Cookies op de SKF website

SKF gebruikt cookies op haar websites om de getoonde informatie zo veel mogelijk af te stemmen met de voorkeuren van haar bezoekers, zoals keuze van land en taal.

Accepteert u cookies van SKF?

Overwegingen in verband met lager- en afdichtingsontwerpen voor tunnelboormachines

  • Verhaal

    2019 January 01, 09:00 CET

    De veilige, betrouwbare werking van tunnelboormachines berust op de degelijkheid van cruciale lagers en afdichtingen

    Zodra de bouw van start gaat, is er geen weg terug. Een tunnelboormachine (TBM) heeft geen achteruitversnelling. Het is dus van essentieel belang dat ze tijdens de uitvoering van haar taak geen significante mechanische problemen ondervindt. Wanneer problemen optreden, kan het een complexe, dure en tijdrovende aangelegenheid zijn om toegang te krijgen tot de machine voor reparaties, vooral voor het hoofddraaikranslager dat in de tandwielkast van de TBM geïnstalleerd is. Het hoofddraaikranslager is het hart van de machine en moeilijk te vervangen in geval van een defect. Dit kan leiden tot maanden vertraging en miljoenen euro’s extra kosten. 

    De uitdaging voor ontwerpingenieurs om een hoog betrouwbaarheids- en beschikbaarheidsniveau te leveren is groter door de extreem zware bedrijfsomstandigheden waarmee tunnelboorwerkzaamheden gepaard gaan. De hoofdonderdelen van TBM’s krijgen te maken met meerdere bedrijfsomstandigheden die zeer ongewenst zijn, zoals trage draaisnelheden, hoge statische en schokbelastingen en een natte, vuile omgeving. De combinatie hiervan is een recept voor versnelde slijtage en beschadiging van onderdelen.

    Al decennialang werkt SKF samen met grote TBM-fabrikanten aan de ontwikkeling van robuuste lager-, afdichtings- en smeeroplossingen die voldoen aan de eisen van de meest uitdagende tunnelprojecten ter wereld. In dit artikel worden enkele van de voornaamste uitdagingen bij het ontwerp, de werking en het onderhoud van deze onderdelen beschreven, alsook de beschikbare oplossingen om ze het hoofd te bieden.

    Graafwiellagers
    Een grote TBM gebruikt een groot aantal graafwielen en elk van die wielen draait op kegellagers (TRB). In bedrijf worden deze lagers blootgesteld aan hoge kortstondige belastingen, waarbij de belasting aanzienlijk toeneemt wanneer het graafwiel zich in de rots boort en plots wegvalt wanneer het materiaal breekt. De draaisnelheid van het wiel hangt af van de positie op de boorkop, maar ligt doorgaans tussen de 10 en 20 omwentelingen per minuut. Het gebruik van steeds grotere TBM’s heeft geleid tot een evenredige toename van de graafwieldiameter, van standaard 13 inch enkele jaren geleden tot 17 of zelfs 19 inch bij de grootste moderne machines.

    De plaats van de kegellagers van de graafwielen maakt het zeer waarschijnlijk dat lageroppervlakken vervuild raken tijdens het bedrijf. In combinatie met de aanwezigheid van extreme schokbelastingen betekent dit dat lagerfabrikanten de lagers zo moeten ontwerpen dat ze bestand zijn tegen ongelijke belasting en sterk gelokaliseerde krachten op rollen en loopbaanoppervlakken. Tegelijk moet aandacht worden besteed aan de aard van een voortijdige lageruitval, als die zich zou voordoen. Hier is de prioriteit het vermijden van een complete breuk van een loopbaan, wat tot de blokkering van een graafwiel en schade aan meerdere wielen zou leiden.

    Het bouwen van een lager dat bestand is tegen deze omgeving vereist zorgvuldige aandacht voor geometrie, materiaalkeuze en oppervlaktebehandeling. Met behulp van eigen methoden voor eindige-elementenanalyse moeten ontwerpingenieurs belangrijke parameters van het lagerontwerp en de lagerproductie optimaliseren om zo te komen tot de best mogelijke combinatie van kenmerken. Kleine aanpassingen aan de loopbaangeometrie kunnen bijvoorbeeld een grote invloed hebben op de mate waarin het lager bestand is tegen onregelmatige belastingen. En een nauwkeurig gecontroleerde oppervlakteharding van loopbanen maakt roloppervlakken hard genoeg terwijl ze een taaie kern behouden om barsten bij faling te voorkomen.

    Een andere uitdaging voor fabrikanten is het testen van graafwiellagers. Geen enkel teststation is in staat om de krachten die ontstaan in de reële wereld precies na te bootsen en bovendien kunnen de bedrijfsomstandigheden sterk verschillen van project tot project. Lagerontwerpingenieurs moeten dus vertrouwen op een combinatie van ervaring en computersimulatie bij het evalueren van een nieuw ontwerp.

    Ook de staat waarin verwijderde lagers van versleten graafwielen verkeren kan nuttige informatie verschaffen over hun bedrijfsomstandigheden. Een geavanceerde analyse van de slijtage en beschadiging van lageroppervlakken kan mogelijkheden aan het licht brengen om de bedrijfs- en onderhoudsprocedures te wijzigen en zo een maximale lagerlevensduur te bereiken. In projecten waar zich onverwachte uitdagingen voordeden op het vlak van bodemomstandigheden zijn ontwerpteams van SKF erin geslaagd om inzichten die ze hadden opgedaan op basis van beschadigde lagers te benutten en oplossingen op maat te ontwikkelen die betere prestaties leverden.

    Omdat het vervangen van graafwielen ondergronds gebeurt, moet dit zo eenvoudig mogelijk zijn en een minimum aan tijd, mankracht en gespecialiseerd gereedschap vergen. Voor een betrouwbare werking van de kegellagers in de graafwielen is echter een geschikte voorspanning vereist, die bij het monteren van de lagers door het onderhoudsteam moet worden ingesteld.

    In de praktijk beschikken klanten slechts over beperkte mogelijkheden om de lagervoorspanning ter plaatse te controleren en moeten ze vertrouwen op het tijdens de assemblage gemeten koppel op de lageropstelling. Om operatoren te helpen bij deze cruciale assemblagestap, worden de TRB’s van graafwielen met krappe maattoleranties vervaardigd om een zo nauw mogelijke correlatie tussen koppel en voorbelasting te verkrijgen. Er zijn echter nog andere factoren die een rol spelen, zoals de staat en de smering van het montagemateriaal. Daarom is het van essentieel belang de onderdelen zorgvuldig te inspecteren en zich te houden aan de standaard montagemethoden. Lagerleveranciers kunnen operatoren ook ondersteuning bieden bij het ontwikkelen van geschikte vervangingsprocedures voor graafwiellagers en het opleiden van onderhoudspersoneel.

    Draaikranslagers

    Daar waar de onderlinge ontwerpen van graafwiellagers in grote lijnen met elkaar vergelijkbaar zijn, stellen TBM-fabrikanten hogere en andere eisen aan het ontwerp van het hoofddraaikranslager. Dit is het meest cruciale lager van de TBM en is de schakel tussen het tandheugelaandrijvingmechanisme en de boorkop. Het vangt ook de enorme belastingen op die tijdens de tunnelboorwerken ontstaan. Draaikranslageringen kunnen in grootte variëren, van een diameter van 2 m voor micro-tunnelboortoepassingen tot meer dan 8 meter voor de grootste tunnelboormachines. Fabrikanten kunnen verschillende lageropstellingen gebruiken afhankelijk van de grootte van de machine, de verwachte bodemomstandigheden en de algehele machinearchitectuur.

    Bijgevolg heeft een draaikranslager altijd een sterk aangepast ontwerp, dat op basis van een nauwe samenwerking tussen de OEM en de lagerleverancier wordt ontwikkeld. SKF heeft een gespecialiseerd ontwerp- en optimalisatiesoftware voor dergelijke projecten ontwikkeld. Dit maakt het mogelijk complete draaikranslagering inclusief rollichamen, kooiopbouw, loopbanen, aandrijftandwielen en montagemethoden te modelleren en te simuleren, en de levensduur van de lagers en vertanding onder de heersende belastingsomstandigheden nauwkeurig te berekenen. Speciale oplossingen die in TBM-draaikranslagerontwerpen worden geïntegreerd, kunnen veerbelaste loopbaanontwerpen omvatten om schokbelastingen te verminderen bij het boren in hard gesteente.

    De grote afmetingen van TBM-draaikranslagers leiden tot uitdagingen op het vlak van transport, assemblage en onderhoud. Afhankelijk van de vereisten van OEM’s kunnen draaikranslagers als losse onderdelen of als volledig geassembleerde units inclusief het afdichtingssysteem worden geleverd. In sommige gevallen kunnen lagers in segmenten worden opgebouwd om transport, montage of vervanging in geval van onvoorziene gebeurtenissen te vergemakkelijken.

    Naast hoofddraaikranslagers zijn er ook speciale draaikranslagers voor schroeftransporteurs en erectorsystemen op de markt.

    Afdichtingen
    Draaikranslagers kunnen slechts overleven met een goede smering en bescherming tegen vuilindringing. Dit betekent dat de afdichtingen die deze lagers moeten beschermen tegen de zware omgevingsomstandigheden bij het tunnelboren een cruciaal onderdeel zijn van het project.

    Net als de draaikranslagereenheden zelf moeten afdichtingsoplossingen voor de hoofdlagers van een TBM worden geoptimaliseerd om te voldoen aan de behoeften van zowel typische toepassingen als projecten op maat, met nog extremere omstandigheden. SKF behoudt de volledige controle over het ontwerp- en productieproces van de afdichtingen. Het stelt zijn eigen materialen samen en gebruikt interne productieprocessen voor een strikte controle over de geometrie van de afgewerkte afdichtingen, ongeacht de grootte van de betrokken machine.

    Afdichtingen van draaikranslagers moeten meerdere doelstellingen realiseren: smeermiddel in de lagering vasthouden, water, modder en puin buitenhouden en de pertinent aanwezige scheefstelling die tijdens het bedrijf kan optreden compenseren. De afdichting moeten al deze opdrachten kunnen vervullen gedurende de volledige duur van het project, zelfs bij voortdurende blootstelling aan schurend rotsgruis.

    Om het gewenste prestatieniveau te bereiken worden vaak diverse lipafdichtingen in serie gebruikt, met smeermiddel ertussen als bijkomend hulpmiddel. De TBM-afdichtingen van SKF zijn ontworpen met behulp van de eindige-elementenanalyse (FEA), waarbij rekening wordt gehouden met alle belastingsgevallen zoals scheefstelling, drukopbouw, wegspoelen van vet en zelfs het gedrag tijdens de installatie.

    Om assemblageprocessen te vereenvoudigen en de vervanging van afdichtingen ter plaatse – indien nodig – te vergemakkelijken, heeft SKF een speciaal lasproces ontwikkeld dat technici toelaat om met compacte handinstrumenten in krappe ruimten te werken. Dit proces maakt het mogelijk hoofdafdichtingen te monteren zonder de boorkop te verwijderen, wat de stilstandtijd aanzienlijk beperkt.

    Andere lagers en smeeroplossingen
    Naast de uiterst gespecialiseerde onderdelen die specifiek voor TBM-toepassingen zijn ontwikkeld biedt SKF een brede waaier van andere onderdelen, systemen en oplossingen voor machinefabrikanten. Dit omvat standaardlagers en -afdichtingen voor schroeftransporteuraandrijvingen, erectorlagers en andere hulpuitrusting, samen met geavanceerde centrale smeersystemen die direct precieze hoeveelheden olie of vet in lagers kunnen injecteren voor een optimale smering met een minimale verspilling of milieuvervuiling.

    Reconditionering
    Klanten willen dat hun investeringen maximaal renderen en gaan daarom steeds vaker op zoek naar mogelijkheden om complete TBM’s en hoofdonderdelen te hergebruiken in andere projecten. Het hergebruiken van onderdelen kan resulteren in lagere kosten, beperktere milieu-effecten en een kleinere onderdelenvoorraad.

    Om fabrikanten te helpen bij het realiseren van hun doelstellingen is herconditionering van TBM-lagers een goede optie. Gebruikte lagers gaan terug naar gespecialiseerde centra waar ze worden gereinigd, gedemonteerd en geïnspecteerd of dit kan ook direct bij de klant gebeuren, waar ook ter wereld. Versleten onderdelen worden vervangen of geherconditioneerd en de afgewerkte unit wordt geïnspecteerd, gedocumenteerd en terugbezorgd aan de klant, klaar om opnieuw te worden geïnstalleerd.

    Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
    Persrelaties: Hanco Hazenboom +31 30 607 53 31; hanco.hazenboom@skf.com

    SKF is een toonaangevende wereldwijde leverancier op het vlak van lagers, afdichtingen, mechatronica, smeersystemen en services, deze omvatten technische ondersteuning, onderhoudsdiensten, technische consultancy en opleiding. SKF is vertegenwoordigd in meer dan 130 landen en heeft wereldwijd 17 000 distributeurs. De jaaromzet van de groep in 2017 bedroeg SEK 77 938 miljoen en het aantal werknemers was 45 678. www.skf.com
     
    ® SKF is een geregistreerd handelsmerk van de SKF Group.

  • Afbeelding

Perskit downloaden

Perskit (3.2 MB)

SKF logo