در دستگاه‌های حفار تونل سنگ سخت، دیسک کاترها اولین قطعاتی هستند که با سنگ تماس می‌گیرند و هر کدام تحت بار بسیار بالا می‌چرخند. عملکرد درست هر دیسک به یک مجموعه کوچک ولی حساس وابسته است: بیرینگ دیسک کاتر و سیل آن. اگر بیرینگ یا سیل آسیب ببیند، دیسک دیگر نمی‌چرخد، سطح آن مسطح می‌شود و بازده حفاری کاهش می‌یابد. در بسیاری از پروژه‌ها نیز تعویض دیسک کاتر نیازمند توقف دستگاه و ورود نیروی کار به پشت کاترهد است.
در این مقاله بیرینگ دیسک کاتر TBM را از نظر ساختار، نوع بیرینگ مخروطی دیسک کاتر، سیل بیرینگ، علل خرابی، علائم هشداردهنده، زمان و روش تعویض دیسک کاتر و عوامل مؤثر بر عمر دیسک کاتر بررسی می‌کنیم. اگر می‌خواهید تصویر کلی‌تری از بیرینگ‌های TBM داشته باشید، مقاله بیرینگ TBM را بخوانید.
آخرین به‌روزرسانی: مهر ۱۴۰۵
دیسک کاتر (Disc Cutter) یک غلتک برشی است که روی کاترهد دستگاه حفار تونل نصب می‌شود. هنگام حفاری، کاترهد با نیروی رانش بزرگی به جبهه کار فشار می‌آورد و هر دیسک، هم به‌دور محور خود و هم همراه با کاترهد می‌چرخد. حلقه سخت دیسک با فشار زیاد به سنگ نفوذ می‌کند و باعث ترک‌خوردن و جدا شدن قطعات سنگ می‌شود.
اندازه‌های رایج دیسک کاتر ۱۷، ۱۹ و ۲۰ اینچ هستند و دیسک‌ها بسته به موقعیت روی کاترهد به سه گروه کلی تقسیم می‌شوند: دیسک‌های مرکزی (Center)، دیسک‌های میانی (Face) و دیسک‌های لبه (Gauge). موقعیت دیسک روی سرعت چرخش، نوع بار و نرخ سایش آن اثر دارد.
هر دیسک کاتر از چند جزء اصلی تشکیل شده است. جدول زیر این اجزا و نقش هرکدام را نشان می‌دهد؛ طراحی دقیق بین سازندگان مختلف متفاوت است.
| جزء | نقش |
|---|---|
| حلقه برشی (Cutter Ring) | قسمت سخت و ساینده که با سنگ تماس می‌گیرد و در طول کار فرسوده می‌شود |
| هاب (Hub) | بدنه چرخان که حلقه روی آن قرار دارد و بیرینگ‌ها در آن جا می‌گیرند |
| شافت (محور) | محور ثابت که دیسک روی آن می‌چرخد و به نگهدارنده روی کاترهد بسته می‌شود |
| بیرینگ‌ها | امکان چرخش آزاد هاب و تحمل بارهای شعاعی و محوری |
| سیل‌ها و اورینگ‌ها | نگه‌داشتن روغن در داخل و جلوگیری از ورود آلودگی |
| روغن و مجموعه جبران فشار | روانکاری بیرینگ‌ها و کاهش اختلاف فشار روی سیل (در برخی طراحی‌ها) |
در تصویر زیر نمایی از مجموعه دیسک کاتر و محل بیرینگ و سیل را می‌بینید.
بیرینگ دیسک کاتر باید در فضای بسیار کوچک، بار زیادی را تحمل کند و در عین حال هاب را به‌راحتی بچرخاند. به همین دلیل، در بسیاری از طراحی‌ها از رولبرینگ مخروطی استفاده می‌شود. به‌طور معمول دو بیرینگ در آرایش مقابل هم روی شافت قرار می‌گیرند تا بارهای شعاعی و محوری را همزمان تحمل کنند.
بیرینگ مخروطی توانایی تحمل همزمان بار شعاعی و محوری را دارد و ظرفیت بار بالایی در ابعاد نسبتاً کوچک فراهم می‌کند. بار اصلی دیسک به‌صورت فشاری روی جبهه کار وارد می‌شود و بخشی از بار نیز به‌صورت جانبی (به‌ویژه در دیسک‌های لبه) به بیرینگ منتقل می‌شود. تنظیم دقیق لقی یا پیش‌بار بیرینگ‌ها نقش مهمی در عملکرد و عمر آن‌ها دارد.
دیسک‌های لبه به دلیل فاصله بیشتر از مرکز کاترهد، سرعت چرخش بیشتری دارند و بارهای جانبی بیشتری تحمل می‌کنند. دیسک‌های مرکزی سرعت کمتری دارند و به همین دلیل ممکن است شرایط روانکاری و بار آن‌ها متفاوت باشد. بنابراین عمر بیرینگ یک دیسک می‌تواند با دیسک دیگر کاملاً فرق کند.
برای آشنایی با سایر بیرینگ‌های دستگاه حفار تونل مانند بیرینگ اصلی و بیرینگ گیربکس، مقاله جامع بیرینگ TBM را ببینید.
سیل بیرینگ دیسک کاتر یکی از حساس‌ترین بخش‌های مجموعه است. وظیفه آن این است که روغن روانکار را داخل هاب نگه دارد و مانع ورود گل، آب و ذرات ساینده سنگ به بیرینگ‌ها شود. هر نشتی یا آسیب در سیل، به‌سرعت بیرینگ را در معرض آلودگی و کمبود روانکار قرار می‌دهد. به همین دلیل بسیاری از خرابی‌های بیرینگ دیسک کاتر در واقع از خرابی سیل آغاز می‌شوند.
در دیسک کاترها بسته به طراحی سازنده، از انواع آب‌بند استفاده می‌شود:
نوع دقیق سیل، ابعاد، جنس اورینگ‌ها و نحوه نصب باید مطابق مشخصات سازنده دیسک باشد، چون بخشی از این قطعات اختصاصی طراحی می‌شوند.
رایج‌ترین نشانه، نشتی روغن از هاب است. با کاهش روغن، دمای بیرینگ بالا می‌رود و روانکاری ضعیف می‌شود. سیل آسیب‌دیده را نباید تا خرابی کامل بیرینگ نادیده گرفت. با تعویض به‌موقع سیل یا کل دیسک، می‌توان از سایش و قفل شدن بیرینگ پیشگیری کرد. برای آشنایی بیشتر با آب‌بندی در TBM، مقاله سیل TBM را ببینید.
علاوه بر خرابی سیل، چند عامل دیگر هم می‌توانند بیرینگ دیسک کاتر را از کار بیندازند:
در زمان توقف‌های برنامه‌ریزی‌شده، دیسک کاترها بازرسی می‌شوند. موارد مهم عبارت‌اند از:
در برخی TBMها سیستم‌های پایش دیسک کاتر نیز نصب می‌شود که چرخش و دمای دیسک‌ها را به‌صورت لحظه‌ای ثبت می‌کند و به تشخیص زودهنگام دیسک‌های مشکل‌دار کمک می‌کند.
تعویض دیسک کاتر معمولاً در توقف‌های برنامه‌ریزی‌شده انجام می‌شود. تصمیم‌گیری بر اساس معیارهای سازنده و تجربه پروژه است، اما موارد زیر به‌طور معمول دلیل تعویض هستند:
در TBMهای تحت فشار (فشار زمین یا دوغابی) تعویض دیسک‌ها ممکن است نیازمند ورود در شرایط فشار هوا (Hyperbaric) باشد که پیچیده و پرهزینه است. این موضوع اهمیت پایداری بیرینگ و سیل و برنامه‌ریزی تعویض پیش از خرابی را بیشتر می‌کند.
در بسیاری از پروژه‌ها دیسک‌های تعویض‌شده بازسازی می‌شوند. بازسازی معمولاً شامل باز کردن مجموعه، بررسی هاب و شافت، تعویض حلقه برشی، بیرینگ‌ها، سیل‌ها و اورینگ‌ها، نصب با تنظیم صحیح بیرینگ، پر کردن روغن، تست چرخش و تست نشتی است. کیفیت بازسازی مستقیماً بر عمر دیسک بعدی اثر می‌گذارد. بازسازی باید طبق دستورالعمل سازنده انجام شود و گشتاور چرخش و پیش‌بار بیرینگ‌ها بررسی شود.
عمر دیسک کاتر فقط به کیفیت بیرینگ بستگی ندارد. عوامل زیر نیز اثر مهمی دارند:
بیرینگ‌ها و سیل‌های دیسک کاتر قطعات مصرفی هستند و برنامه‌ریزی تامین آن‌ها اهمیت دارد. در بسیاری از طراحی‌ها بیرینگ‌های مخروطی بر اساس ابعاد استاندارد ساخته می‌شوند، اما سیل‌ها و بعضی اجزای هاب اختصاصی‌اند، بنابراین تطبیق با نقشه و مشخصات سازنده ضروری است.
بیرینگ دیسک کاتر TBM باید در فضای کوچک بار بسیار بالایی را تحمل کند و سیل آن همزمان از ورود گل و ذرات ساینده جلوگیری کند. در بسیاری از طراحی‌ها از بیرینگ‌های مخروطی و سیل‌های مکانیکی استفاده می‌شود و خرابی سیل یکی از شایع‌ترین مسیرهای آسیب بیرینگ است. بازرسی منظم، تعویض به‌موقع، بازسازی اصولی و استفاده از قطعات با کیفیت، عمر دیسک کاتر و بازده حفاری را افزایش می‌دهد.
برای تامین بیرینگ و سیل دیسک کاتر، 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 دیسک کاتر (disc cutter bearing) بیرینگی است که داخل هاب دیسک کاتر TBM قرار می‌گیرد و امکان چرخش آزاد دیسک را فراهم می‌کند و بار برشی را تحمل می‌کند.
در بسیاری از طراحی‌ها از رولبرینگ مخروطی، معمولاً دو عدد در آرایش مقابل هم، استفاده می‌شود. نوع دقیق به طراحی سازنده دیسک بستگی دارد.
سیل بیرینگ دیسک کاتر روغن را داخل هاب نگه می‌دارد و از ورود گل، آب و ذرات سنگ به بیرینگ جلوگیری می‌کند.
نشتی روغن، چرخش سخت یا قفل‌شدن دیسک، دمای غیرعادی و سطح مسطح‌شده حلقه از نشانه‌های رایج هستند.
اگر دیسک به‌دلیل خرابی بیرینگ، گرفتگی یا انسداد از چرخش بازبماند، یک نقطه از حلقه مدام روی سنگ می‌ساید و سطح مسطح می‌شود.
هنگامی که سایش حلقه به حد مجاز برسد، دیسک قفل یا گیردار شود، نشتی روغن رخ دهد، سطح مسطح شود یا آسیب جدی ببیند، دیسک باید طبق معیارهای سازنده تعویض شود.
نوع و سایندگی سنگ، زمین مختلط، موقعیت دیسک، پارامترهای حفاری، کیفیت حلقه و بیرینگ و سیل، کیفیت نصب و بازسازی و برنامه بازرسی از عوامل اصلی هستند.
مدل TBM، اندازه و سازنده دیسک، شماره قطعه یا نقشه، کد فنی بیرینگ، ابعاد و نوع سیل و اورینگ، تعداد مورد نیاز و در صورت امکان تصویر یا پلاک قطعه مهم‌ترین اطلاعات برای استعلام هستند.
