盾构掘进机破岩刀具

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1、盾构掘进机刀具综述晁焕清王汉章邹恒洛阳九久技术开发有限公司主要内容1.盾构机刀具的类型和破岩机理2.盾构机刀具的结构3.盘型滚刀的材料和性能4.刮刀的结构和性能5.盾构机刀具的应用及对地层的适应性6.提高盾构机刀具寿命的途径1盾构机刀具的类型和破岩机理1.1盾构机刀具常用类型目前使用的刀具一般分为两大类:刮削刀具、滚动刀具刮削刀具(刮刀、割刀)刮削刀具是指只随刀盘转动而没有自转的破岩刀具，刮削刀具的种类繁多，目前盾构掘进机上常用的刮削刀具类有边刮刀、刮刀、切刀、齿刀、先行刀、仿形刀、刮板等。滚动刀具(滚刀)滚动刀具是指不仅随刀盘转动，还同时作自转运动的破岩刀具。根据刀刃的形状滚

2、刀可分为：齿形滚刀（钢齿和球齿）、盘形滚刀（钢刀圈滚刀和球齿刀圈滚刀）。见图根据安装位置滚刀可分为：正滚刀、中心滚刀、边滚刀、扩孔滚刀。目前盾构掘进机滚刀主要是盘形滚刀，盘形滚刀又有单刃、双刃和多刃。1.2刀具破岩机理刮削类刀具的工作原理在刀盘推力的作用下，刮刀嵌如岩渣或岩层中，刀盘带动刀具转动时刮削岩层，在掌子面形成一环环犁沟，特点是效率高，刀盘转动阻力大。在软土地层或滚刀破碎后的渣土通过刮刀进行开挖，渣土随刮刀正面进入渣槽，因此刮刀既具有切削的功能也具有装载的功能。盘形滚刀工作原理刀盘在纵向油缸施加的推力作用下，使其上的盘形滚刀压入岩石；刀盘在旋转装置的驱动下带动滚刀绕刀

3、盘中心轴公转，同时各滚刀还绕各自的刀轴自转，使滚刀在岩面上连续滚压。刀盘施加给刀圈推力和滚动力（转矩），推力使刀圈压入岩体，滚动力使刀圈滚压岩体。通过滚刀对岩体的挤压和剪切使岩体发生破碎，在岩面上切出一系列的同心圆（见图）。各类刀具的主要破岩机理刀具类型刮刀楔齿滚刀球齿滚刀盘形滚刀主要破岩机理刮削☆剪切☆☆龟裂☆挤压☆☆研磨☆运动形式滑动滚动+微滑滚动+滑动滚动+滑动刀齿形状刨刀状楔状球面状楔状2．盾构机滚刀的结构滚刀结构如图所示。它们主要由刀圈、刀体(套)、刀轴、轴承、金属浮动密封环、刀盖(座)及联接螺栓等件组成。2．1滚刀的内部结构滚刀的内部结构是保证滚刀工作时正常旋转的关

4、键，通常是由轴承、密封、润滑油脂组成。根据刀具的发展，大体经历了三个阶段，即有三种结构。2．2刀具安装结构安装结构是为了把滚刀即方便又可靠的安装在刀盘上。常用的安装形式有如下几种。2．3刀具刀刃结构形状刀刃是用来破岩的，通常有齿形和盘形两大类，每一类往往又有多种不同的刀刃形状。如下图.3.盘型滚刀的材料和性能3.1刀圈的材料根据刀圈的工作条件，刀圈材料应满足以下性能：1)高的屈服强度，避免刀刃端在高应力下压溃变形；2)足够高的硬度，增加耐磨性，减少刀圈磨损；3)良好的冲击韧性，提高材料裂纹扩展功，防止刀圈断裂；4)良好的抗回火性能，提高材料的热稳定性，保证刀圈在热装和滚压岩体

5、过程中不降低硬度。5)良好的热加工和冷加工的工艺性能，材料成本低，制造方便，提高产品合格率。目前的滚刀刀圈有两大类：整体耐磨钢材料和镶有硬质合金球齿的刀具材料。整体耐磨钢刀圈材料主要以合金工具钢为主，也有合金结构钢，硬度在HRC52-59,它的特点是可以承受较大的冲击，并具有较高的耐磨性能，刀具制造费用较低，适用地层范围广，从软岩、中硬岩到硬岩都可选用。常用刀圈材料成分类别CSiMnPSCrMoVNiCu9Cr2Mo0.85-0.950.2-0.40.2-0.4≤0.03≤0.031.4-2.00.2-0.46Cr4Mo2W2V0.5-0.70.2-0.40.2-0.4≤0.0

6、1≤0.023.5-4.52.0-3.01.0-1.54Cr5MoSiV10.32-0.420.2-0.50.8-1.24.75-5.51.1-1.750.8-1.2Robbins刀圈实测0.390.530.650.0180.0090.840.241.620.25Wirth刀圈实测0.500.760.320.0320.0195.151.170.720.250.13各国工具钢材料标准比较标准牌号CMnSiCrMoVGB4Cr5MoSiV10.32-0.420.2-0.50.8-1.24.75-5.51.1-1.750.8-1.2DINX40CrMoV510.37-0.420.3-0

7、.50.9-1.24.8-5.51.2-1.50.9-1.1JISSKD610.32-0.42≤0.50.8-1.24.5-5.51.0-1.50.8-1.2NFX40CrMoV50.36-0.440.2-0.50.8-1.24.8-5.51.2-1.50.85-1.15ASTMH130.32-0.450.2-0.50.8-1.24.75-5.51.1-1.750.8-1.2各国合金结构钢材料标准比较标准牌号CMnSiCrMoNiGB40CrNiMoA0.37-0.440.5-0