[學(xué)習(xí)]盾構(gòu)關(guān)鍵部件刀盤結(jié)構(gòu)及耐磨材料及加工

1、,,,,,,,,,,盾構(gòu)關(guān)鍵部件介紹,刀盤結(jié)構(gòu)及耐磨材料,提綱,一、刀盤結(jié)構(gòu)介紹二、刀盤制作過程介紹三、不同廠家刀盤展示,盾構(gòu)機(jī)是在地面以下暗挖隧洞的一種機(jī)械設(shè)備，主要是通過刀盤對(duì)掌子面巖土進(jìn)行開挖。其中刀盤的主要功能是： 1、開挖掌子面巖土； 2、穩(wěn)定掌子面； 3、攪拌土體。,盾構(gòu)機(jī)在施工過程中會(huì)遇到各種不同地層，如淤泥、粘土、砂層、軟巖、硬巖等式。作為盾構(gòu)關(guān)鍵部件之一的刀盤工作環(huán)境惡劣，受力復(fù)雜。刀盤結(jié)

2、構(gòu)形式與工程地質(zhì)情況密切相關(guān)，不同地層應(yīng)采用不同的刀盤結(jié)構(gòu)形式。,一、刀盤結(jié)構(gòu),1、刀盤結(jié)構(gòu)組成,刀盤主要由刀盤體、刀具、磨損檢測(cè)器、攪拌棒、泡沫管路等零部件組成。刀盤體由鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，刀具有滾刀(齒刀)、切刀、邊緣刮刀、超挖刀、保徑刀等。,（1）縱斷面形狀 刀盤縱斷面形狀大致有以下幾種：垂直平面形；突芯平面形；穹頂形；傾斜形；收縮形。,2、刀盤結(jié)構(gòu)形式,7,（2）刀盤正面形狀 刀盤的正面形狀主要有面板形

3、、輻條形以及介于兩者之間的輻板形。,優(yōu)點(diǎn)：面板直接支隨掘削面，有擋土功能，有利于掘削面穩(wěn)定；缺點(diǎn)：掘削粘土層時(shí)，晚發(fā)生粘土粘附面板表面，妨礙刀盤旋轉(zhuǎn)，影響掘削 質(zhì)量，防止措施是外加添加材料等。,面板式（開口率相對(duì)較?。?8,輻條式優(yōu)點(diǎn)：刀盤掘削扭矩小，排 土容易，土艙壓力能 有效作用于掘削面 缺點(diǎn)：對(duì)于地下水壓大，易坍塌土質(zhì)，易噴水噴泥,輻條式（開口率大）,具

4、體應(yīng)用哪種形式刀盤應(yīng)根據(jù)施工條件及地質(zhì)情況等因素決定，一般而言，土壓平衡盾構(gòu)根據(jù)地質(zhì)條件可選用輻條式、面板式和輻板式，泥水平衡盾構(gòu)一般采用面板式或輻板式。,輻板式（開口率居中）,3、刀盤與切口環(huán)的位置關(guān)系,刀盤與切口環(huán)的位置關(guān)系有三種形式，刀盤位于切口環(huán)內(nèi)，主要適用于軟弱地層；刀盤外沿凸出切口環(huán)，適用于土質(zhì)范圍較寬；刀盤與切口環(huán)對(duì)齊，適用范圍居中。,刀盤與前盾間隙為30mm，刀盤厚度與土艙長(zhǎng)度有關(guān)。,4、刀盤支承方式,刀盤支承方式

5、可分為中心支承式、中間支承式、周邊支承式三種。支承方式與盾構(gòu)直徑、土質(zhì)對(duì)象、螺旋輸送機(jī)、土體粘附狀況等因素有關(guān)。,刀盤不同支承方式的性能對(duì)比表,5、刀具,刀盤上配置有不同類型刀具，使盾構(gòu)機(jī)能適應(yīng)軟土到硬巖各種地層的掘進(jìn)。滾壓類刀具：?jiǎn)稳袧L刀、雙刃滾刀、三刃滾刀等。切削類刀具：切刀、刮刀、齒刀、保徑刀、超挖刀、中心魚尾刀、貝殼刀等。,滾刀,在硬巖掘進(jìn)時(shí)，采用滾刀破巖，滾刀破巖的特點(diǎn)是依靠刀具滾動(dòng)產(chǎn)生沖擊壓碎和剪切碾碎的作用達(dá)到破碎巖石

6、的目的。根據(jù)形狀不同，可分為盤形滾刀，球齒滾刀，楔齒滾刀等。盤形滾刀是刀圈為盤形的滾刀，根據(jù)刀刃多少又分為單刃滾刀、雙刃滾刀和三刃滾刀。目前普遍使用的是單刃滾刀，盤形滾刀主要由刀圈、刀體、刀軸、軸承、密封等組成。,刀圈斷面形狀有楔刃形和平刃形，刀刃角一般有60°、75°、90 °、120 °或平刃等，掘進(jìn)硬巖時(shí)一般用較大刀刃角，掘進(jìn)較軟巖石時(shí)用較小刀刃角。對(duì)于特別軟的巖層，刀刃角小容易嵌入巖層，增

7、大刀刃角甚至做成平刃可以改善掘進(jìn)效果。因平刃盤形滾刀與巖石表面接觸面積磨損前后變化小，近年來平刃刀具使用逐漸增多。,滾刀破巖機(jī)理,當(dāng)滾刀受載，刀刃切入圍巖時(shí)，巖石表面首先產(chǎn)生局部變形并出現(xiàn)微觀裂紋，此過程為巖石的初期破碎，當(dāng)載荷繼續(xù)增加，滾刀切入巖石深度也相應(yīng)的加深，在滾刀刃端的巖石粉碎破碎，并且又重新被碾壓，圍觀裂紋在刀刃兩側(cè)較快發(fā)展，一些裂紋開始延伸到巖石表面，最后形成幾道主要裂紋并迅速發(fā)展，便形成體積較大的巖石碎塊，繼而崩落。,滾

8、刀的安裝形式,切刀是軟土刀具，布置在刀盤開口槽的兩側(cè)，其切削原理是盾構(gòu)向前推進(jìn)的同時(shí)，切刀隨刀盤旋轉(zhuǎn)對(duì)開挖面土體產(chǎn)生軸向(沿隧道前進(jìn)方向)剪切力和徑向(刀盤旋轉(zhuǎn)切線方向)切削力，在刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)下，通過刀刃和刀頭部分插入到地層內(nèi)部，象犁子犁地一樣切削地層。切削機(jī)理示意圖如下。,切刀,切刀安裝形式,邊緣刮刀,邊緣刮刀位于刀盤弧形周邊，在軟土地層中用于刮削土體，在巖石地層中用于刮渣，起裝載作用。,齒刀,適用于土層及軟巖地層。安裝方式與滾刀相同。

9、,24,超挖刀（仿形刀）,超挖刀（仿形刀）是為曲線推進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、糾偏而設(shè)計(jì)的，安裝在刀盤的邊緣上，通過一個(gè)液壓油缸來控制刀的伸出量。,魚尾中心刀,軟土地層掘進(jìn)時(shí)，中心部位不能布置切刀，布置魚尾刀可改善中心部位土體的切削和攪拌效果。,6、刀具布置,主要原則： 盡可能保證刀盤和刀具的受力均勻，使作用在大軸承上的徑向載荷盡量減小到最低。 切刀全斷面雙向布置在主梁的兩側(cè)，使整個(gè)掌子面都在切刀的切削范圍內(nèi)，保證刀盤不論正反轉(zhuǎn)都能全斷面切削土

10、體。 使每把盤形滾刀破巖時(shí)所受的負(fù)荷盡量相等，即每把刀的破巖量相等，保證刀刃兩側(cè)的側(cè)向反力能相互平衡；前面的刀具能為后面的刀具提供破巖臨空面，形成前后滾刀順次破巖。,刀具布置方式：同心圓布置和阿基米德螺旋線布置方式。,刀間距,中心滾刀：8把，刀間距：90mm，刀高：175mm正面滾刀：22把，刀間距：95mm，刀高：175mm。邊緣滾刀：8把切刀：64把，刀間距：150mm，刀寬：160mm，刀高：140mm邊緣刮刀：32把

11、（左右各16把）保徑刀：8把刀盤開挖直徑：6280mm邊緣刮刀開挖直徑：6270mm保徑刀開挖直徑：6260mm刀盤外徑：6250mm,典型刀盤的刀具布置：,7、泡沫注入口,向刀盤掌子面及土艙內(nèi)注入泡沫或膨潤土等材料，改善渣土流塑性及抗?jié)B性。泡沫注入口數(shù)量與刀盤直徑、支承方式及刀盤形狀等有關(guān)。,8、回轉(zhuǎn)接頭,回轉(zhuǎn)接頭分為泡沫接頭、液壓接頭、電氣接頭三部分，回轉(zhuǎn)接頭固定于刀盤小法蘭上。,9、支腿,焊接支腿：采Q345C鋼板拼焊

12、而成。,鑄造支腿：整體鑄造成形,二、刀盤制作過程,下料-刀盤體鉚焊－機(jī)加－刀座鉚焊－刀具安裝－組裝調(diào)試,刀盤焊接內(nèi)容包含：刀盤主體結(jié)構(gòu)、刀箱、刀座、管路焊接、耐磨板等； 主體結(jié)構(gòu)焊接主要分輻條與面板結(jié)構(gòu)焊接、支腿等焊接。,1、焊接結(jié)構(gòu)順序及輔助工裝使用,焊接結(jié)構(gòu)要求：刀箱、支腿、輻條與大圓環(huán)及面板等焊接同步進(jìn)行；然后將各零部件組焊。 刀盤支腿、支腿與面板以及支腿與法蘭之間的焊縫為I級(jí)焊縫，所有刀箱焊縫以及刀箱與面

13、板連接的焊縫為II級(jí)焊縫；其余未注焊縫為Ⅲ級(jí)； 所有I級(jí)、Ⅱ級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)行100%UT檢測(cè)，按JB4730合格進(jìn)行驗(yàn)收;所有Ⅲ級(jí)焊縫應(yīng)進(jìn)行20%UT檢測(cè)，整體焊縫應(yīng)作100%MT檢測(cè)，都按JB4730-Ⅲ級(jí)為合格進(jìn)行驗(yàn)收。,焊縫需求等級(jí)為Ⅱ級(jí)焊縫；焊接尺寸需預(yù)留3mm焊接收縮量。 刀箱焊接需要輔助支撐加固； 焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～150℃； 平焊位置；焊接工藝℃；參數(shù)：ER50-6，φ

14、1.2，I=180～320A，U=20～32V,L=15～20L/MIN；層間溫度100～250,2、刀箱焊接,焊縫需求等級(jí)為Ⅱ級(jí)焊縫；焊接尺寸需預(yù)留3mm焊接收縮量。 刀箱焊接需要輔助支撐加固；向上立焊位置；焊接工藝參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=160～220A，U=20～25V,L=15～20L/MIN；層間溫度100～250℃；平焊位置；焊接工藝參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=180～320A，U=19～32

15、V,L=15～20L/MIN；層間溫度100～250℃；,3、中心十字刀箱焊接,焊縫需求等級(jí)為Ⅰ級(jí)焊縫； 支腿焊接需要輔助支撐加固； 焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150～200℃ 焊接工藝參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=240～330A，U=24～33V,L=15～20L/MIN；控制層間溫度100～250℃；,4、支腿焊接,導(dǎo)軌焊接：焊接要求保證尺寸，保證內(nèi)腔尺寸，平面度及垂直度，定位尺寸通過加工

16、臺(tái)階保證，通過控制焊接工藝參數(shù)以及輔助工裝來控制焊接變形。,5、超挖刀組件焊接,焊縫需求等級(jí)為Ⅰ級(jí)焊縫；焊接時(shí)注意控制變形，需加輔助支撐加固。焊接前預(yù)熱溫度為150～200℃，焊接工藝參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=240～330A，U=24～33V,L=15～20L/MIN；焊接時(shí)嚴(yán)格控制層間溫度150 ～ 250℃,6、支腿與法蘭焊接,焊縫需求等級(jí)為Ⅱ級(jí)焊縫；其余筋板焊接要求焊縫等級(jí)為Ⅲ級(jí)。 此部分為刀盤前開挖部分，焊接順

17、序如下： 1）鉚焊前需確定刀盤圓心，放樣劃線； 劃出面板分布位置，大圓環(huán)定位線，十字刀箱定位線，劃線時(shí)注意要標(biāo)明圓心點(diǎn)位置； 2）將面板十字刀箱按劃線擺放正確，將中心圓環(huán)校正墊高150mm，然后將刀箱與中心圓環(huán)焊牢加固，用支撐將面板固定（要保證翻身時(shí)所需強(qiáng)度足夠），焊接過程注意控制焊接參數(shù)以減少焊接變形。 在大圓環(huán)及面板劃與之相焊的刀箱、筋板位置線，由于每個(gè)刀箱的角度都

18、不一樣，要注意正確定好刀箱位置。,7、面板、輻條與大圓環(huán)等焊接,翻轉(zhuǎn)刀盤，將板過渡板與大圓環(huán)點(diǎn)焊；在大圓環(huán)上氣割出組裝單刃滾刀刀箱和邊緣刮刀位置的缺口，并修磨需焊接位置；焊接工藝參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=240～330A，U=2433V,L=15～20L/MIN；焊接時(shí)嚴(yán)格控制層間溫度150 ～ 250 ℃。,翻轉(zhuǎn)刀盤：刀箱與大圓環(huán)組裝、點(diǎn)焊；點(diǎn)焊后均勻加焊；此類焊縫為Ⅱ級(jí)焊縫；然后將其余前主體部分板按圖位

19、置點(diǎn)焊，焊接；焊接時(shí)要求保持對(duì)稱焊接，以減小焊接過程中引起的變形；在以變形的地方要求加輔助支撐。,刀盤大法蘭組件與刀盤主體鉚裝點(diǎn)焊，要控制好大法蘭與大圓環(huán)的同心度； 此處焊縫要求等級(jí)為Ⅰ級(jí)，焊接前預(yù)熱溫度為150～200℃，焊接工藝參數(shù)：ER50-6，φ1.2，I=240～330A，U=24~33V,L=15～20L/MIN；焊接時(shí)嚴(yán)格控制層間溫度150 ～ 250 ℃；然后將其余的刀盤主體結(jié)構(gòu)板點(diǎn)焊、

20、加焊。,8、支腿法蘭與刀盤體組焊,刀盤主體結(jié)構(gòu)焊接完成后需要經(jīng)過去應(yīng)力處理：鑄造支腿需要經(jīng)過時(shí)效處理；焊接支腿結(jié)構(gòu)形式刀盤需要經(jīng)過退火處理。在機(jī)加工之前需要進(jìn)行噴砂、噴漆處理。刀盤轉(zhuǎn)加工,焊接前需調(diào)整刀盤水平；刀座焊接需要刀具工裝，刀具工裝與刀盤體組裝后，要求工裝位置調(diào)至水平、工裝軸心與刀盤軸心一致。,9、刀座焊接,滾刀、齒刀裝配：滾刀、齒刀裝配時(shí)需要調(diào)整刀箱的水平、位置尺寸，高度尺寸175mm，要按刀座裝刀工裝來確定。

21、 滾刀由滾刀刀座裝配工裝替代，以加大裝刀效率。 刀箱調(diào)整需要通過M16螺栓與壓板調(diào)整。,切刀刀座、切刀刀座楔塊與刀盤體鉚裝，鉚裝時(shí)必須把切刀裝配到切刀刀座上，由刀具工裝檢驗(yàn)切刀位置，要求保證切刀高度尺寸140mm，定位后點(diǎn)焊；保徑刀與刀盤體鉚裝，由刀具工裝檢驗(yàn)保徑刀符合圖紙的尺寸要求，定位后點(diǎn)焊；,為了防止導(dǎo)軌再度變形，必須要控制好焊接工藝參數(shù)；焊接工藝參數(shù)：J507NiMA,φ4.0，I=130～170A;焊前焊條須經(jīng)380-