掘金新三板之恒立鉆具:地鐵盾構機背后的刀具供應商
很多人天天坐地鐵,地鐵施工需要用到盾構機,盾構機要能粉碎巖和硬土,就需要恒立鉆這樣的刀具供應商。
恒立鉆具是國企改制企業(yè)。2004 年 6 月 30 日,武漢江鉆恒立工程鉆具股份有限公司 的 原股東江漢石油鉆頭股份有限公司(現(xiàn)在的石化機械(SZ:000852),主營業(yè)務包括各類油氣開發(fā)裝備裝置,以及鉆頭、鉆具、管匯、閥門、井下工具、儀器儀表的研制、銷售與檢測運維服務)將其持有的 19%股權轉讓給其下屬子公司上海隆泰資產(chǎn)管理有限公司,另外 68.5%股權按凈資產(chǎn)轉讓給余立新、杜衡、唐莉梅、孫小鷗等 26 名參與公司改制的職工。
恒立鉆具是國企改制企業(yè)。2004 年 6 月 30 日,武漢江鉆恒立工程鉆具股份有限公司 的 原股東江漢石油鉆頭股份有限公司(現(xiàn)在的石化機械(SZ:000852),主營業(yè)務包括各類油氣開發(fā)裝備裝置,以及鉆頭、鉆具、管匯、閥門、井下工具、儀器儀表的研制、銷售與檢測運維服務)將其持有的 19%股權轉讓給其下屬子公司上海隆泰資產(chǎn)管理有限公司,另外 68.5%股權按凈資產(chǎn)轉讓給余立新、杜衡、唐莉梅、孫小鷗等 26 名參與公司改制的職工。
恒立鉆具主要從事各類工程破巖工具的設計、生產(chǎn)和銷售。主要產(chǎn)品包括各種盾構及 TBM 刀具、頂管施工刀具,潛孔沖擊器和鉆頭、鉆桿等,水平定向穿越鉆頭(擴孔器、回擴頭)、擴孔鉆頭。
主要分為三大板塊:1、盾構及 TBM 刀具;2、頂管刀具及破巖滾刀;3、水平定向穿越擴孔鉆及扶正器。
其中,TBM刀具(隧道掘進機稱為 Tunneling Boring Machine ,簡稱TBM)占比91%。
公司的生產(chǎn)主要采取以銷定產(chǎn)的模式,根據(jù)銷售訂單的情況進行生產(chǎn)。
公司產(chǎn)品生產(chǎn)主要集中在潛江和武漢兩個生產(chǎn)基地,潛江生產(chǎn)基地以銑削加工生產(chǎn)工作為主,武漢生產(chǎn)基地以車削加工為主,并負責總裝。潛江負責大部分的生產(chǎn)任務。
2018 年底、2019 年初公司將生產(chǎn)線搬遷到潛江,絕大部分制造資源搬遷到了湖北潛江,生產(chǎn)集中的規(guī)模效應顯現(xiàn),公司的制造能力得到了提升。
對于盾構機來說,掘削系統(tǒng)即是掘削刀盤及其驅(qū)動系統(tǒng)。掘削系統(tǒng)直接影響到盾構機的施工效果,而且,盾構刀具對盾構機的造價有著很大的影響,直接影響盾構機總造價的4%以上。
盾構機的刀具布置和形狀是盾構機設計中的重要組成部分,刀具質(zhì)量以及刀具形狀是否適合工程的的地質(zhì)條件,直接影響到盾構機的工作效果以及掘進速度和工程質(zhì)量,所以,刀具的選型和質(zhì)量是盾構工程不可缺少的一個部分。
盾構機刀具根據(jù)工作方式和位置、形狀等方式分類,常見的分類方式是采用工作原理分類,主要為切削刀和滾刀兩種,其中切削刀又分為齒刀、刮刀、先行刀等多種,根據(jù)不同的盾構設計以及土層情況,客戶需要選配不同的刀具進行投入工作。例如,地質(zhì)為硬巖時,一般配合采用滾刀,地質(zhì)為軟質(zhì)巖石時,一般采用齒刀,處于兩者中間的可以選擇切刀進行工作。
隧道掘進機上的刀具有中心刀6把、正滾刀62把、邊刀3把、擴孔刀2把,共4種73把,按一定規(guī)律布置并安裝在TBM刀具刀盤上。邊刀與正刀基本相同。軸承與密封是刀具上的兩種重要裝置,對刀具掘進運轉的可靠性和刀具的消耗具有特別重要的影響。
滾刀的切削原理主要是刀具依靠擠壓破巖,一般用于巖石隧道的掘進。當穿越松散地層但有大粒徑的礫石(粒徑大于400mm)、并且含量達到一定比例時,也可采用滾刀型刀具。另在隧道地質(zhì)條件復雜多變、巖石(強度不算太高)與一般土體(或粘土或砂土)交錯頻繁出現(xiàn)的情況,也有可能采用滾刀型刀具,即在復合式盾構機中采用。
切削刀的切削原理則主要是盾構機向前推進的同時,刀具隨刀盤旋轉對開挖面土體產(chǎn)生軸向(沿隧道前進方向)剪切力和徑向(刀盤旋轉切線方向)切削力,不斷將開挖面前方土體切削下來。切削刀一般適用于粒徑小于400mm的砂卵石、砂土、粘土等松散體地層。
TBM刀具更換標準沒有一個固定的值,需要刀具工根據(jù)工作實際情況來判斷是否需要更換和什么時候更換。但在一般正常磨損的情況之下,當邊刀刀圈磨損掉10~15 mm左右、面刀和中心雙刃刀刀圈磨損掉20~25mm左右時就需要對它們進行更換。因為此時刀圈的刀刃變寬,其切削巖石的能力降低,TBM掘進時所需要的扭距和推力就會增大,加大了TBM液壓系統(tǒng)和電機系統(tǒng)的負荷,而且切削下來的巖石也會磨損到刀盤面,會降低TBM的使用壽命。而如果在小于上述更換標準的情況之下頻繁地進行更換,則不能發(fā)揮每一個刀圈應有的效能,也將浪費掉許多寶貴的時間。另外在非正常磨損的情況之下,如發(fā)生刀圈的刀刃破損嚴重、轉動軸承壞掉、密封潤滑油泄露等等情況,刀具就需要及時進行更換,因為這樣會加重相鄰刀具切削巖石的負荷,不僅影響TBM的正常掘進,而且還會影響到與其相鄰刀具的正常使用,會造成刀具連鎖性大量破損。
刀具的失效形式主要有以下幾種:
刀具磨損:占刀具更換量的80%。
刀圈偏磨:滾刀在掘進過程中不轉動,中心區(qū)滾刀容易出現(xiàn)此現(xiàn)象。
刀圈斷裂:推力過大或刀圈在比較硬的巖石上滾動時有可能發(fā)生,邊緣滾刀和正面區(qū)滾刀經(jīng)常有此現(xiàn)象。
表面缺陷:金屬或其他堅硬物損壞刀圈的局部表面。
刀圈擋圈磨損或脫落:一旦刀圈擋圈脫落或焊接處磨損嚴重,就應該更換刀具。
滾刀漏油:由于密封件的損壞,可能使密封油泄露,從而導致油封座和輪轂的損壞。
輪轂磨損:刀盤和渣土不間斷的摩擦,使得滾刀輪轂發(fā)生磨損。
油封座損壞:漏油導致。
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