刀具的分类课件.ppt

1、刀具的分类刀具的分类l盾构机的刀具一般分为刮削刀和滚刀两种，其余为辅助刀具。l刮削刀时指只随刀盘转动而不自转的刀具，他包括有边刮刀、刮刀、切刀、齿刀、先行刀、仿形刀等l滚动刀具是指既随刀盘转动，还同时自转的刀具。根据形状可分为：齿形滚刀和盘型滚刀。盘型滚刀又又单刃、双刃和多刃。凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司齿刀齿刀l齿刀主要有刀体、端部硬质合金刀片和背部球齿构成。l他上面有两个切削刃，可以满足刀盘正转和翻转切削的需要。l在较软底层，齿刀可以代替滚刀来切削，但是外缘滚刀不能更换为齿刀。l滚刀在较软底层容易出现弦磨凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司刮刀刮刀l刮刀是用硬质合金钢做的刀

2、头，高耐磨合金钢作为刀体，他既具有切削功能和具有装载功能。l刮刀是由刀座、刀体和刀刃，三部分组成l刀座是和刀盘连接的部分：连接方式分为焊接式、螺栓连接、插销连接等。l刀刃是刮刀刮削岩土和保护刀体不被磨损的关键部位。l刀体材料是德国钢号ST52-3钢材相当于国产的Q345。l刮刀表面常采用表面硬化技术或局部堆焊凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司边缘刀边缘刀l边缘刀的迎土面焊有球齿，材料为硬质合金，主要用于承受沙粒、卵石的磨损与冲击。凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司超前刀超前刀l顾名思义，超前刀即为先行切削土体的刀具l他在设计中主要考虑与切削刀组合工作，刀具切削土体时，超前刀在切削刀

3、切削土体之间先行切削土体，将土体分割成块，创造了良好的切削条件，显著的提升切削土体的流动性。凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司鱼尾刀鱼尾刀l鱼尾刀其一让盾构机分两步切削土体利用鱼尾先行切削中心部位小圆断面，从而扩大到全断面切削土体，所以一般鱼尾刀比普通的切削刀高600mm。l还有鱼尾刀根部设计成锥型，在切向和径向运动的基础上，又增加了一项翻转运动凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司仿形刀（超挖刀）仿形刀（超挖刀）l仿形刀也叫超挖刀主要功能是根据超挖多少和超挖范围要求，盾构机在转弯和纠偏时，由仿形刀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少的情况下实现曲线推荐和顺利转

4、弯及其纠偏。图凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司滚刀滚刀l滚刀主要由刀圈、刀体、刀轴、轴承、金属浮动密封环、刀盖及连接螺栓等组成。l硬岩滚刀破岩主要分为以下几个步骤：1)挤压阶段2)起裂阶段3)破碎阶段l滚刀主要用于较硬岩石土层凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司挤压阶段挤压阶段 滚刀在高推力作用下，滚刀在高推力作用下，切入岩石表面切入岩石表面(切入深度切入深度1-10/15mm1-10/15mm，取决于岩体，取决于岩体强度强度)，同时岩面产生局，同时岩面产生局部变形及很高的接触应部变形及很高的接触应力。并在此应力作用下，力。并在此应力作用下，刀刃与岩石接触部分的刀刃与岩石接触部分的

5、岩体产生粉碎区，即应岩体产生粉碎区，即应力核心区。此核心区深力核心区。此核心区深度越深、范围越大对提度越深、范围越大对提高破岩效率越明显。高破岩效率越明显。凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司起裂阶段起裂阶段l沿粉碎区周边应力大于岩体沿粉碎区周边应力大于岩体的抗拉强度或抗剪强度时，的抗拉强度或抗剪强度时，便产生张拉裂缝。该裂缝是便产生张拉裂缝。该裂缝是滚刀能否破岩的先诀条件。滚刀能否破岩的先诀条件。在应力核心区下层是应力过在应力核心区下层是应力过渡区，该区为应力衰减区，渡区，该区为应力衰减区，对岩体裂缝的产生不起控制对岩体裂缝的产生不起控制性作用。在刀刃正下方分布性作用。在刀刃正下方分布有

6、主裂缝，由于其方向与破有主裂缝，由于其方向与破岩方向一致，因此也不能显岩方向一致，因此也不能显著地提高破岩效率，但能加著地提高破岩效率，但能加大下个循环中压入阶段应力大下个循环中压入阶段应力范围范围凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司破碎阶段破碎阶段当相邻滚刀的间距使起裂阶段产生的裂缝相互连通时，表面部分岩体便当相邻滚刀的间距使起裂阶段产生的裂缝相互连通时，表面部分岩体便被裂缝分割，形成碎片并脱离开挖面。被裂缝分割，形成碎片并脱离开挖面。凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司盘型滚刀的材料和性能盘型滚刀的材料和性能l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

7、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)良好的冲击韧性，提高材料裂纹扩展功，防止刀圈裂开；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。l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。l整体耐磨钢刀圈材料主要以合金工具钢为主，也有合金结构钢，它的特点是可以承受较大的冲击，并具有较高的耐磨性能，刀具制造费用较低，适用地层范围广，从软岩、中硬岩到硬岩都可选用。凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承l这类轴承采用

8、锥形滚柱和滚道，具有以下的优点：l1)能同时承受径向载荷和轴向推力；l2)就相同的轴承尺寸而言，承载能力更大，相对寿命更长；l3)调节性能：不管是轴向游隙还是预加负荷，均能按设计要求 达到最佳性能；l4)其锥型结构而固有的自动移油特点，能从滚道接触区域除去任何微粒沾染物，大大降低了受工作环境污染物的影响；l5)与其他类型的磙子轴承相比，因纯滚动效果较佳，摩擦系数减少，速度提高；l6)由于其内外滚道可分离，安装和拆卸十分简便；凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司刀盘刀具布置原则刀盘刀具布置原则l1)刀具覆盖整个断面；l2)使刀盘受力均衡、振动小、运转平稳；l3)尽量使各刀具磨损均匀、尽量使滚

9、刀纯滚动，即刀具母线过刀盘中心；l4)有利于保证 掘进直径；l5)方便排除岩土；l6)便于装拆和检查修理。凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司盾构机刀具的选用原则盾构机刀具的选用原则l1)适应地层，能快速掘进;l2)刀具费用少;l3)安全性;l4)破碎每一单位体积岩石动力消耗少.凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司盾构机刀盘常见结构盾构机刀盘常见结构l刮刀类刀盘刮刀类刀盘适用于软土及沙卵石地层，一般中心布鱼尾中心刀，正面布切削刀，边沿布边刮刀，根据地层的实际情况决定是否布先行刀。l滚刀类刀盘滚刀类刀盘适用于全断面岩层，特别是中硬以上地层，目前主要是17盘型滚刀。l复合型刀盘复合型刀盘适

10、用于软硬不匀的地层,特点是即可安装滚刀,也可安装切削刀,在城市地铁和市政工程盾构施工中常见。凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司影响刀盘上刀的数量的因素影响刀盘上刀的数量的因素l1)钻孔直径；l2)岩石性质；l3)刀盘总推力；l4)盘形滚刀尺寸；l5）刀盘转速凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司刀具排列的方式刀具排列的方式l第一种为第一种为刀具整体连续排列刀具整体连续排列方式，因其切削阻方式，因其切削阻力较大，盾构机密封舱内土体流动性差，现已力较大，盾构机密封舱内土体流动性差，现已很少使用，仅偶尔在切削阻力小的淤泥质地层很少使用，仅偶尔在切削阻力小的淤泥质地层中采用；中采用；l第二种为

11、第二种为刀具牙型交错连续排列刀具牙型交错连续排列方式，因其切方式，因其切削阻力小、切削效率高、密封舱内土体流动性削阻力小、切削效率高、密封舱内土体流动性好和易搅拌而被广泛使用。目前世界上基本均好和易搅拌而被广泛使用。目前世界上基本均采用牙型交错连续排列方式。采用牙型交错连续排列方式。凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司滚刀的允许磨损量滚刀的允许磨损量l对于复合地层中的硬岩，首先通过盘形滚刀进行破岩。双滚刀一般允许磨损量为25mm，边滚刀为15mm，因此滚刀的伸出高度一般比切刀要大，海瑞克盾构设计时滚刀的伸出高度35mm，保证滚刀在磨损情况下仍能避免切刀进行破岩，保证切刀使用寿命。l边滚刀的

12、允许磨损量为15mm，因此开挖洞径的允许变化量为3Omm。当边刀不采用滚刀时，盾构开挖洞径的允许变化量为20mm。凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司防泥饼措施防泥饼措施l正面滚刀都高出刀盘面175mm，为开挖面破除下来的碴土留出了足够的出碴空间；齿刀高出刀盘面16Omm，切刀高出刀盘面140mml 这样盾构在复合地层中掘进时，能使刀盘前方切削下来的碴土有较大的流动空间，有利于刀盘前方碴土的流动。同时，由于滚刀高出刮刀35mm，齿刀高出刮刀20mm，因此，在硬岩地段掘进时刮刀受到滚刀和齿刀的保护，正面滚刀的最大磨损量为可达50mm，切刀的最大磨损量则为20mm。凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司几种刀具的推荐使用范围几种刀具的推荐使用范围分类抗压强度 MPa 典 型 岩 石刀 具 型 式软土,软岩 45 页岩 粘土 泥岩 刮刀;齿刀;楔齿滚刀 中软岩 45-85 石灰岩 砂岩 大理石 火山岩 凝灰岩 盘形滚刀;楔齿滚刀 中硬岩 85180 白云石 片麻岩 花岗岩 片岩 长石 盘形滚刀;球齿滚刀硬岩 180 闪绿岩 硅岩 角闪岩 硬质粘土岩 玄武岩 燧石 砾岩 盘形滚刀 球齿盘形滚刀凯宫隧道机械有限公司凯宫隧道机械有限公司