隧道掘进机滚刀在刀盘上的固定方式研究

张凌，方亮

（吉林省维尔特隧道装备有限公司，吉林 吉林市 132200）

0 引言

TBM是集机、电、液、光、气于一体的全面型隧道开发设备，在我国铁道、水电、交通、矿山、市政等隧道工程中得到了广泛的应用。刀盘是TBM的核心部件之一，TBM给刀盘施加推力和旋转力，使刀盘上的滚刀在掌子面上滚动，从而起到破岩的效果。在施工中，刀具的更换占据了TBM施工中的大部分时间，为了缩短更换刀具的时间，要对滚刀在刀盘上的固定和拆卸方式熟悉，以便高效、安全地更换滚刀。

1 滚刀的形式

目前TBM掘进机常用的滚刀形式为正滚刀、中心刀和扩孔刀，按常用尺寸可分为17寸、18寸、19寸和20寸，根据隧道的开发直径和地质情况，选用合适尺寸掘进机和相应规格的刀具进行施工。

2 常用滚刀固定方式分析

目前常用的滚刀固定方式可分为栓装式和楔装式，栓装式以螺栓等紧固件直接固定滚刀（图1）；楔装式利用楔块等锁紧组件和紧固件连接，固定滚刀，见图2、图3。同时随着TBM掘进机型号的多样化，楔装的方式和形式也多种多样。

图1

图2

图3

栓装式的安装结构为楔形块利用圆柱螺钉与刀盘进行固定，托架与滚刀上的端盖利用圆柱螺钉进行连接，同时在端盖中心部开有键槽，托架中心部开有键槽，端盖与托架通过键连接来保证安装位置，托架与楔块通过圆弧形的斜面进行刀具定位。

正滚刀的楔装式结构为楔块的斜面与刀轴斜面进行相对配合，与斜面相对的垂直面与刀盘配合，下部压块固定在刀盘上，利用定位销进行定位，螺栓通过压块与楔块，螺栓的六角头固定在楔块内部，不能转动，在压块侧用螺母进行紧固，利用螺栓与螺母的紧固力，使楔块对刀轴形成拉力，使滚刀固定在刀盘上。

中心刀的楔装式结构与正滚刀的楔装式结构大体相同，中心刀楔块的斜面与刀盘上楔块的斜面进行配合，斜面相对的垂直面与中心刀端盖的平面接触，滚刀另一面与刀盘接触，下部有L形块进行支撑，用螺栓与螺母的紧固力，使中心刀紧紧地挤在刀盘上。

栓装式的安装方式不仅加大了刀具加工的难度，在拆装的过程中由于部件规格较大、工作条件恶劣、空间狭窄，给施工带来了极大的困难，所以目前大多数TBM掘进机刀具的安装方式改为楔装式，楔装式的结构安装简单、快速，同时降低了刀具的加工难度和锁紧组件的加工难度。

3 存在问题

由于刀具在工作中产生振动，使刀盘发生轻微形变，导致螺栓与楔块接触面不完全，使刀具安装不牢靠。同时由于目前设计的锁紧组件为了保证其单独的使用寿命，提高表面硬度，超过了刀轴的硬度、刀盘接触面的硬度，最后导致刀轴和刀盘的损坏。

4 改进措施

为了保证刀具安装的可靠性，将螺栓与锁紧组件接触受力的位置选用球形垫圈和锥面垫圈进行过渡，利用其自调心的功能，使锁紧组件的拉力方向一致，从而提高刀具安装的可靠性，并且在加工楔块时，适当降低与刀具接触和刀盘面的表面硬度，略低于刀具接触面，以保证楔块不损坏刀具或刀盘。

5 结语

本文分析了现有的几种TBM刀具的固定方式，并提出了相应意见，使以后的施工过程中可更加安全地拆、装刀具，提高TBM施工项目的效率。

参考文献：

[1]赵彦春，等．TB880E型掘进机刀具在刀盘上的固定[J]．华东交通大学学报，2002，（1）．

[2]徐东博，等．硬岩TBM滚刀安装方式设计分析[J]．机械工程师，2014，（1）．