盾構(gòu)機(jī)刀具如何選型與制造_第1頁
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盾構(gòu)機(jī)刀具如何選型與制造_第3頁
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文檔簡介

1、盾構(gòu)機(jī)刀具的選型與制造盾構(gòu)機(jī)刀具的選型與制造使用使用陽九久技術(shù)開發(fā)有限公司陽九久技術(shù)開發(fā)有限公司 王漢章王漢章 一、盾構(gòu)機(jī)刀具概述一、盾構(gòu)機(jī)刀具概述二、盾構(gòu)機(jī)刀具的選型二、盾構(gòu)機(jī)刀具的選型三、盾構(gòu)機(jī)刀具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)制造三、盾構(gòu)機(jī)刀具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)制造四、刀具的配置使用與發(fā)展趨勢四、刀具的配置使用與發(fā)展趨勢一、盾構(gòu)機(jī)刀具概述一、盾構(gòu)機(jī)刀具概述 簡述盾構(gòu)機(jī)刀具的歷史變革與發(fā)展簡述盾構(gòu)機(jī)刀具的歷史變革與發(fā)展 刀具是一個(gè)很廣泛的概念,在石器時(shí)代人們就嘗試著利用石刀、石斧為人類服務(wù)。在現(xiàn)代人們的日常生活當(dāng)中,人們更是廣泛的利用著各種各樣的刀具,在機(jī)械加工業(yè)、木工業(yè)、采礦業(yè)等工業(yè)領(lǐng)域,刀具都得到了很

2、好的利用為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展服務(wù)。特別是近代在隧道工程掘進(jìn)施工領(lǐng)域,隨著盾構(gòu)機(jī)施 工技術(shù)的發(fā)展,更是為刀具的應(yīng)用和發(fā)展帶來了獨(dú)特的發(fā)展空間,不論在什么地層條件下施工,掘進(jìn)速度的快慢,施工成本的高低,都直接與刀具的選擇是否得當(dāng)和其性能好壞有著很大的關(guān)系和影響。因此,世界各國都非常重視盾構(gòu)機(jī)刀具的研究和應(yīng)用,特別是在盾構(gòu)機(jī)施工中對各種巖層的開挖所需的刀具,各國都做了大量的研究工作,美國、日本、德國等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家從刀具的切削機(jī)理、切削理論計(jì)算、破巖的方式、模擬 試驗(yàn)等方面都進(jìn)行了長期的深入研究,并在不斷的應(yīng)用中改進(jìn)和完善,形成了適用于多種地層的盾構(gòu)機(jī)刀具系列和品種規(guī)格。 我國對盾構(gòu)機(jī)刀具的開發(fā)研究始于

3、二十世紀(jì)六十年代,經(jīng)過幾十年的努力和發(fā)展,也取得了較大的進(jìn)步和發(fā)展,特別是從上世紀(jì)九十年代以來,我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期,整體隧道工程盾構(gòu)施工技術(shù)水平和刀具制造水平都有了較大的提升。隨著國內(nèi)的地下隧道工程建設(shè)大量增加,國 內(nèi)的盾構(gòu)機(jī)施工任務(wù)也大量增加,已成為盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)的應(yīng)用大國,對盾構(gòu)機(jī)設(shè)備和刀具的需求量也不斷增加,從而也促使盾構(gòu)機(jī)刀具的研究和發(fā)展取得了長足的進(jìn)步,目前已研制出多品種、多規(guī)格、多功能且能滿足于多種地層施工需要的盾構(gòu)機(jī)刀具,有的刀具已達(dá)到了國際同類刀具的先進(jìn)水平,國產(chǎn)刀具正逐步替代進(jìn)口刀具,迎來一個(gè)盾構(gòu)機(jī)刀具大發(fā)展的時(shí)代。 盾構(gòu)機(jī)刀具的分類和切削機(jī)理盾構(gòu)機(jī)刀具的

4、分類和切削機(jī)理 2.1盾構(gòu)機(jī)刀具的分類盾構(gòu)機(jī)刀具的分類 我們知道盾構(gòu)機(jī)刀具(以下簡稱刀具)是盾構(gòu)機(jī)施工中實(shí)施掘進(jìn)的的關(guān)鍵部件,所有的掘進(jìn)施工最終都要靠刀具來完成。刀具被安裝在刀盤的最前面,掘進(jìn)過程中隨刀盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)來開挖掌子面。所有安裝在刀盤上的刀具目前分為兩大類,一類是在掘進(jìn)過程中只隨刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行開挖掌子面的刀具,如切刀、邊刮刀、貝殼刀等,這類刀具統(tǒng)稱刮削類刀具,簡稱刮刀;如圖示 貝殼刀貝殼刀 3013333 另一類是在掘進(jìn)過程中刀具除隨刀盤一起進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)外,其刀具自身還繞刀軸進(jìn)行自轉(zhuǎn),如正滾刀、中心滾刀、邊滾刀、錐形滾刀等,這類刀具統(tǒng)稱為滾切類刀具,簡稱滾刀:如圖示 錐形滾刀錐形滾刀 2.2

5、盾構(gòu)機(jī)刀具的切削機(jī)理盾構(gòu)機(jī)刀具的切削機(jī)理2.2.1刮削類刀具的切削機(jī)理刮削類刀具的切削機(jī)理 刮削刀具一般是通過螺栓連接或焊接在刀盤上的,在刀盤的連續(xù)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)和刀盤推力作用下, 刮削刀具的刀刃部分不斷的嵌入(切割)掌子面,并對掌子面(或滾刀破碎后的渣土)通過刮刀前刀面向上和向兩側(cè)連續(xù)進(jìn)行擠壓撬動(dòng)使掌子面剝落,剝 落的的渣土沿刮刀的前刀面向兩側(cè)滑落進(jìn)入清渣槽,這樣使刮刀既具有切削的功能也具有裝載的功能。因此刮削刀具是一種以切割力和擠壓力來開挖掌子面的刀具,適用于表土層及軟巖泥層(一般小于30MPa)的掘進(jìn)施工。2.3 滾切類刀具的切削機(jī)理滾切類刀具的切削機(jī)理2.3.1 盤形滾刀的切削機(jī)理盤形滾刀的

6、切削機(jī)理 由于盤形滾刀本身的滾動(dòng),其磨損速度比刮刀要慢的多。加之刀刃較窄,在刀盤的相同推力下作用于巖石上的壓強(qiáng)要大的多,因而能破碎的巖石也比刮刀要硬得多,多數(shù)的沉積巖只用盤形滾刀就能充分破碎?,F(xiàn)階段盤形滾刀主要用在盾構(gòu)機(jī)的刀盤上,故長期以來,盤形滾刀幾乎和盾構(gòu)機(jī)滾刀成為同義語。 小型的盤形滾刀(12)通常是把刀刃和刀體做成一體,一般是多刃的,有的刀刃上還鑲嵌硬質(zhì)合金;大規(guī)格的盤形滾刀(一般為1419)刀體和刀刃通常是分離的,可以拆裝以便于刀刃磨損后更換。人們習(xí)慣上又常把刀刃稱為刀圈,可更換的刀圈可以是鋼刀圈,也可以是在鋼刀圈上鑲嵌硬質(zhì)合金。這要根據(jù)地層選擇,鑲嵌硬質(zhì)合金的刀圈(也常稱為球齒刀圈

7、)更適合特硬巖層的掘進(jìn)施工。 盤形滾刀的切削原理是當(dāng)?shù)侗P在縱向油缸的巨大推力作用下,使安裝在刀盤上的盤形滾刀壓入巖石;同時(shí)刀盤在旋轉(zhuǎn)裝置的驅(qū)動(dòng)下給滾刀施加滾動(dòng)力矩帶動(dòng)滾刀繞刀盤中心軸公轉(zhuǎn),在滾刀公轉(zhuǎn)的同時(shí),由于掌子面對滾刀的摩察力作用,使?jié)L刀還繞各自的刀軸自轉(zhuǎn),這樣就使得滾刀在巖面上連續(xù)滾壓。刀盤施加給刀圈的推力和滾動(dòng)力矩的結(jié)果是:推力使?jié)L刀刀圈壓入巖體,滾動(dòng)力矩使?jié)L刀刀圈滾壓(剪切)巖體。通過滾刀刀圈對巖體的連續(xù)擠壓和剪切,使安裝在不同刀位的滾刀在巖面上滾切出一系列的同心園槽。(見下圖) 滾刀滾壓巖石的破碎效果隨著推力的不同而不同。有試驗(yàn)證明巖石的破碎一般分為三個(gè)階段:即研磨、疲勞破碎和有效

8、體積破碎。 研磨研磨:當(dāng)滾刀受到的推力很小時(shí),刀圈對巖體的擠壓力遠(yuǎn)小于巖體的極限強(qiáng)度,巖體破碎是在摩擦力作用下引起的表面磨損。破碎的顆粒小,刀圈磨損嚴(yán)重,對巖體的破碎速度慢。 疲勞破碎疲勞破碎:當(dāng)滾刀受到的推力逐漸增大,但刀圈對巖體的擠壓力仍小于巖體的 極限強(qiáng)度,通過刀圈對巖體的多次碾壓下,巖層沿滾壓方向會分布一定的壓應(yīng)力,巖體會沿壓力線產(chǎn)生疲勞裂紋,進(jìn)而發(fā)生破碎。 有效體積破碎有效體積破碎:當(dāng)滾刀受到的推力足夠大,刀圈對巖體的擠壓力大于巖體的極限強(qiáng)度時(shí),刀刃貫入巖層使巖體產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,迫使巖體產(chǎn)生跳躍式的裂紋直接破碎,破碎塊度增大,破碎速度加快,并隨刀盤壓力的增加而線性增加(但受其它條 件的制

9、約,壓力不能無限增大)。巖面被盤形滾刀擠壓破裂而形成多道同心圓溝槽。隨著溝槽深度的增加,巖體表面裂紋加深擴(kuò)大,相鄰?fù)膱A溝槽間的巖石成片崩落完成盤形滾刀的破巖過程。該工況下破巖速度快刀圈磨損小,巖石破碎過程所消耗的比能也小。實(shí)際掘進(jìn)過程中,破巖效果和刀盤推力、滾刀刀圈間距、刀圈刃口型狀、巖層特性等有關(guān),很難完全達(dá)到最佳的體積破碎,往往是各個(gè)階段都有。此外,在掘進(jìn)過程中,盤形滾刀在刀盤上 的運(yùn)動(dòng)除繞刀盤中心的切向圓周公轉(zhuǎn)、滾刀自轉(zhuǎn)和沿掘進(jìn)方向的切深擠壓運(yùn)動(dòng)外,還有沿刀盤徑向的滑移運(yùn)動(dòng),且在同樣轉(zhuǎn)速下半徑越小滑移越大,因此滾刀正常情況下磨損最嚴(yán)重且容易出現(xiàn)弦磨的部位是靠近刀盤中心滾刀的刀圈,滾刀受

10、到巖層的側(cè)滑力的方向是沿半徑背離刀盤軸心方向。2.3.2 錐形球齒滾刀的切削機(jī)理錐形球齒滾刀的切削機(jī)理 錐形球齒滾刀的刀齒是鑲嵌于錐形刀體表層的硬質(zhì)合金球柱(齒柱),這種齒柱是由粉末冶金制成,兩種 主要的材料是碳化鎢和鈷,鈷是起粘結(jié)劑的作用,并控制壓入齒柱的 物理性能(抗磨和抗彎)。還添加一 些其他的微量金屬。壓入齒柱的抗壓強(qiáng)度根據(jù)不同巖層的使用條件約為2600-3100 MPa ,硬度一般為HRA80-90,齒形一端以半球面者居多,所以常稱球 齒,也有錐形等其它形狀的(見圖2.2)。由于這些特點(diǎn),球齒滾刀適用于掘進(jìn)硬巖地層,球齒滾刀是靠壓碎和研磨作用來進(jìn)行破碎巖石的。壓入齒柱的形狀和伸出刀體

11、的高度可根據(jù)巖層條件的不同而有所不同,目前盾構(gòu)機(jī)不常用。二、二、 盾構(gòu)機(jī)刀具的選型盾構(gòu)機(jī)刀具的選型 首先要考慮地層的多樣性首先要考慮地層的多樣性 刀具的選用是否適用于該項(xiàng)目的地層條件是影響使用效果的關(guān)鍵因素之一,因此選用刀具時(shí)首先要考慮該項(xiàng)目的具體地質(zhì)條件。施工中各工程遇到的地層條件是千變?nèi)f化的,但不管其怎樣變化,其主要地質(zhì)狀況不外乎土層和巖石兩大類或兩類地層的不同組合形式。 就土層而言,是以各種沙土、粘土、填土、膠結(jié)泥等形式或者以它們的不同組合呈現(xiàn)在掌子面,它們的硬度都比較低,強(qiáng)度特性較弱,比較容易被撬動(dòng)和剝落,一般抗壓強(qiáng)度在30MPa以下,用刮削類刀具即可完成掘進(jìn)施工。 就巖層而言,是巖石

12、以各種不同的強(qiáng)度和固體形狀或以它們的不同組合形式呈現(xiàn)在工作面,它們的強(qiáng)度特性較高,(常以單軸抗壓強(qiáng)度來表達(dá))抗壓強(qiáng)度一般在30MPa以上,必須用滾切刀具或用滾刀和切刀的組合來完成掘進(jìn)施工。常見的巖石單軸抗壓強(qiáng)度參考值如下:巖石種類巖石種類 抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度(MPa) 巖石種類巖石種類 抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度(MPa)花崗巖 98245 石灰?guī)r 29245 石英片巖 69178 閃長巖 177294 玄武巖 147294 大理巖 98245 片麻巖 49196 云母片巖 59127 砂 巖 19.6196 板 巖 98196 泥灰?guī)r 1298 頁 巖 9.898 從上述巖性對比可以看出,在不同的地層進(jìn)

13、行施工所適用的刀具是不同的,但所有的刀具也都是圍繞怎樣切割、剝落各種巖層和土層來進(jìn)行施工的。刀具的研發(fā)也是如此,經(jīng)世界各國多年的研究和施工實(shí)踐,目前所使用的盾構(gòu)機(jī)刀具主要還是刮削類刀具和滾切類刀具。對于不同地層的掘進(jìn)施工,應(yīng)采用不同型式的刀具。在確定刀具形式之前必須對施工地層進(jìn)行勘察取樣與試驗(yàn),制定出詳細(xì)的地質(zhì)報(bào)告,一 般地層都是以組合地層條件出現(xiàn)的,也有單一地層的情況,然后根據(jù)地層的分布特性和巖石抗壓強(qiáng)度選擇刀具。 選擇刀具一般應(yīng)遵循以下原則選擇刀具一般應(yīng)遵循以下原則 2.1 根據(jù)經(jīng)濟(jì)性選擇刀具根據(jù)經(jīng)濟(jì)性選擇刀具(1) 掘進(jìn)速度快、效率高;(2) 單位進(jìn)尺刀具消耗費(fèi)用少;(3) 盡可能適應(yīng)多

14、種地層掘進(jìn)要求;種類少, 備件費(fèi)用低:(4) 掘進(jìn)單位進(jìn)尺動(dòng)力消耗少,綜合費(fèi)用低;2.2 根據(jù)地層條件選擇刀具根據(jù)地層條件選擇刀具 對于軟土層來講是比較好選擇的,只要耐磨性好、排渣好的刮削刀具一般就能滿足需要;對于巖石地層,則主要考慮巖石的如下特性(1)巖石的強(qiáng)度)巖石的強(qiáng)度 巖石的單軸抗壓強(qiáng)度是影響掘進(jìn)效率的關(guān)鍵因素之一。一般盾構(gòu)機(jī)最適合掘進(jìn)抗壓強(qiáng)度為30-150MPa的中軟巖地層。刀 具的費(fèi)用部分地取決于巖石的強(qiáng)度。在較在較軟巖石中,抗壓強(qiáng)度是一種較可靠的衡量軟巖石中,抗壓強(qiáng)度是一種較可靠的衡量標(biāo)準(zhǔn)。但在中硬巖石中,巖石的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。但在中硬巖石中,巖石的抗壓強(qiáng)度與實(shí)際可破性往往不成正比

15、與實(shí)際可破性往往不成正比。這是由于某些中等抗壓強(qiáng)度的巖石有彈性或韌性。在掘進(jìn)過程中,它對掘進(jìn)的阻力大于巖石抗壓強(qiáng)度所表示的阻力。彈性表現(xiàn)為巖石的韌性,當(dāng)?shù)毒邏喝霑r(shí),巖石變形而不碎成巖渣。在這類巖石中掘進(jìn),其困難程度大于抗壓強(qiáng)度雖然大但其脆而易碎的巖石。 世界各地都在研究,尋求能表示巖石可破性的可靠指標(biāo)。但地層往往是復(fù)雜的,刀具的選擇一定要考慮其復(fù)雜性。(2)巖石的耐磨性)巖石的耐磨性 選擇刀具還必須考慮的第二個(gè)因素是巖石的耐磨性。巖石的硬度和耐磨性越高,刀具消耗和施工成本就越高,造成停機(jī)換刀次數(shù)增加,影響掘進(jìn)速度,在相對不耐磨的巖石中即使抗壓強(qiáng)度很高,采用盤形滾刀或楔齒滾刀往往效果很好。反之在

16、耐磨性大、抗壓強(qiáng)度小的巖石中往往要用硬合金球齒滾刀,以免頻繁換刀造成停工。(3)巖體的結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度)巖體的結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度 巖體的結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度即巖體裂隙化程度與掘進(jìn)效率有很大的關(guān)系??箟簭?qiáng)度、硬度、耐磨性相同或相近的巖體,若結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度不同,掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速度的差異明顯。 由于各種刀具的結(jié)構(gòu)型式、破巖機(jī)理和破巖部位地質(zhì)的不同,每一種刀具只能適應(yīng)于一定的掘進(jìn)地層。表3.1是美國瑞德公司推薦的幾種刀具的使用范圍。表3.1 幾種刀具的推薦使用范圍分類抗壓強(qiáng)度 MPa 典 型 巖 石 刀 具 型 式軟土層軟巖 30頁巖 粘土 泥巖 刮刀;齒刀;楔齒滾刀 中軟巖 30-85石灰?guī)r 砂巖 大理石 火山巖

17、 凝灰?guī)r盤形滾刀;楔齒滾刀 中硬巖 85180 白云石 片麻巖花崗巖 片巖 長石硬質(zhì)合金楔齒滾刀;盤形滾刀;盤形球齒滾刀表3.2各類刀具的主要破巖機(jī)理 刀具類型刮刀球齒滾刀盤形滾刀主要破巖機(jī)理刮 削剪 切擠 壓研 磨龜 裂運(yùn)動(dòng)形式滑動(dòng)滾動(dòng)+微滑滾動(dòng)刀齒形狀刨刀狀球面狀楔狀(4)復(fù)合地層刀具的選擇)復(fù)合地層刀具的選擇 對于地層條件不一致的復(fù)合地層,如沙卵石地層,土層、膠泥層以及巖石層等層疊分布的地層,施工和選擇刀具都是有一定困難的,這時(shí)一定要綜合考慮各種地質(zhì)特性,選用部分既要能適合土層、膠泥層掘進(jìn)的刮刀,也要選用一部分能對付巖石層的滾刀,并交錯(cuò)布置刀具,互相能夠補(bǔ)償,充分發(fā)揮其應(yīng)有的潛能。在刀具

18、制造時(shí),也要采取相應(yīng)的措施。如在刮刀制 造時(shí)充分考慮其耐磨性,在刀具的結(jié)構(gòu)形式上既要有利于刮削,也要有利于幫助滾刀清理巖渣和膠泥團(tuán)的刮刀;在滾刀制造時(shí),既要考慮破巖的需要,有足夠的強(qiáng)度和硬度,又要考慮沙卵石地層對滾刀的磨損,在刀體外表面和刀座外表面堆焊耐磨材料或其它耐磨措施,防止過早磨損失效,同時(shí)還要控制滾刀的啟動(dòng)扭矩不要過大,以免滾刀在通過沙卵石層和土層時(shí)不能自轉(zhuǎn),產(chǎn)生弦磨破壞失效。三、盾構(gòu)機(jī)刀具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)制造三、盾構(gòu)機(jī)刀具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)制造 刮刀的性能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)制造刮刀的性能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)制造1. 1 刮削類刀具特點(diǎn)刮削類刀具特點(diǎn) 刮削類刀具一般是通過相對滑動(dòng)來切割軟巖和土層的

19、,它由刀體和刀刃和安裝座兩組成,安裝座一般焊接在刀盤上。刮削刀一般用于軟土層和膠結(jié)地層的開挖,有時(shí)在復(fù)合地層施工中也作為輔助刀具裝在滾刀的后面使用。但此時(shí)的安裝要低于 盤形滾刀一定的高度,主要是用來輔助刮削收集滾刀切割下來的巖渣,對刀盤起保護(hù)作用,掌子面的破碎主要還是靠滾刀來完成的,只是為了把被滾刀破碎后的巖渣及時(shí)收入清渣槽,以防渣土積聚磨損刀盤,如果只用刮刀則會迅速將刮刀磨損。 刮刀刀體對刀刃起支持作用,并且刀體還起到在刀盤上的安裝連接作用,要求具有較高的強(qiáng)度、剛度和耐磨性;刀刃部分通常直接與掌子面接觸起切割、撬動(dòng)巖土層的作用,要求刀刃耐沖擊、高強(qiáng)度和高耐磨性。1.2刀類刮刀具的設(shè)計(jì)制造刀類

20、刮刀具的設(shè)計(jì)制造 俗話說好刀看刃,為了延長刀具使用壽命,刀刃部分通常采取釬焊或鑲嵌(通過釬焊或熱裝)優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)合金刀片,其硬度一般在HRA83-88之間,以保證刀刃部分的鋒利和耐磨性,滿足切割軟巖和土層的需要。合金刀片的形狀和尺寸較多,根據(jù)不同的刀盤安裝要求和地層情況而定,要求其具有較高的耐磨性、抗沖擊韌性及與 刀體的可焊性(焊接結(jié)合時(shí));刀體要具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性,通常選用中碳合金鋼或空淬鋼,使硬度達(dá)到HRC40以上,也常常采用表面硬化技術(shù)或局部堆焊耐磨層;其形狀則根據(jù)需要可作成各種形狀和尺寸,所以,刮削刀具的種類繁多,目前盾構(gòu)機(jī)上常用的刮削類刀具主要有邊刮刀、貝克刀、切刀、齒刀、先行刀等,

21、其切削的方式和切削機(jī)理是一樣的,本文通稱刮削類刀具。 滾刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)制造滾刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)制造2.1. 盤形滾刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)盤形滾刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 滾切類刀具是通過刀具的滾動(dòng)來切割巖層的,所以人們又常常習(xí)慣稱為滾刀。它一般是通過刀框座和螺栓連接在刀盤上的,在工作過程中,它不僅要在刀盤的帶動(dòng)下隨刀盤進(jìn)行公轉(zhuǎn),同時(shí)還要圍繞自身刀軸進(jìn)行自轉(zhuǎn),通過不斷的連續(xù)滾動(dòng)對巖層進(jìn)行滾切、擠壓和摩擦,使掌子面上巖 層逐漸龜裂剝落,完成對巖層的切割破碎。并且滾刀是由多個(gè)零部件經(jīng)加工后裝配而成的,不僅要求硬度高、耐磨性好,而且還要求密封性能好,承載能力大,主要用于巖石層和復(fù)合地層的施工。 根據(jù)刀體和刀刃的形狀不同,

22、滾刀可分為:錐形滾刀、盤形滾刀(又分鋼刀圈滾刀和球齒刀圈滾刀)。盾構(gòu)機(jī)刀盤上現(xiàn)在一般只安裝盤形滾刀,根據(jù)其在刀盤上安裝位置的不同,滾刀又分為:中心滾刀、正滾刀、邊滾刀等。 我們知道盤形滾刀的主要性能是用來破碎巖石的,必須具有良好的滾壓和剪切破巖功能,適應(yīng)多種地層和巖石條件。盤形滾刀的刀圈是易損件,因其消耗量大,價(jià)格也較貴,應(yīng)能 在工作現(xiàn)場進(jìn)行更換,以提高其使用價(jià)值, 附:正滾刀結(jié)構(gòu)圖 刀圈的斷面幾何形狀根據(jù)巖層條件變化可有多種選擇。滾刀的內(nèi)部件與其切削刀圈同樣重要,性能優(yōu)良的軸承和軸系零件以及性能可靠的密封、潤滑,可以提高滾刀的承載能力,延長使用壽命。較好的刀座結(jié)構(gòu)便于滾刀在刀盤上安裝拆卸,安

23、全可靠。所有這些都是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)加以考慮的。盤形滾刀有1012151719等多種規(guī)格系列,現(xiàn)在盾構(gòu)機(jī)常用的一般為17系列滾刀,發(fā)展的趨勢是19滾刀。我們現(xiàn)以17盤形滾刀為例將其結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)及設(shè)計(jì)制造過程說明如下:(1) 17盤形滾刀技術(shù)性能指標(biāo):盤形滾刀技術(shù)性能指標(biāo): 滾刀直徑 17”(432mm) 滾刀承載能力 30噸/把 滾刀適應(yīng)地層條件 30200MPa 滾刀啟動(dòng)扭距 3070N.m(2) 17盤形滾刀結(jié)構(gòu)特點(diǎn):盤形滾刀結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 滾刀分為正滾刀、邊滾刀、中心滾刀等。根據(jù)地質(zhì)條件的差別,有單刀圈滾刀和多刀圈滾刀。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖所示。它們主要由刀圈、刀體、刀軸、圓錐滾子軸承、金屬浮動(dòng)密封環(huán)

24、、刀蓋(座)及聯(lián)接螺栓等件組成。目前不論其規(guī)格大小和安裝部位的不同,盤形滾刀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)均采用背對背安裝的圓錐滾子軸承組合、油浴潤滑、金屬浮動(dòng)密封環(huán)密封形式。根據(jù)安裝方式的不同,滾刀刀蓋和刀軸軸頭有不同形式。根據(jù)地層和刀具種類的不同,刀圈的厚度從57.2mm80mm不等,刀圈的內(nèi)孔尺寸各公司也有差別,刀圈刀刃也有不同形狀。 2.2 盤形滾刀主要件的設(shè)計(jì)制造盤形滾刀主要件的設(shè)計(jì)制造 在滿足滾刀正常安裝、適合地層的條件下,影響滾刀使用壽命的四大關(guān)鍵是刀圈、刀體、軸承和密封的制造和裝配質(zhì)量?,F(xiàn)將這幾種零件的制造和裝配過程介紹如下:(1)刀圈的制造)刀圈的制造 滾刀刀圈是影響滾刀使用壽命的關(guān)鍵,其制造質(zhì)

25、量不好會因過早磨損,斷裂而降低整刀壽命。刀圈直徑采用目前國內(nèi)外流 行的17吋(432mm)尺寸。刀圈的斷面形狀對破巖影響較大,目前刀圈刃部的輪廓線已趨于流線型,通常刀圈邊緣半徑R=3-4mm。滾刀刀圈材料有兩大類:即整體合金鋼刀圈和鑲硬質(zhì)合金齒的刀圈。(見右圖) 整體合金鋼刀圈材料主要以熱作模具鋼為主,硬度一般在HRC55-60之間, 它的特點(diǎn)是可以承受較大的沖擊載荷,并具有較好的耐磨性能,刀具制造費(fèi)用相對較低,適用于中硬巖層條件破巖做業(yè)。合金球齒刀圈是在合金鋼刀圈基體上鑲嵌硬質(zhì)合金柱齒,硬質(zhì)合金柱齒頭部呈球狀,硬質(zhì)合金硬度為HRA85-88。一般情況下,抗壓強(qiáng)度超過150Mpa的堅(jiān)硬巖層采用

26、球齒刀圈進(jìn)行施工,能很好地解決刀圈硬度(主 要是合金球齒硬度)和韌性(刀圈基體的韌性)的矛盾,因?yàn)楹辖痄摰度υ谔岣哂捕仍黾悠淠湍バ缘耐瑫r(shí)會增加脆性、降低韌性而使其強(qiáng)度降低,容易使刀圈崩裂,球齒刀圈能很好的解決這個(gè)問題,其壽命是鋼刀圈的1.5-3倍,比較適合安裝在邊滾刀和超挖刀等耐磨性要求較高的刀位,但制造成本較高。根據(jù)刀圈的工作條件,刀圈材料應(yīng)滿足以下性能:a )高的屈服強(qiáng)度,減少刀刃端在高應(yīng)力下壓潰變形; b )良好的沖擊韌性,提高材料裂紋擴(kuò)展功,防止刀圈斷裂;c )足夠高的硬度,增加耐磨性,減少刀圈磨損;d )良好的抗回火性能,提高材料的熱穩(wěn)定性,保證刀圈在熱裝和滾壓巖體過程中不降低硬度。

27、e )良好的熱加工和冷加工的工藝性能,材料成本低,制造方便,提高產(chǎn)品合格率。(2)滾刀密封特性及制造:)滾刀密封特性及制造: 密封可保存軸承潤滑劑并防止外來物進(jìn)入,對保證軸承正常工作和延長工作壽命是十分重要的。金屬浮動(dòng)密封環(huán)屬于機(jī)械端面密封的一種,非常適用于滾刀作業(yè)的復(fù)雜多變的地層工況條件(使用環(huán)境惡劣,且有一定的外部介質(zhì)壓力,其載荷具有低速重載和沖擊性的特征)具有一定的承壓能力以及良好的密封性能和較長的壽命。 這種密封由兩個(gè)嚙合的經(jīng)過硬化處理的合金鋼或高鉻鑄鐵密封環(huán)和兩個(gè)富有彈性的復(fù)曲面橡膠圈組成。用復(fù)曲面橡膠圈調(diào)整密封環(huán)位置,因它有浮動(dòng)能力,可以補(bǔ)償裝配端面間隙或防止偏斜。復(fù)曲面密封圈使金

28、屬密封環(huán)端面壓力恒定。當(dāng)空間有限而采用短滾刀時(shí),可采用改進(jìn)型浮動(dòng)端面密封。(此時(shí)采用一個(gè)復(fù)曲面橡膠圈,一個(gè)金屬密封環(huán),一個(gè)精加工過的滾刀零件端面)。 金屬密封環(huán)是密封件中的主要零件,其結(jié)構(gòu)及質(zhì)量的好壞起決定性作用。金屬密封環(huán)采用高硬度的耐磨、高鉻鉬的鑄鐵材料,硬度HRC60-65,工作表面粗糙度Ra0.1um,表面平面度0.0015mm。 這種金屬密封環(huán)的特點(diǎn)如下:a )采用3.5度導(dǎo)油斜面及小曲率半徑球面環(huán)與平面環(huán)結(jié)構(gòu),有利于形成油膜,以保證軸承潤滑油不泄漏及阻止泥土進(jìn)入軸承腔;b )采用高光潔度及高硬度工作面,使之貼合良好,減少了摩擦阻力,提高密封性能;c ) 加厚了密封環(huán)的尺寸,提高了結(jié)

29、構(gòu)強(qiáng)度;d ) 浮動(dòng)密封環(huán)采用的0型橡膠圈,是按刀具工況要求,研制的專用橡膠件(P118及P229膠料),使用效果良好;與普通橡膠相比,具有可壓縮性大及回彈性好等特點(diǎn)。即使在外界巖土的沖擊中,也始終對金屬密封環(huán)施加壓力,讓金屬環(huán)工作面始終接觸,保證軸承潤滑油不泄漏并阻止泥土進(jìn)入軸承腔,起到密封效果。(3) 滾刀軸承結(jié)構(gòu)特性滾刀軸承結(jié)構(gòu)特性 滾刀軸承大都采用美國鐵姆肯公司生產(chǎn)的圓錐滾子軸承作為滾刀的軸承,這種軸承選用滲碳淬火鋼制造,表面有很高的硬度,芯部有很高的強(qiáng)度和韌性,這類軸承要求具有以下的優(yōu)點(diǎn):a ) 能同時(shí)承受徑向載荷和軸向推力;b ) 就相同的軸承尺寸而言,相對壽命更長;c ) 就相同

30、的承載能力而言,尺寸較小。d ) 調(diào)節(jié)性能好:不管是軸向游隙還是預(yù)加負(fù)荷,均能按設(shè)計(jì)要求 調(diào)整到最佳性能;e ) 其錐型結(jié)構(gòu)固有的自動(dòng)移油特點(diǎn),能從滾道接觸區(qū)域排除任何微粒沾染物,大大降低了受工作環(huán)境污染物的影響;f )與其他類型的滾子軸承相比,因其純滾動(dòng)效果較好,摩擦系數(shù)減少,磨損速度慢,使用壽命長;g ) 由于其內(nèi)外滾道可分離,安裝和拆卸十分簡便;另外軸承載荷的變化對軸承的壽命是有很大影響的,鐵姆肯公司給出的結(jié)論是:載荷減少一半,軸承壽命增加十倍:載荷增加一倍, 軸承壽命降低90%。例如一個(gè)軸承在18144公斤的壓力下,轉(zhuǎn)速 為120轉(zhuǎn)分時(shí),按設(shè)計(jì)理論計(jì)算軸承壽命為564小時(shí),而當(dāng)載荷減少

31、50%時(shí),軸承壽命可延長至5684小時(shí),提高十倍以上。(4)刀體、刀蓋的制造)刀體、刀蓋的制造 刀體是滾刀的主要受承載力的零件,它支撐著刀圈進(jìn)行破巖切削,同時(shí)又保護(hù)著滾刀內(nèi)部的軸承和密封進(jìn)行正常的運(yùn)轉(zhuǎn),既要有足夠的強(qiáng)度承受來自刀盤和掌子面的擠壓力,又要有較高的耐磨性來應(yīng)對刀圈破碎下來的巖渣的磨損;刀蓋是浮動(dòng)密封的保護(hù)支撐體,同時(shí)又起到壓緊軸承調(diào)節(jié)滾刀啟動(dòng)扭矩的作用,兩者材料一般選用42CrMo材質(zhì)的鍛件,并經(jīng)兩次熱處理,使硬度達(dá)到HRC40-45,對于有的沙卵石復(fù)合地層,為了提高刀體的耐磨性,還在刀體上堆焊碳化鎢等耐磨材料,保證其滿足特殊地層的耐磨性需要。(5) 滾刀的裝配滾刀的裝配 滾刀的裝

32、配環(huán)節(jié)是保證滾刀的綜合性能的關(guān)鍵過程之一,要保證各個(gè)配合尺寸的過盈量符合設(shè)計(jì)要求,保證所用軸承的預(yù)緊力的調(diào)整,并仔細(xì)檢驗(yàn)所用密封是否存在劃傷等缺陷,進(jìn)行密封試壓檢驗(yàn),加足潤滑油,并根據(jù)地層條件調(diào)整好滾刀的啟動(dòng)扭矩。硬巖時(shí)啟動(dòng)扭矩要大一些,軟巖時(shí)啟動(dòng)扭矩要小一些,以防止?jié)L刀不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)弦磨,造成滾刀過早損壞。滾刀扭矩一般在30N.m-70N.m之間。(6) 潤滑的要求潤滑的要求 因?yàn)榻饘俑?dòng)密封環(huán)需要配合以油浴潤滑,故采用圓錐滾子軸承制造廠家推薦的車輛齒輪油(GL-5),它具有如下特點(diǎn):a ) 良好的抗磨性。能在被潤滑表面形成牢固油膜,以防止軸承和浮動(dòng)密封環(huán)高工作壓力區(qū)表面擦傷和膠合。b ) 良好

33、的抗氧化安定性,以適應(yīng)在苛刻條件下長期使用,而不易氧化衰變。c) 良好的抗泡沫性,在保證操作條件下,劇烈攪拌過程中產(chǎn)生的泡沫少,并易于消滅。d) 良好的防銹性能 ,以保證被潤滑表面不產(chǎn)生腐蝕和銹蝕。 此外,稀油潤滑的充滿性和排氣性好,也有利于滾刀使用。四、刀具的布置使用與發(fā)展趨勢四、刀具的布置使用與發(fā)展趨勢 根據(jù)刀具特點(diǎn)合理布刀根據(jù)刀具特點(diǎn)合理布刀 不同的工程地質(zhì)條件應(yīng)采用不同的刀盤結(jié)構(gòu)形式和布刀方式及刀具組合類型。布刀是否合理將直接影響施工效果和項(xiàng)目效益。在設(shè)計(jì)刀盤時(shí)刀具配置應(yīng)考慮以下幾方面:1.1 按施工技術(shù)特點(diǎn)布刀按施工技術(shù)特點(diǎn)布刀 為保證施工操作安全可靠,首先應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)(1) 使刀

34、盤受力均衡、振動(dòng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn);(2)刀具覆蓋整個(gè)斷面(3)不得引起巷道偏斜;(4)方便排除渣土;(5) 便于裝拆和檢查修理。1. 2 按刀盤各區(qū)工作特點(diǎn)布刀:按刀盤各區(qū)工作特點(diǎn)布刀: 根據(jù)刀盤上三個(gè)性質(zhì)不同的區(qū)域(中心區(qū),中心區(qū),正面區(qū)及邊正面區(qū)及邊緣區(qū)緣區(qū))的工作特性,布刀時(shí)一定要充分考慮其分布特點(diǎn)。(1) 中心區(qū)刀具受力和使用特點(diǎn)中心區(qū)刀具受力和使用特點(diǎn) 該區(qū)是刀盤的中心,特點(diǎn)是位置小,滾刀安裝在刀盤的回轉(zhuǎn)中心處,施工過程中滾刀公轉(zhuǎn)半徑很小,而曲率很大。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理,滾刀在施工中要受到刀盤的推力、刀盤扭矩對滾刀產(chǎn)生的滾切力以及刀盤旋轉(zhuǎn)使?jié)L刀產(chǎn)生的向心力。而向心力的大小在滾刀推力不變的情況

35、下與滾刀的向心加速度成正比,而向心加速度大小, 從公式An=V2/可以看出,當(dāng)?shù)侗P做勻速回轉(zhuǎn)時(shí),與曲率半徑成反比,靠近刀盤中心的向心加速度可以是無窮大,它表明滾刀速度方向的變化率非常大,幾近沿半徑方向滑動(dòng),所以中心滾刀除承載刀盤推力和滾動(dòng)阻力外,還要承受很大的向心力,中心滾刀受力以扭轉(zhuǎn)和沿刀盤徑向滑擦為主,這一點(diǎn)在滾刀配置時(shí)要充分考慮。目前在豎井刀盤上常安裝單支點(diǎn)中心刀以減少中心刀的滑動(dòng)磨損。而在盾構(gòu)機(jī)刀盤的中心刀承受刀盤推力較大,常用同規(guī)格的雙刃盤形滾刀,內(nèi)部安裝四列承載軸向力較大軸承來滿足其受力需要。(2)正面區(qū)刀具受力和使用特點(diǎn))正面區(qū)刀具受力和使用特點(diǎn) 該區(qū)處于中心區(qū)和邊沿區(qū)之間,工作

36、時(shí)刀具正對著掌子面,其受力情況與中心刀基本相同,不同的是遠(yuǎn)離刀盤回轉(zhuǎn)中心,有較大的轉(zhuǎn)彎半徑,也就是說曲率半徑較大,所受向心力較小,大部分滾刀是以純滾動(dòng)工作為主,切向速度與邊滾刀相比也比較低,又有足夠的布置空間,所以該區(qū)布刀容易,一般常把滾刀和刮刀配合布置,刀具使用壽命也長。在硬巖中掘進(jìn)時(shí),正面區(qū)布刀應(yīng)盡量使各刀具磨損均勻、盡量使?jié)L刀純滾動(dòng),這時(shí)無論是軸承壽命還是刀圈壽命都比較高。 (3)邊緣區(qū)刀具受力和使用特點(diǎn))邊緣區(qū)刀具受力和使用特點(diǎn) 該區(qū)刀具位于刀盤的邊沿,其刀具的安裝要從正對掌子面逐漸過渡到切削隧道內(nèi)壁。其安裝如下圖示:可以看出,邊滾刀的受力從全部受正壓力到逐漸加大軸向受力,當(dāng)安裝傾角大

37、于45角時(shí),以受軸向力為主,所以邊滾刀安裝角不易40邊滾刀安裝示意圖 大于45。每把邊滾刀受力都不一樣,除受上述分析的三向力之外,還要受沉積到底部沒有排出的巖渣產(chǎn)生的擠壓力,刀具受力非常復(fù)雜。同時(shí)邊滾刀的自轉(zhuǎn)速度和公轉(zhuǎn)線速度也較高,根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理,可把滾刀作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn),則它的動(dòng)量MV(M為滾刀質(zhì)量,V為滾刀線速度)就比較大,當(dāng)遇到大塊巖石撞擊時(shí),會產(chǎn)生很大的沖量,會對邊滾刀造成致命的損壞。邊滾刀除要承擔(dān)大量的破巖外,還要保證開挖直徑,所以邊緣區(qū)布刀是刀盤布刀的關(guān)鍵,常常布刀量比較多,有些公司還對刀圈形狀和刀體進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),并制做成專用邊滾刀,以滿足施工需要。 合理使用刀具合理使用刀具2.1 建

38、立刀具檔案建立刀具檔案 在每一工程掘進(jìn)施工開始時(shí),就對每個(gè)刀位的刀具建立檔案,記錄安裝日期,掘進(jìn)進(jìn)尺,更換的時(shí)間,修理時(shí)更換的零件及日期,修理內(nèi)容等,同時(shí)記錄相鄰刀具的更換狀態(tài)和相鄰刀具高差,盡量按標(biāo)準(zhǔn)更換和按時(shí)更換,只要規(guī)定的使用壽命到期,外觀還沒有完全報(bào)廢也應(yīng)更換,避免刀具內(nèi)部帶病使用,一個(gè)周期不到就提前損壞,給相鄰刀具帶來超負(fù)荷使用造成損壞,甚至造成刀盤磨損。2.2 制定科學(xué)的換刀計(jì)劃制定科學(xué)的換刀計(jì)劃 刀具的壽命在施工過程中因地質(zhì)條件的變化而變化,每項(xiàng)工程的施工過程中,其刀具的耐用度是不同的,在一項(xiàng)工程開工后,應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告和在初期掘進(jìn)過程中采集裝置采集到的各種掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行分析,(

39、與刀具磨損相關(guān)的參數(shù)包括:掘進(jìn)速度、總推力、刀盤總扭矩、刀盤轉(zhuǎn)速、進(jìn)尺等)通過參數(shù)分析,預(yù)測刀具的磨損狀況,統(tǒng)計(jì)找出能反映刀具變化的一個(gè)合理周期,制定出科學(xué)的換刀計(jì)劃,盡 可能做到主動(dòng)換刀,避免被動(dòng)換刀,也就是在施工整備時(shí)間內(nèi)換刀。這就要求準(zhǔn)確判斷刀具狀態(tài),既不盲目更換,增加刀具消耗,又力求減少在施工中出現(xiàn)刀具漏油、軸承損壞、刀圈偏磨、斷裂、螺栓斷裂或松動(dòng)等不允許存在的故障現(xiàn)象,從而減少掘進(jìn)中被迫停機(jī)進(jìn)行刀盤檢查和刀具更換的現(xiàn)象。2.3 正確使用刀具正確使用刀具 首先要嚴(yán)格控制裝機(jī)刀具質(zhì)量,保證進(jìn)洞的上機(jī)刀具都符合刀具相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,做到正確使用刀具也是減少刀具消耗的重要因素之一,以盤形滾刀為例

40、應(yīng)從以下幾方面考慮: (1)合理使用刀圈)合理使用刀圈 在施工中,刀圈的使用量大,且價(jià)格比較貴,據(jù)統(tǒng)計(jì)隧道掘進(jìn)硬巖施工中刀圈費(fèi)用占刀具費(fèi)用的30%左右,因此,使刀圈得到充分利用,盡可能使每個(gè)刀圈的實(shí)際磨損量大于允許磨損量,是減少刀圈消耗的重要條件,這就要求在掘進(jìn)時(shí)充分保證每把滾刀的負(fù)荷平衡,控制推進(jìn)速度平穩(wěn),轉(zhuǎn)速適宜本項(xiàng)目特點(diǎn),使刀盤不偏載,刀圈不弦磨,刀盤推力適宜才能保證刀圈的充分利用。 (2 )合理使用軸承)合理使用軸承 充分發(fā)揮軸承的使用壽命?,F(xiàn)在盤形滾刀使用的軸承大都是進(jìn)口美國鐵姆肯公司生產(chǎn)的錐面滾子軸承,價(jià)格昂貴,軸承消耗量大,在硬巖掘進(jìn)施工中,據(jù)統(tǒng)計(jì)刀具軸承費(fèi)用占刀具消耗費(fèi)用的15

41、%左右,按國外滾刀有關(guān)技術(shù)規(guī)程,刀具軸承的使用壽命為564小時(shí),前已述及,適當(dāng)減小軸承負(fù)荷,可以大大提高軸承壽命,因此要適當(dāng)控制軸承負(fù)荷,也就是要控制刀盤推力,使其與其它相關(guān)刀具零件處于相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)壽命,同時(shí)要保證軸承裝配時(shí)的預(yù)緊量,能夠減少軸承的消耗。 (3 )合理使用密封)合理使用密封 滾刀內(nèi)部的金屬浮動(dòng)密封,由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是成對使用,工作過程中自動(dòng)形成滑動(dòng)密封副,具有不可重復(fù)拆裝使用的特性,據(jù)統(tǒng)計(jì)在硬巖掘進(jìn)施工中,刀具密封費(fèi)用占到了刀具費(fèi)用的10%左右。合理使用浮動(dòng)密封的關(guān)鍵是裝配維修時(shí),保證刀蓋給浮動(dòng)密封施加的壓力適當(dāng),一般以每對浮動(dòng)密封上加壓后10N.m的扭矩為宜,過大會加快密封的摩擦

42、,降低使用壽命,也是較低刀具費(fèi)用的重要途徑之一。(4)合理使用刀體、刀蓋)合理使用刀體、刀蓋 刀體、刀蓋在刀具使用中不能算易損件,但這幾種零件相對較大,造價(jià)也較高,使用中往往發(fā)生不同程度的不正常變形損壞,這主要和工程地層條件關(guān)系較大。最好是根據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)情況,由刀具供應(yīng)廠家有針對性的改進(jìn)這些零件的材料和熱處理性能,提高其適應(yīng)性,同時(shí)對這些損壞零件制定出正確的判定標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法,進(jìn)行恢復(fù)性修理,也能減少這些零件的消耗。 (5)加強(qiáng)規(guī)范操作,減少事故性刀具損壞)加強(qiáng)規(guī)范操作,減少事故性刀具損壞 經(jīng)對有的工程施工調(diào)查發(fā)現(xiàn),有時(shí)為了提高效率趕工期,加大推進(jìn)力和提高刀盤轉(zhuǎn)速,特別是在不均勻地質(zhì)段推進(jìn)過快等

43、原因,或者是地層不穩(wěn),應(yīng)采取防范措施而未采取,造成刀具的意外損壞的情況也時(shí)有發(fā)生,這時(shí)損壞的刀具往往不是一把,而是一批,有時(shí)甚至很嚴(yán)重,難于修復(fù)。加強(qiáng)規(guī)范操作和施工管理,制定科學(xué)的操作施工參數(shù),也能減少事故性刀具的損壞。 比如刀盤的回轉(zhuǎn)速度在理論上是以邊滾刀轉(zhuǎn)速每分鐘100轉(zhuǎn)為計(jì)算基礎(chǔ)的。刀盤回轉(zhuǎn)速度n可用以下近似公式表示: n= 100d / D, 式中:D-隧道掘進(jìn)直徑, d-為滾刀直徑。 一般的講,在給定地質(zhì)條件和刀具推力的情況下,刀盤直徑越小,刀盤轉(zhuǎn)速可以相對提高;滾刀直徑增大,刀盤轉(zhuǎn)速可以相對提高;刀盤直徑(掘進(jìn)孔徑)越大,所選盤形滾刀的直徑也應(yīng)越大。(6) 刀具的定期檢查刀具的定期

44、檢查 刀具在掘進(jìn)施工過程中因地質(zhì)條件的變化,其刀具的耐用度是不同的,在一項(xiàng)工程開工以后,應(yīng)根據(jù)在初期掘進(jìn)過程中制定的換刀計(jì)劃和掘進(jìn)參數(shù),預(yù)測刀具的磨損狀況。也就是利用掘進(jìn)機(jī)上配備的數(shù)據(jù)采集裝置采集與刀具磨損相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行分析,通過分析掘進(jìn)速度或刀盤總扭矩的理論值與當(dāng)前實(shí)際值之間的偏差值來判斷刀具的磨損狀況,在換刀計(jì)劃之內(nèi)統(tǒng)計(jì) 找出一個(gè)能反映刀具變化的合理周期進(jìn)行刀具檢查(這個(gè)周期一般比換到計(jì)劃周期短,也應(yīng)在施工整備期內(nèi)進(jìn)行),可以實(shí)現(xiàn)在施工過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)刀具的磨損狀況,對還沒有達(dá)到換刀計(jì)劃周期但已經(jīng)磨損或失效的刀具及時(shí)進(jìn)行更換,以免導(dǎo)致刀圈超量磨損、斷裂、軸承異常損壞甚至引起相鄰刀具的損壞,造成嚴(yán)重事故的發(fā)生。 刀具的常見失效形式刀具的常見失效形式3.1 刀具常見失效形式刀具常見失效形式(1)刀具正常磨損)刀具正常磨損 滾刀在進(jìn)行掘進(jìn)時(shí),掘進(jìn)進(jìn)尺速度與其刃口寬度有關(guān)。隨著滾刀刀圈磨損量的增加,刃口寬度隨之增加,達(dá)到一定范圍時(shí)會影響掘進(jìn)速度,由于受到刀圈加工工藝的限制,而且新裝刀圈與齒刀之間有一定的高差(各刀盤設(shè)計(jì)的高差值不同),所以當(dāng)正滾刀 與中心刀最大磨損量為達(dá)到與齒刀規(guī)定的高差時(shí)為正常磨損,而邊緣滾刀則因隧道直徑差及所處位置的要求,其磨損極限一般為15mm。正常磨損是刀具失效的主要形式,其磨損形狀為在刃口寬度范圍內(nèi)磨損較均勻,不偏磨、不弦磨。( 2

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