“中水电01”绞吸船铰刀改造及施工工艺的改进

寿文荣，张 伟

(中国水利水电第十二工程局 第五分局，浙江 金华 321027)

“中水电01”绞吸船铰刀改造及施工工艺的改进

寿文荣，张 伟

(中国水利水电第十二工程局 第五分局，浙江 金华 321027)

“中水电01”绞吸船在黄骅港二期施工采挖中铰刀磨损、断齿失效，严重影响了船舶作业时间。文章介绍了通过采取更换铰刀刀齿、齿座，加固刀臂，调整齿座切泥角度，减少铰刀的切泥直径,采用特定焊接工艺及调整采挖工工艺。经实践证明，改造后的铰刀，不仅提高了挖硬土层的能力，还保持了挖软土时的效率，同时铰刀的使用效率也提高了3倍多。

绞吸船；铰刀改造；焊接工艺

1 施工概况

1.1 施工船舶

“中水电01”绞吸船2007年7月25日下水，最大设计采挖能力3 500 m3/h，船长99 m,船宽18 m,桥架长43.5 m,桥架质量约300 t,最大挖深25 m。

该绞吸船原使用的铰刀型号为3 500方C-2通用型系列，铰刀由6台staff HMHDB400径向液压马达通过齿轮箱驱动，铰刀功率1 100 kW，转速20～25 r/min，铰刀直径2 770 mm(刀底圈外直径)，高度1 620 mm(刀圈底部到刀片最高点)，轴壳距离772 mm，轴壳高度650 mm，轴壳直径712 mm，6臂，每臂8个齿，共48个齿，原安装44D齿、齿座，设计挖掘标贯数在15.5击以下淤泥、黏土、细沙土层，铰刀容量大，生产效率高，满足生产能力要求。

1.2 施工海域概况

施工地点及项目：河北沧州黄骅港综合码头二港池。河北黄骅港综合港保税区首期(八项)EPC工程中承揽吹填造陆项目。

施工时间：2015年4月6日至11月27日。

施工地质状况：根据业主提供的水下0～30 m深的地质勘探资料，层顶高程-22.68～-15.35 m，层底高程-23.78～-16.85 m，粉细砂，层厚0.40～4.80 m，平均厚度1.99 m，标贯击数平均值为19.5击；层顶高程-22.75～-18 m，层底高程-29.35～-20.2 m，层厚1.10～9.00 m，粉细砂，平均厚度4.98 m，标贯击数平均值为44.5击。以上2层属于硬层(俗称铁板砂),不均匀的分布在采挖深度范围内。其余土层为标贯击数平均值在15.5击以下的易挖土层。资料还显示该采挖区除有硬层外，还存在建堤时运石船掉落的块石和钢筋等杂物，地况环境复杂恶劣。

2 铰刀出现的问题

C-2通用型铰刀头4月6日至5月14日在黄骅港二港池西面取砂区施工期间，因施工地质状况既复杂又恶劣，铰刀失效主要出现在硬土层和有块石区域，施工时铰刀齿受到反作用的冲击力大，刀臂与齿的强度不足，耐磨不够。因C-2通用型铰刀直径偏大，铰刀旋转切割转矩(功率)不够，切削硬土能力不足。施工过程中出现铰刀断齿、刀臂严重磨损(见图1)。在施工生产中频繁更换齿及齿座，仅铰刀头总成就更换了2次，停船时间大大增加，船舶生产效率低，生产成本大大提高。

图1 原铰刀严重磨损图

3 铰刀改造方案

铰刀是绞吸船最重要的部件，在不同土质施工时选配不同的铰刀是影响产量的最大因素，铰刀实际工作时其破土的线切割力与其功率及尺寸、切割厚度、高度、步进、横向摆动拉力、铰刀容量(尺寸)、转矩(功率、转速)、桥梁擀量、桥梁下水角度是紧密相连的。

硬土铰刀因需要承受作用在铰刀齿上的冲击力，铰刀轮廓较小且坚实牢固，铰刀本体、铰刀齿及齿座需要用耐磨材料，铰刀齿定位要精确以确保铰刀齿入土角度是90°。

沙土铰刀应适合获取高产率的吸入，宽且扁平的轮廓，耐磨的铰刀齿，精确的铰刀齿座定位。

采用新制作硬土铰刀(尺寸小)更换原铰刀，可解决挖硬土与块石问题，但存在制作成本高达40万元左右，制作周期至少60天，另外在采挖区中标贯击数平均值在15.5击以下占绝大部分，硬层只有2层，用硬土铰刀，切土量少，挖掘软土时生产效率偏低 。

经综合考虑，决定在保留C-2通用型铰刀本体框架的基础上进行改造，铰刀的改造既要提高挖硬土层能力，又要保持挖软土时效率。

对铰刀头6个臂本体复板加固、耐磨堆焊。采用耐冲击、高强度的D40.03(专用型齿座，座型宽、厚)与SC40.02(专用型齿，齿型短、宽、厚)，利用该齿耐冲击、耐磨特点在现有刀臂上进行布置，调整刀臂安装齿座处的角度，达到调整齿切削弧线近似挖岩刀线型弧度，提高切削能力。

调整了线型角度和铰刀直径弧度，减小了切削阻力，增加了切削能力用以保证铰刀在施工旋转过程中达到较好切削角度，改造后的铰刀刀型基本不变，直径虽减小80 mm，质量却增加248 kg。

对装齿座位置的刀臂进行加固，齿座焊接中采用08Mn2S I 焊丝，齿座间的刀臂层口采用堆107耐磨焊条堆焊，采取对称的焊接工艺，减少铰刀尺寸的变形量，提高铰刀头的整体强度、抗冲击和耐磨性能，铰刀头的挖掘能力有了明显的提高(见图2所示)。改造后的铰刀经实船挖泥使用，不仅提高了挖硬质土层的能力，还保持了挖软土效率，提高工效3倍多。

图2 1 100 kW 铰刀头齿座改造排列照片

4 施工工艺的改进

改进绞吸船的施工工艺，采用掏挖工艺，减少直接挖掘硬砂层，铰刀在硬砂层下方掏挖，硬砂层下方土层挖去后，临空的硬砂层易产生塌方，通过铰刀头的旋转冲击，打碎硬砂层，泥泵完成吸送。通过掏挖工艺，减少铰刀齿直接切削硬砂层，提高刀齿与齿座的使用效率，提高了刀齿与齿座的使用寿命(见图3铰刀臂、齿座磨损很少，齿尖正常磨损，齿与齿座销固定完好)。

图3 改造铰刀挖掘65万m3后的状态

5 结束语

我们在保留3 500方C-2通用型铰刀本体框架基础上，加固刀臂，选用耐冲击、高强度的专用型齿座及齿，调整刀臂上齿的切削弧线近似挖岩刀线性，缩小铰刀齿的切削直径，减小了切削阻力，增加了切削力，提高了耐磨性。改造后的铰刀，节约了制造新铰刀的成本，拓宽了通用型铰刀使用范围，产生了明显的经济效益。

近几年疏浚行业竞争日益激烈，业主在疏浚行业中标价越压越低，而施工周期越来越短，质量要求越来越高，疏浚企业利润空间不断压缩。提高生产效益，降低生产成本是当前疏浚行业必须考虑的。用通用型铰刀改造成接近挖硬土层复合型铰刀，既要能挖硬土层，又要保持挖软土时效率，在行业中是一创新点。全国港口航道中港池土层多样，应根据港池土层的特点，对铰刀进行针对性加强改造，不失为一种经济可用的选择，相信在以后的项目施工中将发挥出更大的经济效益。

For the cutter suction dredger ZHONGSHUIDIAN 01,the wear and broken-teeth failure influenced the shipworking time severely during the ship's second period of its mining at HUANGHUAHARBOUR.In this paper,some processing techniques are introduced including replacing cutter-tooth、gear seat,strengthening cutter-arm,adjusting the clay cutting angle of gear seat,reducing the clay cutting diameter of driftrimer and adopting specific welding technique.Experience proves that not only the capacity is raised for mining on hardpan,but the efficiency is kept as its mining on soft soil and 3 times higher than that driftrimer is used.

cutter suction dredger;rebuild of driftrimer;welding technique

U672.2

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.06.010

寿文荣(1961-)，男，浙江诸暨人，高级工程师，大学本科，主要从事挖泥船的修理与管理工作。

2017-07-27