本上解決漏漿的問題。若要徹底解決前后軸漏漿的問題，建議就密封結(jié)構(gòu)形式［4］方面進(jìn)行深入的探討。

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