CC BY
119
-------------------------------------------- © С.В. Мазеин, С.М. Песков,
2005
УДК 519.24.003.13
С.В. Мазеин, С.М. Песков
ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА РОТОРА НА ТПМК «ХЕРРЕНКНЕХТ»
Семинар №2
Ж'Ж'елью данной публикации ставится
-*-5 обобщение опыта работы ротора тоннелепроходческого механизированного комплекса (ТПМК) «Херренкнехт» на проходке Лефортовского тоннеля Москвы для дальнейшего использования данного ТПМК в грунтах на трассах проектируемых тоннелей в городе. При этом детально освещено внедренное на механизированном комплексе мероприятие, сокращающее затраты по замене режущего инструмента ротора для увеличения эффективности проходки.
Концепция ротора (конструкция рабочего органа, тип и расположение режущего инструмента), разработанная немецкими специалистами (1), при строительстве Лефортовского тоннеля решала следующие задачи (рис. 1):
• стабильность резания и устойчивость фронта забоя;
• соответствие развиваемого усилия резания и прочности пород;
• уменьшение забивания ротора глиной и валунами;
• минимальный износ и быстрая замена режущего инструмента.
Вышеперечисленные факторы в условиях неоднородных по составу пород при большом сечении забоя являются влияющими как друг на друга, так и на результа-
Рис. 1. Состояние ротора после входа в демонтажную камеру Лефортовского тоннеля
ты проходки. Остановимся на проблеме износа и замены резцов, как наименее исследованном вопросе, и накопленном опыте по контролю и замене режущего инструмента, как наиболее трудоемкой операции в процессе проходки.
1. Тип и расположение режущего инструмента на роторе
Выбранные для Лефортово двухдисковые шарошки сделали возможной разработку полутвердых грунтов (известняка). Однако неоднородность фронта забоя (одновременное напластование известняка и глины), относительно большой прогиб ротора, связанный с его габаритными размерами и сопоставимый с глубиной внедрения режущего инструмента, попадание не прогнозированной расчетами высокопрочной породы повлекли за собой точечные нагрузки на шарошки, превышающие установленные
Количество замен резцов за 1000 м проходки и рекомендуемые датчики износа
V ^ V V Средний радиус вращения (обозначения шарошек)
Рис. 2
для их подшипников и диска. Кроме того, вибрации в крепежной системе болтами прямой натяжки ускорили разрушение шарошек.
В Лефортово имелись случаи выхода из строя подшипников и раскалывания дисков шарошек. При этом опыт Лефортовского тоннеля показал, что продолжительные выходы в кессон для замены шарошек оказывают негативное влияние на результаты проходки.
Двухдисковые шарошки в центральной части работали стабильно, так как на этих шарошках путь резания и число границ между твердым и мягким грунтом меньше, чем на краях ротора, а также больше нагрузки при вращении. И эти шарошки (М 5, М 6 и М 7), удаленные от центра ротора на расстояние 1,67-3,23 м, и их крепления в Лефортово заменялись мало. Об этом говорит статистика (рис. 2) по числу замен шарошек и резцов во время кессонных работ в Лефортово при нахождении центральной части забоя в известняковом слое (мощность 6-8 м) за 5 месяцев (1000 м проходки).
Ротор оснащался резцами шириной 250 мм, весом 32 кг, общее число - 88, с двойным заполнением дорожек среза, внутренние и внешние дорожки заполняются четырежды, выступ резцов перед ротором составлял 155 мм.
Посадочное место резца состояло из двух деталей. При эксплуатации имел место ударный эффект при соприкосновении инструмента с посадочным ме-
— к-во замен шарошек :
■* к-во замен резцов
—к-во точ .датчиков
“ к-во шлейф.датчиков
стом и происходил процесс деформирования держателей.
Крепление режущих инструментов на периферии ротора - ковшей - показало ненадежность болтовых соединений и высокую трудоемкость при высверливании обломков болтов при замене ковшей. Пять отсутствующих полу-ковшей в конце проходки, когда не было времени на кессонные работы, привели к большой выработке тела ротора.
Центральный ротор представлял собой независимо от основного ротора вращающееся (обычно в противоположную сторону) режущее колесо диаметром 3,1 м. Оно состояло из 4 лучей и центрального забурника с 6 резцами и пикой, оснащен 16 периферийными ковшами, 7 шарошками и 16 резцами.
На 150 м проходки в зоне разуплотнения пород при выходе из песков в глину часть центрального забурника была потеряна (2), при этом, как показал компьютерный контроль за параметрами щита, резко возросли сила необходимого прижима ротора к забою для обеспечения необходимой скорости проходки и число аварийных отключений центрального ротора. После восстановления данного режущего инструмента проблем с работой этого ротора не возникало при проходке в крепких известняках и своевременной замене режущего инструмента. Так за 2 месяца были заменены:
• 3 шарошки, ближние к центру ротора;
• 16 полуковшей;
• 6 резцов, ближних к центру ротора;
• 2 пики;
• 4 резца на забурнике.
2. Износ и замена режущих инструментов
Износ режущих инструментов наблюдался в следующих проявлениях:
• равномерный (абразивный) износ (шарошки);
• частичная потеря режущей гребенки (резцы, ковши);
• неравномерный износ шарошки при заклинивании вращения,
• разрушение крепления (разрыв болтов крепления шарошек и ковшей, деформация держателей резцов);
• разрушение тела инструмента (резцы, ковши, шарошки) и ротора.
К немедленной замене инструмента приводил только последние случаи износа - разрушение инструмента и крепления. Остальные проявления износа регулярно отслеживались, и замена происходила после анализа динамики износа. Первоначально предусмотренные проектом дистанционные определители степени износа режущего инструмента не были установлены.
Время на обследование и замену режущего инструмента составляло основную часть выходов в кессон (около 90 %), общее число которых - 515 бригадных заходов за время проходки. При этом каждая четвертая смена минимум являлась просмотровой, во время которой производилась подготовка рабочего места с установкой трапов в камере экскавации, а затем - настройка и работа промывочного оборудования для очищения резцов, подлежащих визуальному осмотру на наличие износа, от грунта. Работа осложнялась высокой адгезионной способностью глины (налипание на металлические поверхности), составляющей около 50 % от объема горной массы.
Вывод
Сложилось мнение, что в будущем необходимо наряду с усилением и пересмотром типа крепления режущего инструмента, а также типа и размеров резцов и шарошек необходимо установить дистанционные определители износа на ковшах, резцах и теле ротора для минимизации за-
трат и работ по осмотру и замене изношенного инструмента.
3. Дистанционное определение износа резцов и ковшей
Фирма «ГенеСис Электроник ГмбХ» разработала специально для фирмы «Хер-ренкнехт» оборудование, позволяющее определять границы износа резцов и ковшей.
Задача была решена таким образом, что в тело держателя инструмента встраивается электронный датчик, который путем индуктивной передачи с резцов распознает, не нарушена ли граница допустимого износа.
Для считывания данных с любого инструмента, каждый датчик подклюю-чается с помощью 2-х проводов к соответствующему прибору для измерения силы тока.
3.1. Принцип работы датчика и приемника
Датчик подключается к +24 В постоянного тока с помощью 2-х проводов. Для источника питания датчик выполняет роль проводника, т.е. в зависимости от состояния зонда через прибор проходит определенный ток, который почти не зависит от напряжения электросети. Обычно это ток, равный 8 мА (<10 мА). Когда зонд из-за износа оборудования разрушается, датчик устанавливает ток неисправности >30 мА. Через воздушный зазор между датчиком и инструментом (приемником), который может составлять до 5 мм, осуществляется индуктивная передача информации о состоянии зонда.
Электроника датчика, а также приемника и зонда инструмента выполнена полностью залитой компаундом. Датчик изготовлен из высококачественной стали и имеет один двухполюсный коаксиальный штепсель для подключения.
3.2. Принцип работы прибора для контроля резцов
Sender
Датчик, приемник и зонд
Прибор для контроля за резцами предназначен для одновременного контроля за несколькими режущими инструментами посредством измерения проходящего по ним тока. Прибор размещается на доступном для контроля месте на машине и подключается к каждому датчику. Прибор имеет постоянное питание 24 В постоянного тока, осуществляемое через поворотно-пропускное устройство и начинает действовать сразу же после подачи напряжения. Путем размыкания коммутационный контакт посылает по вращающемуся каналу информацию о том, что граница износа инструмента достигнута (или о том, что контур тока прерван).
Чтобы точно определить инструмент (или контур тока), ставший причиной сообщения, необходимо подойти к прибору и считать его показания. Это показание содержит и дополнительную информацию о рабочем состоянии прибора. Кроме того, таким образом можно
активировать и деактивировать отдельные входы датчика или шлейфа.
3.3. Описание прибора
Прибор контроля резцов выполнен в металлическом корпусе, класс защиты 1Р 65. Электроника крепится к внутренней стороне крышки корпуса. Корпус крепится к стенке вращающейся машины с помощью болтов, расположенных под крышкой корпуса (рис. 3).
У каждого датчика есть своя лампа. При подаче питающего напряжения прибор сразу же начинает работать. Все каналы последовательно измеряются с 5секундными паузами. О состоянии каждого датчика сигнализируют предназначенные для этого лампы.
Восемь каналов (каналы 1-8) предназначено для датчиков, расположенных на резцах, и 8 каналов для шлейфов (916).
Нажав на клавишу «тестирование», можно пройти вручную (быстрее) все каналы. Кроме того, с помощью клавиши
можно деактивировать и активировать любой из каналов.
Клавиша «Тест» выполняет две функции:
- кратковременное нажатие всегда приводит к переключению на следующий канал, таким образом можно быстро переключиться на необходимый канал
- длительное нажатие на клавишу (>5 сек.) деактивирует (или активирует) необходимый в данный момент канал, что подтверждается переключением на лампу «Chisel disabled».
Прибор включается, когда подается напряжение 24В постоянного тока. Отдельного выключателя не существует. При выключении отключается пода-ваемое напряжение.
3.4. Эксплуатация и автоматический режим работы
При подаче рабочего напряжения (включении) сначала загораются на короткое время все лампы состояния, а потом гаснут. Затем прибор переходит на работу в автоматическом режиме. Это становится известным, когда загорается лампа канала №1. Через каждые 5 секунд прибор переходит в следующий канал. После канала 1б прибор снова переключается на канал 1. Когда прибор находится в соответствующем канале, то лампы извещают о соответствующем состоянии только этого канала. Каналы 1-S предназначены для датчиков резцов, каналы 9- 1б для контуров тока (шлейфовых датчиков). В приборе постоянно проводятся измерения в автоматическом режиме, за исключением случаев, при которых используется клавишный режим.
Реле изменяет состояние в случае погрешности только тогда, когда время измерения канала истекло, т.е. с переходом в ближайший канал. Если каналы деактивированы, в начале канала может кратковременно загореться лампа «датчик неисправен». Но это нормально, поскольку обусловлено принципом измерения.
3.5. Расположение датчиков на роторе
Исходя из прогноза наиболее изнашиваемых частей ротора, были выбраны места установки датчиков на резцах и теле ротора (рис. 2). 3 датчика были установлены на периферийных ковшах, 2 датчика -на резцах с радиусом вращения с ротором 4,6 и 5,4 м, 1 шлейфовый датчик - на луче ротора от радиуса 2,3 до 4,9 м. Число датчиков и соответственно каналов было ограничено шестью, остальные 10 каналов -резервные, которые будут задействованы при развитии системы определения износа.
4. Ожидаемый эффект от функционирования системы дистанционного определения износа
По скромным подсчетам, 25% времени кессонных работ затрачивается на промывку и осмотр режущего инструмента, особенно ковшей, где более всего налипает грунт. Для снижения трудозатрат, чтобы осуществлять интенсивную проходку Серебряноборских тоннелей, и была установлена система дистанционного определения износа ротора. Данная система работает без сбоев во все время проходки в течение 2004 года, проверка силы тока на датчиках ненарушенных резцов показывает 6-7 мА, шлейфа на теле ротора - 10 мА.
На 3 из 16 ковшей (20 %) установлены датчики, и эти ковши могут не осматриваться при ненарушенных датчиках. А это - 2,25 % всего кессонного времени, поскольку половина времени осмотра и очистки уходит на ковши, как наиболее удаленные и загрязненные части ротора:
2,25 % = 100 • (0,9 • 0,25 • 0,5 • 0,2)
Кроме этого, на 1 луче из 8 расположен шлейфовый датчик, показывающий состояние поверхности металла на теле одного из лучей ротора. Если датчик в нормальном состоянии, то необходимость очистки этой поверхности отпадает.
Два датчика, расположенные на резцах в наиболее нагруженной области их воздействия на забой, сигнализируют об общем состоянии резцов в этой области и степени необходимости про-ведения работ по замене инструмента. Это касается и датчиков на ковшах.
Таким образом, если бы аналогичная система определения износа была установлена во время проходки Лефортов-
1. Maidl B. Autobahnring Moskau. Levortovskije tonneli Lefortovotunnel. Bericht Nr. 11. Uberprufen der Schildmaschine// Zwischen-bericht. Uberprufung der Schneidradkonzeption als Basis fur die Schneidradabnahme bei der Firma Sotralentz. -Bochum, 2001.
ского тоннеля, то она бы предположительно экономила 11 кессонных смен (из 515), или 1,5 суток, во время которых прошли бы 12 метров тоннеля.
Опыт использования системы показывает ее надежность и достоверность, необходимость ее отключения во время сварочных работ, возможность ее развития на большее количество резцов и детализирования по зависимости «ток-износ».
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Грачев В.П., Горбунов Г.Н., Синицкий Г.М., Власов С.Н. Лефортовский тоннель - половина пути пройдена! // Метро и тоннели. - 2002. -№4. - С. 20-25.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------
Мазеин С.В. - кандидат технических наук, сервис-инженер ЗАО «Херренкнехт тоннельсервис», Песков С.М. - ведущий инженер-электроник ООО «Тоннель-2001».
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВостНИИ
ГОЛОСКОКОВ Сергей Иванович Разработка метода прогноза пылевой обстановки в угольных шахтах на основе масштабных параметров 05.2б.03 к. т. н.
© С.М. Простов, Е.В. Костюков,
