刀具的磨損及失效分析

盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE刀具磨損機理序號磨損類型磨損外觀磨損機理1粘著磨損麻點材料的相互作用是主要因素。粘著磨損的過程實際上是摩擦副雙方間原子鍵的形成（顯微熔接）和分離過程2磨料磨損擦傷、溝紋、條痕硬顆?；蛴餐黄鹨鹉Σ帘砻嫫茐?，分離出屑或形成擦傷的過程3疲勞磨損裂紋、點蝕摩擦副材料微體積受循環(huán)接觸應(yīng)力，產(chǎn)生重復(fù)變形，導(dǎo)致裂紋和分離出微片或顆粒的過程4摩擦化學(xué)磨損反應(yīng)產(chǎn)物（膜、微粒）在摩擦作用促進下，摩擦副的一方或雙方與中間物質(zhì)或環(huán)境介質(zhì)中的某些成分發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的過程5微動磨損磨屑的研磨由上述四種機理疊加而成。如果兩接觸固體彼此以振幅小于100μm的擺動運動方式作相對運動的過程，則會出現(xiàn)細小磨屑的研磨作用盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE刀具磨損機理-磨料磨損的形式顯微切削：硬顆粒或硬凸起與材料產(chǎn)生相對運動，引起的材料損傷。當(dāng)磨粒的形狀與運動方向合適，有利于切削時，磨粒在切向力的作用下，在料表面刮起一層薄片，形成一次切削，脫離材料表面。這種切削溝的寬度和深很小，切屑也非常小。盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE刀具磨損機理-磨料磨損的形式疲勞(微觀犁皺或微觀壓入):表面微觀部分受循環(huán)變應(yīng)力產(chǎn)生重復(fù)變形導(dǎo)致裂紋形成，最終使表面產(chǎn)生破損。壓入盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE刀具磨損機理-磨料磨損的形式粘著：兩接觸表面局部的粘著使材料由一表面轉(zhuǎn)移到另一表面所引起的磨損。P盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE刀具磨損機理-磨料磨損的形式龜裂：材料表面受到垂直應(yīng)力的反復(fù)作用，產(chǎn)生顯微裂紋。裂紋壓入盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE砂卵石地層切削刀具失效分析

北京地鐵某線砂卵石地層中石英含量高達45%以上，石英砂是“很好”的磨料，使刀具磨損速度加快。該線應(yīng)用的德國海瑞克盾構(gòu)機的刀盤轉(zhuǎn)速可以達到3rpm(轉(zhuǎn)數(shù)/分鐘)，直徑6m刀盤外圍刀具的線速度可以達到1m/s。北京地區(qū)地層中含有大量不同粒徑的卵石，使得刀具的刃口部位承受很大的沖擊荷載。北京地鐵某線盾構(gòu)試驗段砂卵石地層渣土

盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE砂卵石地層切削刀具失效分析

如北京地鐵某線盾構(gòu)試驗段雍和宮站至張自忠站左線1510m隧道掘進為砂卵石及粘土混合地層,掘進過程中更換了5批刀具；而在北京地鐵某線16合同段宋家莊站至劉家窯站右線隧道1320m的粉質(zhì)粘土為主地層掘進則沒有更換過刀具，這充分表明了砂礫、亂石對盾構(gòu)刀具的巨大破壞作用。盾構(gòu)試驗段盾構(gòu)機刀具磨損和折斷嚴(yán)重，開倉后刀具的形貌見下圖。

硬質(zhì)合金刀片折斷的齒刀周邊刀掘進70米后磨損情況周邊刀磨損后的形貌盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE砂卵石地層切削刀具失效分析從掃描電鏡照片可以看出：刃口位的斜坡（內(nèi)側(cè)）為典型的犁溝式磨損。

盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE砂卵石地層切削刀具失效分析從掃描電鏡照片可以看出：外側(cè)硬質(zhì)合金球齒失效形為脆性塌陷+犁溝式磨損。

球齒表面磨損形貌

盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE砂卵石地層切削刀具失效分析從掃描電鏡照片可以看出：外側(cè)的球齒鑲嵌部分的磨損形式為犁溝式+碾壓磨損。周邊刀刀體迎土面磨損情況盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE滾刀的磨損正常磨損是指刀圈的磨損量超過了規(guī)定值，磨損量可用專用的量具進行測量。盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE刀圈偏磨，滾刀在掘進工作面不轉(zhuǎn)動，由于刀圈和掘進工作面的相對運動就會形成刀圈的偏磨。滾刀的磨損盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE刀圈斷裂，推力過大或刀圈在比較硬的巖石上滾動就有可能使刀圈斷裂，若一個刀圈有兩處斷裂，斷裂的部分刀圈就有可能掉到土艙。邊緣滾刀和正面區(qū)滾刀經(jīng)常有此現(xiàn)象。滾刀的磨損盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE滾刀的多邊形磨損在掘進時滾刀時轉(zhuǎn)時不轉(zhuǎn)，或者在某個點轉(zhuǎn)動時間長在其它點轉(zhuǎn)動時間短，就會產(chǎn)生這樣的磨損。滾刀的磨損盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE預(yù)防滾刀異常磨損的措施擇擇合理的掘進參數(shù)掘進參數(shù)包括掘進推力、刀盤轉(zhuǎn)速、扭矩、推進速度、切削量等，影響刀具磨損的最直接參數(shù)是掘進推力，推力的大小直接決定了刀具所承受的載荷。推力過大，雖然短期內(nèi)掘進速度很快，但長時間刀盤刀具所承受的載荷也比較大，過大的載荷會使?jié)L刀軸承受擠壓產(chǎn)生變形，繼而影響滾刀的自轉(zhuǎn)最終造成滾刀刀圈的偏磨或斷裂。一般在巖石中風(fēng)化帶巖石微風(fēng)化帶地層最大的推力不要超過1000ton。刀盤轉(zhuǎn)速也是影響刀具磨損的另一個主要因素，過大的刀盤轉(zhuǎn)速在硬巖地層會造成盾構(gòu)機振動顛簸，加劇刀具的磨損。一般在硬巖地層刀盤轉(zhuǎn)速設(shè)置為1.5rpm為合適值。預(yù)防滾刀異常磨損的措施根據(jù)不同的地層選擇不同的刀具根據(jù)地質(zhì)資料和對出土情況的判斷來確定刀具的更換，特別是兩種地層的交界處。從巖石微風(fēng)化帶地層向巖石強風(fēng)化帶轉(zhuǎn)換,如不能及時將齒刀更換為滾刀，就會很快加劇齒刀地磨損；從硬巖地層向軟土地層轉(zhuǎn)換，如不及時將滾刀換回齒刀，也有可能出現(xiàn)滾刀偏磨的現(xiàn)象。盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE定期對刀具進行檢查在硬巖區(qū)地層中，如果出現(xiàn)推力過大推進速度小扭矩也偏小，盾構(gòu)機姿態(tài)糾正很難的現(xiàn)象時，就要考慮刀具是否磨損嚴(yán)重，安排開艙檢查刀具。如果連續(xù)出現(xiàn)刀盤或螺旋輸送機被卡住、驅(qū)動電機熄火的現(xiàn)象時，應(yīng)立即停機進行檢查。一般要在不超過二十環(huán)時對刀具進行一次檢查，檢查看是否有刀圈磨損超限、刀圈斷裂、刀圈變形、固定刀圈的螺帽是否松動或掉落、刀座是否有裂紋等，如果一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)立即采取補救措施。

軟土區(qū)在掘進100環(huán)時要對刀具進行一次檢查。預(yù)防滾刀異常磨損的措施盾構(gòu)施工技術(shù)SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構(gòu)機姿態(tài)應(yīng)保持正常姿態(tài)在硬巖地層如果不斷的調(diào)整盾構(gòu)機姿態(tài)就會使?jié)L刀受力不均勻，在某個方向上過大的推力有可能導(dǎo)致滾刀變形。在硬巖地層絕不可只片面追求進度，應(yīng)該在保證刀盤和刀具不被嚴(yán)重磨損的前提下安排生產(chǎn)進度。為了一時的進度而忽視刀具的例行檢查是得不償失的。更換