盾構(gòu)刀具磨損分析

1、.1盾構(gòu)機(jī)刀具磨損狀況系統(tǒng)研究盾構(gòu)機(jī)刀具磨損狀況系統(tǒng)研究 指導(dǎo)老師： 答辯人： 專業(yè)： .2主要內(nèi)容主要內(nèi)容 研究背景 盾構(gòu)刀具類型及切削機(jī)理 刀具磨損分析 刀具的布局及配置 LabVIEW分析刀具布局及壽命 結(jié)論與展望.31、研究背景、研究背景伴隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市建設(shè)快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷加大，城市交通呈急劇增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，21世紀(jì)將是中國(guó)城市軌道交通的新紀(jì)元，經(jīng)濟(jì)發(fā)展將會(huì)伴隨更大的都市化，地鐵交通的建設(shè)將促使城市的發(fā)展，甚至成為一個(gè)急迫的任務(wù)。盾構(gòu)機(jī)在隧道施工中，通過(guò)刀盤刀具對(duì)前方土體進(jìn)行切削，刀具與土體的適應(yīng)程度至關(guān)重要。刀盤刀具于前方土體不適應(yīng)，將使盾構(gòu)掘進(jìn)非常緩慢甚至寸步難行

2、，直接影響到盾構(gòu)機(jī)的工作效率、工程進(jìn)展及工程的經(jīng)濟(jì)效益。.4 由于刀具是易損件，消耗量大，如果只是依靠進(jìn)口刀具不僅供貨期長(zhǎng)，而且成本高，所以使用國(guó)產(chǎn)刀具勢(shì)在必行。 在掌握盾構(gòu)刀具切削機(jī)理和深刻認(rèn)識(shí)刀具磨損相關(guān)因素的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的施工地質(zhì)進(jìn)行刀盤刀具的選擇、刀具的布置等盾構(gòu)掘進(jìn)設(shè)備最關(guān)鍵、最核心的問(wèn)題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的國(guó)產(chǎn)化就顯得尤為必要。 .52、盾構(gòu)刀具類型及切削機(jī)理、盾構(gòu)刀具類型及切削機(jī)理 對(duì)于不同地層的開(kāi)挖，盾構(gòu)的刀具通常采用不同型式：開(kāi)挖地層為硬巖時(shí)，采用盤形滾刀；地層為較軟巖石時(shí)，采用齒刀；地層為軟土或破碎軟巖時(shí)，可采用切刀(或刮刀)。卵石層卵石層(N40)(N40)砂礫卵石砂礫

3、卵石(10N40)(10N40)洪積土洪積土( (砂質(zhì)土砂質(zhì)土) )(10N25)沖擊粘土沖擊粘土(0N10)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù).6刮刀刮刀先行刀先行刀盤圈貝型刀盤圈貝型刀周邊刮刀周邊刮刀齒刀齒刀齒刀齒刀滾刀滾刀周邊刮刀周邊刮刀.7 雙刃滾刀雙刃滾刀 單刃齒刀單刃齒刀 雙刃齒刀雙刃齒刀 邊緣刮刀邊緣刮刀 超挖刀超挖刀 正面區(qū)刮刀正面區(qū)刮刀 .82.1 各種刀具介紹各種刀具介紹 （1）刮刀）刮刀 刮刀用來(lái)切削各種砂土、粘土等較松散的地層及全風(fēng)化巖層等其它未固結(jié)的土體，刮刀上裝有碳化鎢刀刃，目的是為了更好的防止掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的磨損。邊緣刮刀則用來(lái)校準(zhǔn)盾構(gòu)的開(kāi)挖直徑。.9 （2）超前刀）超

4、前刀（或先行刀）顧名思義，即為先行切削土體的刀具，。超前刀在設(shè)計(jì)中主要考慮與切削刀組合協(xié)同工作。超前刀斷面一般比切削刀斷面小。采用超前刀，一般可顯著增加切削土體的流動(dòng)性，大大降低切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，減少切削刀的磨耗。.10 （3）魚(yú)尾刀）魚(yú)尾刀 采用大刀盤全斷面切削土體，布置在刀盤不同位置的切削刀，從刀盤外周至中心，運(yùn)動(dòng)圓周逐漸減小，土體流動(dòng)狀態(tài)也是越來(lái)越差。而且中心支撐部位(直徑約1.5 m)不能布置切削刀，為改善中心部位土體的切削和攪拌效果，可考慮在中心部位設(shè)計(jì)一把尺寸較大的魚(yú)尾刀。.11 （4）仿形刀）仿形刀 盾構(gòu)施工時(shí)，可以根據(jù)超挖多少和超挖范圍的要求，從輻條兩端徑向伸出和

5、縮回仿形刀，達(dá)到仿形切削的目的。仿形刀伸出最大值一般在80130mm之間。盾構(gòu)機(jī)在曲線段推進(jìn)、轉(zhuǎn)彎或糾偏時(shí)，通過(guò)仿形超挖切削土體創(chuàng)造所需空間，保證盾構(gòu)機(jī)在超挖少、對(duì)周邊土體干擾小的條件下，實(shí)現(xiàn)曲線推進(jìn)和順利轉(zhuǎn)彎及糾偏。.12 （5）盤圈貝型刀）盤圈貝型刀 盤圈貝型刀實(shí)質(zhì)上是超前刀，盾構(gòu)機(jī)穿越砂卵石地層，特別是大粒徑砂卵石地層時(shí)，若采用滾刀型刀具，因土體屬松散體，在滾刀掘進(jìn)擠壓下會(huì)產(chǎn)生較大變形，大大降低滾刀的切削效果，有時(shí)甚至喪失切削破碎能力。采用盤圈貝型刀，將其布置在刀盤盤圈前端面，專用于切削砂卵石。采用盤圈貝型刀可較好地解決盾構(gòu)機(jī)切削土體的難題。.13 （6）齒刀）齒刀 在巖石較軟的情況下掘

6、進(jìn)時(shí)，由于盤形滾刀與巖石掌子面之間不能產(chǎn)生一定的附著力，因此應(yīng)將部分盤形滾刀更換成齒刀，利用齒刀進(jìn)行破巖。由于齒刀上裝有2個(gè)切削刃，因此刀盤正反轉(zhuǎn)時(shí)齒刀都能進(jìn)行破巖。.14 （7）滾刀）滾刀 滾刀按照刃的數(shù)量不同可分為單刃滾刀、雙刃滾刀和三刃滾刀，常用于各類軟、硬巖石及砂卵石地層的隧道開(kāi)挖。.152.2 滾刀受力分析滾刀受力分析 對(duì)于在砂卵石地層掘進(jìn)時(shí)，由滾動(dòng)受力示意圖可以看出，阻止?jié)L刀轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩主要由三部分組成，土倉(cāng)內(nèi)渣土的摩擦阻力力矩，刀箱內(nèi)渣土的阻力力矩和滾刀的啟動(dòng)力矩(大小為3050Nm)。啟動(dòng)刀箱土倉(cāng)阻TTTT.162.3 滾刀破巖過(guò)程滾刀破巖過(guò)程 b 破碎階段破碎階段 a 擠壓擠壓

7、/ /起裂過(guò)程起裂過(guò)程 .173.1 滾刀的磨損形式滾刀的磨損形式 盾構(gòu)施工中，滾刀的磨損分為兩大類：正常磨損和非正常磨損。正常磨損正常磨損刀圈移位刀圈移位刀圈斷裂刀圈斷裂刀圈偏磨刀圈偏磨3、刀具磨損分析、刀具磨損分析.183.2 刀具壽命計(jì)算刀具壽命計(jì)算 通常盾構(gòu)刀盤外圈刀具的磨損量由下式計(jì)算 ：VLNDK/101 式中，式中， 磨損量磨損量(mm)； K磨耗系數(shù)磨耗系數(shù)(mm/km)； D盾構(gòu)刀盤外徑盾構(gòu)刀盤外徑(m)； N刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度(r/min)； L掘進(jìn)距離掘進(jìn)距離(m)； V掘進(jìn)速度掘進(jìn)速度(cm/min)。.19磨耗系數(shù)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī) 粘土砂砂礫刀頭材質(zhì)4-15

8、15-2525-45E-52-7.57.5-12.512.5-22.5E-31.37-5.17 5.17-8.68.6-15.5E-2kmmm /103.20 掘進(jìn)過(guò)程中總推力、總扭矩與掘進(jìn)速度之間的關(guān)系，計(jì)算如下式所示式中： 為總扭矩， 為總推力， 為掘進(jìn)速度，n 為刀盤轉(zhuǎn)速， 為阻力，、為待求參數(shù)。采用回歸方法求出 、 、 ,代入式得到：120TTWnvTnvWTTTtt2102TtTtW0W0T1T0T1T2T22120)()(TWTTTnvtt3.3 刀具磨損檢測(cè)方法刀具磨損檢測(cè)方法掘進(jìn)參數(shù)法掘進(jìn)參數(shù)法 .213.4 減少刀具磨損的措施減少刀具磨損的措施 3.4.1 換刀條件： 1）達(dá)

9、到磨損極限：2）刀圈斷裂、平刀圈、刀體漏油、刀 圈剝落、擋圈斷裂或脫落、刀軸或 刀體損傷 3）相鄰刀具的磨損量之差大于15mm時(shí) .223.4.2 減少刀具磨損的措施減少刀具磨損的措施 (1)改善刀盤與刀體的耐磨性 (2)施工工藝措施 ：選擇合適的添加劑改良材料 ；適當(dāng)調(diào)整掘進(jìn)速度及轉(zhuǎn)速等； 合理的交替使用刀盤正、反轉(zhuǎn) ；自立性好的地段采用適當(dāng)?shù)臏p壓施工措施；采用長(zhǎng)、短刀(主、副刀)具并用法切削土體；選擇恰當(dāng)?shù)亩軜?gòu)刀具幾何參數(shù)，恰當(dāng)?shù)牡毒?布置方式 .234 、刀具的布局及配置、刀具的布局及配置 4.1阿基米德螺線布置阿基米德螺線布置刀具在刀盤上的布置方式主要有阿基米德螺線布置法和同心圓布置法，但目前采用較多的是阿基米德螺線布置法。阿基米德螺旋線極坐標(biāo)的描述為：式中，極軸（mm）極軸初始值(mm) 常系數(shù) 極角（）002螺距：.24 盾構(gòu)機(jī)外徑 刀盤切削外徑 內(nèi)圈輻條數(shù)目 中心刀長(zhǎng)度 主切削刀頭寬度 刮刀刀頭寬度 主切削刀的數(shù)量 對(duì)上式取整后得到 主切削刀與中心刀重疊量為 最小螺線間距為 由上式得到常系數(shù) mmd /11232*)(21bbddN0Nmmd /2nm)(*01NNbc1302121bcd1bmn2mmd /3mmb /1mmb /2.255、軟件分析刀具布局及壽命.26.27