TBM volfrámkarbid betétek: Kiválasztás, teljesítmény és szállítói útmutató

A kemény sziklás alagútprojekteknél a TBM vágófej az egyetlen érintkező a gép és a talaj között. Ezen a vágófejen bármikor több száz volfrám-karbid betét ül. Mindegyik felelős a kőzet megtöréséért, a teherhordásért és a porból, vízből, rezgésből és kemény ásványszemcsékből álló környezet túléléséért. Ha egy betét korán meghibásodik, a vágófej leáll, az alagút órákat veszít, és egy csapat bemászik egy szűk helyre, hogy kicserélje. A következmény nem csak a betét költsége; ez annak a költsége, hogy a gép nem mozdul. Éppen ezért a TBM keményfém lapka kiválasztása projektdöntés, nem alkatrészrendelés.

Miért a volfrámkarbid a szabvány a TBM betétek számára?

Az alapvető ok anyagi. A volfrám-karbid vagy cementált karbid egy kobaltfém-mátrix által összekötött volfrám-karbid-részecskékből álló kompozit. A keményfém részecskék adják az anyag rendkívüli keménységét. A kobalt kötőanyag szívósságot ad ahhoz, hogy túlélje az ütéseket. A TBM betétek olyan kőzet ellen dolgoznak, amely kvarcot tartalmazhat, ami keményebb, mint szinte minden mérnöki anyag. Normál működés közben a betét nagy nyomóterhelést és hirtelen pontterhelést tapasztal a szabálytalan kőzetfelületekből. A túl kemény anyag kitörik. A túl puha anyag gyorsan kopik. A volfrám-karbid olyan egyensúlyt biztosít, amelyhez egyetlen más praktikus anyag sem felel meg.

Az anyag korlátok között hangolható. A kobalttartalom általában körülbelül 6 százalék és 13 százalék között van, és a volfrám-karbid szemcsemérete finom, közepes vagy durva lehet. A finomabb szemcsék általában nagyobb keménységet és jobb éltartást adnak. A durvább szemcsék jobb szívósságot és hősokkállóságot biztosítanak. A TBM lapkák esetében az üzemi állapot általában koptató és ütésálló, így a kiegyensúlyozottabb minőség a jellemző. Ezeknek a fokozatoknak a keménységi értékei általában a HRA 86-92 tartományba esnek. Egy adott minőséget csak a kőzetviszonyok ismerete után szabad kiválasztani.

A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy ugyanaz a betét, amely lágy agyag- és homok alagútban simán működik, nagyon rövid élettartamú lehet kemény gránit alagútban. A gránithoz jó minőségű lehet túl törékeny a nagyon töredezett talajhoz. A bemeneti adatok a kőzet típusa, az egytengelyű nyomószilárdság és a kvarctartalom számít. Összefoglalva: az anyagminőség a lapkaválasztás kiindulópontja, és nem a géphez, hanem a talajhoz kell illeszkednie.

Beszúrás geometriája: több, mint egy éles él

A TBM betéteket gyakran éles fogaknak ábrázolják, de valójában inkább kaparók és törőgépekként működnek. A betét geometriája határozza meg, hogy a terhelés hogyan kerül át a kőzetre, hogyan kopik a betét, és mekkora erő szükséges a behatoláshoz.

A fő geometriai jellemzők az orr alakja, az orr szöge, a test kúpossága és a rögzítési szakasz. A kúpos hegy gyakori, és hatékony a sziklák áthatolására. A gömbölyű vagy tompább orr szétteríti az érintkezési területet, csökkenti a repedések kockázatát, és néha előnyös a nagyon kemény vagy masszív kőzeteknél. Egyes kiviteleknél véső alakú hegy használható lineáris törés létrehozására. Nincs egyetlen legjobb geometria. A választás a várható kőzettől és a vágófej kialakításától függ.

A hegy alakja mellett a betétet szilárdan a tartóban kell tartani. A laza betét vibrál, rés keletkezik a tartóban, és idő előtt elkopik. A betét teste gyakran valamivel nagyobb átmérőjű, mint a lyuk vagy rés, hogy a helyére nyomhassák vagy forraszthatóak legyenek. Ez az illeszkedés az egyik oka annak, hogy a megmunkálási munka tűrései számítanak. Még a megfelelő osztályzat sem tudja kompenzálni a rossz illeszkedést.

A lapka geometriájának alapos ismerete abban is segít az alagútcsapatnak, hogy felismerje, miért kopnak egyes lapkák kúp alakú mintázatban, és miért alakulnak ki mások lapkák. A kopásminta gyakran ad információt az érintkezési szögről. Ez a tudás hasznos lehet a vágófej paramétereinek beállításához vagy a lapka típusának megváltoztatásához.

Ha áttekintést szeretne kapni arról, hogy a TBM lapka kialakítása hogyan befolyásolja a teljesítményt, tekintse meg ezt a cikket volfrámkarbid lapkák alagútfúró gépekhez .

Kiválasztási tényezők a TBM betétekhez

A jobb kiválasztása TBM betét nem egyszeri döntés. Ez egy iteratív folyamat, amely az alagút geológiai adataival kezdődik, és a vágófejen végzett tesztekkel folytatódik. Az alábbi táblázat a legfontosabb kiválasztási tényezőket sorolja fel.

Ez az a hely, ahol a szállító hozzáadott értéket tud hozzáadni. Egy professzionális gyártó nem egyszerűen "kemény" vagy "for rock" jelöléssel látja el a betétet. Elkérik a geológiai jelentést, a vágófej specifikációját és a szükséges lapkaméretet. Összehasonlíthatják a kiválasztott fokozatot és geometriát a jellemző teljesítményadatokkal. Ez a párbeszéd különösen fontos, ha az alagút több geológiai zónán halad át. A kemény sziklás betét az útvonal nagy részén működhet, de egy lágyabb szakasz vagy egy hibazóna gyors változásokat idézhet elő.

Általános gyakorlat, hogy egy vagy két lapkatervet tesztelnek a projekt elején. A megfigyelési időszaknak nem kell hosszúnak lennie. Ha a lapkák erősen repedezettek, akkor a lejtő túl kemény vagy a geometria túl hegyes. Ha a lapkák gyorsan kopnak, de a kőzet nem kifejezetten koptató, akkor a minőség túl puha vagy a vágófej paraméterei rosszak. Ezek a tesztek feltárják, hogy a tényleges szikla hogyan viselkedik a gép alatt, ami mindig jobb, mint a laboratóriumi feltételezés.

A gyártási minőség és a konzisztencia probléma

A lejtő és a geometria a lapkakiválasztás látható része. A láthatatlan rész a gyártási konzisztencia. A volfrámkarbidot porból állítják elő. Ha a por rosszul van elkeverve, ha a szemcseméret-eloszlás eltolódik, vagy ha a szinterezési folyamat nincs szabályozva, az egyik tételből származó betétek eltérően viselkedhetnek, mint a másikban. Alagútban ezt az inkonzisztenciát nagyon nehéz elfogadni, mivel a vágófej egyszerre sok lapkát hordoz. Ha száz lapka közül egy gyorsan elkopik, akkor az alagút homlokzatán olyan helyi területet hoz létre, amely nincs teljesen levágva, és egy nagy szikladarab marad, amelyet a szomszédos marónak kell letörnie.

A megbízható TBM lapka előállításához integrált gyártósorra van szükség. A kínai Changzhou-ban található létesítményünkben a volfrám-karbid porsajtolást kezdjük TPA prések segítségével. Ez a módszer szabályozott nyomásprofilt használ egy állandó alakú és sűrűségű zöld test létrehozásához. A zöld testet ezután alacsony nyomású szinterező kemencékben szinterelik. Az alacsony nyomású szinterezés csökkenti a végső maradék porozitást, és finomabb és sűrűbb szerkezetet eredményez. A sűrű, kevés pórusú szerkezet közvetlenül kapcsolódik a jobb kopásállósághoz és a kisebb törésveszélyhez.

A szinterezés után a betéteket a végső méretre és felületi minőségre csiszolják. A precíziós köszörülés öttengelyes CNC szerszámcsiszolókkal történik, a szerszám geometriáját pedig digitális szerszámbeállító berendezéssel ellenőrzik. A körszerszámok és egyéb precíziós alkatrészek esetében gyártásunk elismert német gyártási szabványt követ. Ez a rendszer mércét ad a tűrések és a szerszámélettartam tekintetében. Az ellenőrző műszerek a folyamat részét képezik; nem távolítják el a termelési környezetből, és csak végső ellenőrzésekhez használják őket. A gépi köszörülési művelet vezérlésére is szolgálnak.

A cég ISO9001 és ISO14001 tanúsítvánnyal rendelkezik. Ezek a tanúsítványok azt jelzik, hogy a termelési rendszert auditálják, és hogy környezetvédelmi és minőségirányítási folyamatok működnek. Egy alagútprojekt esetében ez az ellenőrzési szint egy egyszerű, de fontos célt támogat: a helyszínre érkező lapkáknak konzisztensen kell viselkedniük a tesztelt betétekkel.

Valós betét élettartama és költsége

A TBM lapka költsége alacsony az alagút állásidő költségeihez képest. Ez az oka annak, hogy a lapka kiválasztását termelékenységi tényezőnek kell tekinteni, nem csak beszerzési tételként.

A rosszul illeszkedő lapka geometriai problémákat is okozhat. Ha egy lapka egyenetlenül kopik, a vágótárcsa leállhat, és egy lapos élt vághat a sziklába. Ez növeli az egész vágófej vágási ellenállását. Az alagútépítő vállalkozók tudják, hogy egy váratlan vágófej-leállás költsége nem csak a munkaerő vagy az új alkatrészek ára; ez a termeléskiesés és az ütemezés kockázata is.

Hatékony gyakorlat az alagút zónáinkénti betét élettartamának követése méterben előre. Ez egy egyszerű teljesítménygörbét hoz létre, amely összehasonlítható a kőzettípussal. Amikor a betét eléri hasznos élettartamának végét, a tervezett csere biztonságos helyen elvégezhető. A betétben használt anyag, geometriája és gyártási minősége egyaránt hozzájárul ehhez a tervhez.

A lapkaválasztás, a kőzetviszonyok és a vágófej teljesítménye közötti kapcsolattal részletesebben foglalkozunk cikkünkben miért kulcsfontosságúak a TBM keményfém betétek a földalatti építkezésben .

A TBM keményfém betét egy kis alkatrész, amely nagy hatással van az alagút előrehaladására. Az anyagnak ellenállónak kell lennie a kopás ellen. A geometriának meg kell egyeznie a sziklával. A minőségnek meg kell egyeznie a tényleges vágófejjel. A gyártásnak pedig egységes alkatrészeket kell előállítania. Ha ezek a tényezők a helyükre kerülnek, a lapka előre látható távolságra tervezve működik. Ha egy tényező hibás, a gép az, amelyik szenved. A vevőknek és alagútépítő mérnököknek a lapka kiválasztását műszaki egyeztetésként kell kezelniük: össze kell gyűjteniük a geológiai adatokat, meg kell beszélniük a vágófej kialakítását, és olyan beszállítót kell kérniük, aki irányítani tudja a teljes gyártási folyamatot. Azon napok, amikor a vágófej lent marad, drágább, mint maga a lapka.