螺旋輸送機(jī)是土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，如果螺旋輸送機(jī)性能不穩(wěn)定甚至出故障，盾構(gòu)機(jī)就不能正常掘進(jìn)。因此，螺旋輸送機(jī)制作質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到盾構(gòu)機(jī)能否正常工作，最終決定盾構(gòu)施工的成敗。
1、無軸螺旋葉片的對(duì)接方案
土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的螺旋輸送機(jī)葉片通常分為有軸式和無軸式兩種，其中無軸螺旋制作難度相對(duì)較大，其難點(diǎn)在于如何將鑄造好的葉片分段對(duì)接。對(duì)接后的螺旋葉片總長(zhǎng)10 666 mm，外徑∮888 mm，內(nèi)徑∮350 mm，螺距l(xiāng) 100 mm，葉片厚度160舢。下面就這一問題做進(jìn)一步探討。
1.1對(duì)接方案
首先要確定對(duì)接方案。螺旋葉片如果鑄造成一整根是最理想的，但考慮到加工成本問題，決定采用對(duì)接的方式制作。
1.2對(duì)接機(jī)理
假定有l(wèi)根長(zhǎng)11m的螺旋葉片，它可以在任何地方被斷開成若干段，斷開后的螺旋葉片，因?yàn)橐呀?jīng)加工成形，所以每1段的參數(shù)（外徑、內(nèi)徑、螺距等）與斷開前相同。因此，螺旋葉片在制作時(shí)，也可以分成若干段對(duì)接，只要每l段螺旋葉片的參數(shù)相同即可。
1.3材質(zhì)選擇
螺旋葉片的設(shè)計(jì)屈服強(qiáng)度為235 MPa。在工作時(shí)葉片要有一定的韌性，結(jié)合焊接工藝，選擇材質(zhì)為鑄造碳鋼ZC230-450，
2、無軸螺旋葉片的對(duì)接工序
2.1分段鑄造，預(yù)留加工余量
螺旋葉片分4段對(duì)接。考慮對(duì)接后要找正，因此葉片在長(zhǎng)度和直徑方向均預(yù)留加工余量，即：長(zhǎng)度方向預(yù)留400 mm，直徑方向均預(yù)留8咖。
2.2確定同軸度公差值
葉片對(duì)接后4段如果不同軸，頭部旋轉(zhuǎn)時(shí)，尾部會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)。制作誤差越大，擺動(dòng)越大，超出允許范圍的擺動(dòng)會(huì)持續(xù)敲擊套筒內(nèi)壁，最終使套筒局部開裂，造成螺旋輸送機(jī)不能工作，導(dǎo)致施工停止。結(jié)合葉片與套筒內(nèi)壁的間隙，確定同軸度公差值為∮2mm。
2.3制作對(duì)接平臺(tái)
在焊接前根據(jù)對(duì)接工藝，將葉片6個(gè)自由度中的4個(gè)加以約束，其余2個(gè)自由，利用V形塊定位原理，由此設(shè)計(jì)出平臺(tái)結(jié)構(gòu)。制作時(shí)平臺(tái)工作面要水平，與工件接觸面要機(jī)加工，以滿足葉片的定位要求。
2.4葉片初步找正
以葉片外圓為基準(zhǔn)定位，將葉片放到平臺(tái)上，使葉片只有沿本身軸線的移動(dòng)和與其垂直的軸線的擺動(dòng)2個(gè)自由度，其余自由度均加以約束。這樣定位的目的一方面是從焊接工藝角度考慮，盡量減少葉片在變形方向的拘束，有利于減小焊接應(yīng)力；另一方面從控制焊接變形角度考慮，有利于控制焊接變形。先對(duì)接前2段葉片，在平臺(tái)上用細(xì)鋼絲建立葉片理論軸線，測(cè)量葉片外圓母線與理論軸線之間的距離（半徑）．沿圓周分8次測(cè)量，并做標(biāo)識(shí)。旋轉(zhuǎn)2段葉片，將偏差最小的部分與平臺(tái)接觸，使接口對(duì)正，再次測(cè)量2段葉片外圓母線與理論軸線之間的距離，并做標(biāo)識(shí)，此時(shí)最大偏差5 mm。
2.5焊接工藝
2. 5.1焊接方法
采用手工電弧焊，直流反接。
2.5.2焊條類型
低氫鈉型J427。
2.5.3工件裝配
制作焊接工藝平臺(tái)，工件裝配到平臺(tái)上。
2.5.4坡口形式
雙U形坡口，單邊坡口寬20 mm，深75 mm。
2.5.5焊接變形的控制
用反變形法控制，邊焊接、邊測(cè)量、邊矯正，左右對(duì)稱焊接。打底焊后測(cè)量葉片頭、尾部外圓母線與理論軸線之間的距離，應(yīng)與焊接前沒有變化。然后在左側(cè)堆焊2道，測(cè)量，此時(shí)葉片往左側(cè)擺動(dòng)3mm．在右側(cè)堆焊2道，葉片往右側(cè)擺動(dòng)4 mm。如果葉片往右擺動(dòng)量大于往左擺動(dòng)量，那么下次堆焊依然從左側(cè)開始：如果往右擺動(dòng)量小于往左擺動(dòng)量，那么下次堆焊則從右側(cè)開始。每堆焊2道測(cè)量1次，隨著坡口寬度的增加，可由堆焊2道測(cè)量1次改為堆焊3～4道測(cè)量1次，直至填滿整個(gè)焊縫。最終測(cè)量1次，2段葉片的同軸度與焊接前相比，偏差小于2 mm。用同樣方法對(duì)接剩余葉片，完成后4段葉片的同軸度與焊接前相比，偏差小于2mm。
2.5.6焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)
所有焊縫作超聲波探傷，按CB11345標(biāo)準(zhǔn)，Ⅱ級(jí)驗(yàn)收，質(zhì)量合格。
2.6焊接措施
1)焊條烘干：焊條須經(jīng)過300～350 Ca高溫烘焙1～2 h后立即使用，防止焊縫產(chǎn)生氣孔。
2)焊前清理：坡口附近150 mm范圍內(nèi)，清理油、銹、漆和水分及氧化鐵。
3)預(yù)熱：焊前對(duì)工件局部用氧乙炔焰加熱，溫度大于I50℃，防止產(chǎn)生焊接裂紋。
4)輔助器具：焊條烘箱，保溫筒，SWK-2袖珍數(shù)字式表面溫度計(jì)(0～500℃)。
5)工藝參數(shù)：第1道打底焊，所用焊條直徑∮32哪，電流120～150 A．以后每道焊縫所用焊條直徑∮4 mm，電流160—200A。
6)后熱：焊后立即對(duì)工件局部加熱至250—350℃，用石棉布保溫。
2.6.1溫度控制方法
初步找正后在接口位置開坡口，坡口位置選擇在垂直方向，這樣焊接變形會(huì)在水平面內(nèi)，測(cè)量變形容易，控制變形也容易。葉片鑄件外徑∮896 mm，內(nèi)徑∮350 mm，厚度達(dá)160 mm。焊接如此厚的工件，控制溫度非常關(guān)鍵，溫度控制不好，會(huì)產(chǎn)生冷裂紋，使工件成為廢品。焊接時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，焊前對(duì)接口周圍300 mm范圍預(yù)熱，溫度200℃，用袖珍數(shù)字式表面溫度計(jì)測(cè)量溫度。為最大限度延長(zhǎng)保溫時(shí)間，避免反復(fù)預(yù)熱，提高焊接效率，采取每道接口由2組焊工進(jìn)行不間斷焊接的方法，每道接口一次焊完，然后進(jìn)行后熱和保溫。
2.6.2消除應(yīng)力
焊接時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力對(duì)工件的強(qiáng)度有影響，需要消除。對(duì)接完成后采用振動(dòng)法消除整根螺旋殘余應(yīng)力。由于螺旋較長(zhǎng)，做振動(dòng)時(shí)激振器要換幾個(gè)位置多做幾次，這樣才能更好地消除殘余應(yīng)力。
2.7整根找正．精確修磨
螺旋葉片在消除應(yīng)力后進(jìn)行測(cè)量，外圓母線距離理論軸線為444 mm，大于444 mm處作標(biāo)識(shí)。將作標(biāo)識(shí)處刨除，然后磨光，保證外徑∮888 mm;軸線方向去除多余部分，保證長(zhǎng)度10 666 mm。再次測(cè)量，此時(shí)整根螺旋同軸度偏差小于2 mm，符合要求。
3、螺旋輸送機(jī)的實(shí)際應(yīng)用
北京市市政四建設(shè)工程有限責(zé)任公司與JTSC聯(lián)合制造的2臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，已經(jīng)成功應(yīng)用于北京地鐵9號(hào)線3標(biāo)。該盾構(gòu)機(jī)正是采用了上述辦法制作的螺旋輸送機(jī)，每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過約1000m的掘進(jìn)，螺旋輸送機(jī)工作穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。
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