搜索
盾构机刀具及其维护--设备管理部2019.10.31交融天下建者无疆目录一、盾构刀具二、刀具磨损及损坏原因三、预防刀具异常磨损的措施(滚刀)四、刀具磨损量检查及更换原则(滚刀)五、刀具的维护和修复对于盾构机来说,刀具布置和刀具形状在盾构机设计中是非常重要的内容。刀具布置方式及刀具形状是否适合应用工程的地质条件,直接影响到盾构机的切削效果、出土状况和掘进速度。前言：（一）盾构刀具的分类一、盾构刀具盾构机的刀具一般分为切削刀和滚刀两种，其余形式的刀具为辅助刀具。切削刀又分为齿刀、刮刀和先行刀等。滚刀实物照片：（1）按切削原理划分：a)周边刮刀b)周边刮刀(背面)c)周边刀安装位置d)齿刀e)方柄齿刀f)齿刀一、盾构刀具切削刀实物照片：h)先行刀i)先行刀j)先行刀k)牛角刀l)羊角刀m）三棱刮刀一、盾构刀具切削刀实物照片：（3）按安装方式分类（2）按运动方式分类一、盾构刀具（4）按安装位置分类：一、盾构刀具（二）刀具的作用及切削原理一、盾构刀具(1)切削刀切削刀是盾构机切削开挖面土体的主刀具，切削刀一般形状如左下图所示。一般情况下，β(前角)与α(后角)值随切削地层特性不同变化，取值范围在5～20度之间，粘土地层稍大，砂卵石地层稍小。切削刀一般形状示意图切削刀为盾构机开挖非岩质地层的基本刀具，其形状、布局将对开挖效果有重要影响。切削刀切削土体的示意见下图。对于软土地层或经滚刀破碎后的碴土将通过切刀和刮刀进行开挖。碴土随切刀、刮刀正面进入碴槽，因此切刀、刮刀既具有切削的功能又具有装载的功能。切削刀切削土体示意图一、盾构刀具根据广州及深圳地铁建设经验，随着城市轨道路网的延伸及建设力度的加大，盾构区间不仅需穿越常见的软弱地层，同时还需在部分硬岩地段中通过。因此在刀具选择上既要考虑在软岩中开挖的需要，也要考虑在硬岩中的要求。一般认为刮刀适用于土层及部分软岩，盘形滚刀适用于硬岩，其中单刃滚刀能用在强度很高的岩石中，国外曾有在抗压强度超过200MPa岩石中应用的工程记录。(2)滚刀盘形滚刀圈盘形滚刀一、盾构刀具安装在刀盘上的盘形滚刀在千斤顶的作用下紧压在岩面上，随着刀盘的旋转，盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴公转，同时绕自身轴线自转。滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在掌子面上切出一系列的同心圆沟槽。当推力超过岩石的强度时，盘形滚刀刀尖下的岩石直接破碎，刀尖贯入岩石，形成压碎区和放射状裂纹;进一步加压，当滚刀间距S满足一定条件时，相邻滚刀间岩石内裂纹延伸并相互贯通，形成岩石碎片而崩落，盘形滚刀完成一次破岩过程。一、盾构刀具(3)超前刀(也称先行刀)顾名思义，超前刀即为先行切削土体的刀具。超前刀在设计中主要考虑与切削刀组合协同工作。刀具切削土体时，超前刀在切削刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切削刀创造良好的切削条件。据其作用与目的，超前刀断面一般比切削刀断面小。采用超前刀，一般可显著增加切削土体的流动性，大大降低切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少切削刀的磨耗。在松散体地层，尤其是砂卵石地层使用效果十分明显。超前刀刀具形状及与切削刀协同切削土体的示意图见左下图。超前刀一、盾构刀具种类名称用途设置部位固定刀具掘削掘削面面板正面旋转刀具掘削掘削面面板正面超前刀具超前掘削面板正面导向钻头破碎地层面板正面外沿保护刀具保护刀盘外沿面板正面外沿修边刀具减小推进阻力面板外沿背面保护刀具保护背面面板面板背面加泥嘴保护刀具保护加泥嘴加泥嘴部位掘削障碍物刀具掘削障碍物面板正面外围刀具按掘削目的、设置位置和用途的分类一、盾构刀具（三）刀具工作示意图一、盾构刀具一、盾构刀具对于不同地层的开挖，盾构的刀具通常采用不同型式：开挖地层为硬岩时，采用盘形滚刀；地层为较软岩石时，采用齿刀；地层为软土或破碎软岩时，可采用切刀(或刮刀)。（四）刀具的选择卵石层(N40)砂砾卵石(10N40)洪积土(砂质土)(10N25)冲击粘土(0N10)二、刀具磨损及损坏原因（一）滚刀磨损及原因（1）正常磨损刀具的正常磨损是指刀圈的磨损量超过了规定值，磨损量可用专用的量具进行测量。二、刀具磨损及损坏原因（一）滚刀磨损及原因（2）刀圈偏磨如果滚刀在掘进工作面不转动，由于刀圈和掘进工作面的相对运动就会形成刀圈的偏磨。由于中心区滚刀线速度较小，承受载荷较大，中心区滚刀容易出现此现象。（3）刀圈断裂推力过大或刀圈在比较硬的岩石上滚动就有可能使刀圈断裂，若一个刀圈有两处断裂，断裂的部分刀圈就有可能掉到土舱。边缘滚刀和正面区滚刀经常有此现象。（一）滚刀磨损及原因二、刀具磨损及损坏原因（4）表面缺陷如果有金属或其它坚硬物损坏了刀圈的局部表面，刀圈局部表面就会形成表面缺陷。（一）滚刀磨损及原因（5）刀圈挡圈磨损或脱落挡圈是由两个半圆的钢环安装在滚刀轴的卡槽里焊接成一个完整的圆环，其作用是防止刀圈从滚刀轴上脱落，一旦刀圈挡圈脱落或焊接处磨损严重，就应该更换刀具。（6）滚刀漏油由于密封件的损坏，就可能使密封油泄漏，从而导致油封座和轮毂的损坏。二、刀具磨损及损坏原因（7)轮毂磨损刀盘和渣土不间断的摩擦，使得滚刀轮毂也发生严重磨损(8)油封座损坏由于漏油使得油封座损坏(9)轮毂或油封座损坏刀圈如果在金属物（掉了的刀圈或螺帽）上滚动，轮毂或油封座有可能被卡住，就会妨碍刀圈绕着滚刀中心轴自由转动。（一）滚刀磨损及原因(10)滚刀的多边形磨损在掘进时滚刀时转时不转，或者在某个点转动时间长在其它点转动时间短，就会产生这样的磨损。二、刀具磨损及损坏原因（二）齿刀、正面区刮刀和边缘区刮刀的磨损及原因(1)齿刀磨损正常磨损：齿刀切削土层和砂砾层所形成的磨损。异常磨损：由于换刀不及时在硬岩区的磨损。二、刀具磨损及损坏原因(2)正面区刮刀磨损正常磨损：刮刀刮削土层、砂砾层和被滚刀挤碎的岩层时所形成的磨损。异常磨损：由于滚刀刀圈掉落，在刀盘同一圆周上的刮刀就直接承受掘进工作面的载荷，刮刀和掘进工作面的相对摩擦，就导致刮刀严重偏磨。（二）齿刀、正面区刮刀和边缘区刮刀的磨损及原因二、刀具磨损及损坏原因（二）齿刀、正面区刮刀和边缘区刮刀的磨损及原因(3)边缘区刮刀正常磨损：刮削土层、砂砾层和边缘滚刀挤压后的岩层时所形成的磨损。异常磨损：由于边缘滚刀刀圈掉落或者边缘滚刀磨损量严重超限，边缘滚刀开挖掘进工作面的径向尺寸小于边缘刮刀的径向尺寸，边缘刮刀被迫直接挤压在掘进工作面上运动，导致刀具磨损。二、刀具磨损及损坏原因三、预防刀具异常磨损的措施(滚刀)(1)择择合理的掘进参数掘进参数包括掘进推力、刀盘转速、扭矩、推进速度、切削量等，影响刀具磨损的最直接参数是掘进推力，推力的大小直接决定了刀具所承受的载荷。推力过大，虽然短期内掘进速度很快，但长时间刀盘刀具所承受的载荷也比较大，过大的载荷会使滚刀轴承受挤压产生变形，继而影响滚刀的自转最终造成滚刀刀圈的偏磨或断裂。一般在岩石中风化带、岩石微风化带地层最大的推力不要超过1000KN。刀盘转速也是影响刀具磨损的另一个主要因素，过大的刀盘转速在硬岩地层会造成盾构机振动颠簸，加剧刀具的磨损。一般在硬岩地层刀盘转速设置为1.5rpm为合适值。(2)根据不同的地层选择不同的刀具根据地质资料和对出土情况的判断来确定刀具的更换，特别是两种地层的交界处。从岩石微风化带地层向岩石强风化带转换,如不能及时将齿刀更换为滚刀，就会很快加剧齿刀地磨损；从硬岩地层向软土地层转换，如不及时将滚刀换回齿刀，也有可能出现滚刀偏磨的现象。(3)定期对刀具进行检查在硬岩区地层中，如果出现推力过大推进速度小扭矩也偏小，盾构机姿态纠正很难的现象时，就要考虑刀具是否磨损严重，安排开舱检查刀具。如果连续出现刀盘或螺旋输送机被卡住、驱动电机熄火的现象时，应立即停机进行检查。三、预防刀具异常磨损的措施(滚刀)一般要在不超过二十环时对刀具进行一次检查，检查看是否有刀圈磨损超限、刀圈断裂、刀圈变形、固定刀圈的螺帽是否松动或掉落、刀座是否有裂纹等，如果一旦发现应立即采取补救措施。软土区在掘进100环时要对刀具进行一次检查。(4)盾构机姿态应保持正常姿态在硬岩地层如果不断的调整盾构机姿态就会使滚刀受力不均匀，在某个方向上过大的推力有可能导致滚刀变形。在硬岩地层绝不可只片面追求进度，应该在保证刀盘和刀具不被严重磨损的前提下安排生产进度，必要时应该进行限产。为了一时的进度而忽视刀具的例行检查是得不偿失的。更换刀圈后的刀具要进行扭矩试验，根据不同的地质条件和岩石强度进行扭矩调整。在硬岩地层注意观察螺旋输送机出渣情况，如果出渣不是均匀的碎片石，而是伴有大块的石头出现，就可能有滚刀刀圈掉落，要立即停机检查。三、预防刀具异常磨损的措施(滚刀)四、刀具磨损量检查及更换原则(滚刀)(1)在硬岩区，边缘滚刀磨损量推荐值为10～20mm，正面区为20mm～35mm，中心区为35mm。刀具正常磨损量超过规定值就应进行更换，如果有条件最好整盘刀具全部更换；（边缘磨损检测刀及正面滚刀磨损量设置核定，南方1、2号边缘20mm，正面35mm）(2)检查中如发现个别刀具有异常磨损或损坏，应优先将原来换下的没有超过规定磨损量且已经进行过维护的旧刀具换上，而不要换上新刀具。(3)一定要确保整个刀盘所换刀具的磨损量尽可能达到最大值，使得刀具能够掘进尽可能多的环数。硬岩地层正面区双刃滚刀正常磨损情况下可掘进100环左右。(4)刀具要勤检查，少更换；更要避免长时间停机换刀。五、刀具的维护和修复(1)边缘滚刀（正面滚刀）的维护和修复根据更换的边缘滚刀（正面滚刀）的磨损情况和使用记录，来确定滚刀的维护和修复方案。如果刀圈磨损量没有超过20mm，可先检查滚刀密封油是否足够，如密封油不够就应添加；用锯条将滚刀端盖和轴承缝之间的碎石泥土清理干净并检查油封及油封座是否完好，如有损坏应换新或修复。如刀圈磨损量超过20mm，就应割掉刀圈，重新换上新刀圈；同时也要检查密封油、油封和油封座，并根据检查情况进行维护。(2)中心区滚刀的维护和修复中心区滚刀修复的方法和边缘滚刀基本相同，由于其结构和边缘区滚刀结构不同，其工艺程序比较复杂。(3)正面区刮刀和边缘刮刀的维护和修复正面区刮刀磨损量不大可采用在其旧刀的基础上堆焊耐磨焊丝和“嫁接”旧的刮刀等方法进行修复；如磨损量过大可换新刀。边缘刮刀磨损量不大可采用在其旧刀基础上堆焊耐磨焊丝的方法；磨损量过大换新刀。(4)齿刀的维护和修复一般正常使用齿刀磨损量不大。由于齿刀构造比较复杂，如果一旦磨损采用在磨损的刀座上堆焊耐磨焊丝的方法，效果也比较好；如果磨损量比较大，就只能换新。让世界更畅通让生活更美好让城市更宜居管片抓举头断裂问题分析管片抓举头断裂问题分析管片抓举头断裂问题分析管片抓举头断裂问题分析管片抓举头断裂问题分析