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采用按需制造的革命性隧道挖掘机赢得隧道挖掘竞赛

慕尼黑工业大学(TUM)的学生团队赢下得了埃隆-马斯克举办的“不无聊”挖隧道洞比赛”冠军,他们和Xometry分享了制造隧道挖掘机的故事以及Xometry 如何为这台创新的机械提供复杂零件的制造支持。

2020 年 6 月,Elon Musk 的隧道挖掘公司宣布赢得首届“Not-a-Boring Competition” 隧道挖掘竞赛,该竞赛旨在推动大家为“无聊的”隧道挖掘工程找到创新的解决方案。比赛的争夺目标是以最快最准确的方法挖掘一条30米长、50厘米宽的隧道。大概有400支队伍报名参加但最终只有12支团队入围,能够前往拉斯维加斯参赛并展示他们的技术方案。

入围后,TUM团队成立了非盈利组织 “TUM Boring” 并迅速招揽了来自16个不同国家的大学的约60名学生,组成了参赛团队。让 TUM Boring 团队团结在一起的是他们共同的想要改变未来交通方式的决心:他们相信传统的隧道技术终将会被现在的创新技术所取代,他们希望能他通过创新共同塑造隧道交通的未来。

设计一款既标准又融合创新概念的复杂挖掘机

TUM Boring 团队已经准备了一年多,不断优化设计最终形成了他们准备在拉斯维加斯展示的工程项目结构。他们设计的是一个22吨的隧道钻机(TBM),这个复杂的重工机械融合了传统推顶法设计和创新的旋转式钻筒存储设计来减少钻筒的停机切换时间。

整个大型器械结构依赖于多个子系统的无缝衔接和流畅运作:

  • 钻头系统需要通过不断松动和挖掘土壤以钻出一个直径为50厘米左右的隧道。
  • 运渣系统由6条集成在钻筒管道上的传送带和一个滚筒运输机祖成,可以从钻井过程中清运所有开采的渣料。这种干式挖掘方法与传统履带应用相结合,提高了渣料清运速度从而可以加快掘进速度。
  • 液压驱动系统位于隧道开挖起始位置,支持高达500kN的顶升力以推动前端位于隧道内的钻头。通过两个交替顶升的液压缸设计,驱动系统可以完成连续向前顶升运动,这是隧道行业的革命性创新设计。
  • 机械后部完全进入隧道的部分是旋转钻筒储存装置,带电机的齿轮可以快速切换转筒并减少停机时间。

其他的子系统还有转向系统、引导系统、控制系统和动力管理系统。

TUM Boring团队设计的隧道挖掘机详细方案示意图 ©TUM Boring

钻头:TBM大型挖掘机的杰作

在TBM钻机所有部件中,这个刀盘钻头无疑是最特别的一个。它由多个部件组成:包括切割轮、旋转滚轴、外壳、密封轴承、机械制表面密封、环装齿轮、四个同步电机和一个带配套外壳和轴承的螺旋钻。

这个刀盘钻头是整个项目制造最困难的部件之一,因为结构设计上既要结合上面提及到的所有零件,同时它还需要非常坚固,要有足够的强度以开掘和移除隧道挖掘中的岩土。

钻头的3D模型 ©TUM Boring

在极短的时间内通过 Xometry 采购定制部件 

钻头上几乎所有的机械零件,如刀盘、传送带、管状存储空间和推顶结构等大型的CNC加工钢件都是根据团队设计而特别定制的。

Xometry 为团队提供了各种或基础或复杂的CNC加工钢件。如用于隧道钻进的转向链接装置,也为推顶系统内机械装置的金属板提供了激光切割加工,以及8吨承重容量的管状储存装置的基座加工。

“项目的时间要求非常严格,因为我们必须在一年内计划、生产、测试和运输这台复杂的器械。Xometry 极短的交货时间保障了我们能最终实现这个目标,”TUM Boring 团队的 Dmitry Burlakov 说,“我们对 Xometry提供的零件质量也非常满意。”

由 Xometry的激光切割工艺生产的金属面板,用于挖掘机的管状储存装置承重 ©TUM Boring
用于转向系统的 CNC 加工零件 ©TUM Boring

赢得2021年“不无聊”挖隧道比赛

能最终赢得比赛,Dmitry 总结了以下几个成功原因:“最重要的因素是团队中有非常多主动性极强的学生成员,他们日以继夜地工作以实现我们的大目标。然而我们宝贵的行业合作伙伴,如 Xometry,提供了非常多的资源和知识,同样为比赛的胜利作出了贡献。这种支持使整个团队为比赛做好了充分准备,最终也变成了团队取得胜利的核心优势。”

比赛在开赛四天前举办了一个安全评估说明会,而本次比赛在安全说明会后淘汰了10个参赛单位,TUM Boring 团队成为了最终晋级比赛的两支队伍之一。TUM Boring 团队满足了隧道挖掘比赛的安全标准,成功在整个路段上进行了隧道施工并钻出了一条22米长的隧道——这是“不无聊”挖隧道比赛中最长的钻洞距离。

TUM Boring 团队 ©TUM Boring

团队现在正在计划他们的下一个项目,目标同样是建造世界上最快的隧道挖掘机,为未来的交通工程作出贡献。

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关于 TUM Boring 团队

访问团队官网: https://tum-boring.com/ 

联系 TUM Boring 团队: team@tum-boring.com 

关于 Xometry

Xometry 是世界领先的按需制造平台,我们拥有庞大的制造网络及能力。客户可以在线上轻松获取即时且极具性价比的报价。我们庞大的制造网络在全球拥有6000多家制造商,能够在最短的交付时间内完成生产。强大的制造能力覆盖多种加工工艺: CNC 加工3D 打印钣金加工注塑成型等均能提供。Xometry 深受客户信任,来自各行各业的顶尖品牌选择了我们,包括如宝马、博世等财富100强的公司。