TB880E型掘进机刀具失效分析

作者：（TBM）公司 王镇春

欢迎访问e展厅 展厅 5 钻机/掘进机/凿岩机展厅 钻机, 潜孔钻机, 水平定向钻, 顶管机, 旋挖钻机, ... 秦岭隧道北口掘进机施工534m，掘进机所经过的岩层为混合花岗岩和混合片麻岩，属坚硬岩石．掘进机消耗刀圈1997个，比预计高出一倍多，根据原始计录，由于刀具失效，被更换刀具达3281把次（见表1），刀具失效的形式有以下几种： 1 正常磨损 刀具进行破岩时，破岩效率与其刃口宽度有关。随着刀圈磨损量的增加，刃口宽度增加，粉核区也逐渐增加，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，而且新装刀圈与铲齿之间的高差为38mm，所以确定正滚刀与中心刀最大磨损量为 38mm，此时粉碎区达 50％左右；而边刀则因隧道直径（ 8800mm）以及所处位置的要求，其磨损极限为。正常磨损是刀具大效的主要形式，占 57． 22％，根据磨损程度，正常磨损又可分为均匀磨损和非均匀磨损（偏磨）。 1．1 均匀磨损 在刃口宽度范围内磨损较均匀，一般均匀磨损占正常磨损的80％以上。 1．2 非均匀磨损（偏磨） 当一把刀与相邻的两把刀磨损量差值较大时，这把刀在掘进过程中接触的岩壁始终足一个斜面，就将发生偏磨（如图1）。原始记录表明，63号。64号、65号边刀磨损较慢（三把边刀为同一轨迹）， 60号正滚刀磨损较快，所以 61号、 62号正滚刀（两把刀为同一轨迹）发生偏磨的现象尤为严重；当然，就一把刀而言，刃口内外两侧的线速度不同，外侧大于内侧，也是刀具发生偏磨的原因之一。刀具发生偏磨一般不影响刀具的正常运转，只是磨损加剧且破岩效率有所降低。从现场经验来看，严格控制相邻刀具的磨损量高差小于 15m是可以减少刀具发生偏磨现象的。 2 刀圈断裂 在掘进过程中由于岩石情况发生变化或刀盘其它部件（如铲齿等）脱落卡在刀刃与岩壁之间，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。刀因断裂占刀具失效的 2．8l％。 3 轴承损坏（弦磨） 在施工过程中，有时会发现刀圈被磨成一条或几条弦，我们称之为弦磨，占刀具失效的 4． 28％。这主要是由于刀具轴承损坏不能转动造成的；在掘进过程中刀具出现弦磨而未及时发现是非常危险的，一把刀由于弦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，秦岭隧道北口掘进机在 DK66＋691．8处六把中心刀及1号正滚刀的损坏过程便是如此，所以在掘进过程中应及时观察皮带机内的出碴情况，一旦出现长而宽的石碴时，应立即停机检查刀盘。造成轴承损坏的原因主要是由于轴承过载或内干刀盘喷水系统不良而使轴承过热抱死，刀具漏油而未及时发现也会使刀圈弦磨而失效。 4 刀具漏油 维尔特公司生产的φ432盘形滚刀使用的润滑油为JT/7SAE90/140，其气味极其难闻，当温度升高时，很远都能闻到，在施工过程中通过气味来判断刀具是否漏油。漏油的刀具解体后发现，绝大多数漏油的刀具其轴承已失效，圆锥滚子的大头端剥落，轴承外圈已成麻面或发蓝，同时刀具的浮动密封已失效，极个别的刀具为注油孔漏油。刀具漏油占刀具失效的 10． 27％，造成刀具漏油的原因很多，主要有： （1）由于岩石条件急剧变化（多为较发育的破碎岩层）或操作原因（调向过大或推力过大），以及换刀不合理（相邻刀具的磨损量相差较多），造成个别刀具过载，使刀具轴承圆锥滚子的承载端剥落，剥落的金属碎片及颗粒使密封失效。 （2）由于刀盘喷水系统不良而使轴承及润滑油温度过高。 （3）由于刀盘前部岩石条件较差，坍塌的大石块卡在刀具端盖密封处，使滑动密封受冲击载荷失效。 （4）刀具轴承及浮动密封的寿命已达极限。 （5）刀具修理过程中隔套尺寸不符合规格或刀具内混有杂物。 5 刀圈剥落 由于刀圈磨损表面产生疲劳裂纹，逐步扩展导致微观断裂、磨损剥落。从刀具检查情况来看，一般刀的剥落块较小，不影响刀具的正常运转。 6 挡圈断裂或脱落 维尔特公司生产的φ432正滚刀和边刀的刀圈内侧为两半对接焊的安全挡圈，便于更换刀圈并防止刀圈移位。由于离心力的作用，刀留作用于刀体上的力都是指向外侧的，所以一般内侧受力较小，但在施工过程中由于刀盘前部岩石破碎，坍塌的大石块经常将挡圈砸断或脱落，直至发生刀圈移位，使刀具更换很困难。从1998年 5月份起我们采用了两根 48×70mm的钢筋对挡圈进行搭接焊（如图2），加强了挡圈的承载强度，从而大大减少了挡圈脱落现象。 7 刀具螺栓松、脱、断及掉刀等情况 原始记录表明，随着换刀次数的增加，刀具螺栓松、脱、断甚至掉刀的现象（统称为螺栓问题）也逐渐严重，占刀具失效的 23． 56％，造成刀具的螺栓问题的原因主要有： （l）刀具托架和刀座的重复使用，使相当部分配合面受压变形而成台阶状，同时修理次数过多使一把刀的两块托架配合面不在同一个圆锥面上； （2）刀具及刀具螺栓重复使用的次数较多，螺纹损伤严重； （3）由于托架与刀座的配合面为圆锥面，刀具在安装过程中未对中而造成配合面没有完全结合； （4）由于刀具在安装过程中没有将所有配合面（托架、刀座、螺纹以及平垫等）清理干净，而使刀具在掘进过程中出现螺栓问题； （5）由于操作原因未使刀具所有螺栓达到规定预紧扭矩（805Nm）。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/14/2004)