刀具维修与维护

1、1刀具的维修和维护21、 盾构机刀具的分类 目前我们使用的刀具一般分为两大类:刮刀、滚刀。3刮刀具 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、齿刀、先行刀、贝壳刀、鱼尾刀等4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）5 根据安装位置滚刀可分为：正滚刀、中心滚刀、便滚刀。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。根据刀刃外径的大小，又分成13、15、17、19等规格，目前我们用的是17寸。6

2、2、刀具的结构、材料和工作原理 2.1 滚刀 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。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键，通常是由轴承、密封、润滑油脂组成。7 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。常用的安装形式如下：8 刀具刀圈结构形状刀圈是用来破岩的，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.9 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

3、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。10 盘形滚刀工作原理滚刀在推力和和滚动力（转矩）的作用下，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）。11 2.2 刮刀刮刀是由刀体和刀刃组成的，有的刮刀是与刀盘螺栓连接的如边刮刀，有的刮刀与刀盘的连接有焊接如先行刀。有的刮刀是插销接如正面刮刀。替换滚刀

4、部位的齿刀、切刀、鱼尾刀与滚刀的安装方式相同。12 刀座有的是与刀盘成一体的，有的是与刀体焊接的。与刀体焊接的刀座材料一般是低碳低合金钢。 刀刃与刀体的的连接是关键，具体工艺有钎焊、镶嵌和镶嵌焊。钎焊时，焊料和焊接方法、工艺是很关键的，焊料有铜基和银基两大类，焊接方法有高频焊和真空焊等。 刀体对硬质合金刀刃起支撑和保护作用，要有足够强度和耐磨性。常常采用表面硬化技术或局部堆焊耐磨层。 刮刀刃是刮刀刮削岩土和保护刀体不被磨损的关键部位，通常是用硬质合金做成的。其大小和形状根据部位、作用、地层设计。13 刮削类刀具的工作原理 在推力的作用下，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

5、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。14刀盘上三个不同的区域：中心区、正面区、边缘区，因其承担的破岩量和刀具的受力特性差异，刀具的性能也有差别。 中心区该区是刀盘的中心，特点是空间小，滚刀的转弯半径小，所以滚刀滑动加滚动，承受轴向力大。所以中心刀与正滚刀有如下差别：成组安装：有两个一组和四个一组。密封形式: 单密封环与轴承或刀体配对。轴承型号：轴承常选用大角度的，且预紧力也大要求刀圈韧性更高些3、刀具位置的差异性15 正面区该区处于中心区和边沿区之间，工作时刀具正对着掌子面，有一定的转弯半径，是以所谓的纯滚动工

6、作，又有足够的布置空间，该区的刀具称为正滚刀，在刀具掘进中，纯滚动无论是刀具轴承寿命还是刀圈寿命都比较高，所以正滚刀寿命也相对较长。 边缘区该区位于刀盘的边沿，其刀具不但承担的破岩量大，且刀具受力复杂，还要保证开挖直径，刀圈所用磨损量较少（由35降到15），所以，常常布刀量要多，刀间距减小。有些公司还对刀圈形状和刀体进行特殊处理，作成专用边滚刀。但边滚刀寿命还是较低。164、刀具的失效形式 4.1刮刀的失效：1）正常磨损2) 刮刀刀刃崩裂：在硬岩掘进中，滚刀磨损太大，刮刀直接切割未经滚刀破碎的硬岩；在硬岩中掘进时，转速太快，突遇硬岩，冲击造成刀刃崩裂；在硬岩掘进中，进刀太深等原因造成刀刃崩裂。

7、3) 刮刀刀体断裂：刀体本身的强度和韧性不够；进刀太深。4) 刮刀掉齿：合金刀齿的焊接工艺不过关；刮刀突遇硬岩。1718 4.2滚刀的失效形式主要是刀圈磨损，也有轴承、密封早期失效、刀圈断裂现象。 刀圈的正常磨损 非均匀磨损（偏磨和弦磨）滚刀刀圈周边各部位的磨损程度不一致，有单边偏磨和多边偏磨。单边偏磨一般是滚刀不转造成的，多边偏磨则是滚刀时转时不转造成的，造成滚刀不能连续转动的原因除刀具制造方面外，主要和地层及刀具配置、盾构操作有关。 刀圈崩块、断裂滚刀刀圈在掘进过程中刃口位置崩块、开裂甚至从刀体脱落。这和刀圈制造技术、地层条件和应用都有关系，要区分分析。19刀圈崩裂刀圈偏磨刀圈正常磨损刀圈

8、弦磨20 轴承或密封损坏： 轴承是刀具上的一种重要组件，对刀具掘进运转的可靠性和刀具的消耗具有特别重要的影响。正常使用状态下，大部分刀具轴承的寿命可达到900小时左右。但在施工过程中,由于各种原因的影响, 轴承会发生早期损坏，主要损坏形式为剥离：滚道或滚动体表面剥离，呈凹凸状。保持架破坏等。主要是刀具装配不到位或零部件性能、精度不合格造成的。 刀体与刀盖之间的浮动密封失效造成刀具漏油，泥沙进入刀体内影响轴承。造成刀具密封失效的原因很多，通常与刀具零部件的自身质量和装配质量，刀具的使用工况和所掘进的岩石条件等因素有关。215、刀具的检查 5.1 在掘进中过程中检查刀盘刀具 刀具是易损件，因此必须

9、进行定期检查，维修保养，使刀盘及刀具保持完好状态。在进行刀盘维修保养时，需认真彻底，损坏的刀具应该及时更换。由于刀具的布置是相互保护的，如果某把刀损坏了没有及时发现并更换，特别是在硬岩地层或磨砺性大的地层，继续掘进很可能造成成片的刀具损坏甚至刀盘损坏严重影响掘进。 对于不具备开仓条件，但恰恰是这类地层，刀具适应性较差，刀具寿命较短或非正常刀具损坏越经常发生。这种情况下我们应该建立严格、完整的刀具、检查、更换制度。如采取刀具磨损检测装置、带压进仓、事先加固等措施保证刀具检查和更换制度的执行。因不重视刀具检查，未能及时更换刀具造成刀盘磨损而停机。22 5.2 成品刀具的检查 对于新购的刀具或返修的

10、刀具，要检查刀具的密封情况、刀圈的硬度及磕碰损坏情况、刀具的启动扭矩数值。6、刀具的拆卸及安装 刀具现场的维修除要有专人负责、具有专用拆装工具、严格的拆装工艺规程、检验、记录规定外，特别强调如下： 1) 重复使用零件严格按新件标准检验，特别是轴承和旋转密封这样的关键件，用肉眼看可能没问题，但实际上已报废了。不要因省小钱而废大钱，经常有因螺丝、密封等小件质量问题造成整个刀具报废的。23 2) 装配过程中，对热装件严格控制加热温度，对紧固件严格控制紧固力矩。选用的刀圈要能满足工程地质实际需要。焊挡圈时一定要保证不在刀圈上点火。 3) 由于滚刀静转矩（可针对不同地质调整）对整个滚刀的使用性能影响很大。一定要认真调整。如果太大，岩