در تونل‌سازی مکانیزه، دستگاه حفار تونل یا TBM (Tunnel Boring Machine) ماه‌ها و گاهی سال‌ها بدون توقف طولانی کار می‌کند و هر توقف برنامه‌ریزی‌نشده هزینه سنگینی به پروژه تحمیل می‌کند. بخش مهمی از قابلیت اطمینان این ماشین‌های عظیم به بیرینگ‌های آن بستگی دارد؛ از بیرینگ اصلی بزرگ‌قطر که بار کاترهد را منتقل می‌کند تا بیرینگ‌های دیسک کاتر و گیربکس‌ها.
در این مقاله بیرینگ TBM را از نظر جایگاه در دستگاه، انواع بیرینگ اصلی (TBM main bearing)، بیرینگ دیسک کاتر، بیرینگ گیربکس و موتور، بارها و شرایط کاری، عوامل مؤثر بر عمر و معیارهای انتخاب بررسی می‌کنیم. در پایان نیز توضیح می‌دهیم برای تامین قطعات یدکی TBM چه اطلاعاتی لازم است. اگر با مفاهیم پایه بیرینگ آشنا نیستید، ابتدا مقاله انواع بیرینگ را مطالعه کنید.
آخرین به‌روزرسانی: مهر ۱۴۰۵
TBM یا دستگاه حفار تونل ماشینی است که با چرخش کاترهد (سر برشی) و فشار آن به جبهه کار، خاک یا سنگ را حفر می‌کند و هم‌زمان پوشش تونل را نصب می‌کند. بسته به نوع زمین و روش کار، دستگاه‌ها معمولاً در چند گروه اصلی قرار می‌گیرند، مانند TBM تعادل فشار زمین (EPB)، TBM دوغابی (Slurry یا Mixshield) و TBM سنگ سخت.
در همه این دستگاه‌ها، کاترهد باید با گشتاور بالا و سرعت دورانی پایین بچرخد و در برابر بارهای محوری و شعاعی بسیار سنگین و گشتاورهای واژگونی مقاومت کند. بیرینگ‌ها در این ساختار سه وظیفه اصلی دارند: انتقال بار، امکان چرخش روان کاترهد و اجزای متحرک، و حفظ دقت و هم‌محوری مجموعه در شرایط کاری بسیار سخت.
به همین دلیل، بیرینگ TBM یا بیرینگ دستگاه حفار تونل با بیرینگ‌های معمول صنعتی تفاوت‌های مهمی دارد: ابعاد بسیار بزرگ، ظرفیت بار بالا، نیاز به آب‌بندی تخصصی و ارتباط مستقیم با طراحی هر دستگاه. انتخاب و تامین آن‌ها معمولاً بر اساس مشخصات سازنده دستگاه انجام می‌شود، نه فقط ابعاد.
بیرینگ‌های TBM در چند مجموعه اصلی به کار می‌روند. جدول زیر یک نمای کلی ارائه می‌دهد. نوع دقیق بیرینگ در هر دستگاه به طراحی سازنده بستگی دارد.
| مجموعه | نقش بیرینگ | نوع رایج (بسته به طراحی) | نکته مهم |
|---|---|---|---|
| درایو اصلی و کاترهد | انتقال بار محوری و شعاعی و گشتاور کاترهد | بیرینگ اصلی سه‌ردیفه بزرگ‌قطر (Main Bearing) | آب‌بندی و روانکاری تعیین‌کننده عمر است |
| گیربکس و موتورهای درایو | تحمل بار چرخ‌دنده‌ها و شافت‌ها | رولبرینگ استوانه‌ای، مخروطی و کروی | بار شعاعی و محوری هم‌زمان |
| دیسک کاتر | چرخش آزاد دیسک و تحمل بار برش | رولبرینگ مخروطی (معمولاً دو عدد) همراه سیل | قطعه مصرفی و قابل تعویض |
| اسکرو کانوایر (در برخی TBMها) | نگه‌داشتن و چرخاندن مارپیچ انتقال مواد | رولبرینگ سنگین با آب‌بندی | مواد ساینده و آلودگی |
| ارکتور و سیستم‌های نصب پوشش | چرخش و جابه‌جایی بازوی نصب قطعات | بیرینگ‌های بزرگ‌قطر، لغزشی و مفصلی | بار نوسانی و ضربه |
| نوار نقاله | چرخش غلتک‌ها | بلبرینگ آب‌بندی‌شده | گردوغبار و رطوبت |
بیرینگ اصلی TBM مهم‌ترین و گران‌ترین بیرینگ دستگاه است. این بیرینگ بین ساختار ثابت دستگاه و کاترهد قرار می‌گیرد و بار محوری ناشی از رانش، بار شعاعی، وزن مجموعه و گشتاور واژگونی را تحمل می‌کند. خرابی آن معمولاً به معنای توقف طولانی و هزینه بسیار بالاست.
در بسیاری از TBMها از رولبرینگ سه‌ردیفه (Three-Row Roller Bearing) استفاده می‌شود. در این طراحی معمولاً سه ردیف رولر وجود دارد: دو ردیف برای تحمل بار محوری در هر دو جهت و یک ردیف برای تحمل بار شعاعی. همین چیدمان باعث می‌شود بیرینگ سه‌ردیفه TBM بتواند بارهای محوری سنگین، بار شعاعی و گشتاور واژگونی را هم‌زمان تحمل کند.
رینگ‌های این بیرینگ‌ها معمولاً بزرگ‌قطر و ضخیم‌اند و در بسیاری از طراحی‌ها دندانه چرخ‌دنده روی یکی از رینگ‌ها ایجاد می‌شود تا پینیون‌های گیربکس مستقیماً آن را بچرخانند. قطر این بیرینگ‌ها بسته به اندازه دستگاه می‌تواند از حدود یک و نیم متر تا چند متر باشد.
به دلیل بارهای بسیار بالا، مسیرهای غلتش و رولرها از فولاد مخصوص و با عملیات حرارتی کنترل‌شده ساخته می‌شوند و عمق سختی و کیفیت سطح اهمیت زیادی دارد. تلرانس‌های ساخت، لقی داخلی یا پیش‌بار و کیفیت مواد باید با مشخصات سازنده اصلی دستگاه مطابقت داشته باشد.
بیرینگ اصلی در محیطی کار می‌کند که گل، آب، ذرات سنگ و خاک در نزدیکی آن وجود دارد. به همین دلیل، آب‌بندی اصلی (Main Drive Seal) و سیستم روانکاری اهمیت فوق‌العاده‌ای دارند. در بسیاری از طراحی‌ها از مجموعه آب‌بندی چندمرحله‌ای و روانکاری با روغن یا گریس تحت کنترل استفاده می‌شود. نفوذ آلودگی به داخل بیرینگ از دلایل اصلی خرابی زودرس است. برای آشنایی با انواع آب‌بندی در این دستگاه‌ها، مقاله سیل TBM را مطالعه کنید.
کاترهد توسط موتورهای الکتریکی یا هیدرولیکی و گیربکس‌های سیاره‌ای (Planetary) به حرکت درمی‌آید. پینیون‌های گیربکس با چرخ‌دنده روی بیرینگ اصلی درگیر می‌شوند و گشتاور را منتقل می‌کنند. شافت‌ها و اجزای دوار این گیربکس‌ها روی بیرینگ‌های غلتشی سوار هستند.
در این گیربکس‌ها بسته به طراحی از رولبرینگ استوانه‌ای، رولبرینگ مخروطی و رولبرینگ کروی استفاده می‌شود. نیروهای ایجادشده توسط چرخ‌دنده‌ها می‌توانند هم شعاعی و هم محوری باشند و بارهای ضربه‌ای ناشی از شرایط زمین نیز به آن‌ها منتقل می‌شود. دمای کاری، کیفیت روانکار و فیلتراسیون روغن در عمر این بیرینگ‌ها نقش مهمی دارند.
دیسک کاترها غلتک‌های برشی روی کاترهد هستند که با فشار زیاد به سنگ می‌چسبند و می‌چرخند. هر دیسک روی یک هاب و شافت قرار دارد و بیرینگ‌های آن امکان چرخش آزاد دیسک را فراهم می‌کنند. در بسیاری از طراحی‌ها از رولبرینگ‌های مخروطی (معمولاً دو عدد در آرایش مقابل هم) و آب‌بندی مخصوص استفاده می‌شود.
اندازه‌های رایج دیسک کاتر شامل ۱۷، ۱۹ و ۲۰ اینچ است و ظرفیت بار بیرینگ به رده دیسک بستگی دارد. اگر بیرینگ دیسک کاتر خراب شود یا آب‌بندی آن آسیب ببیند، دیسک از چرخش بازمی‌ایستد و سطح آن مسطح و ساییده می‌شود که باعث افزایش بار روی سایر قطعات و کاهش بازده حفاری می‌شود. دیسک کاترها قطعات مصرفی هستند و در توقف‌های برنامه‌ریزی‌شده تعویض می‌شوند. جزئیات بیشتر در مقاله بیرینگ دیسک کاتر آمده است.
بارگذاری بیرینگ‌های TBM بسیار سخت‌تر از ماشین‌آلات صنعتی معمول است. مهم‌ترین عوامل عبارت‌اند از:
عمر بیرینگ TBM معمولاً بر اساس عمر مورد انتظار پروژه طراحی می‌شود، اما در عمل چند عامل می‌تواند آن را کاهش دهد:
برخی نشانه‌ها می‌تواند هشدار اولیه باشد: افزایش دمای روغن یا بیرینگ، افزایش گشتاور مورد نیاز، ذرات فلزی در روغن، صدا یا ارتعاش غیرعادی و نشتی در محل آب‌بندها. پایش دوره‌ای روغن، دما و ارتعاش کمک می‌کند خرابی قبل از آسیب جدی تشخیص داده شود. برای آشنایی بیشتر با الگوها و علل خرابی بیرینگ‌های صنعتی، مقاله علل خرابی بیرینگ صنعتی را ببینید.
انتخاب بیرینگ TBM فقط بر اساس ابعاد انجام نمی‌شود. موارد زیر باید بررسی شوند:
قطعات یدکی TBM به دلیل ابعاد، وزن و تخصصی بودن معمولاً زمان تامین طولانی دارند. به همین دلیل، برنامه‌ریزی تامین پیش از توقف دستگاه اهمیت زیادی دارد.
برای دریافت پیشنهاد دقیق، اطلاعات زیر مفید است:
بیرینگ TBM مجموعه‌ای از قطعات تخصصی است که از بیرینگ اصلی سه‌ردیفه و بیرینگ‌های گیربکس تا بیرینگ دیسک کاتر را شامل می‌شود. هر کدام شرایط بارگذاری، آب‌بندی و تلرانس‌های خاص خود را دارند و انتخاب آن‌ها باید بر اساس مشخصات دستگاه، نقشه و توصیه سازنده انجام شود.
مهم‌ترین عوامل در طول عمر این بیرینگ‌ها، آب‌بندی مناسب، روانکاری تمیز، نصب صحیح و پایش وضعیت هستند. برنامه‌ریزی زودهنگام برای تامین قطعات یدکی نیز می‌تواند توقف‌های طولانی را کاهش دهد.
برای تامین بیرینگ و سیل دستگاه‌های TBM، بررسی کد فنی و مشاوره درباره جایگزین مناسب، می‌توانید به صفحه تامین بیرینگ و سیل TBM مراجعه کنید یا برای استعلام قیمت با ما تماس بگیرید.
بیرینگ TBM مجموعه بیرینگ‌هایی است که در دستگاه حفار تونل برای انتقال بار و امکان چرخش کاترهد و اجزای متحرک به کار می‌روند. مهم‌ترین آن‌ها بیرینگ اصلی، بیرینگ‌های گیربکس و بیرینگ دیسک کاتر هستند.
بیرینگ اصلی یا Main Bearing یک بیرینگ بزرگ‌قطر است که بین ساختار ثابت دستگاه و کاترهد قرار می‌گیرد و بارهای محوری، شعاعی و گشتاور واژگونی را تحمل می‌کند.
بیرینگ سه‌ردیفه معمولاً دو ردیف رولر برای بار محوری در دو جهت و یک ردیف رولر برای بار شعاعی دارد. این ساختار امکان تحمل هم‌زمان بار محوری، شعاعی و گشتاور واژگونی را فراهم می‌کند.
نفوذ گل و ذرات به دلیل آسیب آب‌بندی، روانکاری نامناسب، اضافه‌بار، خطای نصب و پایش ضعیف از دلایل رایج خرابی هستند.
در بسیاری از طراحی‌ها از رولبرینگ‌های مخروطی همراه با آب‌بندی مخصوص در هاب دیسک کاتر استفاده می‌شود. نوع دقیق به طراحی و سازنده دیسک بستگی دارد.
نام سازنده و مدل TBM، کد فنی یا شماره قطعه، نقشه، ابعاد، محل استفاده، تصویر یا پلاک قطعه و تعداد مورد نیاز مهم‌ترین اطلاعات برای استعلام هستند.
در برخی موارد بازسازی تخصصی ممکن است، اما باید وضعیت قطعه، امکان‌سنجی فنی و تأیید سازنده یا مرجع فنی بررسی شود. تصمیم نهایی بر اساس بازرسی دقیق گرفته می‌شود.
زمان تامین بسته به اندازه، مشخصات، سازنده و موجودی متفاوت است و برای قطعات بزرگ‌قطر معمولاً طولانی است. بهتر است تامین پیش از زمان نیاز برنامه‌ریزی شود.
