土压平衡盾构机刀具的布置_图文

1、就 任何 形 式 的 盾 构 机来 说 , 刀 具的 布置 必 须 以 均 布 为 原 则 。 因 为 刀 盘 的 旋 转 动 作 要 靠 主 轴 承 内 圈 的 旋 转 来 实 现 , 主 轴 承 内 圈 依 靠 布 置 在 刀 盘 上的 刀 具 压 在 切 削 面上 , 由 电 动机 驱 动 旋 转 掘 进 。 在 盾 构 机 正 常 掘 进 过 程中 , 主 轴 承 所 承 受 的力主 要 有 轴 向 力 、 径 向 力 和 振 动 冲 击 力 。 在 地 质 的 影响 下 , 轴 向 力 和 振 动 冲击 力 具有 不 稳 定 性 , 因 此 , 刀 具 均 布 可 以 避免 切 削

2、面 倾 斜 、 保 证 主 轴 承 受 力平 衡 , 避免 过 大 振 动 冲击 , 防止 主 轴 承 偏 心 或 内 部 结 构 因 受 力 不 均 而 产生 变 形 、 磨损 等 故障 , 从 而 避免 更 加 严 重 的 破 坏 性 失 效 致 使 整 个 盾 构 机 瘫痪 。1刀 具的 选择 原 则国内 土 压 平 衡 盾 构 机 市场 , 挖掘 直 径 以 6.28m 的 为 主 。 为 保 证 挖掘 效 率 , 刀 具 以 滚 刀 和 刮刀 为 主 。 滚 刀 如 图 1所示 , 其 内 部 带 有 轴 承 , 刀 具 随 着 刀 盘 的 旋 转 可 以 在 切 削 面上 滚 动

3、, 并 依 靠 刀 刃 挤 压 岩 石 或 硬 土 达 到破碎 的 目 的 。 刮 刀 如 图 2所示 , 固 定 在 辐 条两 侧 , 依 靠 刀 刃 上 的 硬 质 合 金 实 现 切 削 。 一 般 滚 刀 高 出 刮刀 20 35mm 为 宜 , 起 到 先 一 步 压 碎 岩 石 的 作 用 , 即 在 岩 石 或 者 硬 土 上 划出一 道道 裂 隙 。 刮刀 在 其 后 可 将 碎 裂 的岩 石 刮 下 并 带 至 开 口 部 位 。由于 地 质 构 造 不 同 , 许 多土 层 的 土 质 与 岩 石 或 者 硬 土 相 比 较 , 黏 度 较 大 , 强 度 较 低 , 此

4、时使 用 滚 刀 , 经 常 会 出现 糊 刀 的 现 象 。 轻 则 导 致 滚 刀 无 法 滚 动 , 造成 局 部 磨损 过 大 ; 重 则 导 致 刀 盘旋 转 困 难 或 糊 死 , 损 坏 主 驱 动 系 统 。 另 外 , 附 加 的 清 理 维修 会 延 误 工 期 , 大大 降 低 挖 掘 效 率 1。 因 此 , 对 于 开 挖 黏 性较 大的 地 质 , 往 往 采 用 撕 裂 刀 代 替 滚 刀 。 撕 裂 刀 一 般 由 4根 立 齿 组 成 , 以 撕 裂 刀 的 切 削 力 代 替 滚 刀 的 压 迫 力 实 现 破碎 , 其 结 构 简 单 , 成本 相对 滚

5、刀 低 。 撕 裂 刀 装 在 滚 刀刀 座 上 , 这样 , 在 混 合 地 质 中 可 以 方 便 地 在 同 一 个 刀 座 上 实 现 2种 刀 具的 互 换 。在设 计 刀 具 高 度 时 应 该考 虑刀 具 高 出 刀 盘 面的 尺寸 , 适 度 增 大 可 以 防止 糊 刀 或 泥 饼 的 形 成 。 但 刀 具 高 度 过 大会 加 大 相应 的力 矩 , 有 断 刀 的 危 险 。 总 之 , 为 保 证 主 轴 承 的 稳 定 及 挖 掘 效 率 , 每 种 刀 具 必 须按 照 各 自的 轨 迹 均 匀 布 置 在 整 个 挖掘 面上 2。2刀 具的 布置 原 则刀 具的

6、 布置 如 图 3所示 , 结 构 见 图 4。 刀 具 布置 不 但 要 考 虑刀 具的 种类 , 而 且 还 要 考 虑 整 个 刀 盘 面 不 同 半 径 的 运 动 特 性 和 结 构 特 性 。 因 为 盾 构 机的 挖掘 直 径 很 大 , 不 同 的 挖掘 直土 压 平 衡 盾 构 机 刀 具的 布置 刘春光 , 刘 晶 , 高伟贤(沈 阳 重 型 机械集团有限 责 任 公司 盾 构 机分公司 , 辽 宁 沈 阳 110000摘要 :通 过 剖 析 沈 阳 重 型 机械集团有限 责 任 公司大 量 生产 的 开 挖 直 径 为 6.28m的 土 压 平 衡 盾 构 机 刀 具在

7、刀 盘 上的 布置 结 构 , 从 多 个方面 阐 述 了 刀 具的 布置 原 则 。关键词 :刀 盘 ; 滚 刀 ; 刮刀 ; 刀 具 布置中图分类号 :P634.3+1文献标识码 :B图 1滚 刀图 2刮 刀52凿岩机械气动工具 , 2011(1凿岩机械气动工具 , 2011(1径 , 由于 其 不 同 的 线 速度 、 空间 结 构 及 其 与 开 挖 物 料 之 间 的 作 用 , 使 得 挖掘 效 果 不 同 。刀 盘 正 常 工 作 转 速 为 0.91.2r/min, 刀 盘 表 面 越 靠近 刀 盘 中心的 位 置 线 速度 越 低 , 中心 处 基 本 为零 。 在 物 料

8、流 动 性较 差 的 环 境 下 , 为 避 免 开 挖 黏 性 物 料 时 发 生 堵 塞 , 刀 盘 中 部 开 口 率 要 大 , 同时 避免 开 挖 物 料 从 刀 盘 表 面中 央 至 结 构开 口 之 间 通 过 的 距 离 过 大 而 增 加 磨损 。 刀 盘 中心的 几 何 尺寸 是非 常小 的 , 因 此 刀 盘 中心 只 设 置 单 排 中心 滚 刀 , 间 距控 制在 84mm 左右 为宜 。 若 用 撕 裂 刀 代 替 滚 刀 , 则 设 置 中心 撕 裂 刀 或 者 燕 尾 刀 , 燕 尾 刀 通 常 设 计 为 突 出 刀 盘 面 一 定 尺寸 , 在 挖掘 软 土

9、 层 时 , 可 有 效 地 防止 糊 刀 。刀 盘 表 面 半 径 方 向 上的 滚 刀 分 布 以 100mm 左右 的 轨 迹 间 距 为 原 则 , 平 均 分 配 各 滚 刀在 辐 条 上的 位 置 。 若 开 挖 物 料 的 黏 性 大 , 硬 度 低 , 可 适 当 增 大 轨 迹 间 距 ; 若 开 挖 物 料 的 黏 性 小 , 硬 度 高 , 可 适 当 减 小 轨 迹 间 距 。 刀 盘 表 面 周边 上的 线 速度最 大 , 空间 结 构 最 富裕 , 运 动 也 最不 稳 定 , 滚 刀 分 布 应相对密 集 , 以提 高 挖掘 效 率 , 并 确保 主 轴 承 的

10、稳 定 性 。 因 此 , 一 般 在 各 幅 板 上 加 设 滚 刀 , 以 轨 迹 间 距 随 半 径 增 大 而 递 减 为 原 则 , 平 均 分 配 各 滚 刀 在 辐 条 和 辐 板 上的 位 置 。 图 5所示 为 滚 刀 (撕 裂 刀 的 轨 迹 图 。2.1刮 刀 的 布 置对 于 滚 刀 , 每 条 轨 迹 只 分 配 一 把 刀 , 即 可 实 现 其 破 土 的 功 效 。 刮刀 必 须 使 用 标 准 刮刀 ,刀 刃 宽 120mm , 为 提 高 挖掘 效 率 , 每 条 轨 迹 可 布置 多 把 刀 。 当 然 , 刀 具 过 少 会 直 接 影响 挖掘 的 效

11、率 及主 轴 承 的 稳 定 性 。 但 刀 具的 数 量 并 不 是 衡 量 挖掘 效 果 的重 要 指 标 , 过 多 的 刀 具会 加 大主 轴 承 的 负 担 , 也 会 增 大 糊 刀 的 可能 性 。在 布置 刮刀 的 时 候 要 注 意 它 与 滚 刀 的 功 能 是 不 同 的 , 滚 刀 起 到 先 导 的 作 用 , 而布置 在 开 口 处 的 刮刀 起 到 的 是 全 面 清 除 的 作 用 。 所 以 , 单 把 刮刀 的 切 削 轨 迹 应 该 是 一 个 环 面 , 所 有 刮刀 的 切 削 轨 迹 必 须 覆盖 整 个 开 挖 面 。(a (b 图 3刀 具 的

12、布 置图 4刀 具 的结构图 5滚 刀 (撕裂 刀 的 布 置 及 轨迹53从 刀 具 结 构 上来 说 , 滚 刀 和 撕 裂 刀 的 刀 刃 是 一 个 点 , 切 削 轨 迹 为 一 个 圆 环 , 因 此 , 刀 具 布置 在 切 削 方 向 与 旋 转 半 径 相切 的 位 置 即 可 。 而 刮刀 的 刀 刃 是 一 条 线 , 切 削 轨 迹 为 一 个 圆 环 面 。 因 此 , 为 了 使 刀 刃 面的 切 削 方 向 尽 量 与 旋 转 半 径 相切 , 需 要 注 意 刮刀 在 辐 条 上的 装 配 角 度 , 如 图 6所示 。 以典 型 的 开 挖 直 径 为 6.2

13、8m 的 土 压 平 衡 盾 构 机 为 例 :1200mm 半 径 以 下 刮 刀角 度 为 25°, 12001600mm 半 径 内 刮刀角 度 为 20°, 16002000mm 半 径 内 刮刀角 度 为 15°, 20002400mm 半 径 内 刮刀角 度 为 10°, 2400mm 半 径 以 上 刮刀角 度 为 5°。对 土 压 平 衡 盾 构 机 , 刀 盘 的 旋 转 多 设 计 为 双 向 的 。 而 刮刀 因 其 结 构 特 点 , 整 个 刀 刃 面 对 一 个 切 削 方 向 , 只 能 实 现一 个方 向 的 切

14、 削 , 因 此 需 要 在 辐 条两 侧 布置 对 称 的 刮刀 。 于 是 , 整 个 刀 盘 布置 的 雏 形 基 本 形 成 。2.2其他 刀 具 的 布 置为 了 稳 定 刀 盘 的 开 挖 直 径 , 在 刀 盘 的 圆 周 外 壁 , 均 匀 布置 一 种 辅助 刀 具 , 即 周 边 保 护 刀 。 周 边 保 护 刀 具有 配 合 周 边 刮刀 、 规 范 开 挖 直 径 的 作 用 。在 实 际工程中 , 由于 各 种 条 件 的限制 , 往 往 不 能规 划出 笔直 的 隧 道 路 线 , 因 此 , 隧 道 的 施 工 必 须 考 虑 到 盾 构 机 转 弯 的 需 要

15、 。 而 盾 构 机 转 弯 的 时 候 需 要转 弯 半 径 处 有 一定 的自由 空 间 , 于 是 , 土 压 平 衡 盾 构 机 刀 盘 上至 少 都 会 配 备 一 把 扩 挖 刀 。 扩 挖 刀 在 刀 盘 最 大 半 径 处 , 由 独 立 的 液 压 缸 驱 动 , 可 以 自由 伸 缩 。 当 盾 构 机 进 入转 弯 阶段 , 刀 盘旋 转 使 扩 挖 刀 转 至 需 要 扩 挖 的 半 径 处 , 适 时 增 加 扩 挖 半 径 , 创 造 可 使 盾 构 机 偏 转 的 空间 。 若 地 质 条 件 适 宜 , 扩 挖 刀 也 可 以 为 临 时 换 刀 扩 挖一定 的

16、 空间 , 提 供 给 操作 者 适 宜 的工 作 空间 。3结 论以 上设 计 思 路 已应用 到 土 压 平 衡 盾 构 机 刀 具 布置 的设 计 当 中 。 经 过 多 年的 实 际 检 验 , 对 于 不 同 开 挖 直 径 的 刀 盘 , 也 可 以 依 据 以 上 布 置 原 则 进行 扩 展 。 硬 岩 和 泥 水 盾 构 机的 刀 盘 , 也 可 以 借鉴 此 经 验 。综 上 所 述 , 刀 具在 刀 盘 表 面的 布置 必 须 讲 究 实用 性 , 以 实 现 盾 构 机 整 体 功 能 为前 提 , 寻 找 解 决 问 题 的 最 佳 配 置 ; 以地 质 研 究 为基 础 , 结 合 刀 盘 的 结 构 特 性 和 运 动 特 性 以 及 刀 具 的 使 用特 性 等多 种 因 素 , 选择 合适 的 刀 具 ,