盾构机前盾的制造工艺设计分析

盾构机前盾的制造工艺设计分析

宋军

上海博欢重工机械有限公司    201415

摘要：盾构机在加工过程中具有多元性和复杂性的特点，其结构特点和加工设备容易受制造因素的限制出现一定的问题，并且存在螺旋机筒体倾斜角度等多种因素的影响，需要工作人员从整体出发，明确结构的加工难点和重点，并进行相应的优化，保障产品的质量，并针对加工要点进行详细分析，编排合理的加工工艺，保障前盾结构件在加工后，能够符合实际图纸的技术要求，切实的提高盾构机的产品质量。

关键词：盾构机；加工工艺；工艺设施

引言：盾构机在实际设计过程中是用于隧道掘进的专用工程机械设备，能够有效的应用于地铁、铁路等多种隧道工程，具有十分广泛的应用前景，并且盾构机在实际使用过程中，包括电子系统、液压系统，机械系统等几大部分，包括刀盘，前盾、中盾，尾盾和台车等五部分共同构成，属于大型的金属结构件，因此在实际加工和设计过程中具有较多的重点和难点，需要生产管理人员根据不同结构的重点、难点进行详细的分析，更好的提高盾构机的质量，保护盾体的运行安全。

1.主要结构和加工难点分析

盾构机前盾的主要结构是材质为Q355B的低合金结构钢，其结构图相对复杂，外径约6-15米，高约三米，质量约55-500吨，主要由外壳板、土仓法兰板，中心环、螺旋机以及若干加强筋板焊接而成，涉及的环节较多，焊接点较多，需要技术人员编排合理的工艺流程图，并且针对前盾图纸的尺寸以及具体设计要求，明确壳体设计的重点和难点。通常情况下，前段土仓小锥体的成形面积相对较大，其加工难度较高，难以保障筒体外径的尺寸大小，需要明确外壳板的垂直度和直线度，不能超过标准的范围内。其次，螺旋机筒体的位置、尺寸以及倾斜角度也需要进行详细的参数分析，要保障螺机筒子的相对角与前段的倾斜程度达到26的角度，然后对位置、尺寸以及角度进行测量。如果单纯采用传统划线，在拼装或者是采用人工制造的方式，很难保障零件的具体位置以及零件的倾斜角度，在方向方面操作难度系数较高，因此整体耗时较长，又容易受到主观因素的影响。除此之外，如果选择传统工艺进行拼接处理，还容易受到数据信息精度方面的影响。如果采用整体焊接后再进行拼接的方式，则需要大型的加工设备以及特有的专用辅助设备进行拼装，装配后才能够有效的进行拼装完成，实际应用的成本相对较高。因此，如果能够采用螺旋机将尺寸全部加工定位后进行预先处理，全部加工到位后再进行整体拼装和焊接，通过这种方式不仅能够有效的提高装配的速度，还能够保障焊接尺寸精准，能够切实的降低焊接的实际成本，实现了理想的位置保障，保障了相关参数的准确性。

其次，前盾焊接变形控制，也是加工过程中的重点和难点。前盾的各种零部件零大多都是由组成焊接而成的，焊接量相对庞大，特别是筒体以及筒体间的隔板，常会进行环缝焊接，焊接后就容易出现收缩变形，那么为了进一步的保障焊缝的质量，就需要进行有序的焊接处理，需要在焊接后保障焊接等级合格。如果在焊接后尺寸或者是倾斜角度不合格，也需要及时的进行返修和返工处理，就会造成成本增加以及返修工期持续延长，甚至出现了前盾焊接整体报废的现象，产生了巨大的经济损失。因此，无论采取哪种有效措施，都需要在从整体出发，最大程度的保障焊接变形的可控性，要明确前盾制作的难点，对结构焊接变形进行有效调整和控制。

此外，焊接残余应力的消除工作也是在后续设计和制作过程中的重点内容。针对前盾结构方面整体较为复杂，由于焊接缝隙较多，焊接过程更容易受到相关工艺技术的影响，因此在技术选择方面需要尽可能减少焊接应力。但是结合实际情况作出分析，可以看出焊接工作容易造成残留应力，残留应力不能有效处理，会造成前盾疲劳的情况，甚至对前盾的稳定性造成一定的影响和危害。因此，工作人员需要采取合理的方法，在前盾后续设计的过程中，对焊接残余接缝进行有效消除，并对焊接残余应力进行减少，从而进一步的提高前盾设计工作的质量。

2.现有制造工艺分析

2.1盾体结构设计

盾体结构设计是盾体制造过程中的重点环节，也是盾体后续设计和制造过程中的最为基础的环节。盾体结构的设计工作会涉及材料选择、零部件设计、结构布局、设备参数等多种工作。在盾体结构设计方面，需要根据实际的建设需求以及后续的工作需要，采用各种不同的理论和模型进行结构分析，同时也要根据实际的设计需求和具体的成本投入，进行相关材料和零部件的选择，从而在后续设计和加工过程中能够具有充分的材料资源。

盾体壳体加工工艺是保障盾体结构能够有效运行，提高施工效率，并保障后续盾体能够正常使用的工作环节之一。在盾体壳体加工工艺方面，目前我国主要有切割法和冲压法等，这些方法在实际使用过程中都具有各自的优缺点，在进行加工设计时，也需要根据实际的建筑材料特点以及实际的加工需求进行详细分析[2]。

此外，盾体的密封性也是保障盾体能够长期使用，并保障盾体设计、制造环节有效进行的重点环节之一。因为盾体的密封性，将会直接影响盾体后续的安全使用，也会直接影响后续的工程质量，影响盾体的施工效率。目前，我国国内外学者都对盾体的密封性进行了深入的探讨，并在限制条件下对盾体的密封性进行了详细的分析，对盾体产生漏水的原因进行了深入的探究，能够在一定程度上提高盾体的密封性，在后续长久运行时能够实现理想的应用效果。

3.工艺设计

3.1工艺流程

首先，要切实的根据前盾的设计方案，结合特点和预定尺寸进行有效控制，明确具体的工艺设计流程，要做好充分的前期准备工作，做好明确的下料工作，明确筒体和中心环的具体材料，在成型后也要进行短暂的加工，明确筒体和隔板的拼接、焊接位置，在焊接合格后进行有效的处理。同时在中心环拼接、焊接和检测工作时，也要明确具体的分析，保证焊接合格后才可明确中心环和孔的标准尺寸，再整体装配结束后才可进行喷漆处理操作。

3.2主要加工工艺

3.2.1小锥度筒体的加工工艺

在筒体成形后，筒体容易受到外界因素的影响，产生收缩变形的情况。筒体在受到外界因素影响后，筒体可能会变形也可能会呈现出变大的情况，再加上下料时不能够直接的按照设计图纸中的尺寸进行下料，应该在后续制作过程中根据锥体的形状以及具体的材料性能，判断收缩料增加的具体数据。此时企业中筒体下料图纸也需对其进行整改，进行详细分析，并对直径、中径进行展开分析，明确收缩量，并用补偿收缩变形量的方式，对尺寸进行详细分析。其次，筒体在拼装工作中，需要采取平台放地样点安装的方式进行拼接处理，拼装工作需要重视上下端头的控制工作，此时也需检查拼装的尺寸是否满足实际标准需求，在满足实际标准后，可以进行加固操作；加固操作主要对辅助板进行加固，后在进行筒体的整体焊接操作。针对焊接过程，需要从纵缝开始焊接，在明确收缩量后，判断尺寸是否合格，如果合格则可进行另一端的焊接操作；但如果尺寸存在问题，则需立即进行修整，以此确保筒体符合实际标准。而后进行充分的检测工作，检测工作需要重视倾斜角度和分布位置，使用卷尺对周长进行检查，也需上下锥度是否存在变形情况作出分析，如果存在误差需作出调整。

3.2.2螺旋机筒的加工工艺

为了有效解决螺旋机筒体在设计加工过程中，难度系数较大或者耗时长的问题，需要在降低成本的情况下明确专用点的焊工装置，从而确保产品的质量，满足产品设计要求，降低产品实际的投入成本。首先，可以采用机加工的方式进行螺旋机筒的拼接，并利用机加工画线确定，明确具体的安装方向和安装内容，在找准基准线后，才可保证中心线的重合。在后续拼接的过程中，也要严格地按照图纸尺寸，合理的焊接工艺保证筒体的圆度和两端法兰面的垂直度及机加工余量，并保障基准面的有效配合，通过拼装使空间角度发生转换，并在安装隔板后进行支撑，进行后续的焊接工作。在焊接时也要保障倾斜角度能够在控制的范围内，并通过对称焊接的方式控制电流电压，进行低热量输入。

结论：综上所述，本文主要分析了盾构机的前盾制造工艺，并明确了加工重点和难点，对大型设备的控制、焊接、变形工作提供了一定的帮助。

参考文献：

[1]杨默.盾构机前盾的制造工艺设计[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2018,31(S2):259-261.

[2]詹灵.盾构机盾体制造工艺研究[J].现代制造技术与装备,2017(01):146-147.

[3]周建强.盾构机盾体的制造工艺[J].装备制造技术,2015(04):71-72.