精品完整版盾构机刀具刀盘的失效形式分析及预防措施文档格式.docx
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并对刀盘的型式、结构、功能与失效形式及预防措施进行了分析。
关键词:
刀具刀盘失效形式刀具磨损
Abstract:
Inrecentyeas,withscientificandtechnicalprogress,people’sdemandforspacehasbeengraduallydevelopedfromthegroundtounderground,themostimportanttooltoexploitandutilizeundergroundspaceisshieldmachine.Theshieldmachineisonekindusesinexcavatingtheundergroundtunnelspeciallythelarge-scalecompletesetconstruction,Excavatesinthecitytunnelobtainsthemoreandmorewidespreadapplication.Thecuttingtooltakesontheshieldmachinemostimportantpart,Domestictoitsdesignresearchstillplacestartstage.However,Beingacrucialfactorininfluencingtheperformanceofshieldmachine,thecutterheaddesignisoneofthekeyissuesofshieldmachine.Thepresentpaperhasconductedtheresearchtotheshieldmachinecuttingtoolandthecutterheadshapingaswellastheexpirationformanalysisandthepreventivemeasure,Theconcretecontentisasfollows:
Hasstudiedthecuttingtoolformandthedispositionanalysis,Detailedelaborationcuttingtoolattritionandabrasiveresistance,Hasanalyzedthecuttingtoolexpirationformandthemanagement.Hasanalyzedthecuttingtoolexpirationformandthemanagement.Andtothecutterheadpattern,thestructure,thefunctionandtheexpirationformandthepreventivemeasurehascarriedontheanalysis.
keywords:
Cuttingtoolcutter-headFailureformsCuttingtoolat
前言
伴随着21世纪的到来,伴随着我国城市化进程的加快,城市建设快速发展,城市规模不断加大,城市人口急剧膨胀,许多城市不同程度上出现了用地紧张,生存空间拥挤,交通堵塞,给城市生活带来了很大的影响,也制约着经济和社会的进一步发展。
由于流动人口以及道路车辆的增加,城市交通呈急剧增长的态势,而道路的相对有限性带来了交通堵塞,车速下降、交通事故频繁等系列问题。
行车难,乘车难成为市民生活和工作的一个突出问题。
城市地下空间的利用和开发,已成为世界性发展趋势,并作为衡量城市现代化的标志。
国际上不少学者提出“21世纪是地下空间开发利用的世纪”,城市向三维空间发展,即实行立体化的再开发,是城市中心区改造的唯一途径。
地下空间的充分利用是城市立体化开发的重要组成部分。
这样可以扩大空间容量,提高城市集约度,交通顺畅,环境得到有效改善。
工程实践方面,美国、瑞典、日本、加拿大、法国等国在城市地下空间利用率已达相当规模和水平。
但是因为盾构机研制技术含量高、制造工艺复杂,目前世界上只有极少数的厂商掌握盾构机研发制造技术。
我国大约有95%的盾构掘进机依赖进口或合作制造,欧洲和日本等公司的铁盾构机基本上垄断了中国的盾构掘进机市场,而且价格居高不下。
据业内人士分析,在北京广州、南京、天津等地的地铁隧道建设中,90%以上的盾构都是从德国和日本公司购买的。
目前,国内许多企业虽然也开展了盾构设备的研制和相关技术的开发,如:
上海隧道股份限公司、铁道部隧道局、广重集团等单位自行设计和开发了适用的盾构掘进机和相关的施工技术,制造了多种形式的盾构。
但国产盾构仅能适用于周围环境要求不高和地质条件单一的地区,不适合建筑密集地区、管线复杂地区、地质条件复杂的地区。
当环境要求高、破坏后治理费用大时,综合考虑费效比后,还是不得不花费大量外汇采用进口盾构。
可以说,我国现代盾构掘进设备和技术的研制才刚刚起步,尚没有形成能针对不同地质条件和环境的要求设计、制造适用的盾构掘进机的能力。
在目前我国盾构机发展技术不成熟,以及未来盾构机使用的巨大的潜在市场情况下,掌握盾构掘进设备关键部件的工作机理,进而实现国产化就显得尤为必要。
1盾构机刀具的失效形式分析及预防措施
1.1盾构机的介绍
盾构是一个具备多种功能于一体的综合性隧洞开挖设备,它集和了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能,目前盾构机已成为地下交通工程及隧道建设施工的首选设备被广泛使用。
一.盾构机的优点如下:
1不受地面交通、河道、航运、季节、气候等条件的影响。
2能够经济合理地保证隧道安全施工。
3盾构的掘进、出土、衬砌、拼装等可实行自动化、智能化和施工运输控制信息化。
4掘进速度较快,效率较高,施工劳动强度较低。
5地面环境不受盾构施工的干扰。
二.盾构机的缺点如下:
1盾构机械造价较高。
2在饱和含水的松软地层中施工地表沉陷风险大。
3隧道曲线半径过小或埋深较浅时难度较大。
4设备的转移、运输、安装及场地布置等较复杂。
盾构作为一种保护人体和设备的护体,其外形(断面形状)随所建的工程要求不同有圆形、双圆形、三圆形、矩形、马蹄形、半圆形等。
(如:
人行道方形能最大限度的利用空间、过水洞马蹄形符合流体力学、公路隧道半圆形利用下玄跑车)。
而因圆形断面受力好、圆形盾构设备制造相对简单及成本相对低廉,绝大部分盾构还是采用传统的圆形。
为适应各种不同类型土质及盾构机工作方式的不同,盾构机可分为三种类型、四种模式:
三.盾构机的三种类型:
1软土盾构机。
2硬岩盾构机。
3混合型盾构机。
四.盾构机的四种模式:
1开胸式。
2半开胸式(半闭胸式、欠土压平衡式)。
3闭胸式(土压平衡式)。
4气压式。
软土盾构机适应于未固结成岩的软土、某些半固结成岩及全风化和强风化围岩。
刀盘只安装刮刀,无需滚刀。
硬岩盾构机适应于硬岩且围岩层较致密完整,只安装滚刀,不需要刮刀。
混合盾构机适应于以上两种情况,适应更为复杂多变的复合地层。
可同时安装滚刀和刮刀。
气压盾构是在加气压状态下的施工模式,即可用于泥水加压式盾构机,也可用于土压平衡式盾构机。
1.2盾构机刀具的管理与维护
1.2.1刀具的配置
刀具的结构、材料及其在刀盘上的数量和位置关系直接影响到掘进速度和使用寿命。
不同的地层条件对刀具的结构和配置是不相同的。
一.刀具种类:
单刃滚刀、双刃滚刀、三刃滚刀(双刃以上的一般都是中心滚刀)、齿刀、切刀、刮刀和方形刀(超挖刀)。
为适应不同的地层,滚刀和齿刀可以互换,所以它们的刀座相同。
二.刀具的破岩机理:
分软岩切削机理和硬岩破岩机理。
软岩切削机理是刀具对土层的挤压所产生的剪切力来破坏土层而达到切削效果。
硬岩破岩机理是利用硬质材料的易脆性质,采用滚刀的滚动对岩石挤压产生的剪切力和(冲击力)碾碎岩石的机械破岩方法。
要实现连续破岩就要在滚刀上施加一个正压力和一个使滚刀滚动的水平推力。
正压力是来自于盾构的推进力,水平推力是刀盘转动施加在滚刀轴上与开挖面平行的推力。
所以滚刀破岩要想达到满意效果,必须满足两个条件:
1工作面的岩层要有一定强度。
2滚刀的启动扭矩要小。
因为以下因素很难满足以上条件:
1地质因素。
2滚刀的制造质量及工艺。
3滚刀质量一致性。
4开挖模式问题。
三.刀具配置的差异性
刀具配置的差异性表现在滚刀和刮刀的配置数量和高等级组合高度差等方面。
刀具的高度差及组合高度差对开挖的影响:
1刀具高对防结泥饼有利
2刀具的高度差大有利于破岩
四.滚刀与滚刀之间的刀间距。
滚刀的刀间距也是影响破岩能力的关键因素。
刀间距过大会在两刀之间出现破岩的盲区而形成“岩脊”。
刀间距过小会将岩体碾成小碎块,降低破岩功效。
目前,刀盘边缘部分的刀间距一般都小于90mm,正面刀具的刀间距一般在100mm,有的在115-120mm之间。
1.2.2刀具管理的主要内容
刀具的养、用、管、修是盾构机使用过程中不可忽视的重要程序。
应当有计划、有反馈、有分析和总结,建立一个良性的、闭式循环的管理系统。
这对于有效利用刀具、降低使用成本、减少施工风险和提高施工效率都有十分重要的意义。
刀具管理的主要内容盾构机刀具管理分为大、小两个闭式循环管理系统。
大循环指刀具选用一具体操作一比较、分析一反馈一刀具选用的过程;
小循环指测试一使用一检查、更换一修理一试验大循环是小循环的基础,小循环是大循环的具体体现。
控制好大循环就等于把好了第一关,为小循环顺利的运行建立了良好的基础;
控制好小循环做好具体工作,又能给大循环提供更多、更好、更及时的反馈,使大循环能及时、有效的调整,一切按着计划运行,避免了多余的投入,保证了成本的最小化。
刀具管理流程与任何一项工作一样,盾构机刀具管理有特定的流程,如图1-2所示。
图1-2盾构机刀具管理流程
测试盾构机刀具主要分为齿刀与盘型滚刀两大类。
前者用于软弱地层及强度在20MPa以下地层的开挖,后者适用于强度较高的地层。
对齿刀而言,主要侧重于检查齿刀刀体结构,齿刀刀头的牢固性(齿刀刀头与齿刀刀体相连的方式主要有3种:
焊接、螺栓连接与嵌入),以及刀头上硬质合金的质量,多为目测。
盘形滚刀除去目测刀圈有无裂纹、刀具有无漏油现象外,还需利用专用工具与刀具跑合装置来测试刀具的启动和刀具的气密性。
若刀具启动扭矩过大,在较软、粘性较大地层掘进时,地层不能提供足够的扭矢巨使刀具转动而导致刀具弦磨;
若启动扭矩过小,刀具轴承必然会松动,不利于刀具受力。
因此检验刀具启动扭矩值是否符合厂家提供的设计要求至关重要。
同时,刀具的气密性是检验刀具密封效果的指标,气密性不好,会导致刀具润滑油泄漏,最终导致刀具轴承损坏。
由子刀具在装配时轴承密封可能存在安装
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