隧道掘进机（TBM）刀具是其掘进过程中较为常见的一种刀具失效形式。当刀具发生漏油时，一般常伴随着特殊的气味，这种形式刀具的失效较容易被发觉。
刀具漏油通常与下列因素有关：即刀个零部件的自揣质量，刀具的装配质量，刀具的使用工况和通过的岩石务件等。
1 刀具的结构特点
刀具在破岩过程中要承受非稳性的变量载荷，同时受到三向应力作用即正压力，滚动牵引力的剪切力，并承受岩石对它的反作用力。因此，要求刀具在结构设计上，尽可能地满足其受力要求。刀具的结构特点如附图所示（以正滚刀为例）。
为满足刀具的受力和转动要求，其关键部件是两2个圆锥柱轴承。该轴承外圈由刀体上的内腹板定位，轴承内圈由隔离圈的刀盖上的凸台定位，以保证轴承相对于刀体，刀轴位置。在作用中，为了防止水及岩渣等外界杂质分侵入，在刀盖与刀体的相对转动面之间装有浮动端面密封。刀具轴承的润滑依靠添加在刀盖与刀体所形成的封闭内腔里的刀具油来实现。
2 影响刀具漏油的因素分析
所谓刀具漏油，即为刀体与刀盖之间的浮动密封失效，刀具油渗漏。对于刀具漏油的研究分析，实际上就是对浮动密封换效的原因分析。
（1）刀具零部件自身质量的影响
影响刀具漏油的零部件主要有：刀体，刀盖，浮动密封和轴承等。
①刀盖与刀体的相对转动面状况不良（即主要原因损严重）。将造成刀具在破岩期间水及岩渣等外界杂质进入对转动面之产蝗相对磨损；另一方面造成浮动密封的失效，使刀具漏油。
②轴承质量的影响
正常情况下，每个轴承要承受约12.5t的正推力和一定量的侧向力，因而轴承质量的好坏将影响刀具有正常使用。如果质量不符合技术要求，在正推力和侧向力作用下，将造成轴承的严重磨损或掉块等形式的损坏，以至发生轴承卡死现象；此时，刀具油内含有大量的磨损磨粒，导致浮动密封失效，使刀具漏油。
③浮动密封质量的影响
由于刀具有破岩过程中要产生大量的热量，如果刀具的冷却效果不好或轴承发生卡死现象，将使刀具温度急剧上升；如果浮动密封的耐热性不好，同样会因为高温的作用，造成浮动密封失效，使刀具漏油。
（2）刀具装配质量对刀具漏油的影响
在刀具零部件质量良好的情况下，影响刀具装配质量的主要因素是隔离圈的尺寸的刀盖与刀轴的连接螺栓的紧固力矩。
①隔离圈尺寸的影响
隔离圈主要是对轴承内圈时行轴向定位，必须经过准确测量和精磨加工。技术规范中规定，其尺寸精度达到0.01mm。如果隔离圈尺寸过小，将造成轴承装配过紧，导致轴承装配时冷卡死或使用中因温度升高而发生热卡死现象；如发生热卡死现象，将造成刀圈弦磨（刀圈不转动刀尖剧烈磨损，因而不能再用），使刀具温度进一步升高，影响浮动密封的密封效果。如果隔离圈尺寸过大，将造成轴承装配过松，刀体相对于轴承产生轴向游动，在侧向力的作用下使刀体向一侧发生佩量位移，影响浮动密封的密封效果。
②刀盖与刀轴连接螺栓紧固力矩的影响
刀盖的作用一方面是通过其凸台对轴承内圈时行轴向定位，另一方面是对浮动密封有一定的预压作用，保证浮动密封的密封效果。技术规范中规定其连接螺栓的紧固力矩为200N·m。装配过松或过紧，不仅会产生像隔离圈尺寸对浮动密封一样的影响，而且全使浮动密封装配时预压力过大或过小，影响浮动密封的效果。
技术规范中规定：装配后的刀具，应能在扭矩为50—60N·m的扭矩扳手作用下自由且规则地转动。
（3）刀具使用工况对刀具漏油的影响
刀具使用工况主要是指刀具有刀盘上的使用状况而言。
①刀盘喷水系统的影响
刀具在破岩过程中要产生大量的热能。喷水冷却是降低刀具温度的一种有效途径。冷却效果与喷嘴在刀盘上的布置，喷水系统的压力和喷水量等因素有关。冷却效果不良将使刀具温度升高，将使密封失效，导致刀具漏油。实践证明，由于外侧高刀位刀具未配置喷嘴，致使高刀位的刀具漏 油概率远远大于低刀位刀具。
②刀具安装孔的影响
刀孔凸缘对刀具的正常使用有一定的保护作用，刀凸缘的过量磨损。将对刀具造成较为严重的损坏，特别是位于刀盘圆弧形过渡区域 的高刀位的边刀和过渡刀。由于刀孔凸缘的过量磨损，使刀盖过多地伸出，块状的岩渣将使刀体，刀盖快速磨损；磨损过程中产生的大量热量，同样对刀具轴承和浮动密封造成影响，即温度过高密封失效，导致刀具漏油。
③刀位的影响
高刀位刀具位于刀盘的弧形过渡区域，由于在器受正推力的作用，对于刀具将产生一个轴向力，致使刀具有轴向位移的趋势或导致轴承损坏，这也是造成高刀位刀具容易发生刀具漏油的一个主要原因。
（4）岩石的影响
影响刀具漏油的岩石条件主要是指节理发育一般的软岩和节理很发育的破碎岩。
①节理发流一般的软岩
对于节理发育一般的软岩，掘进参数的主要是小推力，大扭矩。此时刀具承受的侧向力增大，易造成刀体相对于轴承发生轴向位移，破坏浮动冗长封的初始密封状态，从而使密封失效，导致刀具漏油。
②节理很发育的破碎岩
对于节理很发育的破碎岩，在掘进过程中大量的块状岩石（粒度大于150mm）坍塌，在刀盘，刀具和岩面之间挤压滚动，即发生二次破碎。其结果一方面造成刀具承受的侧向力增大，促使密封答效；另一方面刀体被挤压变形，从而使浮动密封的支撑环断裂，导致密封失效，使刀具漏油。
3 预防刀具漏油的技术措施
刀具漏油往往并不是单方面因素作用的结果；而是多种因素综合作用的结果；如何避免刀具漏油现象的发生，结合上述原因分析，提出下述预防刀具漏油的技术措施：
①正确选用质量合格的零部件，制定合理的零部件磨损极限。
②制订正确的修刀工艺，做好使用前的台架试验。
③遵循正确的换刀规律，确保换刀过程的正确合理。
④ 确保刀盘的状况和喷水系统良好。
⑤合理地选择掘进参数。 |
