TBM wolfraamcarbide wisselplaten: selectie-, prestatie- en leveranciersgids

Bij een hardsteentunnelproject is de TBM-freeskop het enige contact tussen de machine en de grond. Honderden hardmetalen wisselplaten rijden op elk moment op die freeskop. Ieder van hen is verantwoordelijk voor het breken van gesteente, het dragen van lasten en het overleven in een omgeving met stof, water, trillingen en harde minerale korrels. Als een wisselplaat voortijdig faalt, stopt de snijkop, verliest de tunnel uren en klimt een team in een besloten ruimte om deze te vervangen. Het gevolg is niet alleen de kosten van het inzetstuk; het zijn de kosten als de machine niet beweegt. Daarom is de keuze voor een TBM-hardmetalen wisselplaat een projectbeslissing en geen bestelling van reserveonderdelen.

Waarom wolfraamcarbide de standaard is voor TBM-wisselplaten

De fundamentele reden is van materiële aard. Wolfraamcarbide, of gecementeerd carbide, is een composiet gemaakt van wolfraamcarbidedeeltjes die aan elkaar zijn gebonden door een kobaltmetaalmatrix. De carbidedeeltjes geven het materiaal zijn buitengewone hardheid. Het kobaltbindmiddel geeft het de stevigheid om schokken te overleven. TBM-inzetstukken werken tegen gesteente dat kwarts kan bevatten, wat harder is dan bijna elk technisch materiaal. Bij normaal gebruik ondervindt het inzetstuk hoge drukbelastingen en plotselinge puntbelastingen door onregelmatige rotswanden. Een materiaal dat te hard is, zal afbrokkelen. Een materiaal dat te zacht is, zal snel slijten. Wolfraamcarbide biedt een balans die geen enkel ander praktisch materiaal kan evenaren.

Het materiaal kan binnen bepaalde grenzen worden afgestemd. Het kobaltgehalte varieert gewoonlijk van ongeveer 6 procent tot 13 procent, en de korrelgrootte van wolfraamcarbide kan fijn, medium of grof zijn. Een fijnere korrel geeft doorgaans een hogere hardheid en een betere scherptevastheid. Een grovere korrel geeft een betere taaiheid en thermische schokbestendigheid. Voor TBM-wisselplaten is de bedrijfsomstandigheden normaal gesproken schurend en schokbelast, dus een meer gebalanceerde kwaliteit is typisch. De hardheidswaarden voor deze kwaliteiten vallen gewoonlijk in het bereik van HRA 86 tot 92. Een specifieke kwaliteit mag alleen worden geselecteerd nadat de rotscondities bekend zijn.

In de praktijk betekent dit dat hetzelfde inzetstuk dat soepel werkt in een tunnel van zachte klei en zand, een zeer korte levensduur kan hebben in een tunnel van hard graniet. Een kwaliteit die goed is voor graniet kan te bros zijn voor zeer gebroken grond. De invoergegevens die er toe doen zijn het gesteentetype, de uniaxiale druksterkte en het kwartsgehalte. Samenvattend: de materiaalsoort is het uitgangspunt bij de keuze van de wisselplaat, en deze moet bij de ondergrond passen, niet bij de machine.

Invoeggeometrie: meer dan een scherpe rand

TBM-wisselplaten worden vaak voorgesteld als scherpe tanden, maar in werkelijkheid werken ze meer als schrapers en brekers. De geometrie van het inzetstuk bepaalt hoe de belasting op het gesteente wordt overgebracht, hoe het inzetstuk slijt en hoeveel kracht er nodig is om er doorheen te dringen.

De belangrijkste geometrische kenmerken zijn de neusvorm, de neushoek, de tapsheid van het lichaam en het montagegedeelte. Een conische punt is gebruikelijk en is effectief voor het penetreren van gesteente. Een bolvormige of stompere neus spreidt het contactgebied uit, vermindert het risico op chippen en heeft soms de voorkeur voor zeer harde of massieve rotsen. Bij sommige ontwerpen kan een beitelvormige punt worden gebruikt om een ​​lineaire breuk te creëren. Er bestaat niet één beste geometrie. De keuze hangt af van het te verwachten gesteente en het ontwerp van de snijkop.

Naast de puntvorm moet het inzetstuk stevig in de houder worden gehouden. Een los inzetstuk trilt, creëert een gleuf in de houder en slijt voortijdig. Het lichaam van het inzetstuk is vaak gemaakt met een iets grotere diameter dan het gat of de sleuf, zodat het op zijn plaats kan worden gedrukt of gesoldeerd. Deze pasvorm is een van de redenen dat de toleranties van het bewerkingswerk ertoe doen. Zelfs het juiste cijfer kan een slechte pasvorm niet compenseren.

Een goed begrip van de wisselplaatgeometrie helpt een tunnelteam ook te begrijpen waarom sommige wisselplaten in een kegelvormig patroon slijten en waarom andere een lekke band krijgen. Het slijtagepatroon geeft vaak informatie over de contacthoek. Deze kennis is nuttig voor het aanpassen van de snijkopparameters of het wijzigen van het wisselplaattype.

Voor een overzicht van hoe het ontwerp van TBM-wisselplaten de prestaties beïnvloedt, kunt u dit artikel raadplegen op wolfraamcarbide wisselplaten voor tunnelboormachines .

Selectiefactoren voor TBM-wisselplaten

Het juiste selecteren TBM-inzetstuk is geen eenmalige beslissing. Het is een iteratief proces dat begint met de geologische gegevens van de tunnel en zich voortzet via tests op de snijkop. In de volgende tabel staan ​​de belangrijkste selectiefactoren vermeld.

Dit is een plek waar een leverancier waarde kan toevoegen. Een professionele fabrikant zal een inzetstuk niet simpelweg bestempelen als 'hard' of 'voor rock'. Ze zullen vragen naar het geologische rapport, de snijkopspecificatie en de vereiste wisselplaatgrootte. Ze kunnen de geselecteerde kwaliteit en geometrie vergelijken met typische prestatiegegevens. Deze dialoog is vooral belangrijk wanneer de tunnel door verschillende geologische zones loopt. Een hardsteeninzet kan voor het grootste deel van de route werken, maar een zachter gedeelte of een breukzone kan voor snelle veranderingen zorgen.

Het is gebruikelijk om aan het begin van een project een of twee wisselplaatontwerpen te testen. De observatieperiode hoeft niet lang te zijn. Als de wisselplaten veel chipping vertonen, is de hardmetaalsoort te hard of is de geometrie te spits. Als de wisselplaten snel slijten maar het gesteente niet bijzonder schurend is, is de kwaliteit te zacht of zijn de parameters van de freeskop verkeerd. Deze tests laten zien hoe het daadwerkelijke gesteente zich onder de machine gedraagt, wat altijd beter is dan een gok in het laboratorium.

Productiekwaliteit en het consistentieprobleem

De kwaliteit en geometrie zijn het zichtbare deel van de wisselplaatselectie. Het onzichtbare deel is de consistentie van de productie. Wolfraamcarbide wordt geproduceerd uit poeder. Als het poeder slecht gemengd is, als de korrelgrootteverdeling afwijkt of als het sinterproces niet gecontroleerd wordt, kunnen de inzetstukken van de ene batch zich anders gedragen dan de andere. In een tunnel is deze inconsistentie zeer moeilijk te aanvaarden, omdat de snijkop veel wisselplaten tegelijk draagt. Als één op de honderd inzetstukken snel verslijt, kan er plaatselijk een gebied op het tunnelvlak ontstaan ​​dat niet volledig is uitgesneden, waardoor een groot stuk steen overblijft dat door de naburige boor moet worden gebroken.

Het produceren van een betrouwbare TBM-wisselplaat vereist een geïntegreerde productielijn. In onze fabriek in Changzhou, China, beginnen we met het persen van wolfraamcarbidepoeder met behulp van TPA-persen. Deze methode maakt gebruik van een gecontroleerd drukprofiel om een ​​groen lichaam te creëren met een consistente vorm en dichtheid. Het groene lichaam wordt vervolgens gesinterd in lagedruk-sinterovens. Sinteren onder lage druk vermindert de uiteindelijke resterende porositeit en produceert een fijnere en dichtere structuur. Een dichte structuur met weinig poriën houdt direct verband met een betere slijtvastheid en een lager breukrisico.

Na het sinteren worden de inzetstukken geslepen tot de uiteindelijke afmetingen en oppervlakteafwerking. Precisieslijpen wordt gedaan op vijfassige CNC-gereedschapslijpmachines en de gereedschapsgeometrie wordt geverifieerd met digitale gereedschapinstelapparatuur. Voor ronde gereedschappen en andere precisiecomponenten volgt onze productie een erkende Duitse productiestandaard. Dit systeem geeft ons een maatstaf voor toleranties en standtijd. Het inspectie-instrumentarium is onderdeel van het proces; ze worden niet uit de productieomgeving verwijderd en alleen gebruikt voor eindcontroles. Ze worden ook gebruikt om het machinaal slijpen te regelen.

Het bedrijf is ISO9001 en ISO14001 gecertificeerd. Deze certificeringen geven aan dat het productiesysteem wordt gecontroleerd en dat er processen voor milieu- en kwaliteitsbeheer aanwezig zijn. Voor een tunnelproject ondersteunt dit controleniveau een eenvoudig maar belangrijk doel: de inzetstukken die op de locatie aankomen, moeten zich consistent gedragen als de inzetstukken die zijn getest.

Levensduur en kosten in de praktijk

De kosten van een TBM-wisselplaat zijn klein vergeleken met de kosten van tunneluitval. Dit is de reden dat invoegselectie moet worden gezien als een productiviteitsfactor, en niet alleen als een inkoopregelartikel.

Een slecht op elkaar afgestemde wisselplaat kan ook geometrieproblemen veroorzaken. Als een wisselplaat ongelijkmatig slijt, kan de snijschijf stoppen met draaien en een platte rand in het gesteente snijden. Dit verhoogt de snijweerstand voor de gehele messenkooi. Tunnelaannemers weten dat de kosten van een onverwachte stop van de messenkooi niet alleen uit de arbeid of de nieuwe onderdelen bestaan; het is ook de verloren productie en het risico voor de planning.

Een effectieve praktijk is het bijhouden van de levensduur van het inzetstuk per zone van de tunnel, in meters vooruit. Hierdoor ontstaat een eenvoudige prestatiecurve die kan worden vergeleken met het steentype. Wanneer het inzetstuk het einde van zijn levensduur bereikt, kan een geplande vervanging op een veilige locatie worden uitgevoerd. Het materiaal dat in de wisselplaat wordt gebruikt, de geometrie en de productiekwaliteit dragen allemaal bij aan dat plan.

De relatie tussen de keuze van de wisselplaat, de omstandigheden van het gesteente en de prestaties van de snijkop wordt uitgebreider behandeld in ons artikel over waarom TBM-wolfraamcarbide inzetstukken cruciaal zijn voor ondergrondse constructies .

De TBM-wolfraamcarbide wisselplaat is een klein onderdeel met een grote invloed op de tunnelvoortgang. Het materiaal moet slijtvast zijn. De geometrie moet overeenkomen met de rots. De kwaliteit moet overeenkomen met de daadwerkelijke messenkooi. En de productie moet consistente onderdelen produceren. Wanneer deze factoren op hun plaats vallen, presteert het inzetstuk zoals ontworpen voor een voorspelbare afstand. Wanneer één factor verkeerd is, is het de machine die daaronder lijdt. Kopers en tunnelingenieurs moeten de keuze van de wisselplaat beschouwen als een technische onderhandeling: verzamel de geologische gegevens, bespreek het ontwerp van de snijkop en heb een leverancier nodig die het hele productieproces kan controleren. De dagen dat de messenkooi omlaag blijft, zijn duurder dan de wisselplaat zelf.