关于提高盾构刀具性能的研究分析.pdf

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1、工程材料与设备器糍瓣瓣锵Materiat獠Equipment关于提高盾构刀具性能的研究分析陈雷(聊城瑞钻工程刀具有限公司，山东聊城252042)摘要：基于隧道盾构刀具的使用环境和损坏形式的研究与分析，对刀具的硬质合金、刀体材料、热处理和钎焊T艺等方面进行了大量深入的试验和论证，提出了部分提高盾构刀具使用性能的方法，为加快国产盾构刀具的研发T作和提高其使用性能提供一些有益的参考。关键词：盾构；刀具；性能；研究分析中图分类号：U455．3文献标志码：B文章编号：1009—7767(2012)05—0163—04Analys

2、isofPerformanceImprovementofShieldMachineCutter随着世界各国，尤其是发展中国家城市化进程的的原因进行了大量的工程研究与分析。进而提出提高不断加快，地下空间开发利用的前景非常广阔。近年刀具施丁性能的改进措施；夏晓中[51针对大直径泥水来．我国城市轨道交通建设也步入了快速发展的时期，盾构在穿越砾砂一砂卵石地层时刀具出现异常磨损的目前全国约有30个城市获批修建地铁T程。在非开挖情况，从刀具设计和丁艺等方面对磨损原因进行分技术飞速发展的背景下，盾构法以其对周边环境影响析，提刀具的改

3、进方法；张明富、马广州等人f6_，]对小、安全环保、推进速度快、质量优等特点在城市地铁刀具进行了实时磨损监测，提出了多种监测方法并建工程建设中发挥了非常重要的作用，因而国内外对盾立了刀具磨损量与掘进距离的拟合表达式。近年来，构机的需求也日益加大。笔者单位结合T程实施特点对盾构刀具进行了大量目前．我国虽然已经能够自主研发地铁盾构设备，的研究和分析，提了多种切实有效的提高刀具性能但还处于起步的合作阶段，盾构机及零配件还主要依的方法。赖进口。由于国外盾构机(如德国海瑞克、维尔特，法2盾构刀具使用环境国FCB，日本三菱重工、日

4、立和小松)的不断引进，以及1)我国疆土辽阔，东西跨经度60。以上，距离约国产盾构机企业(如中铁装备公司、中铁轨道系统集5000km，南北跨纬度近50。。距离约5500km，地理团、无锡盾建重工、天业通联等)的不断发展，使得各形势复杂多变，地质结构硬度差异很大，难以预料分种型式的盾构刀具需求量不断增加。在盾构隧道施工析，因此在盾构刀具的选择上存在相当大的难度。当前中，盾构刀具的更换费用占了总施工费用的近1／4。因我国地铁建设比较集中的城市主要有：上海、北京、广此．研究盾构刀具的材料、硬质合金、热处理等提高刀州、深圳、成都

5、、南京、沈阳、郑州等。如上海地质主要以具性能和使用寿命的措施具有极其重要的意义。淤泥、黏土和粉质黏土为主，相对来说对盾构刀具的1国内研究情况抗冲击性能和破岩能力的要求要低一些，普通的盾构国内学者针对刀具性能做出了大量的研究．刘志刀具即能达到要求；南京地质以雨花石居多，成都地进等人【I对盾构刀具的分类和配置原则、切削原理、刀质以富水砂卵石为主，普通材质和工艺生产的盾构刀具材料和制造方法进行了系统的介绍，并分析了刀具具就难以达到使用要求。的失效机理；侯克忠等人

6、2j对盾构刀具的钎焊工艺和2)由于采用非开挖技术，施工过程中要

7、求盾构机方法进行了大量研究，并提出了复合焊片高频钎焊技各部位的功能必须确保万无一失，这就对盾构刀具的术；车凯、蒋建敏【。等人对北京地铁施工中刀具失效质量提出了更高的要求。2012~$5期(9．f)第3o誊荭技术163工程材料与设备器i姆姆瓣翘毫姆嵇i敬Equipment3．3．3盾构刀具刀体头部崩裂和快速磨损使合金刀剪切强度。首先，盾构刀具合金刀头的焊接宜采用银头过早失去保护支撑钎气体无氧保护焊接1二艺，其焊接温度约650℃，同时冈5中所示刀具刀体严重破坏，合金条失去保护焊后采取加压保温缓慢冷却的方法，这样焊接残余应而

8、脱落。其原因主要是国产材料性能不稳定，部分原力较小，减小产生焊接裂纹的趋势；其次，刀体合金槽材料中心疏松严重，使刀体内部有潜在裂纹，从而引和合金外表面焊前清洁处理同样关键，一般采用酸洗、起刀体易磨损、崩裂，进而造成合金外露，失去保护精磨、麟花、化学液体浸蘸、干燥等工艺处理，保证焊而掉落。另外，部分国产盾构刀具生产厂家对有些刀接强度：再次，钎焊材料的选用也要适当，主要以75％体采用铸造工艺，也是造成盾构刀具快速失效的主要银基焊料为主原因2)热处理的目的主要是提高刀体的耐磨性和综合机械性能。为保证这两项性能指标，一般应对刀

9、体采用淬火、回火处理_丁艺，硬度一般控制在35~40HRC范围内为宜。同时，为了提高合金刀头周围刀体的耐磨性，采用气体保护堆焊耐磨层的办法。4．4抗冲击、耐磨、无裂纹的硬质合金刀头研制在硬质合金研究方面，笔者单位与春保森拉天时、济南冶金研究所合作对硬质合金进行了研究。通过对国内外硬质合金刀头的解剖分析。发现国外硬质合金图5刀体磨损