摘要：盾构施工过程中，主驱动减速机受载复杂，内部内部的行星齿轮减速机构易发生失效，一旦失效将会导致盾构停机，影响工程进度。本文针对减速机小齿轮轴的安装设计了一种新型精准装配工装，解决了狭窄空间下齿轮轴的精准装配问题，提高了维修效率和安装质量，降低了施工人员的劳动强度，大大减少了停机时间。
关键词：盾构机；主驱动减速机；精准装配；工装
0引言
21世纪以来，国家经济、技术迅猛发展，为隧道建设带来了重大发展机遇。盾构法施工以其高度信息化、自动化、安全、经济以及对地面扰动小的优点成为隧道施工的主要方式，广泛应用在地铁、铁路、公路及市政等隧道工程施工中[1]。减速机作为盾构机刀盘驱动系统的核心部件[2]，起着传递扭矩、承受冲击载荷的作用，在长期高扭矩及复杂冲击情况下，减速机内部的行星齿轮减速机构容易失效，从而导致盾构停机。所以盾构机主驱动减速机一旦损坏必须尽快维修，否则将严重影响工程进度，给施工单位带来巨大经济损失。
1 装配难点
减速机齿轮轴的装配存在着诸多困难：由于齿轮轴重量大，且需要水平安装，而盾构机内部空间有限，吊装设备难以展开。小齿轮轴前端为调心滚子轴承，配合精度要求高，同时还要保证齿轮啮合，需要进行精准定位。除此以外，减速机内部配合情况不易观察，无法做出调整[3]。以上原因导致减速机小齿轮轴单件装配耗时数小时，不仅费时费力，还不能保证安装精度，甚至损坏零件造成安装失败，无法满足盾构施工对时效性、经济性的需求。
2 新型精准装配工装
2.1 工装设计
为了节约装配时间，保证装配精度，同时减少施工人员的劳动强度，设计了一种精准装配工装。工装起到对小齿轮轴进行定位和导向作用[4]，由定位工装、装配工装、配重工装以及轴承校正工装四部分组成。
定位工装由齿轮和空心轴组成，如图1所示，齿轮参数与减速机小齿轮参数一致，空心轴前端直径与轴承外圈直径一致。定位工装采用空心结构，重量轻、强度高，便于人力直接安装。
图1 定位工装 图2 装配工装
装配工装主体结构为法兰盘和内啮合齿圈，如图2所示。内啮合齿圈能与小齿轮相互配合，保证两者的同轴度。法兰盘上有12个定位孔以及4个用于安装减速机小齿轮的螺栓孔。
图3 配重工装 图4 轴承校正工装
配重工装如图3所示，由配重盘、连接法兰、齿轮轴座以及连接螺栓构成。配重盘有不同的重量，可以任意组合以达到与齿轮轴平衡。法兰开有定位孔，通过螺杆与装配工装连接，法兰上的吊耳供小型葫芦吊将配重工装与小齿轮轴组件水平起吊至安装位置。
轴承校正工装如图4所示，轴承校正工装内外径与所装的轴承的内外径大小一样。使轴承端面齐平，保证同心度。
2.2 装配过程
通过该精准装配工装能大幅度提高减速机齿轮轴的安装效率，降低劳动强度，保障安装精度，具体操作步骤如下：
首先将定位工装前端装入小齿轮轴的轴承座上，通过定位工装小齿轮与装配工装齿圈啮合来定位装配工装，固定好后将定位工装拉出。由于定位工装和装配工装均为空心结构，重量较轻可以人工直接操作。
将小齿轮轴固定在配重工装上，使用葫芦吊将工装吊起，调整配重盘的重量直至组件平衡。整体移动组件，将其推入装配工装中，如图5所示，使用千斤顶等工具将其顶入即可。需要注意的是在安装过程中轴承不能发生磕碰，否则可能产生偏移导致安装失败。
图5 齿轮轴装配
3 实际应用
该工装成功应用于长沙地铁3号线某工地，项目使用的盾构掘进机在掘进374环时，刀盘出现扭矩过大及卡死现象，反复转动刀盘无法脱困，经检查发现刀盘3号、7号减速机处异响严重，拆除3号、7号减速机查看后发现3号、7号小齿轮轴轴承严重损坏，3号减速机低速端损坏，减速机分解后内部小齿也损坏严重。
通过和铁建重工技术人员现场查看情况及开会讨论后，决定把小齿轮轴全部拆除，清除主轴承内部的轴承碎片及硬片，更换小齿轮轴。通过该装置仅用了4.5天就能完成了全部小齿轮轴（9套）以及轴承座的安装，经检测及试运行结果表明安装精度符合要求。
4 总结与展望
该型精准装配工装具有结构简单、可靠的优点，经过实际应用验证，能够在盾构机狭窄的空间条件下完成减速机齿轮轴的装配工作，最大限度降低了施工人员的劳动强度，提高了装配效率，保证了装配质量，为盾构设备施工保驾护航。
参考文献：
[1]常孔磊，赵新合，李大伟.盾构主驱动减速机失效原因分析[J].隧道建设，2014，34（2）：173-177.
[2]瞿加俊.盾构减速机损坏原因及维护浅析[J].水利水电施工，2016（02）：106-108.
[3]徐克根，隋明，李元辉.渐开线花键装配工装的设计[J].机械工程师，2014（5）：207-208.
[4]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.
作者简介：
舒波（1986-），男，湖南长沙人，供职于中铁五局集团城通工程有限责任公司，研究方向：盾构施工。
论文作者:舒波,李吉,黄志,李朗焕
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/28
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