TBM volframikarbiditerät: valinta, suorituskyky ja toimittajan opas

Kovan kallion tunneliprojektissa TBM-teräpää on ainoa kosketus koneen ja maan välillä. Sadat volframikarbiditerät kulkevat tällä teräpäällä milloin tahansa. Jokainen on vastuussa kiven murtamisesta, kuorman kantamisesta ja selviytymisestä ympäristössä, joka sisältää pölyä, vettä, tärinää ja kovia mineraalirakeita. Jos terä rikkoutuu aikaisin, teräpää pysähtyy, tunneli menettää tunteja ja tiimi kiipeää ahtaaseen tilaan vaihtamaan sen. Seurauksena ei ole vain lisäkkeen hinta; se on hinta siitä, että kone ei liiku. Siksi TBM kovametalliterän valinta on projektipäätös, ei varaosatilaus.

Miksi volframikarbidi on TBM-terästen standardi?

Perussyy on materiaalinen. Volframikarbidi tai sementoitu karbidi on komposiitti, joka on valmistettu volframikarbidihiukkasista, jotka on sidottu yhteen kobolttimetallimatriisin avulla. Karbidihiukkaset antavat materiaalille sen poikkeuksellisen kovuuden. Kobolttisideaine antaa sille sitkeyttä selviytyä iskuista. TBM-sisäosat toimivat kiveä vastaan, joka voi sisältää kvartsia, joka on kovempaa kuin lähes kaikki tekniset materiaalit. Normaalikäytössä terä kokee suuria puristuskuormia ja äkillisiä pistekuormia epäsäännöllisistä kalliopinnoista. Liian kova materiaali halkeilee. Liian pehmeä materiaali kuluu nopeasti. Volframikarbidi tarjoaa tasapainon, johon mikään muu käytännöllinen materiaali ei vastaa.

Materiaalia voidaan virittää rajoissa. Kobolttipitoisuus vaihtelee yleensä noin 6 prosentista 13 prosenttiin, ja volframikarbidin raekoko voi olla hieno, keskikokoinen tai karkea. Hienompi rakeisuus antaa tyypillisesti korkeamman kovuuden ja paremman reunan pysyvyyden. Karkeampi rake antaa paremman sitkeyden ja lämpöiskunkestävyyden. TBM-terien käyttöolosuhteet ovat normaalisti hankaavia ja iskukuormitettuja, joten tasapainoisempi laatu on tyypillinen. Näiden laatujen kovuusarvot ovat yleensä HRA 86 - 92 alueella. Tietty laatu tulee valita vasta, kun kiviolosuhteet on tiedossa.

Käytännössä tämä tarkoittaa, että samalla pehmeässä savi- ja hiekkatunnelissa toimivalla terällä voi olla hyvin lyhyt käyttöikä kovassa graniittitunnelissa. Graniitille hyvä laatu voi olla liian hauras erittäin murtunutta maata varten. Tärkeä syöttötieto on kivilaji, yksiakselinen puristuslujuus ja kvartsipitoisuus. Yhteenvetona: materiaalilaatu on terän valinnan lähtökohta, ja sen on vastattava maata, ei konetta.

Lisää geometria: enemmän kuin terävä reuna

TBM-terät kuvataan usein terävinä hampaina, mutta itse asiassa ne toimivat enemmän kuin kaavinta ja murskaimia. Sisäkkeen geometria määrittää, kuinka kuorma siirtyy kallioon, kuinka sisäosa kuluu ja kuinka paljon voimaa tarvitaan tunkeutumiseen.

Tärkeimmät geometriset ominaisuudet ovat nenän muoto, nenäkulma, rungon kartio ja asennusosa. Kartiomainen kärki on yleinen ja on tehokas tunkeutumaan kiveen. Pallomainen tai tylppä nokka levittää kosketusaluetta, vähentää halkeamisriskiä ja on joskus parempi erittäin kovalle tai massiiviselle kivelle. Taltan muotoista kärkeä voidaan käyttää joissakin malleissa lineaarisen katkoksen luomiseksi. Ei ole olemassa yhtä parasta geometriaa. Valinta riippuu odotetusta kalliosta ja teräpään suunnittelusta.

Kärjen muodon lisäksi sisäosa on pidettävä tukevasti pidikkeessä. Löysä sisäosa tärisee, muodostaa raon pitimeen ja kuluu ennenaikaisesti. Sisäosan runko on usein tehty hieman suuremmalla halkaisijalla kuin reikä tai ura, jotta se voidaan puristaa tai juottaa paikoilleen. Tämä sovitus on yksi syy, miksi koneistustyön toleransseilla on merkitystä. Edes oikea arvosana ei voi kompensoida huonoa istuvuutta.

Terien geometrian hyvä ymmärrys auttaa myös tunnelitiimiä tunnistamaan, miksi jotkut terät kuluvat kartiomaisesti ja miksi toiset muodostavat litteän. Kulutuskuvio antaa usein tietoa kosketuskulmasta. Nämä tiedot ovat hyödyllisiä teräpään parametrien säätämisessä tai terätyypin vaihtamisessa.

Tästä artikkelista saat yleiskatsauksen siitä, kuinka TBM-lisäkesuunnittelu vaikuttaa suorituskykyyn volframikarbiditerät tunneliporauskoneisiin .

TBM-insertien valintatekijät

Oikean valinta TBM insertti ei ole kertaluonteinen päätös. Se on iteratiivinen prosessi, joka alkaa tunnelin geologisista tiedoista ja jatkuu teräpään testeillä. Seuraavassa taulukossa on lueteltu tärkeimmät valintatekijät.

Tämä on paikka, jossa toimittaja voi lisätä arvoa. Ammattimainen valmistaja ei yksinkertaisesti merkitse liitettä "kovaksi" tai "kiville". He kysyvät geologiaraporttia, teräpään eritelmiä ja tarvittavaa terän kokoa. He voivat verrata valittua laatua ja geometriaa tyypillisiin suorituskykytietoihin. Tämä vuoropuhelu on erityisen tärkeää, kun tunneli kulkee useiden geologisten vyöhykkeiden läpi. Kovakivi-insertti saattaa toimia suurimman osan reitistä, mutta pehmeämpi osa tai vikavyöhyke voi aiheuttaa nopeita muutoksia.

Yleinen käytäntö on testata yhtä tai kahta teräsrakennetta projektin alussa. Tarkkailujakson ei tarvitse olla pitkä. Jos terässä on voimakasta lohkeilua, on teräs liian kova tai geometria liian terävä. Jos terät kuluvat nopeasti, mutta kivi ei ole erityisen hankaavaa, laatu on liian pehmeä tai teräpään parametrit ovat väärät. Nämä testit paljastavat, kuinka todellinen kivi käyttäytyy koneen alla, mikä on aina parempi kuin laboratorio arvaus.

Valmistuksen laatu ja johdonmukaisuusongelma

Laatu ja geometria ovat näkyvä osa terän valinnassa. Näkymätön osa on valmistuksen johdonmukaisuus. Volframikarbidi valmistetaan jauheesta. Jos jauhe on huonosti sekoitettu, jos raekokojakauma poikkeaa tai sintrausprosessia ei kontrolloida, yhden erän lisäkkeet voivat käyttäytyä eri tavalla kuin toisessa. Tunnelissa tätä epäjohdonmukaisuutta on erittäin vaikea hyväksyä, koska teräpäässä on monta terää kerralla. Jos yksi sadasta terästä kuluu nopeasti, se voi luoda tunnelin pintaan paikallisen alueen, jota ei ole leikattu kokonaan, jolloin jäljelle jää suuri kivipala, joka viereisen leikkurin on rikottava.

Luotettavan TBM-terän valmistaminen vaatii integroidun tuotantolinjan. Kiinassa Changzhoussa sijaitsevassa laitoksessamme aloitamme volframikarbidijauheen puristamisesta TPA-puristimilla. Tämä menetelmä käyttää kontrolloitua paineprofiilia vihreän kappaleen luomiseksi, jolla on yhtenäinen muoto ja tiheys. Vihreä kappale sintrataan sitten matalapaineisissa sintrausuuneissa. Matalapainesintraus vähentää lopullista jäännöshuokoisuutta ja tuottaa hienomman ja tiheämmän rakenteen. Tiheä rakenne, jossa on vähän huokosia, on suoraan yhteydessä parempaan kulutuskestävyyteen ja pienempään murtumisriskiin.

Sintrauksen jälkeen terät hiotaan lopullisiin mittoihin ja pintakäsittelyyn. Tarkkuushionta tehdään viisiakselisilla CNC-työkaluhiomakoneilla ja työkalun geometria varmistetaan digitaalisella työkalunsäätölaitteistolla. Pyöreiden työkalujen ja muiden tarkkuuskomponenttien tuotantomme noudattaa tunnustettua saksalaista tuotantostandardia. Tämä järjestelmä antaa meille vertailukohdan toleransseille ja työkalun käyttöikään. Tarkastusvälineet ovat osa prosessia; niitä ei poisteta tuotantoympäristöstä ja niitä käytetään vain lopputarkastuksiin. Niitä käytetään myös koneen hiontatoiminnan ohjaamiseen.

Yrityksellä on ISO9001- ja ISO14001-sertifikaatit. Nämä sertifikaatit osoittavat, että tuotantojärjestelmä on auditoitu ja että ympäristö- ja laatuprosessit ovat käytössä. Tunneliprojektissa tämä ohjaustaso tukee yksinkertaista mutta tärkeää tavoitetta: työmaalle saapuvien lisäosien tulee käyttäytyä johdonmukaisesti testattujen lisäosien kanssa.

Real-World Insert Life and Cost

TBM-insertin hinta on pieni verrattuna tunnelin seisokkien kustannuksiin. Tästä syystä välikappaleen valinta on nähtävä tuottavuustekijänä, ei vain ostorivikohtana.

Huonosti sovitettu terä voi myös aiheuttaa geometrisia ongelmia. Jos terä kuluu epätasaisesti, terälevy saattaa lakata pyörimästä ja leikata tasaisen reunan kallioon. Tämä lisää koko leikkuupään leikkausvastusta. Tunnelointiurakoitsijat tietävät, että odottamattoman teräpään pysäytyksen hinta ei ole vain työ tai uudet osat; se on myös menetetty tuotanto ja riski aikataululle.

Tehokas käytäntö on seurata lisäkkeen käyttöikää tunnelin vyöhykkettä kohti metreinä etukäteen. Tämä luo yksinkertaisen suorituskäyrän, jota voidaan verrata kalliotyyppiin. Kun sisäosa saavuttaa käyttöikänsä lopussa, suunniteltu vaihto voidaan tehdä turvallisessa paikassa. Sisäkkeen materiaali, sen geometria ja valmistuslaatu vaikuttavat kaikki tähän suunnitelmaan.

Terän valinnan, kallion olosuhteiden ja leikkuupään suorituskyvyn välistä suhdetta käsitellään tarkemmin artikkelissamme miksi TBM-volframikarbiditerät ovat ratkaisevan tärkeitä maanalaisessa rakentamisessa .

TBM volframikarbidi on pieni komponentti, jolla on valtava vaikutus tunnelin etenemiseen. Materiaalin tulee olla kestävää hankausta vastaan. Geometrian on vastattava kalliota. Laadun on vastattava todellista teräpäätä. Ja valmistuksen on tuotettava yhdenmukaisia ​​osia. Kun nämä tekijät osuvat kohdalleen, sisäosa toimii suunnitellulla tavalla ennustettavalla etäisyydellä. Kun yksi tekijä on vialla, kone kärsii. Ostajien ja tunnelointiinsinöörien tulisi käsitellä terän valintaa teknisenä neuvotteluna: kerätä geologiset tiedot, keskustella teräpään suunnittelusta ja vaatia toimittajaa, joka voi ohjata koko tuotantoprosessia. Päivät, jolloin teräpää pysyy alhaalla, ovat kalliimpia kuin itse terä.