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Criado em 09.04
Componente central de tunelamento com TBM – Ferramenta de Corte
Componente central de tunelagem TBM – Ferramenta de corte
Composição da TBM – Ferramentas de corte
As ferramentas de corte da TBM são utilizadas para escavar e usinar massas de rocha e solo; elas representam um componente crítico e sujeito a desgaste de uma Tuneladora (TBM).
As condições de operação delas impactam diretamente tanto a eficiência de escavação do Tunnel Boring Machine (TBM) quanto o custo da escavação do túnel. As ferramentas de corte do TBM incluem principalmente discos de corte, cortadores dentados, raspadores e outros tipos. Com base na sua posição dentro do cabeçote de corte, essas ferramentas são classificadas em cortadores centrais, cortadores de face e cortadores laterais. O cortador central está localizado no centro do cabeçote de corte; para TBMs de rocha dura e máquinas de blindagem compostas, o cortador central normalmente emprega um ou múltiplos discos de corte duplos, enquanto os cortadores de face e os cortadores laterais utilizam discos de corte simples.
1. Cortador de disco
O cortador de disco é uma ferramenta comumente utilizada por TBMs para escavar massas rochosas; ele consiste principalmente em um anel de corte, um corpo do cortador, uma vedação do corpo do cortador e um eixo do cortador. Dependendo do número de anéis de corte instalados no corpo do cortador, o cortador pode ser configurado como de aresta simples, de aresta dupla ou de múltiplas arestas. Entre esses, o cortador de disco de aresta simples é atualmente o tipo de cortador mais amplamente utilizado em aplicações de TBM de seção plena e tem se mostrado, na prática de engenharia, o mais eficaz para a fragmentação de rochas.
Durante a operação, sob a influência do empuxo e do torque da máquina, o anel de corte da fresa frontal tipo disco penetra na massa rochosa, e o processo de quebra da rocha é realizado por meio do engajamento contínuo de rolamento com a massa rochosa. A fresa frontal tipo disco é fabricada principalmente com materiais de aço especial; toda a ferramenta — particularmente seu anel de corte — deve possuir resistência, rigidez, tenacidade, resistência ao desgaste e resistência a altas temperaturas suficientes.
Figura | Diagrama estrutural do cortador tipo disco
Com o contínuo avanço da tecnologia e o uso crescente de materiais de alta resistência, o diâmetro dos discos de corte e as cargas que suportam têm aumentado constantemente. Os diâmetros dos discos variam de 11 pol, 12 pol, 14 pol, 15,5 pol, 16,5 pol, 17 pol e 19 pol até um máximo de 20 pol (500 mm); as cargas correspondentes são apresentadas na Tabela 2.4. Atualmente, os discos com diâmetros de 17 pol ou 19 pol são os mais comumente utilizados. O uso de discos de corte de grande diâmetro permite um aumento adequado no espaçamento entre os discos na cabeça de corte, reduz o número de discos necessários e aumenta a força de propulsão da cabeça de corte. Isso não apenas melhora a eficiência de fragmentação da rocha, mas também prolonga a vida útil das ferramentas de corte, reduz a frequência de substituição dos discos durante a escavação do túnel, aumentando assim o tempo total de escavação e melhorando a eficiência geral da escavação.
Figura | Diagrama esquemático do mecanismo de quebra de rocha usando um cortador de rolagem
As fresas de disco primitivas apresentavam uma seção transversal de anel de corte em formato de V, com ângulos de aresta de corte tipicamente definidos em 60°, 75°, 90° ou 120°. Ângulos de aresta de corte maiores eram geralmente empregados na escavação de rochas duras, enquanto ângulos menores eram utilizados para formações rochosas mais moles. No entanto, devido ao desgaste rápido e à alta suscetibilidade à fratura associados ao design do anel de corte em formato de V, o que aumentava os custos de escavação de túneis, esse design foi gradualmente substituído por anéis de corte com superfícies de corte convencionais.
Figura | Ferramenta de corte
2. Cortador dentado
O cortador dentado é utilizado principalmente para escavar camadas de solo mole, como estratos arenosos, siltosos ou argilosos; ele serve como a principal ferramenta de escavação para escudos de tunelamento e escudos compostos. O cortador dentado é montado no painel da cabeça de corte; seu princípio de operação difere do cortador de disco – em vez de rolar sobre a frente de escavação para fraturar a rocha, o cortador dentado escava o material escavado conforme a cabeça de corte gira e é impulsionada pelo empuxo da cabeça de corte.
Figura | Lâmina
3. Lâmina
O raspador, que é categorizado em raspador frontal e raspador de borda, serve como ferramenta de escavação para máquinas de blindagem e máquinas de blindagem compostas. O princípio de corte do raspador frontal é relativamente simples: ele utiliza o empuxo transmitido do cabeçote de corte para penetrar no solo na superfície de escavação; à medida que o cabeçote de corte gira, o raspador corta o solo sob a ação de uma força tangencial. O raspador de borda, localizado na borda do cabeçote de corte, coleta os fragmentos de rocha escavados pelo cortador de disco; à medida que o cabeçote de corte gira, esses fragmentos são transportados através da calha no cabeçote de corte para um transportador de correia.
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