刀具的受力计算和磨损

1、软土泥水盾构切削刀具的切削力计算模型:根据国际迪用的软土猊水平衡盾构刀具ROWE/BARNES切削力模型.开挖力眞受力如图冷示.ff|2 7JR的二雄切削力（划X 轴向力为Fx = Fwj （ sina +£BS cost?） + Fa cosaF 轴向力为Fy =FND（coscBssina）F<sina耳中，切削刀下部支撐力为F _ Fy （百inj?+ 戸胭 cos/?+ 玖 + F* + tx>$（a+0Y十/sin（盘 + 件）sin（tt+j8）（1 知护抽）+ （#asbb）cos（d式中严阳二畑时钢厳擦系数*ibb = tan 地面摩擦系数*9岩土内摩擦角

2、.1）加速度力为sing sin(r4*>式中 y土壤比軍$ b刀具宽度 f贯人度；v最周边速率;盘切削角*3 -傾斜滑动面亠2）内聚力为式中 c单位面积的内聚力* t贯人度。3>粘附力为F-=flWo式中 粘附力扌lo刀具长度*4）垂力为亡£>艺仑 士戸）+$in （也2sinp由上述计算模型可知，刀具的磨损受土层物理力学性质*旋转速度和贯人度的診响最 大B切削力计算模型有助于优化可更换刀具的长度、宽度和刀头解损量。刀具磨损与刀盘扭矩有密切关系*刀盘的扭矩计算时主聲包括开挖刀具的切削力，刀 盘曲、后板的摩擦力，刀盘轮缘的摩擦力，主驱动单元（齿轮、轴承厚擦力。报据施

3、丁参数计 算'刀具切削力Fx约等于刀具总扭矩M堆大约为23MN - m.在转速L 5r/min 下该盾构配置的最大扭拒为26MN- m,可攜足»工需耍.同时刀具磨损与刀盘贯人度t相关，而刀盘贯人度受盾构总推力母响.盾构推力计算 时主要包括盾处摩擦力、着尾与管片的摩擦力、刀盘正面阻力*后方车架牵引阻力。楡据施 工参数计算在最大埋探下的盾构总推力需1和"N,考虑到该盾构将来适用更多地质状况; 隸共配置19组57个千斤顶，最大推力为2O3MN.刀具的磨损判断和计算模型：根据国际长距离HUB盾构刀具磨损经验,刀具層损计算公式为SKXitXDXLXN/ti则 S=o. 001

4、5X3. 14X15, 43X7. 5X1/0. 04 = 13. Smm（% K = O, 007 时，磨损量为 64tnm）式中K磨损蔡数（mm/km）；L龍道盾构机掘进总距离为7. 5kmD刀具切削直径为0-15, 43m»N刀盘转速为0. 79-L 5r/minf/盾构机设计推进連度为S刀具的磨损量.磨损系数与刀蛊切削的十休性质有芜,淤泥和黏土磨损系数取 0* 0015mm/kmt 砂土取 0.00Zmm/kmB报据实际情况刀盘平均转速"/mm,推进平均速度40mm/min.该盾构刀具设计伸出刀輕面最外周超挖刀允许磨损愦为40mrnt其他刀具允许 磨损量为20mmt

5、介于理论计算的磨损量l&664Em之闾。如果盾构穿越土层都是黏 则刀具无需更换.但局部穿越砂性土增加了变数'故在招标时要求盾构机加装了刀具磨损 检隅装置.鉴于备种土层中磨损系数的不确定性可根据第一次刀具更换时穿越各土层的祇进距 离，再精确计算第二次刀具免换的距离.由上述公式也可看出最外周刀具先磨损，因为最外周刀具线速度比中心处刀具大+所口 检测購损量时'可先杳看廉外周的刀具的磨损情况，再査看中心处刀具口上海长江隧道盾构机刀具磨损检测和更换陈向科黄忠辉盾构刀盘开口大小和位置的选择。刀具的合理配置，包括滚刀、切刀、齿刀的合理配置。成都砂卵石地层盾构刀盘与刀具的选择郭家庆刀具

6、工作原理：对于不同地层的开挖，盾构的刀具采用不同型式：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）。不同类型刀具的工作原理如下：滚刀工作原理如图 2,安装在刀盘上的盘形滚刀在盾构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。 盘形滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在掌子面上切出一系列的同心圆。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，掌子面上岩石被盘形滚刀挤压碎裂而形成多道同心 圆沟槽。随着沟槽深度的增加，岩体表面裂纹加深扩大，当刀具压力超过岩石的剪切和拉伸 强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片崩落，完成盘形滚刀的破岩过程。刀闾距刀间距盘形滚刀切削区径向裂纹破碎区图2 盘形湾刀破岩状况示癥團齿刀工作原理在岩石较软的情况下掘进时，如果盘形滚刀与岩石掌子面之间不能产生一定的附着力，使滚刀产生滚动，滚刀将会产生弦磨。滚刀不能滚动，将失去有效的破岩功能，此 时在较软的岩层中可以采用齿刀进行破岩，齿刀安装方式同滚刀。由于齿刀上装有二个切削刃，因此刀盘正反转时齿刀都能进行破岩，见图3。图孑 齿刀破岩机理示童图切刀（刮刀）工