刀具的磨損及失效分析

盾構施工技術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、條痕硬顆粒或硬突起引起摩擦表面破壞，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)接觸應力，產(chǎn)生重復變形，導致裂紋和分離出微片或顆粒的過程4摩擦化學磨損反應產(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或環(huán)境介質中的某些成分發(fā)生化學或電化學反應的過程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施工技術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。盾構施工技術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)變應力產(chǎn)生重復變形導致裂紋形成，最終使表面產(chǎn)生破損。壓入盾構施工技術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移到另一表面所引起的磨損。P盾構施工技術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力的反復作用，產(chǎn)生顯微裂紋。裂紋壓入盾構施工技術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。該線應用的德國海瑞克盾構機的刀盤轉速可以達到3rpm(轉數(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。北京地鐵某線盾構試驗段砂卵石地層渣土

盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE砂卵石地層切削刀具失效分析

如北京地鐵某線盾構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、亂石對盾構刀具的巨大破壞作用。盾構試驗段盾構機刀具磨損和折斷嚴重，開倉后刀具的形貌見下圖。

硬質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施工技術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（內側）為典型的犁溝式磨損。

盾構施工技術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：外側硬質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

盾構施工技術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施工技術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。盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE刀圈偏磨，滾刀在掘進工作面不轉動，由于刀圈和掘進工作面的相對運動就會形成刀圈的偏磨。滾刀的磨損盾構施工技術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。滾刀的磨損盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE滾刀的多邊形磨損在掘進時滾刀時轉時不轉，或者在某個點轉動時間長在其它點轉動時間短，就會產(chǎn)生這樣的磨損。滾刀的磨損盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE預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最終造成滾刀刀圈的偏磨或斷裂。一般在巖石中風化帶巖石微風化帶地層最大的推力不要超過1000ton。刀盤轉速也是影響刀具磨損的另一個主要因素，過大的刀盤轉速在硬巖地層會造成盾構機振動顛簸，加劇刀具的磨損。一般在硬巖地層刀盤轉速設置為1.5rpm為合適值。預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。從巖石微風化帶地層向巖石強風化帶轉換,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。盾構施工技術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，盾構機姿態(tài)糾正很難的現(xiàn)象時，就要考慮刀具是否磨損嚴重，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、驅動電機熄火的現(xiàn)象時，應立即停機進行檢查。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。預防滾刀異常磨損的措施盾構施工技術SHIELDCONSTRUCTIONTECHINQUE盾構機姿態(tài)應保持正常姿態(tài)在硬巖地層如果不斷的調整盾構機姿態(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致滾刀變形。在硬巖地層絕不可只片面追求進度，應該在保證刀盤和刀具不被嚴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