一种耐磨蚀盾构刀具的制作方法

本发明属于盾构机附属设备领域，涉及一种盾构刀具耐磨损技术，具体涉及一种耐磨蚀盾构刀具。

背景技术：

高石英含量密实复合砂层作为一种广泛分布于长江中下游的典型砂质土层给该地区的隧道施工带来了严峻考验，由于其高磨蚀性而引发的盾构刀具磨损问题严重制约了盾构掘进效率。因此，通过开展刀具耐磨蚀改进设计研究以有效提高刀具的削掘距离寿命，合理降低施工成本显得尤为必要。

初步的文献调研结果表明：目前盾构刀具耐磨蚀改进设计研究的焦点主要集中于调整耐磨材料及其在刀具表面的分布情况。即：通过改良材料耐磨蚀性能或增设刀具表面合金块以有效防止盾构刀具产生过度磨损。例如：中国实用新型专利(授权公开号CN 204476417 U)通过在刀体与被切削物体接触工作面上设置2～15mm厚的碳化钨颗粒耐磨层得到了一种新型耐磨盾构刀具，不仅焊接工艺复杂而且容易因碳化钨颗粒耐磨层从刀体表面脱落而失效，难以满足实际盾构施工需求；再如，中国实用新型专利(授权公开号CN 205955739 U)提出的一种耐磨金刚石盾构刀具则试图通过在切削齿的切削面和刀体背部分别设置金刚石复合片和金刚石耐磨层防止刀具过度磨损。该方法除具有电镀工艺繁琐、金刚石片(层)易脱落等固有缺陷外，还存在制作成本过高，可靠性有待进一步商榷等不足之处；再如：中国实用新型专利(授权公开号CN 201778821 U)提出的超耐磨盾构刀具其主要特点是在原盾构刀具的基础之上新增两排条状合金，同时将原有的圆柱状合金改为两条或两条以上的条状合金，并且在刀体的两端面新增断面合金以增强刀具的耐磨蚀性能。该设计虽然有利于解决前排刃部的刀具切削问题和刀具背角面受渣土流动影响不耐磨的问题，但是在有限的空间内过于密集的布置条状合金和断面合金会势必导致焊接工艺变得十分繁杂，焊接质量和刀体结构完整性难以得到保障。

鉴于现存的刀具耐磨蚀改进设计研究存在诸多缺陷，难以满足施工现场的实际需求。因此，开发出能够合理降低刀具磨损，有效提升刀具切削距离寿命且针对各种类型工程地质条件都具有良好适应性的刀具耐磨蚀改进设计方法在盾构隧道施工过程中显得十分关键。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有盾构刀具耐磨蚀改进设计的不足而提供一种制作工艺简单、成本相对低廉且行之有效的新型刀具耐磨蚀改进设计方法。该方法不仅可以实现在保持原有合金材料性能及其在刀具表面的分布情况不变的前提之下有效降低盾构刀具磨损，而且对不同的工程地质条件具备良好的普遍适应性。

本实用新型为实现上述目的，采用了以下方案：

一种耐磨蚀盾构刀具，包括盾构刀具本体，其特征在于：在盾构刀具本体内设有润滑剂通道，盾构刀具本体外四周设有与润滑剂通道相连通的刀具喷嘴。

作为改进，所述盾构刀具本体包括刀体和刀刃，刀刃主要包括硬质合金块和焊接区，所述硬质合金块由刀刃主合金和刀身侧合金构成，刀刃主合金和刀身侧合金分别焊接在盾构刀具的刃部和肩部，主要用于提升刀具的耐磨性能。

作为改进，所述刀具喷嘴包括刀刃顶部喷嘴、刀刃侧壁喷嘴和刀体侧壁喷嘴，其中刀刃顶部喷嘴设于刀刃主合金之间的焊接区，刀体侧壁喷嘴设于刀体侧面。

作为改进，所述润滑剂通道包括位于盾构刀具本体中心处的一级通道和与一级通道相连的二级通道，所述二级通道包括刀体中心二级通道、刀体环形二级通道以及刀刃二级通道，其中刀体中心二级通道将一级通道与刀体环形二级通道和刀刃二级通道相连，刀刃二级通道和刀体环形二级通道分别连接各个刀具喷嘴。

作为改进，所述盾构刀具本体通过盾构刀座安装在刀盘上，盾构刀具本体与盾构刀座之间通过刀具固定螺栓相连。

作为改进，所述盾构刀座位于盾构刀腔内，盾构刀腔上设有将其分为前室和后室的刀具安装闸门，前室与刀盘前方隧道掌子面直接连通，后室位于常压换刀舱内。

作为改进，所述盾构刀具本体内的润滑剂通道通过盾构刀座内部空间延伸到盾构刀座后侧，在盾构刀座后侧设有与润滑剂通道依次相连的进液阀、增压泵和进液管。

作为改进，盾构刀具本体设有与盾构刀座相连的刀具适配孔，所述刀具适配孔横截面为长方形，盾构刀座和盾构刀具本体上设有供刀具固定螺栓横向穿过的螺孔。

本实用新型的有益效果是：

①本实用新型提出的一种耐磨蚀盾构刀具，借助特殊设计的润滑剂通道将所述表面活性剂溶液喷洒至刀具表面，通过减缓刀具与隧道掌子面岩土体材料的摩擦作用有效地提高了刀具的耐磨蚀性能和削掘距离寿命。

②较之于现有的盾构刀具耐磨蚀改进设计方法，本实用新型合理地避免了因调整耐磨材料性能及其在盾构刀具表面分布情况而导致的复杂锻造工艺和焊接工艺。

③本实用新型所提出的刀具耐磨蚀改进设计方案仅需开设相应的润滑剂通道和刀具喷嘴即可，无需增焊以碳化钨合金和金刚石为代表的昂贵耐磨材料，制作成本相对较低，易于进行全面推广使用。

④现有的耐磨刀具通过焊接耐磨材料仅限于降低某一局部位置的刀具磨损量，而本实用新型通过设计遍布整个刀体的润滑剂通道可将所述的表面活性剂溶液运送至刀刃和刀体的各个部位，而后经由刀具喷嘴喷出，可有效地缓解刀体的整体磨损情况。

⑤本实用新型提供的刀具耐磨蚀改进设计方法具备良好的普适性，即：当盾构在各中类型的土体中掘进时，所述的表面活性剂均可有效地降低刀具磨损。

附图说明

图1是本实用新型实施例涉及的润滑剂通道在盾构刀具中的整体分布示意图；

图2是本实用新型实施例涉及的润滑剂通道在先行刀本体内部的具体分布情况正视图；

图3是本实用新型实施例涉及的润滑剂通道在先行刀本体内部的具体分布情况左视图；

图4是本实用新型实施例涉及的润滑剂通道在先行刀本体内部的具体分布情况俯视图。

附图标记：1-盾构刀具本体，11-刀体，111-刀具适配孔，12-刀刃，121-刀刃主合金，122-焊接区，2-盾构刀座，3-润滑剂通道，31-一级通道，32-二级通道，321-中心二级通道，322-环形二级通道，323-刀刃二级通道，33-刀具喷嘴，331-刀刃顶部喷嘴，332-刀刃侧壁喷嘴，333-刀体测壁喷嘴，34-进液管，35-增压泵，36-进液阀，4-刀具安装闸门，5-刀座盖板，6-球阀，7-盾构刀腔，8-刀具固定螺栓。

具体实施方式

以下参照附图将对本实用新型所涉及的一种耐磨蚀盾构刀具作出详细的阐述。

实施例

如图1所示，本实施例中，经耐磨蚀改进设计的一种耐磨蚀盾构刀具，其包含：盾构刀具本体1、盾构刀座2、润滑剂通道3、刀具安装闸门4、刀座盖板5、球阀6、盾构刀腔7、刀具固定螺栓8。

其中，所述盾构刀具本体1通过刀具适配孔111与盾构刀座2进行连接，并通过和刀具固定螺栓8固定，是隧道掘进机切削隧道掌子面岩土体材料的主要构件。所述的盾构刀座2通过紧固螺栓安装于盾构刀腔7内部，可为所述盾构刀具本体1的安装提供可靠的基座。以刀具安装闸门4为界，所述的盾构刀腔7的内部腔室分为前室和后室。前室与刀盘前方隧道掌子面直接连通，后室经刀具安装闸门4分隔后位于常压换刀舱之内。所述盾构刀具本体1、盾构刀座2和盾构刀腔7共同构筑了所述盾构刀具本体安装装置的基本骨架，为隧道掘进机进行常压换刀操作奠定了基础。

所述的润滑剂通道系统包括：润滑剂通道3、刀具喷嘴33、进液管34、增压泵35和进液阀36。所述润滑剂通道3包括一级通道31和二级通道32，其作用具体表现为：通过运送和喷洒用于润滑盾构刀具本体1与隧道掌子面岩土体材料接触界面的表面活性剂溶液以有效降低刀具磨损，合理提升刀具的削掘距离寿命，所述的润滑剂通道广泛分布于盾构刀具内部，一级通道31、二级通道32与刀具喷嘴33之间相互连通，共同构筑了一张完整的润滑剂通道网络，为润滑剂溶液的输送创造了有利条件。

所述润滑剂溶液的主要成分为表面活性剂和水。当其作用于盾构刀具本体与隧道掌子面岩土体材料的接触界面时，高石英含量密实复合砂层(砂卵石地层)的磨蚀性显著降低，盾构切削刀具的使用寿命将得到有效地提升。

具体地，进液管34中的表面活性剂溶液首先通过增压泵35和进液阀36进入所述的一级通道31内部，而后穿越所述的盾构刀座2进入位于刀体11和刀刃12内部网状的二级通道32中，最后再经由遍及刀身的刀具喷嘴33喷洒至盾构刀具本体1表面。在所述表面活性剂溶液的作用下，盾构刀具本体1表面各位置的整体磨损情况将得到缓解，盾构施工效率有效提升。此外，较之于目前通过改良材料耐磨蚀性能或增设表面硬质合金块的刀具耐磨蚀改进设计方法，本实用新型所提出的设计方案不仅制作工艺简单、成本低廉，而且对各种类型地层都具有良好的适应性，具备一定的推广和应用价值。

所述盾构刀具本体1包括刀体11和刀刃12，刀刃12主要包括硬质合金块和焊接区，所述硬质合金块由刀刃主合金121和刀身侧合金构成，刀刃主合金121和刀身侧合金分别焊接在盾构刀具本体1的刃部和肩部，主要用于提升刀具的耐磨性能。

如图2～图4所示，本实施例中，所述耐磨蚀改进设计的盾构刀具本体1包含：刀体11、刀具适配孔111、刀刃12、刀刃主合金121、焊接区122、一级通道31、二级通道32以及刀具喷嘴33。

其中，所述的一级通道31位于刀具适配孔111的顶面中心位置，与刀具内部的二级通道32连通。所述的二级通道32主要包括：刀体中心二级通道321、刀体环形二级通道322以及刀刃二级通道323。其中，刀体中心二级通道321用于接收并储存来自所述一级通道31的表面活性剂溶液，并将其输送至刀体环形二级通道322和刀刃二级通道323。所述刀体环形二级通道322和所述刀刃二级通道323则可通过刀具喷嘴33将表面活性剂溶液喷洒至整个刀身外表面。所述刀具喷嘴33包括：刀刃顶部喷嘴331、刀刃侧壁喷嘴332和刀体侧壁喷嘴333。其中，刀刃顶部喷嘴4个，刀刃侧壁喷嘴12个，刀体侧壁喷嘴12个，合计28个。

所述的刀具适配孔111的横截面为长方形，可有效防止在常压换刀过程中刀具安装方向错误等不良现象的发生。

所述的盾构刀具本体1包括先行刀、刮刀、齿刀和中心刀，上述实施例为盾构先行刀的耐磨蚀改进设计方案。所述的润滑剂通道3在所述耐磨蚀改进设计刮刀、齿刀以及中心刀内部的分布情况与在先行刀内部的分布情况相类似，这里不再赘述。

综上所述，本实用新型通过有效克服现有盾构刀具耐磨蚀改进设计的不足而提供一种制作工艺简单、成本相对低廉且行之有效的新型刀具耐磨蚀改进设计方案，其优越性能主要表现为：①借助自主研发的润滑剂通道将所述表面活性剂溶液喷洒至刀具表面，有效地提高了刀具的耐磨蚀性能。②刀具的锻造工艺和焊接工艺相对简单；③刀具的制作成本低，易于推广使用；④表面活性剂溶液经由遍及刀身的喷嘴喷洒至刀身各部位，有效地降低了刀具的整体磨损情况；⑤对于不同类型地层具有良好的普遍适应性等等。本实用新型使得基于盾构刀具本体的耐磨蚀改进设计研究得到了进一步的发展，具有一定的的科学研究价值与实际应用价值。

以上实施例仅仅是对本实用新型技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的盾构刀具本体耐磨蚀改进设计方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的结构，而是以权利要求所限定的范围为准。本实用新型所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本实用新型所要求保护的范围内。