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| 隧道掘進機（TBM）刀具是其掘進過程中較為常見的一種刀具失效形式。當刀具發生漏油時，一般常伴隨著特殊的氣味，這種形式刀具的失效較容易被發覺。 刀具漏油通常與下列因素有關：即刀個零部件的自揣質量，刀具的裝配質量，刀具的使用工況和通過的巖石務件等。 1 刀具的結構特點 刀具在破巖過程中要承受非穩性的變量載荷，同時受到三向應力作用即正壓力，滾動牽引力的剪切力，并承受巖石對它的反作用力。因此，要求刀具在結構設計上，盡可能地滿足其受力要求。刀具的結構特點如附圖所示（以正滾刀為例）。 為滿足刀具的受力和轉動要求，其關鍵部件是兩2個圓錐柱軸承。該軸承外圈由刀體上的內腹板定位，軸承內圈由隔離圈的刀蓋上的凸臺定位，以保證軸承相對于刀體，刀軸位置。在作用中，為了防止水及巖渣等外界雜質分侵入，在刀蓋與刀體的相對轉動面之間裝有浮動端面密封。刀具軸承的潤滑依靠添加在刀蓋與刀體所形成的封閉內腔里的刀具油來實現。 2 影響刀具漏油的因素分析 所謂刀具漏油，即為刀體與刀蓋之間的浮動密封失效，刀具油滲漏。對于刀具漏油的研究分析，實際上就是對浮動密封換效的原因分析。 （1）刀具零部件自身質量的影響 影響刀具漏油的零部件主要有：刀體，刀蓋，浮動密封和軸承等。 ①刀蓋與刀體的相對轉動面狀況不良（即主要原因損嚴重）。將造成刀具在破巖期間水及巖渣等外界雜質進入對轉動面之產蝗相對磨損；另一方面造成浮動密封的失效，使刀具漏油。 ②軸承質量的影響 正常情況下，每個軸承要承受約12.5t的正推力和一定量的側向力，因而軸承質量的好壞將影響刀具有正常使用。如果質量不符合技術要求，在正推力和側向力作用下，將造成軸承的嚴重磨損或掉塊等形式的損壞，以至發生軸承卡死現象；此時，刀具油內含有大量的磨損磨粒，導致浮動密封失效，使刀具漏油。 ③浮動密封質量的影響 由于刀具有破巖過程中要產生大量的熱量，如果刀具的冷卻效果不好或軸承發生卡死現象，將使刀具溫度急劇上升；如果浮動密封的耐熱性不好，同樣會因為高溫的作用，造成浮動密封失效，使刀具漏油。 （2）刀具裝配質量對刀具漏油的影響 在刀具零部件質量良好的情況下，影響刀具裝配質量的主要因素是隔離圈的尺寸的刀蓋與刀軸的連接螺栓的緊固力矩。 ①隔離圈尺寸的影響 隔離圈主要是對軸承內圈時行軸向定位，必須經過準確測量和精磨加工。技術規范中規定，其尺寸精度達到0.01mm。如果隔離圈尺寸過小，將造成軸承裝配過緊，導致軸承裝配時冷卡死或使用中因溫度升高而發生熱卡死現象；如發生熱卡死現象，將造成刀圈弦磨（刀圈不轉動刀尖劇烈磨損，因而不能再用），使刀具溫度進一步升高，影響浮動密封的密封效果。如果隔離圈尺寸過大，將造成軸承裝配過松，刀體相對于軸承產生軸向游動，在側向力的作用下使刀體向一側發生佩量位移，影響浮動密封的密封效果。 ②刀蓋與刀軸連接螺栓緊固力矩的影響 刀蓋的作用一方面是通過其凸臺對軸承內圈時行軸向定位，另一方面是對浮動密封有一定的預壓作用，保證浮動密封的密封效果。技術規范中規定其連接螺栓的緊固力矩為200N·m。裝配過松或過緊，不僅會產生像隔離圈尺寸對浮動密封一樣的影響，而且全使浮動密封裝配時預壓力過大或過小，影響浮動密封的效果。 技術規范中規定：裝配后的刀具，應能在扭矩為50—60N·m的扭矩扳手作用下自由且規則地轉動。 （3）刀具使用工況對刀具漏油的影響 刀具使用工況主要是指刀具有刀盤上的使用狀況而言。 ①刀盤噴水系統的影響 刀具在破巖過程中要產生大量的熱能。噴水冷卻是降低刀具溫度的一種有效途徑。冷卻效果與噴嘴在刀盤上的布置，噴水系統的壓力和噴水量等因素有關。冷卻效果不良將使刀具溫度升高，將使密封失效，導致刀具漏油。實踐證明，由于外側高刀位刀具未配置噴嘴，致使高刀位的刀具漏 油概率遠遠大于低刀位刀具。 ②刀具安裝孔的影響 刀孔凸緣對刀具的正常使用有一定的保護作用，刀凸緣的過量磨損。將對刀具造成較為嚴重的損壞，特別是位于刀盤圓弧形過渡區域 的高刀位的邊刀和過渡刀。由于刀孔凸緣的過量磨損，使刀蓋過多地伸出，塊狀的巖渣將使刀體，刀蓋快速磨損；磨損過程中產生的大量熱量，同樣對刀具軸承和浮動密封造成影響，即溫度過高密封失效，導致刀具漏油。 ③刀位的影響 高刀位刀具位于刀盤的弧形過渡區域，由于在器受正推力的作用，對于刀具將產生一個軸向力，致使刀具有軸向位移的趨勢或導致軸承損壞，這也是造成高刀位刀具容易發生刀具漏油的一個主要原因。 （4）巖石的影響 影響刀具漏油的巖石條件主要是指節理發育一般的軟巖和節理很發育的破碎巖。 ①節理發流一般的軟巖 對于節理發育一般的軟巖，掘進參數的主要是小推力，大扭矩。此時刀具承受的側向力增大，易造成刀體相對于軸承發生軸向位移，破壞浮動冗長封的初始密封狀態，從而使密封失效，導致刀具漏油。 ②節理很發育的破碎巖 對于節理很發育的破碎巖，在掘進過程中大量的塊狀巖石（粒度大于150mm）坍塌，在刀盤，刀具和巖面之間擠壓滾動，即發生二次破碎。其結果一方面造成刀具承受的側向力增大，促使密封答效；另一方面刀體被擠壓變形，從而使浮動密封的支撐環斷裂，導致密封失效，使刀具漏油。 3 預防刀具漏油的技術措施 刀具漏油往往并不是單方面因素作用的結果；而是多種因素綜合作用的結果；如何避免 ①正確選用質量合格的零部件，制定合理的零部件磨損極限。 ②制訂正確的修刀工藝，做好使用前的臺架試驗。 ③遵循正確的換刀規律,確保換刀過程的正確合理。 ④ 確保刀盤的狀況和噴水系統良好。 ⑤合理地選擇掘進參數。 |
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