3D動畫解析，隧道掘進機原理

鑽井級的直徑只有6到8英寸 但隧道公路和鐵路的直徑能達到15到20米 而最具挑戰性的是 機器在這裏是水平推進的 所以土壤和山體也可能塌方 這時候我們就需要大型設備 TBM的全稱是隧道掘進機 它非常強大 但都是按需定製的 在挖掘隧道之前 要先勘測那裏的土質或山體情況 瞭解岩層有多堅固 然後才能按需設計機器 你們現在看到的這臺隧道掘進機 就是用來開山挖隧道的 它的長度超過100米 後面還拖着好幾節配套設備 這些設備都是在現場用卡車組裝起來的 這個能把石頭切得粉碎的刀盤 說出來你可能會大吃一驚 全世界最大的隧道掘進機 它的刀盤直徑足足有20米 刀盤以極慢的速度旋轉 上面裝着一個茄殼盤 看起來就是這個樣子 這個圓盤由高強度合金鋼或碳化鎢製成 能在原位自由旋轉 當刀盤旋轉並施加壓力時 它也會跟着一起轉動 現在就按照刀盤來 根據直徑不同 這裏會有一個茄殼盤 像這臺大型機器就裝了42個茄殼盤 但這些是鋸片 所以能茄殼 簡單起見 我們拿三個滾刀來演示 刀盤對岩石施加了巨大的壓力 這個滾刀會在岩石表面切出這樣的溝槽 現在這裏還有第三個滾刀 所以前面的滾刀會在裂縫的中間位置繼續施壓 你看石頭本身是沒有彈性的 所以滾刀兩側的岩石就會沿着這些裂縫崩裂開來 所以TBM其實是在岩石上製造裂縫 讓石頭自動碎裂 你看這個刀盤 實際上它的拍裂方式就是這種類型的 還有一點至關重要 只要磨石保持柔韌 水就能正常切割鋸片 這樣一來切割片不會過熱 使用壽命也更長了 現在最大的挑戰是這個刀頭怎麼 因爲這裏沒有施加法向力 這個壓力高達兩萬噸 實際上整臺機器都是如此 而且只有液壓系統能做到這一點 不過在那之前 我先給你講講驅動刀盤 這裏安裝了四臺鏡像柱塞液壓 現在進入正題 這四個液壓馬達採用並聯連接 這樣就能施加相等的力 如果你發動看看 那它的機械結構就很簡單了 它有五個活塞 而它的轉子稍微偏着了一點 這樣一來 所有活塞就能從這邊對轉子施加力量 帶動它朝這個方向旋轉 每個活塞都有兩個氣門 高壓油進來時活塞就會向下施力 然後活塞再回升上去 低壓油隨後會從這個閥門流出來 所以每個活塞都以同樣的方式輸送油壓 光靠這個馬達可不行 這背後是一項了不起的技術 就是控制閥 就靠這個閥門決定什麼時候送壓送多少 以及從哪個活塞抽油出來 你看這個馬達很複雜 但它們動力無限 接着用鏡像主塞馬達 現在切碎垃圾之後就排出來了 爲此這裏設有一套排水系統 如果TBM在稍微垂直的方向移動 就會因爲重力 這個十字架或伸縮會自動伸出 如果機器處於水平位置運行的話 這裏還有一個傳送帶系統 把這個垃圾運出去 有輛專門收垃圾的卡車會過來把垃圾全都運走 現在最重要的部分來了 機器向前推進 那要怎麼把它固定住呢 其實在它後面有一個液壓千斤頂 可以施加兩萬噸的力量 但我剛纔已經告訴過你們 這個力是它自身重量的很多倍 因爲牛頓第三運動定律在這裏表現的淋漓盡致 這告訴我們施加在刀盤上的力越大 同樣的力也會把你往反方向推 所以這些液壓機勁特別大 但這臺機器會後退 所以後面裝了一個支撐加金器 說顯這個加金器會施加很大的力 讓機器固定在一個位置 接着液壓泵啓動刀盤 切割隨機開始 這些液壓千斤頂活塞大約有1.2米長 三十分鐘後 液壓活塞伸展至最大強度 轉景左右停止 現在收回液壓千斤頂 如果機器處於這種垂直狀態 你就得把整臺機器往前拉 然後收回支撐夾具 然後機器就會受重力影響 而且會造成破壞 那麼在這些夾持器後面 前後都安裝了防倒退的液壓安全系統 全方位保障安全 夾持器側夾具可以這樣牽引裝置 用液壓活塞 但這些夾爪自帶自鎖機制 整硬入瓷練這些夾爪都會大化 它們會自動收緊 萬一液壓系統全部失靈的話 然後還有一個安全器官 裏面是高壓氮氣 所以在這種情況下 它會立刻收緊這些夾爪 當液壓泵伸展到極限位置時 然後前夾爪會先縮回來 然後液壓泵會把機器往前拉 之後前夾具會再次夾緊 後夾爪也同樣被擰緊固定 等這些都完成後 然後主側夾爪在這裏鬆開 然後這個裝置向前移動 向前移動後 夾具再次向兩側施力 接着繼續鑽碳 但這裏又有個問題 頭部TBM直徑可達20米 假設有這麼一塊岩石 它的質地非常脆弱 如果遇到的是堅硬岩石 那麼這個地方就會承受巨大的力量 所以刀盤出現失衡的可能性非常高 所以這裏安裝了平衡液壓千斤頂 這樣就能把整個刀盤調整到位了 還有工作平衡 你看這邊還有幾根特別粗的管道 這些管道負責把膽水和空氣輸送到嵌防 在機器湧轉的時候 然後大量匯塵開始飛揚 所以這些粉塵通過常規供氣系統來控制 這樣工人也能吸到氧氣 而且氣壓可以從前端 那有一臺鑽井設備 裏面運行着一臺鑽孔機 這個我們稍後會用 在這個單元裏安裝了空壓機泵 後面的拖車上裝着油箱和油泵 最後這一部分是以整套點子機械裝置 而且這裏同時也是它的控制中心 當刀盤開始旋轉的時候 機器就會自動向前推進 一切操作都從那裏控制 支撐輪就在上面 機器藉此向前移動 但這臺機器也會鋪設軌道 因爲這裏需要常規技術設備 所以用這些軌道來運東西 所有技術設備都運到這裏 這裏安裝了一套小型鎖道系統 TBM絕境系統