減小盾構(gòu)掘進(jìn)刀具磨損，是保證盾構(gòu)機(jī)能夠長距離掘進(jìn)的重要措施。在施工中經(jīng)常出現(xiàn)的盾構(gòu)刀具磨損嚴(yán)重、破損、脫落等，導(dǎo)致工程事故的發(fā)生，給整個(gè)工程的工期、造價(jià)帶來嚴(yán)重影響，甚至威脅人的生命。本文從分析盾構(gòu)刀具磨損的相關(guān)因素和減小磨損、延長命兩方面入手，對(duì)盾構(gòu)刀具的磨損、布局進(jìn)行了研究。
城市化越來越快，大量人口涌入城市，這就造成了城市越來越擁擠，不僅是住房變得擁擠，連交通也變的很擁擠，這樣也帶來了很多的麻煩，不僅影響人們的正常行走，還會(huì)影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，影響工作的正常，像北京、上海這樣的大城市經(jīng)常出現(xiàn)堵車問題，為了解決交通擁擠的難題，人們開始打算從地下進(jìn)行交通。于是，地鐵開始在大城市中建立了，地鐵的建立和開通使得交通變得非常的方面，要建立地鐵首要的任務(wù)是進(jìn)行隧道的開挖，開挖隧道僅靠人力基本上是不可能完成的，這時(shí)我們就想到用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行隧道的開挖，于是，用來開挖隧道的盾構(gòu)機(jī)就設(shè)計(jì)和制造出來了。現(xiàn)在，國內(nèi)有很多高校和科研單位都在進(jìn)行這方面的研究，中鐵工程裝備集團(tuán)在盾構(gòu)機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)方面取得了豐碩的成果。為了更好的設(shè)計(jì)和制造我國自己的盾構(gòu)機(jī)，就要了解盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損原因和機(jī)理，并且要提出解決的方法，這樣才能設(shè)計(jì)和制造出質(zhì)量和性能更好的盾構(gòu)機(jī)。
刀具的磨損類型
1.1.刀圈偏磨
由于刀具本身具有很大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這時(shí)要是遇到比較軟的地質(zhì)層的時(shí)候，很容易造成只有刀盤在轉(zhuǎn)，而刀具沒有在轉(zhuǎn)，這樣就不能是刀具產(chǎn)生作用，同時(shí)也會(huì)造成刀圈因受力不均而造成的磨損。要是沒有主要到這一點(diǎn)，也可能造成刀具的磨損，還會(huì)將所有的力都集中到其他的刀具上，從而造成所有的刀具都發(fā)生破壞，還會(huì)造成與整個(gè)切削有關(guān)的機(jī)械部件的損壞。除了以上的情況外，由于操作人員的操作不當(dāng)，以及盾構(gòu)機(jī)的一些使用參數(shù)的不當(dāng)選取，也可能造成刀圈的損壞，這樣就會(huì)容易發(fā)生比較嚴(yán)重的事故和造成財(cái)產(chǎn)的損失。
1.2.刀圈斷裂和崩角
當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在切削比較容易切削的地質(zhì)層時(shí)，刀盤的轉(zhuǎn)矩也不是很高的，但是這時(shí)突然進(jìn)入比較硬的地質(zhì)層時(shí)，阻力突然變大，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)矩不能進(jìn)行該切削，這就會(huì)對(duì)刀盤造成一定的沖擊，就可能使刀圈發(fā)生損壞，這樣就會(huì)容易發(fā)生比較嚴(yán)重的事故和造成財(cái)產(chǎn)的損失。
1.3.刀圈移位
同時(shí)要防止刀圈產(chǎn)生軸向移動(dòng)，因?yàn)橐苿?dòng)的刀盤在切削的過程中更容易受到較大的沖擊，更容易造成刀圈的損壞，這就要在刀盤的兩側(cè)加上固定擋圈，從而將刀盤固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。但是在實(shí)際的工況中，盾構(gòu)機(jī)還是經(jīng)常會(huì)因?yàn)檩S向移動(dòng)發(fā)刀圈的斷裂的，主要的原因是盾構(gòu)機(jī)在出廠的時(shí)候沒有達(dá)到其工況所需要的質(zhì)量，還有盾構(gòu)機(jī)的工況太惡劣了，還有很多其他的因素影響刀盤擋圈的斷裂，這樣就會(huì)造成刀盤的軸向移動(dòng)，從而造成刀圈的損壞，進(jìn)而造成比較嚴(yán)重的事故和造成財(cái)產(chǎn)的損失。
刀寬及貫入度對(duì)切刀磨損的影響
盾構(gòu)機(jī)對(duì)地質(zhì)層的切削類似于車刀對(duì)機(jī)械零件的切削，都是利用刀具對(duì)材料的擠壓達(dá)到切削的目的的，盾構(gòu)機(jī)的刀具也是分為前刀面和后刀面的，盾構(gòu)機(jī)的前刀面與切削的碎渣想摩擦，盾構(gòu)機(jī)的后刀面與切削過的地質(zhì)層相摩擦，通過這樣的摩擦就會(huì)造成刀具的損壞。盾構(gòu)機(jī)的刀具的材料一般都是采用比較硬的合金鋼，但是由于長時(shí)間的摩擦，也會(huì)對(duì)刀具造成損壞的，切削的深度和切削的速度都會(huì)對(duì)刀具的損壞產(chǎn)生不同的影響。要根據(jù)不同的地質(zhì)層和不同的進(jìn)刀速度以及刀具的大小優(yōu)化設(shè)計(jì)刀具和刀盤的形狀，并選用適合的材料，這樣才能使刀具的壽命延長。
提高刀具耐用度的對(duì)策
3.1.與地質(zhì)相匹配的刀具配置
為了提高刀盤和刀具的壽命和耐用性，我們?cè)谶x擇盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)時(shí)，要因地制宜，對(duì)于不同性質(zhì)的土層或巖石層，我們要選擇合適的刀盤、刀具和盾構(gòu)結(jié)構(gòu)。在實(shí)際的工況中，并不像我們想想的這么簡單，因?yàn)樗_挖的地質(zhì)層基本上都是多層介質(zhì)的，這也為刀具、刀盤和盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的選擇造成了困難。在遇到這種情況時(shí)，我們要綜合考慮每種性質(zhì)的地質(zhì)層介質(zhì)對(duì)刀具、刀盤和盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的影響比重，避強(qiáng)趨弱，盡量在設(shè)計(jì)和制造刀具時(shí)先注重考慮重要影響因素，這樣才能起到保護(hù)盾構(gòu)機(jī)構(gòu)和刀盤、刀具的作用。
3.2.提高刀具使用壽命的方法
①為了加大轉(zhuǎn)矩，盡量使用雙面滾刀；
②盡快的將切削下的土渣清理出去，這樣就能減少土渣對(duì)刀具前刀面的破損；
③刀具的形狀越大，破損的越嚴(yán)重，這時(shí)就要對(duì)大型的刀具進(jìn)行特殊的處理；
④要采用高質(zhì)量的焊接對(duì)刀盤擋圈進(jìn)行焊接，這樣能夠防止刀盤的軸向移動(dòng)；
⑤對(duì)盾構(gòu)機(jī)操作人員進(jìn)行定期的培訓(xùn)，保證在施工中對(duì)盾構(gòu)機(jī)正確使用。
隨著技術(shù)的進(jìn)步和勞動(dòng)力的短缺，盾構(gòu)機(jī)越來越多的應(yīng)用到隧道開挖，它的刀具和刀盤等一系列的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的使用壽命問題也越來越受重視。本文介紹了盾構(gòu)機(jī)刀具和刀盤的一些常見的失效形式，并研究和分析了一些影響刀具磨損的因素，并提出了提高刀具壽命的一些方法。希望通過本文的介紹能夠?yàn)槎軜?gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造單位以及盾構(gòu)機(jī)的使用單位提供一些幫助，從而提高盾構(gòu)機(jī)刀具的使用壽命和降低使用成本。
