盾构刀具失效形式有哪些

盾构刀具的主要磨损形式是什么样的~

1、前刀面磨损：切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，在前刀面上经常会磨出一个月牙洼。
2、后刀面磨损：由于加工表面和刀具后刀面间存在强烈的摩擦，在后刀面上毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面，这种磨损形式叫后刀面磨损。
3、前刀面和后刀面同时磨损：在切削塑性金属时，经常会发生这种磨损。

刀具形状及其作用
刀具的形状必须适应施工地质的特点，并且刀具在切削断面不同的位置其作用及要求均不同，因此应对刀具进行设计。
①刀具在砂、砂卵石地层中的切削效率，即如何减少切削阻力，保证切削土体的流动性。
②通过刀具形状的改变，减少刀具掘进磨损，提高刀具的耐久性。
③适应城市繁华地区施工的需要，尽可能减少刀盘旋转刀具切削土体过程对周边土体及环境的干扰，如振动、噪音等。
④如何从材料和设计方面，对解决盾构机在砂卵石地层掘进时刀具的磨损(包括撞击掉块等)提出切实可行的措施，保证盾构机刀具长距离掘进的可靠性。
(1) 刀具的类型及切削原理
目前盾构机刀具按切削原理划分，一般公认有滚刀和切削刀两种类型(根据隧道围岩性质不同、切削目的不同，这两类刀具还可进一步细分)。滚刀的切削原理主要是刀具依靠挤压破岩，一般用于岩石隧道的掘进。当虽然穿越松散地层但有大粒径的砾石(粒径大于400mm)、并且含量达到一定比例时，也可采用滚刀型刀具。另在隧道地质条件复杂多变、岩石(强度不算太高)与一般土体(或粘土或砂土)交错频繁出现的情况，也有可能采用滚刀型刀具，即在复合式盾构机中采用。
切削刀的切削原理则主要是盾构机向前推进的同时，刀具随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向(沿隧道前进方向)剪切力和径向(刀盘旋转切线方向)切削力，不断将开挖面前方土体切削下来。切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂卵石、砂土、粘土等松散体地层。
(2)主要刀具形状及作用
①切削刀
切削刀是盾构机切削开挖面土体的主刀具，切削刀一般形状如图15所示。一般情况下，β(前角)与α(后角)值随切削地层特性不同变化，取值范围在5°～20°之间，粘土地
层稍大，砂卵石地层稍小。比如北京市地层特点，β(前角)和α(后角)值建议采用15°。

②超前刀(也称先行刀)
顾名思义，超前刀即为先行切削土体的刀具。超前刀在设计中主要考虑与切削刀组合协同工作。刀具切削土体时，超前刀在切削刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切削刀创造良好的切削条件。据其作用与目的，超前刀断面一般比切削刀断面小。采用超前刀，一般可显著增加切削土体的流动性，大大降低切削刀的扭矩，提高刀具切削效率，减少切削刀的磨耗。在松散体地层，尤其是砂卵石地层使用效果十分明显。

③盘圈贝型刀
盘圈贝型刀实质上是超前刀，盾构机穿越砂卵石地层，特别是大粒径砂卵石地层时，若采用滚刀型刀具，因土体屑松散体，在滚刀掘进挤压下会产生较大变形，大大降低滚刀的切削效果，有时甚至丧失切削破碎能力。针对北京市大粒径砂卵石地层的特性，根据笔者在日本的施工经验，建议采用盘圈贝型刀，将其布置在刀盘盘圈前端面，专用于切削砂卵石。采用盘圈贝型刀可较好地解决盾构机切削土体(砂卵石)的难题。

④鱼尾刀
采用大刀盘全断面切削土体，布置在幅条上不同位置的切削刀，从刀盘外周至中心，运动圆月逐渐减小，中心点理论上可以视为零。换言之密封舱内切削土体的运动长度也是由外至内逐渐变小，相应土体流动状态也是越来越差。而且中心支撑部位(直径约1.5
m)不能布置切削刀，为改善中心部位土体的切削和搅拌效果，可考虑在中心部位设计一把尺寸较大的鱼尾刀(详见鱼尾刀切削土体示意图19)。根据经验，色尾刀的设计和布置可应用两个技巧：其一让盾构机分两步切削土体，利用鱼尾刀先切削中心部位小圆断面(直径约1.5
m)土体，而后扩大到全断面切削土体，即将鱼尾刀设计与其他切削刀不在一个平面上，一般鱼尾刀超前600
mm左右，保证鱼尾刀最先切削土体；其二是将鱼尾刀根部设计成锥形，使刀盘旋转
时随鱼尾刀切削下来的土体，在切向、径向运动的基础上，又增加一项翻转运动(如同犁地一般)：这样既可解决中心部分土体的切削问题和改善切削土体的流动性，又大大提高盾构机整体掘进水平。

⑤仿形刀
盾构机一般设计两把仿形刀(一把备用)，布置在辐条的两端。施工时，可以根据超挖多少和超挖范围的要求，从辐条两端径向伸出和缩回仿形刀，达到仿彤切削的目的。仿形刀伸出最大值一般在80～130mm之间。盾构机在曲线段推进、转弯或纠偏时，通过仿形超挖切削土体创造所需空间，保证盾构机在超挖少、对周边土体干扰小的条件下，实现曲线推进和顺利转弯及纠偏，因而盾构机需设置仿形刀。

1.刀具正常磨损

滚刀在进行掘进时,掘进进尺速度与其刃口宽度有关。随着滚刀刀圈磨损量的增加，刃口宽度随之增加，达到一定范围时会影响掘进速度，由于受到刀圈加工工艺的限制，而且新装刀圈与齿刀之间有一定的高差（各刀盘设计的高差值不同），所以当正滚刀与中心刀最大磨损量为达到与齿刀规定的高差时为正常磨损，而边缘滚刀则因隧道直径差及所处位置的要求，其磨损极限一般为15mm。正常磨损是刀具失效的主要形式，其磨损形状为在刃口宽度范围内磨损较均匀，不偏磨、不弦磨。

2.刀圈断裂

滚刀在沙卵石不均匀地层施工时，滚刀不易实现纯滚动，造成滚刀时转时不转现象，容易发生刀圈冲击使刀圈断裂；掘进过程中，由于地层突然变硬或刀盘某些部件脱落或其他铁件卡在刀刃与地层之间，会导致刀圈局部过载而使刀圈应力集中发生断裂，同时刀圈与刀体配合过盈量未达到要求也会造成刀圈断裂。

3.轴承损坏

施工过程中，有时会发现刀圈被磨成一条或几条弦，称之为偏磨。这主要是由于刀具轴承损坏不能灵活转动造成的；在掘进过程中刀具出现偏磨而未及时发现是非常危险的，一把刀由于偏磨而失效会造成相邻两把刀过载而失效，从而迅速向外扩展，直至整个刀盘上的刀具全部失效，另外滚刀启动扭矩过大也容易造成滚刀时转时不转现象，使刀圈发生偏磨，所以在掘进过程中应及时观察出碴情况，一旦出现长而宽的石碴时，应立即停机检查。造成轴承损坏的原因主要是由于轴承过载或刀盘冷却系统不良而使轴承过热抱死，或因刀具密封损坏漏油而未及时发现，造成轴承润滑不良损坏也会使刀圈偏磨而失效。

4.刀具漏油

绝大多数漏油刀具的轴承因无法润滑而失效，轴承外圈大多已点蚀成麻面或发蓝，同时刀具的浮动密封已失效，极个别的刀具为注油孔漏油。引起漏油的原因主要有以下几方面：

(1） 由于岩石条件急剧变化(多为较发育的破碎岩层)或换刀不合理(相邻刀具的磨损量相差较多)，造成个别刀具过载，使刀具轴承的承载面点蚀剥落，剥落的金属碎片及颗粒使密封失效。

(2）由于刀盘冷却系统不良而使轴承及润滑油温度过高，浮动密封面烧伤使密封失效。

(3）强度较高的大石块或崩断的正面齿刀、边缘刮刀刀齿挤卡在刀具端盖密封处，使其受挤压变形引起滑动密封失效。

(4）刀具轴承及浮动密封的寿命已达极限。

(5）刀具在装配或修理过程中刀具内混有杂物引起浮动密封面划伤失效。

根据硬岩（TBM）的施工经验，刀具密封失效导致刀具损坏约占70%。刀具密封损坏与刀具的装配、刀具密封的耐压、耐高温能力有关。一般盘形滚刀密封能承受的最高温度为80℃，能承受的最高水压和气压能达到 0．8MPa。

5.刀圈剥落

由于刀圈在滚切岩石过程中，刀圈受力较大，刀圈表面掉落整块的碎片，而整个刀圈没有断裂，称为“刀圈剥落”。刀圈剥落是由于刀圈表面产生疲劳裂纹，逐步扩展导致微观断裂，因磨损而剥落。如果剥落块较小，一般不影响刀具的正常运转。                                                 

6、刀具安装螺栓松脱、断裂或挡圈断裂或脱落                                                                              

由于在掘进施工过程中破碎岩石的力量较大，特别是在硬岩掘进时更大，震动也比较厉害,常会引起刀具连接螺栓松脱、断裂，引起刀具损坏以致无法掘进。刀具安装螺栓松脱、断裂会造成刀具掉刀和打刀。挡圈用于避免刀圈沿轴线方向的平行位移。如果挡圈断裂或脱落会引起刀圈位移和严重损坏。

刀具异常磨损的预防措施

1.合理选择掘进推力。根据滚刀的数量和每把刀可以承受的最大径向力可以算出刀盘最大承受力，再加上土压反力、摩擦力、后配套拖力及尾刷阻力就可以算出作用在油缸上的最大推力，因此可以通过控制这个最大推力来防止刀具过载。

2.合理控制贯入度根据盾构机贯入度计算方法Pe=V/n，贯入度越大则刀具受力越大，在100Mpa以上的岩石地层掘进时贯入度不大于4mm。软岩掘进时贯入度建议不大于25mm。

3.及时更换保护刀具及损坏刀具。个别滚刀损坏可能导致周边刀具的连带损坏，因此在条件充许的情况下及时检查和更换损坏的滚刀，安装过渡刀时相临刀具高差不大于5mm。同时要及时更换切削刀具。

4.确保碴土改良效果确保添加剂的加入效果，保证碴土流动性，可以有效的防止泥饼产生，减少刀具被泥饼抱住的危险

目前常用的盾构机刀具堆焊与制造专用焊丝为北京固本kb600耐磨药芯焊丝，该焊丝为地铁盾构施工刀具刃口堆焊专用，基体加入镍合金，高耐磨耐高温（可达950℃）而且裂纹倾向小，韧性，具有良好的抗冲击性及耐磨性。

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全州县18258531998： 刀具磨损与刀具破损的原因有何异同? - ？
虞彼牛磺： 刀具磨损,顾名思义指的是刀具在使用的过程中缓慢的失去锋利的切削能力,刀具破损,应该指的是刀具的崩刃、缺齿、断裂等.

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虞彼牛磺： 刀具损毁的形式磨损和破损两种,前者是连续的逐渐磨损, 后者包括脆性破损和塑性破损!

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虞彼牛磺：[答案] 1、切削速度 进给量 3、主运动、进给运动 4、尺寸 形状 5、技术准备过程 基本生产过程 6、正常磨损 非正常磨损 7、大 锋利 8、定位 工序 测量 9、磨合磨损 正常磨损

全州县18258531998： 硬质合金有哪些失效形式？
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虞彼牛磺： 形式:1、前刀面磨损:切削塑性材料时,如果切削速度和切削厚度较大,在前刀面上经常会磨出一个月牙洼.2、后刀面磨损:由于加工表面和刀具后刀面间存在强烈的摩擦,在后刀面上毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面,这种磨...

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全州县18258531998： 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些 - ？
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