刀圈
- 盾构滚刀刀圈在中硬岩地层中的针对性措施分析
，在该类地层中，刀圈的断裂、崩刃和快速磨损在滚刀常见损坏形式中所占比例是最高的，滚刀更换频次的增加会严重影响施工效率，从而增加施工成本。对此，采取必要措施增强刀圈的耐磨和抗冲击能力，从一定程度上减少滚刀的更换数量和频次就显得尤为重要。本文主要从刀圈轮廓尺寸的选择和刀圈刃形的优化两方面措施进行分析，可有效提高在中硬岩地层中刀圈的耐磨性能和抗冲击性能，增强刀圈的可持续切削能力，从而达到延长刀圈使用寿命的目的。1 滚刀常见损坏形式滚刀在中硬岩地层中施工时，其损坏
建筑机械化 2023年10期2023-11-08
- 滚刀刀圈轧制工艺参数的家族遗传算法优化
工作过程中，滚刀刀圈直接与岩石接触，刀圈的产品质量直接影响岩石掘进机的破岩效率和破岩成本。低质量的刀圈在破岩过程中磨损较快、刀圈更换过于频繁，从而降低TBM的破岩效率并提高破岩成本[1]。因此，研究滚刀刀圈的成形工艺优化方法，可以有效降低TBM破岩成本、提高破岩效率。为了提高盘形滚刀刀圈的成形质量（主要为刀圈的耐磨特性），学者们从多个角度进行了大量的研究和实验。主要包括刀圈的失效机理分析[2]、滚刀刀圈−岩石对磨缩尺比例试验台的研制[3]、滚刀刀圈的性能优
机械设计与制造 2023年3期2023-03-19
- 梯度硬度盾构滚刀刀圈关键技术研究及应用
高，特别是对滚刀刀圈的材料和热处理工艺的要求更高。随着盾构和TBM 施工工程增多，复杂地质条件难以准确预测，特别是上软下硬地层中，普通工艺的滚刀刀圈易出现刀圈崩块、断裂。目前以海瑞克、庞万力、罗宾斯、中铁装备（维尔特）等刀具品牌主要采用以热作模具钢材料（类H13）为主的刀圈，此类刀圈经热处理后刀圈硬度适中，抗冲击韧性较高，在硬岩和复合地层中，性能表现良好。日本刀具品牌和国内部分刀具品牌对刀圈材料进行分类研究，在热作模具钢材料基础上，对冷作模具钢（DC-53
建筑机械化 2023年1期2023-02-24
- 隧道掘进机滚刀刀圈模锻成形工艺的模拟与实验研究
阳隧道掘进机滚刀刀圈模锻成形工艺的模拟与实验研究王锴1，王琴2，温璐3，尚勇1，王明佳4，孙朝阳5（1.中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司，河南 新乡 453000；2.河南机电职业学院 机电工程学院，郑州 451191；3.北京星航机电装备有限公司，北京 100074；4.烟台大学 核装备与核工程学院，山东 烟台 264005；5.北京科技大学 机械工程学院，北京 100083）提出锤上模锻的成形工艺，进行滚刀刀圈的制造，以改善和提高隧道掘进机（Tun
精密成形工程 2023年2期2023-02-24
- 某全断面隧道掘进机滚刀破岩有限元分析
磨性[1]。滚刀刀圈属于易损、易消耗的部件，破岩时直接作用于岩石表面，具有工作环境恶劣、工作载荷不稳定、受冲击载荷大等特点，其损耗和寿命直接影响掘进的质量、效率和成本[2]。过低的刀盘转速会显著降低盾构掘进效率，过高的刀盘转速则会加剧盾构滚刀磨损程度，最终影响盾构掘进效率[3]。滚刀间的间距也会对破岩产生巨大的影响，间距过小，会造成碎石增多，增大破岩难度；间距过大，滚刀将会出现“岩脊”现象，无法有效破岩[4]。韩利涛[5]针对复合型土压平衡盾构，对滚刀刀间
机械设计与制造工程 2022年8期2022-09-19
- 5CrNiMoV钢用于盾构刀圈力学性能研究
50016）盾构刀圈主要采用H13钢、DC-53 钢、X40CrMoV5-1 钢、5Cr5MoSiV1（X50CrMoV5-1）钢等模具钢制造，国内外学者针对性研究较多，特别是德国钢种X50CrMoV5-1 因其具有硬度和韧性均衡的特点，在刀圈制造中应用广泛。燕云等[1-2]研究盾构滚刀刀圈材料H13E 钢的高温拉伸性能，陈欢等[3-4]对H13 钢、DC-53 钢刀圈材料开展试验，通过仿真得到较佳的热处理工艺；陈磊等[5]研究了不同热处理工艺对5Cr5M
建筑机械化 2022年5期2022-05-28
- 长沙地铁施工盾构刀具设计及改进※
刀采用单刃滚刀，刀圈采用梯度硬度刀圈该刀圈采用特殊热处理工艺制作，确保内孔部位的硬度保持在HRC 50～HRC 54， 刀圈的刃口部位硬度保持在HRC 59～HRC 61， 呈现梯度化渐变的趋势（见图4）。 它的内圈硬度较低，易于吸收外界冲击功，提高刀圈的柔韧性，外圈硬度远高于普通刀圈（HRC 55～HRC 57），刃口具备极高耐磨性，有效提高滚刀刀圈的耐磨性，从而实现了耐磨性和柔韧性的统一。图4 刀圈梯度示意图这样的刀圈对付上软下硬，软硬不均等高冲击地层
凿岩机械气动工具 2022年1期2022-04-27
- 硬岩滚刀的失效统计分析及研制关键技术
滚刀主要由刀轴、刀圈、刀体、端盖、轴承、浮动密封、挡圈等零件组成。刀轴固定在刀箱上，刀圈和刀体随着刀盘的公转进行自转，其中刀圈是与岩石主要接触的零部件，也是最易损坏的部件，其不同刃口形状和刃宽尺寸适应不同的地层状况。图1 单刃滚刀结构组成2.2 滚刀的失效形式滚刀作为和岩石产生相互作用的部件，经常面临失效问题，基本反映在刀圈上，需对刀圈进行更换。常见的失效形式主要有正常过度磨损、刀圈偏磨、刀圈断裂、刀圈崩刃、刀圈卷刃等[7]，表现形式如图2所示。图2 滚刀
价值工程 2022年6期2022-02-21
- 冷作钢7Cr5Mo2MnVSi在盾构机滚刀中的应用研究
能，突破了盾构机刀圈用热作钢的工程惯例，是制造硬岩刀圈的理想材料之一。当然，冷作钢7Cr5Mo2MnVSi呈现出的优良的力学性能与其材料成分、加工工艺和热处理工艺是密切相关的，论文详细介绍了瑞典材料7Cr5Mo2MnVSi独特的热处理工艺和加工工艺，为我国制造刀圈提供了参考和借鉴。盾构机滚刀；冷作钢；耐磨性；刀圈前言目前，我国城市轨道交通行业发展如火如荼，特别是近几年一直保持快速发展的势头。而作为一种在地铁、铁路、公路、市政、水电等各隧道工程中广泛使用的机
汽车实用技术 2022年2期2022-02-21
- 基于Deform 的盾构滚刀刀圈模锻成形数值模拟与试验研究
端工况下还会出现刀圈弦磨、断裂、崩刃等失效。盘形滚刀严重失效将影响盾构机的掘进效率，增加施工成本。提升刀圈性能是解决这一问题的关键。刀圈的耐磨性、抗冲击能力、抗拉强度等力学性能很大程度上由刀圈的成形工艺决定。采用模锻成形工艺，能细化刀圈的晶粒，改变刀圈金属的纤维方向，进而在很大程度上提高刀圈的耐磨性[3]。针对模锻成形技术，刘德学等[4]确定锻造阶段变形区的形状与尺寸，并利用数值分析方法建立模锻过程其他特征时段的力学模型提供了依据；赵新海等[5]利用灵敏度
锻压装备与制造技术 2022年6期2022-02-01
- 梯度硬度刀圈材料的性能测试失效分析及方法
8）0 前言滚刀刀圈是全断面隧道掘进机施工的关键零件，行业标准中规定刀圈沿轴向截面硬度应为58-62 HRC，具有很好的耐磨性能，但在实际使用中发现，刀圈除了正常疲劳磨损外，也会出现整体断裂现象。通过技术手段分析得知，造成失效的原因主要是刀圈受到较大冲击载荷作用时，在刀圈零件内部的微裂纹沿着晶界处形成穿晶断裂。出现这种整体断裂失效的主要原因是为追求零件高的耐磨性能，而忽略了材料的塑性。在热处理过程中为提升刀圈材料的耐磨性能，通过控制材料的热处理工艺使得刀圈
凿岩机械气动工具 2021年4期2022-01-13
- TBM的刀具改性与辅助破岩技术研究现状
道掘进作业，滚刀刀圈磨损严重、更换频繁，严重影响TBM掘进效率。本文介绍了TBM滚刀破岩原理与典型失效形式；从滚刀材料改性和结构优化角度归纳总结了TBM刀具改性的研究现状，指出单纯的滚刀改性优化对TBM掘进效率的提升作用有限；进而介绍了水射流、超声、激光和微波等外加物理场辅助破岩技术的研究进展；最后，从岩石力学性能化学弱化角度探讨了辅助破岩技术的新思路。TBM刀具；磨损；破岩效率；刀具改性；辅助破岩TBM（Tunnel Boring Machines，硬岩
机械 2021年12期2022-01-10
- 冷作模具钢在TBM滚刀刀圈中的应用研究
用于TBM 滚刀刀圈的研究是非常有必要的。LD 钢的化学成分及物理性能如表1、表2 所示。表2 LD钢临界温度表2 将LD钢应用于TBM刀圈工艺分析2.1 选材与国内某钢厂定做LD 钢，材质化学成分如表3 所示。表3 定制的LD钢成分表2.2 锻造LD 钢导热性能差，塑性不高，锻造时先轻击，待碳化物破碎后逐步加大锤击力度，锻环时，为防止冲孔开裂，冲头要预热，最后一火锻造温度不超过1 130℃，以防材料组织过热，锻后要及时入坑缓冷，防止锻件开裂（表4）。表4
建筑机械化 2021年12期2021-12-31
- 广东复杂地层下TBM刀具比选研究
础进行分析。以单刀圈的平均破岩量以及刀盘贯入度作为研究对象，以找到提高掘进效率和经济效益的更优刀具配置方案及掘进参数。1 刀盘刀具介绍本文研究的背景：榕江关埠引水项目，工程输水总线路35km，其中TBM隧道27km。采用3台中铁装备双护盾TBM施工。最大开挖直径5060mm，最大推力为10500kN。其中4把17寸中心滚刀、27把19寸单刃滚刀。如图1所示。2 刀具试验T1隧洞围岩基本稳定后，对国内外11家刀具开展2轮次试验工作，其中国内9家，国外2家。试
中国设备工程 2021年23期2021-12-21
- 盾构滚刀磨损三维可视化监测系统
的时间。2.3 刀圈不同切面数据标定由于刀圈不同位置在破岩过程中受力大小和磨损程度不同，将刀圈剖面划分为刃部、中部和基体3个区域。为还原滚刀表面轮廓，将刀圈沿轴向取2n+1个切面，如图6(a)所示。以C0切面为例，在标定试验中可看出实测距离和传感器测量值呈曲线关系，按最小二乘法对数据点进行三次幂函数曲线拟合，如图6(b)所示。通过标定试验最终得到刀圈轴向各切面的标定函数。(a)切面划分示意图拟合函数公式为(3)拟合优度为(4)滚刀磨损标定值为δ=x-l0=
仪表技术与传感器 2021年9期2021-09-27
- 一种盾构刀具应用铁基复合材料的理论浅析
求盾构机在破岩时刀圈不仅承受很大的径向破岩力，同时又受到岩石硬矿物的剧烈磨损。盾构滚刀的结构示意图见图1。图1 盾构滚刀结构盾构滚刀失效形式主要有：刀圈断裂或崩角，刀圈偏磨、刀具窜动和轴承损坏。其中刀圈偏磨、刀具窜动和轴承损坏可以通过轴承选择、装配工艺提高和使用操作予以解决。但是刀圈断裂或崩角主要包括冲击疲劳断裂和内应力破坏，与刀圈材质性能直接相关。遇到岩石的单轴抗压强度较高，刀圈的自身硬度、前度和刚度比较低时，容易出现刀圈断裂。沉积岩的抗压强度一般在51
新型工业化 2021年6期2021-09-08
- 复合盾构盘形滚刀在石英岩地层掘进中的应用研究*
岩，故选用硬岩型刀圈，同时考虑到石英含量较高，刀具在具有良好破岩性能的同时，需具有一定的耐磨性能，最终采用R12的圆弧形刃口刀圈，刀圈硬度在HRC55-58。单刀出厂扭矩设置为27～30N·m，中心刀出厂扭矩设置为30～36N·m。2.2.2切刀、刮刀切刀、刮刀主要是对滚刀破碎的岩层进行二次切削，而本区间主要为风化石英岩，对刀具磨损性要求较高，故切刀、刮刀均采用大块合金，且合金材料均选用耐磨性和抗冲击性较好的钨钢材料，其牌号为YG13C，以有效延长刀具使用
施工技术(中英文) 2021年11期2021-08-06
- 盾构机滚刀的浅议
浮动密封、刀体、刀圈、隔圈、挡圈以及轴承等部分组成，其中隔圈的主要作用是调节启动扭矩大小。滚刀的实物图，如图2所示。在刀圈和刀体之间放置一个挡圈（挡圈是由两个半圆环通过焊接的方式组成的），对刀圈在刀轴上进行轴向定位。在掘进的过程中，挡圈易在焊口处断裂脱落，故需要在焊口处搭接一块加固铁。刀圈、轴承和浮动密封是刀具的关键件，其中刀圈的消耗量最大。图1 滚刀的结构示意图图2 滚刀实物图1.2 滚刀的磨损形式滚刀在千斤顶巨大的推力作用下紧压入岩石，同时随着刀盘的旋
现代制造技术与装备 2021年6期2021-07-27
- TMB隧道掘进机盾构刀圈改进性研究
B隧道掘进机盾构刀圈改进性研究刘畅（四川省地质矿产勘查开发局成都探矿机械厂，四川 成都 610000）随着轨道交通的发展，隧道施工的效率日益重要。TBM隧道掘进机作为山体岩石隧道施工的重要工具，其所用刀具的好坏直接影响工程进度。国内TBM隧道掘进机所用盾构刀圈在进行硬岩、次硬岩隧道施工时易失效、破损，作业效果略显不佳。针对此种情况，主要对盾构刀圈的使用环境、刀体材料、硬质合金、耐磨层材料进行全面分析研究，以提高TBM盾构刀圈在硬岩、次硬岩隧道施工中的使用效
科技与创新 2021年6期2021-04-13
- 高性能TBM滚刀刀圈的应用
影响TBM 滚刀刀圈使用寿命的因素很多，我们对国内外不同厂家的刀圈做了各种性能检测，并对不同工况下掘进过程中的刀圈失效形式做了大量的分析和总结，最后从原材料的成分、生产工艺等方面进行了研究，开发出了新型的高性能盘型滚刀，本文重点介绍公司生产的高性能TBM 滚刀刀圈的特殊性能。1 TBM 滚刀刀圈的材料及生产工艺1.1 刀圈的材料为了提高TBM 滚刀刀圈对于复杂岩层的适应性，既要保证刀圈拥有较高的硬度，同时要具有较高的冲击韧性。多年来吉林省维尔特隧道装备有限
凿岩机械气动工具 2021年1期2021-03-25
- TBM滚刀刀圈装配最优过盈量研究
摩擦作用，而滚刀刀圈随着刀盘的转动完成公转运动，又要在掌子面上受摩擦力的作用做自转运动，消耗量巨大[1～3]。滚刀刀圈和刀毂之间通过过盈配合的方式连接，滚刀刀圈和刀毂间过盈量的大小主要通过经验判断，其大小直接影响滚刀的服役寿命。国内TBM 领域的专家对滚刀的动态特性进行了研究，刘畅[4～5]等对TBM 刀盘不同位置滚刀动态响应分析特性进行分析；杨扬[6～7]等采用ANSYS 工具对TBM 刀盘动力特性分析；刘洪斌[8～9]等对不同贯入度下TBM 盘形组合滚
建筑机械化 2021年2期2021-03-20
- 盾构机硬岩掘进时滚刀异常损耗的控制方法
损坏严重，大部分刀圈基本属于报废状态。右线盾构掘进时于第702 环接触上软下硬地层，第710 环进入全断面硬岩，掘进至第737 环时开仓换刀。此次更换下的刀具损坏严重，刀圈基本属于报废状态。刀圈损坏情况见统计表1。表1 刀圈损坏情况统计表2 刀具磨损情况汇总由表2 可知，盾构掘进过程中出现的滚刀异常损坏情况以刀圈偏磨、刀圈崩裂为主要表现，中心滚刀损坏率为100%，同时伴有轴承损坏的情况。此次刀具的更换周期为盾构机进入硬岩段掘进约50 环。3 原因分析盾构机
设备管理与维修 2020年23期2021-01-04
- 隧道掘进机滚刀刀圈刃部的无损检测方法
1）0 结语滚刀刀圈是全断面隧道掘进机刀具的关键零件，在隧道掘进机掘进过程中起着举足轻重的作用，因此要求其具有高硬度、高耐磨性、高冲击韧性等综合力学性能，且滚刀刀圈内部不允许有裂纹、夹杂、折叠、结疤、层状断口、非金属夹杂、碳化物偏析、缩管残余、龟裂、晶粒不均等缺陷。滚刀刀圈在极其恶劣工作环境下，其中任何一种缺陷的存在会使滚刀刀圈出现非正常磨损、卷边、崩刃和断裂等失效形式。对盘形滚刀刀圈进行超声波体积探伤的重点关注区域是外刃部，外刃部是承担破岩功能的核心区域
凿岩机械气动工具 2020年4期2020-12-31
- 基于CSM模型的TBM滚刀受力预测公式
的扭矩所提供）、刀圈在贯入到岩石中受到侧向压力FN（这两个力近似乎平行）。其受力如图1所示。图1 滚刀破岩受力示意图2.2 基于CSM模型刀具受力的分析CSM 模型如下式中Ft——推进过程中所受的合力；R——滚刀的半径；θ——刀刃角；T——滚刀刀尖宽度；ψ——刀尖压力分布系数；φ——滚刀与岩石的接触角；p——破碎区的任意一点压力；p0——岩石破碎区的基本压力，p0=f（σc，σt，S，T，R，p）。式中C——无量纲系数，与刀刃角的形状有关，C≈2.12；σ
建筑机械化 2020年12期2020-12-30
- 复杂地况下TBM掘进应对措施分析
掘进效率。①降低刀圈硬度。TBM的刀圈在掘进过程中遇到埋深大的硬岩以及断层较多的情况，刀具的受力会很大，若刀具抗冲击能力低，刀具会损坏。刀具的抗冲击能力与刀具硬度有关，硬度越低，刀具抗冲击能力越好。因此，通过降低刀圈硬度，刀圈在复杂地质情况下的适用性增强，使刀圈在TBM掘进过程中更耐用，提高TBM掘进效率。②增加刀圈的宽度。TBM的刀圈在面对硬岩时，会受到很大的冲击力，但是刀圈很薄时，面对大的冲击力时会抵抗不住，导致刀圈崩裂，增加刀圈宽度，在刀圈面对硬岩时
商品与质量 2020年6期2020-11-27
- TBM滚刀刀圈材料合金成分对组织和耐磨性能的影响
上安装的盘形滚刀刀圈直接与岩体相互作用，滚刀贯入岩体滚动挤压，岩石表面产生局部变形并出现微观裂纹，随着挤压力增大，微观裂纹发展成为主裂纹并贯通，形成岩片破碎[1-2]。而在此过程中，大载荷、强冲击的工作环境极易引起刀圈的磨损，特别是在掘进高磨蚀性岩层时，滚刀磨损更为严重[3]。滚刀刀圈的耐磨性能成为制约刀具使用寿命的主要因素[4]。目前，国内外大多采用类H13材料制作滚刀刀圈，综合性能较好，可承受一定的冲击，但通过热处理难以实现将该材料硬度提高到洛氏硬度6
中南大学学报（自然科学版） 2020年10期2020-11-13
- 小断面TBM 施工中的刀具损耗分析
韧度。刀具主要由刀圈、刀体、刀轴、轴承、浮动金属环密封、端盖、刀圈轴向挡圈、轴承调整螺母等组成。单滚刀有1个刀圈和刀体、1对轴承、2 组密封和2 组端盖；双滚刀有2个刀圈和刀体、2 对轴承、4 组密封、3 个端盖（含中间端盖）。盘形滚刀的破岩形式属于楔入式滚压破碎，刀尖压入岩体。当压力大于岩石的抗压强度时，与刀尖接触部位的岩石被压碎，在刀尖前形成一压碎区。压碎区向外形成的压力，使压碎区的周边产生裂纹，裂纹随压力增加而扩展，直到碴片形成而剥离，完成一个成碴过
机电工程技术 2020年7期2020-08-26
- 盾构滚刀断裂失效分析
进效率。盘形滚刀刀圈的失效形式通常有正常磨损、刀圈偏磨、刀圈崩裂及刀圈移位或脱落。国内外许多研究者对滚刀刀圈的不同失效形式进行了研究。Frenzel 认为过冲击载荷和热处理缺陷导致了刀圈断裂[1]；赵金华等人认为国产刀圈磨损主要是因为显微切削转变为疲劳剥落，进口刀圈主要是因为切削犁沟变形疲劳[2]；Paez 认为高应力会使刀圈表面疲劳甚至断裂[3]。为研究盘形滚刀失效的原因，笔者从现场带回了失效的滚刀试样，采用高频红外C-S 分析仪、ICP-OES、冲击试
建筑机械化 2020年7期2020-08-15
- 盾构机在长距离高磨蚀性岩层中刀具磨损的数据分析
损形式表现为滚刀刀圈各处磨损量基本相同，刀具磨损后圆度未发生大的改变，磨损超过一定极限即判定滚刀失效，需要进行更换，这种磨损在滚刀磨损统计数据中占比最高。（2）非线性磨损。这种磨损形式表现为滚刀刀圈圆周各处磨损程度不同，施工现场通称偏磨。（3）结构失效破损。这种损坏形式表现为盾构滚刀刀圈变形、脱落、崩裂、碎裂，滚刀轴承碎裂、卡死，刀座断裂脱落等破坏形式。2 本项目盾构机滚刀失效的几种主要形式2.1 线性磨损失效有相当比例的刀具是均匀磨损达到限值正常更换的，
中国设备工程 2020年15期2020-07-29
- 基于MATLAB/Simulink的TBM边滚刀动力学模型及振动分析
边滚刀就需要更换刀圈，其平均寿命只有正面滚刀的1/5[1-2]。陈馈[3]统计了重庆过江隧道盾构刀具磨损情况,发现边滚刀的报废量大于中心滚刀。Hassanpour等[4-5]统计了伊朗Karaj输水隧道工程的换刀情况，结果显示边滚刀的磨损最为严重。硬岩地层中，边滚刀滚压岩石产生剧烈冲击振动。工程实践表明，边滚刀较大的安装倾角使其除了承受垂向力外还承受着较大的轴向载荷与倾覆力矩，恶劣的受载条件极易引起刀圈偏移、断裂、挡圈移位、轴承过载和密封失效等一系列问题，
隧道建设(中英文) 2020年6期2020-07-03
- 小直径长距离泥水盾构滚刀失效分析以及改进措施
滚刀主要由刀体、刀圈、轴承、密封件等部件构成，基本结构如图1所示。图1 盘形滚刀结构装配示意图盘形滚刀切削破岩过程中，破岩力上下波动变化，同时伴有大量岩渣产生的现象。滚刀破岩过程大致如下：滚刀侵入岩石时，岩石中的微裂纹由于滚刀的接触作用被压实闭合，同时破岩力持续变大。当滚刀刀刃进一步侵入所引起的应力超过岩石自身强度，岩石就会产生破坏失效。滚刀正下方的岩石最先发生失效，然后被挤压形成密实核，被压实的密实核将能量传递到附近区域产生新的裂纹，侧向裂纹延伸到临空面
机电工程技术 2020年5期2020-06-21
- 滚刀刀圈过盈量配合研究
与岩石接触，滚刀刀圈主要受到岩石的冲击和摩擦作用。刀圈和刀毂间过盈量的配合非常关键，过盈量大则刀圈内应力大，刀圈容易发生崩块、断裂现象；过盈量小则刀圈和刀毂间产生的轴向摩擦力小，刀圈容易发生移位现象，因此滚刀刀圈和刀毂之间过盈量的设计计算与校核十分重要。科学的设计计算和校核是滚刀可靠运行的保障，同时也为刀圈、刀毂加工制造提供依据。1 刀盘中各滚刀受力状态分析1.1 滚刀受力状态分析刀盘上滚刀所受沿隧道方向的力如图1所示，其计算公式为图1 滚刀受力状态示意图
建筑机械 2020年3期2020-04-22
- 电火花数控线切割加工方法和表面粗糙度对刀圈冲击功的影响
道掘进机用的滚刀刀圈来说，要求其不仅要有高的硬度、强度，还需要有良好的冲击韧性，因此，金属夏比冲击试验是刀圈理化实验不可或缺的一项内容。金属夏比冲击试验是应用最广泛的一种测定金属材料韧性的传统性能试验，也是评定金属材料在冲击载荷下韧性的重要手段之一。金属材料的力学性能，除了要求具有足够的强度、硬度和塑性之外，还应具有一定的韧性，即在一定条件下受到冲击载荷时，具有在断裂过程中吸收足够能量的能力，以保证金属构件及零件的安全性。夏比摆锤冲击试验是将规定几何形状的
凿岩机械气动工具 2020年1期2020-04-10
- 盾构机掘进中刀具损坏及维修措施探讨
下4 种。（1）刀圈磨损。盾构机中有时会出现单边磨损问题，其主要原因是刀圈部分出现了问题，如滚刀不再转动。盾构机多边磨损问题也与滚刀有关，如滚刀刀圈结构不稳固以及转动不稳定等。（2）刀圈断裂。刀圈在运行过程中，随着盾构机动力的增加，其受到的冲击力也不断增加，导致刀具的刀刃开裂，如果盾构机没有及时停止作业，刀体会在冲击力的作用下从刀圈上脱落下来。另外，如果施工人员没有事先进行地质分析、盲目选择了错误规格的刀圈，也会导致刀圈断裂。（3）轴承以及密封装置的损坏。
设备管理与维修 2020年16期2020-02-15
- 针对软土地层基岩凸起大直径盾构刀盘选型分析
剃度硬度重型光面刀圈、重型加密扁齿刀圈两种刀具配置方案：（1）方案一：剃度硬度重型光面刀圈。①采用刃厚22mm 圆顶重型刀圈，R8 或者R9 圆弧过渡。刃口截面为斜度不大的梯形,其截面近似于等截面。刀圈在磨损过程中，其宽度及与岩石接触面积变化不大，对推进力的增加和贯入度的影响较小，可以同时兼顾破岩与耐磨性。②采用剃度硬度刀圈，其冲击功相比整体硬度刀圈可提高一倍，可以增强刀圈抗冲击能力。表2 重型扁齿滚刀与光面滚刀对比案例分析（2）方案二：重型加密扁齿刀圈。
中国设备工程 2019年23期2020-01-01
- 基于现场实测数据的隧道掘进机滚刀磨损预测
岩块冲击等作用，刀圈不可避免地会发生磨损，包括正常磨损和非正常损坏：正常磨损是指刀圈在直径方向均匀减少的过程；非正常损坏主要包括刀圈断裂、崩刃、卷刃、偏磨等.当刀圈正常磨损量达到一定程度或发生非正常损坏后，就必须进行滚刀更换，否则会加重刀盘上其他刀具负载，加剧刀具磨损，甚至造成整盘刀具报废.据统计，滚刀更换中，正常磨损占90%以上[5-7].频繁换刀会造成两个不利后果：占用掘进时间，降低设备利用率，从而影响施工进度；刀圈及滚刀价格高，大量换刀会显著增加施工
西南交通大学学报 2019年6期2019-12-16
- 基于磨料磨损的盘形滚刀刀圈磨损模型
损伤过程，工程中刀圈磨损形式随时间、工况和地质的变化而变化，往往是多种磨损形式并存，磨损形式主要为磨料磨损和疲劳磨损[2]，但通常是一种磨损形式起主导作用。大量研究表明，盘形滚刀刀圈磨损的主要机理为磨料磨损，该磨损分为塑性变形和脆性断裂两种磨损去除机制[3]。磨损是涉及材料、几何尺寸以及接触等非线性的复杂动态过程。不同的工程、施工方法和地质环境都会使隧道有所差异，致使刀具磨损情况不同。赵战欣[4]通过分析秦岭隧道施工数据，定性地研究了掘进距离、刀具位置和地
中国机械工程 2019年15期2019-08-21
- 盾构机刀具的分类与布置
分盾构机的滚刀由刀圈、刀体、刀轴、浮动密封和端盖组成，以及配合刀具使用的刀座[2]。滚刀现在应用的规格主要是：12英寸、14英寸、17英寸和19英寸四种，其中17英寸最常用[3]。滚刀的刀圈作为滚刀的最重要部件，决定了滚刀应用的地形。滚刀的性能(如破岩力，切入深度、破岩效率、能量消耗等)主要受刀圈的材料、结构、几何参数等的影响，当然岩石的物理力学性质也是主要影响因素[4]，图2为滚刀的三视图。图2 滚刀的三视图滚刀刀圈主要有尖顶刀圈、圆弧顶刀圈和平顶刀圈[
重型机械 2019年2期2019-04-28
- 锻压刀圈理化试验分析研究
。本文通过对锻压刀圈材料材质分析，拉伸试验，三点弯曲和四点弯曲试验，为进一步深入研究锻压刀圈的性能提供技术支持。1 元素成分分析采用德国布鲁克公司制造的Q2型直读光谱仪，对刀圈材料的化学元素组成进行了测试，主要元素分析结果见表1。2 材料的抗拉强度测试从拉伸图上找出试验过程中的最大力值Fm，将其除以试样原始横截面积So，即得到抗拉强度Rm。 Fm为28274N，试样直径d为φ4mm。表1 钢材元素组成百分比3 三点弯曲测试采用三点弯曲或四点弯曲方式对圆形或
凿岩机械气动工具 2018年2期2018-11-06
- 盾构机滚刀涡流检测的仿真设计
恶劣，掘进时滚刀刀圈容易磨损。随着滚刀刀圈磨损加重，它将进入失效状态,如果这些磨损状况严重的滚刀不能及时更换，就会加重剩余滚刀的磨损，形成恶化循环[1]。根据塞卡耐磨性指数CAI和滚刀在刀盘上的位置进行寿命预测，受到很多其它干扰，检测结果不准确[3]。盾构施工中滚刀的磨损状态检测技术已成为国外挖掘设备制造商研究的核心技术。因此，通过仿真设计提出涡流线圈优化方案，并建立对应的在线检测平台，使得施工人员能够了解滚刀磨损状态。2 滚刀磨损涡流检测原理电涡流位移传
电子世界 2018年13期2018-07-23
- 基于数值模拟的盾构机滚刀仿真分析研究
BAQUS来进行刀圈在破岩过程中的受力及破坏情况模拟和分析。将滚刀输入相关参数进行建模，通过受力分析可以得到滚刀受力区的应力云图，可以清楚地看到刀圈的受力区中每个地方的应力状况。3.3.1.正面滚刀受力分析与建模图2为正面滚刀刀圈受力区应力云图，可以清楚地看到刀圈的受力区应力最大的地方出现在受力区沿应力方向的最末端处，此处的应力大概为180 MPa。由于刀圈的材料为硬质合金，抗压强度为1450 MPa，能够承受该种情况下的岩石作用力，即该种情况下正面滚刀刀
石油天然气学报 2018年3期2018-07-16
- 以全断面硬岩为主的复合地层土压平衡盾构机刀盘及刀具配置技术研究
好的贯入度；滚刀刀圈损坏，齿刀脱落，卡死刀盘；甚至发生刀盘卡死的现象；造成极大的成本增加和浪费。（2）刀盘和刀具改进主要措施①取消齿刀设计，减少由于硬石块打掉齿刀引起的滚刀等其他刀具的非正常损坏；②在刀盘直径、强度、开口率等基本参数不改变的前提下，通过改变滚刀外形尺寸，增加滚刀数量、提高刀盘整体破岩能力；③针对全断面岩层和复合地层，优化滚刀刀圈外形和固定方式，提高滚刀贯入度和正常使用时间。减少换刀次数，提高施工进度，进而节约施工成本。4 优化措施工作原理（
建材与装饰 2018年21期2018-05-23
- LD钢TBM滚刀刀圈破损失效分析
键部件LD钢滚刀刀圈频繁发生早期磨损、开裂。由此导致的停机、换刀直接严重影响了施工进度，并大大增加了施工成本。通过施工现场调研得知，隧道沿线地质组成较复杂，施工区第一段主要为凝灰岩，第二段主要为花岗岩。采样两种岩石进行力学试验，测得凝灰岩的抗压强度为58.92 MPa，抗拉强度为4.32 MPa，是中等坚硬岩石(25～100 MPa)；花岗岩抗压强度为132.45 MPa，抗拉强度为8.36 MPa，是较坚硬及坚硬岩石(>100 MPa)。该盘形滚刀刀圈的
机械研究与应用 2018年2期2018-05-10
- 重庆地区泥岩条件下TBM滚刀偏磨研究
正常的损坏，如：刀圈偏磨、刀圈断裂、刀圈卷刃、轴承密封损坏等其他原因被更换掉。2.1 正常磨损正常磨损是指滚刀刀圈磨损均匀，滚刀刀圈的圆周部位的磨损程度大概是均匀一致的，这种磨损形式为在TBM掘进过程中比较常见。对于正常磨损的滚刀，经过更换刀圈修理后，可以从新安装使用。2.2 非正常磨损（1）刀圈偏磨。在 TBM掘进过程中常出现，往往滚刀刀圈被磨损成一条或几条弦。（2）刀圈断裂。由于掘进参数设置不对，使滚刀刀圈因为局部受力过载，从而使刀圈应力集中，发生断裂
四川水泥 2018年2期2018-03-28
- 盾构刀具管理技术分析
1、图2）。滚刀刀圈的刚度值较大，而刀体刚度相对较低，在运输至盾构机途中要求管理人员对刀具的运输进行严格管控，严禁工人野蛮搬运，运送途中滚刀上不能放置重物，采取有效隔离措施防止因颠簸等情况导致滚刀相互碰撞，杜绝不必要的损失。图1 刀具成排放置图2 中心刀放置为加强成本管控，做到材料出入有据可查，施工企业制定完善的刀具出入库及维修流程；编制相应的表格，如：刀具出库记录表、刀具返厂检查表、刀具维修记录表等，做到刀具出入有据可循。同时，实时跟踪记录各品牌刀具在不
设备管理与维修 2017年5期2018-01-02
- 盘形滚刀刀圈轧制数值模拟研究
000)盘形滚刀刀圈轧制数值模拟研究王辉平1, 2(1. 硬质合金国家重点实验室， 湖南 株洲 412000； 2. 株洲硬质合金集团有限公司， 湖南 株洲 412000)盘形滚刀工况条件差、换刀成本高，生产厂家对刀圈的性能要求越来越严格。为了提高刀圈质量，针对TBM中43.2 cm(17英寸)盘形滚刀刀圈，采用轧制成形工艺，运用塑性成形软件，建立盘形滚刀轧制过程数值模型，通过有限元仿真分析滚刀成形的应力场和应变场，并对不同参数对成形过程的影响进行研究。研
隧道建设(中英文) 2017年11期2017-12-11
- 不同岩石特性下TBM滚刀刀圈磨损性能
特性下TBM滚刀刀圈磨损性能夏毅敏1，周明1，毛晴松2，朱宗铭1,3，张旭辉1(1.中南大学 机电工程学院，湖南 长沙 410083； 2.中铁工程装备集团有限公司，河南 郑州 450016； 3.长沙学院 机电工程系，湖南 长沙 410003)为了研究岩石特性对TBM滚刀刀圈磨损的影响，本文基于TBM滚刀性能测试试验台，利用与实际TBM滚刀刀圈性能相同的滚刀刀圈试样，开展了滚刀刀圈试样与5种TBM工程典型岩石的对摩实验。结果表明：随着对摩岩石抗压强度的升
哈尔滨工程大学学报 2017年9期2017-10-17
- 高品质TBM滚刀刀圈材料及生产工艺
中，刀盘上的滚刀刀圈与岩石直接接触，刀圈在纵向推力的作用下，通过碾压作用对岩石进行破碎。滚刀刀圈是TBM施工的关键部件和易损部件，在施工过程中工作环境恶劣，消耗量极大，且因刀具失效而造成频繁停机换刀，增加了施工成本，减慢了施工进度。为减少停机换刀次数，降低刀圈的消耗，吉林省维尔特隧道装备有限公司开发出了高性能滚刀刀圈材料。1 盘型滚刀刀圈的失效分析盘型滚刀刀圈在破岩过程中，不仅承受到很大的径向破岩力，同时又经受岩石中硬矿物相的剧烈摩擦，因此，在掘进过程中会
凿岩机械气动工具 2017年4期2017-05-11
- 盾构H13E刀圈的热处理工艺研究
用于制造盾构滚刀刀圈。文献[1]对滚刀的失效形式及H13钢刀圈胚做了简要分析，文献 [2-3]对刀圈用5Cr5MoSiV1钢的热处理特性及热处理工艺进行了研究，文献[4]介绍了国内外刀圈4Cr5 MoSiV1、40CrNiMo、5Cr5MoSiV、50CrMoV、6Cr4Mo2W2V、9Cr2Mo等材料的化学成分及热处理工艺。由于H13钢刀圈在盾构掘进中存在不耐磨、开裂、崩裂等问题，本文通过对H13钢的缺点进行剖析，并对改善成分后的H13E钢的性能进行分析
凿岩机械气动工具 2017年4期2017-05-11
- TBM盘形滚刀磨损预测模型
处仿真预测的滚刀刀圈正面及侧面磨损值与实测值的平均相对误差分别为18%和30%。刀刃逐渐磨损成尖形，所得磨损形态与工程实际观测相吻合。TBM；盘形滚刀；磨损预测；数值仿真全断面岩石隧道掘进机(TBM)目前广泛应用于岩石地层的隧道开挖，盘形滚刀作为TBM破岩的核心部件，在开挖过程中需要承受极大的推进力以及与岩石之间的摩擦力，极易产生严重磨损[1]。大量的工程数据表明：掘进机刀具检查、更换等作业时间占施工总时间的30%~40%[2]，因此，提高其磨损寿命是TB
中南大学学报（自然科学版） 2017年1期2017-03-03
- 砂卵石地层盾构刀具的适应性分析
大量的滚刀偏磨、刀圈断裂等非正常磨损。由此带来的频繁换刀、地层加固等一系列问题，导致施工成本巨大。2.1 启动扭矩大在砂卵石地层中掘进，由于开挖面松散，不能提供足够大的反力克服滚刀本身的启动扭矩以及土仓内渣土的摩擦阻力力矩和刀箱内渣土的阻力力矩，造成滚刀不转，导致偏磨。2.2 刀体变形在整体松散的砂卵地层，不但刀圈的磨损，而且刀体的表面也磨损严重，特别是因富含石英的砂粒和坚硬的鹅卵石，对刀圈和刀体都产生巨大的磨蚀。对于直径为6.28m的刀盘，边缘滚刀的线速
大科技 2016年21期2016-08-09
- TBM滚刀刀圈磨损量在线监测系统
1)TBM滚刀刀圈磨损量在线监测系统郑 伟1，赵海鸣1，兰 浩1，2，谭 青1，舒 标1，夏毅敏1(1.中南大学，高性能复杂制造国家重点实验室，湖南长沙 410083；2.湖南师范大学工程与设计学院，湖南长沙 410081)为了在TBM(Tunnel Boring Machine)破岩过程中实时监测盘形滚刀的磨损量，设计了一种基于电涡流传感器的TBM滚刀刀圈磨损量在线监测系统，利用电涡流传感器将磨损前后滚刀刀圈与传感器之间的距离转换为电压信号，经调理后送
仪表技术与传感器 2015年2期2015-06-07
- 盾构刀具关键技术及其最新发展
破岩刀具。主要由刀圈、刀体、刀轴、轴承、金属浮动密封环、刀盖及联接螺栓等组成。滚刀按刀圈外径规格一般分为 12″，15.5″，17″及 19″等系列(如表1所示)。目前国内地铁盾构所用刀具主要为17″;成都地铁盾构使用的18″正滚刀，增加了刀体两端厚度、堆焊了耐磨层，有效增加了滚刀的破岩与耐磨效果，增加了滚刀的使用寿命，减少了换刀次数。表1 滚刀尺寸系列Table 1 Hob size series根据刀刃的形状，滚刀可分为齿形滚刀(钢齿和球齿，如图1所示
隧道建设(中英文) 2015年3期2015-05-06
- 基于LS－DYNA的19英寸盘形滚刀仿真分析与优化
7英寸滚刀相比，刀圈与岩石接触面积是后者的1．05倍，刀圈破岩效率更高；刀圈最大磨损体积增加38%，刀圈使用寿命更长；轴承额定载荷提高，地质适应性能更好，故采用大直径滚刀是大断面硬岩掘进机的发展方向［2－3］。目前，国内外学者对17英寸盘形滚刀做了大量的研究，对19英寸盘形滚刀性能研究较少。Roxborough［4］、Sanio［5］、Rostami J［6］、中南大学吴峰［7］等学者针对楔形刀圈和常截面刀圈滚刀进行研究，提出了多种滚刀破岩力计算模型；吴起
石家庄铁道大学学报(自然科学版) 2015年2期2015-02-15
- 基于磨料磨损的TBM滚刀磨损预测研究①
了施工进度。滚刀刀圈失效形式包括正常磨损、非正常磨损、卷边、打刃、移位和崩裂等损坏形式，正常磨损为滚刀刀圈损坏的主要形式［1－2］。在滚刀的磨损以及磨损预测方面的研究，科罗拉多矿业学院模型(CSM)［3］根据不同岩石对滚刀刀圈的不同磨损程度提出磨蚀性指数(CAI)来预测滚刀寿命。挪威科技大学模型(NTU)［4］提出滚刀寿命指数(CLI)，即用一个特定的磨耗值(AV)来预测滚刀寿命。王礼惠等［5］运用比能法，根据实际施工数据的变化来预测滚刀刀圈半径的减少量。
铁道科学与工程学报 2014年4期2014-09-21
- 影响盾构机滚刀使用寿命的因素分析
破岩能力的强弱由刀圈的强度和刃口形状决定(刃口有圆弧形和方口形两种，刀圈分为普通刀圈和重形刀圈)。充分证明更换新刀圈之后掘进比较困难，因为刀圈刃口只有磨损后才能达到最佳破岩状态。由此可见方口形刀圈的刃口要磨损与圆弧形刀圈磨损成相比较困难，所以在现该地层圆弧形刀圈更有利于破岩。第2点:偏磨位置刀具的正确安装。刀具偏磨是盾构掘进中常见的磨损形式之一，偏磨的形式有单边磨、多边磨两种，其中影响刀具安装的主要是单边磨。单边磨损过的刀具，在开挖面刀具轨迹线位置会出现一
山西建筑 2014年20期2014-08-21
- 浅谈单护盾TBM刀具的磨损
护盾TBM使用的刀圈是意大利palmieri的品牌。标注钢刀圈的硬度400kg/cm2。2.1 滚刀受力及破岩机理滚刀在滚压岩石的过程中，刀刃与岩石之间主要都存在两个方向相互作用力。1）法向推压力FN，指向开挖面，由刀盘的推力提供。2）切向滚动滚压力FR，指向滚刀切向，由刀盘转矩提供。切向滚动滚压力主要取决于推力、贯入度及滚刀直径。盘刀直径一定，贯入度越大，所需滚动滚压力越大；贯入度确定时，滚动滚压力随盘刀直径的增大而减小。TBM工作时，滚刀在推力作用下紧
建筑机械化 2014年3期2014-06-30
- 厄瓜多尔CCS项目TBM的刀具维修
n刀具的维修根据刀圈磨损情况，按刀具更换指导手册的要求决定刀具是否需要更换刀圈或重装。2.1 准备工作(1)高压清洗刀具总成整体，去除淤泥，应尽可能清理干净。(2)清理所有零件，去毛刺，清洁所有配合表面。(3)拆除并清理管塞及压力补偿阀。2.2 检 查(1)如果刀具不能转动，刀具密封管部位漏油或能看见大的金属块粒在管塞周围时即需要重装。(2)测量刀具旋转扭矩，具体步骤如下：①将刀具总成垂直放置。②将扭力环D7251-T9的六角螺柱向上放置在刀体开口环末端，
四川水力发电 2014年4期2014-04-08
- 延长盾构机刀具使用寿命的措施
力与侧向力,使得刀圈刃尖因剧烈摩擦和冲击急剧磨损而降低使用寿命,为此必须经常进行检查更换,经统计红花套、黄石盾构机隧道检查刀具与换刀时间,分别占隧道工程掘进时间的19.5%,22%,费用成本占有18%～23%,不但增加人财物的消耗量和刀具更换的工作量,降低了有效工作时间,增加了施工风险,还直接导致单位掘进成本的提高。1.1 盾构机刀具的种类与用途我们将以AVN2440DS盾构机进行探讨,AVN2440DS盾构机刀盘上装有一组刀具,其中由7个单滚刀、6个双滚
山西建筑 2010年16期2010-08-15