一种盾构机用抗结泥刀座及其制造方法与流程

本发明涉及盾构机技术领域，特别涉及一种盾构机用抗结泥刀座及其制造方法。

背景技术：

盾构机作为一种常用的挖掘工具，在工程建设、矿山开采等作业工作中有着广泛的应用。盾构机在粘土类地层、粘土质砂土地层、泥岩、泥质粉砂岩、母岩为花岗岩的残积土层、全风化岩层和强风化岩层等地层掘进时，由于土体富含粘土矿物质，粒径小且粘度大，这种岩层切削物极易附着在刀座上，形成渣土堆积。随着渣土堆积数量增加，刀盘对其挤压作用不断增大，渣土逐渐变成坚固的泥饼，泥饼包埋刀具，降低其切削能力，刀盘扭矩和盾构机推进阻力都会迅速增大，不仅盾构机掘进速度减缓，延缓工期，而且泥饼与刀盘、机头部位的摩擦，会导致刀盘刀具端面的加快磨损，产生的热能和温度快速升高，从而会引起橡胶密封件性能下降，缩短刀盘主轴承等的使用寿命，加速主轴承的损坏，威胁盾构施工的安全。

现有防治刀盘泥饼的技术方法包括改善盾构工作参数、设置高压水管喷射装置、选用土体改良剂等，虽然有一定的效果，但存在可靠性低、技术复杂和成本高等问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺点，本发明提出了一种盾构机用抗结泥刀座及其制造方法。本发明解决其技术问题的技术方案是在刀座端面涂覆自润滑涂层。

一种盾构机用抗结泥刀座，由刀座本体和自润滑涂层组成，所述的刀座本体端面涂有自润滑涂层。

所述的刀座本体为可拆卸的筒状刀座。

所述的自润滑涂层原料成分体系为镍-石墨。

所述的自润滑涂层厚度为0.1~2mm。

所述自润滑涂层原料成分体系中石墨的体积百分含量范围为10%~60%。

一种盾构机用抗结泥刀座制造方法，通过热喷涂技术使自润滑涂层涂覆在刀座本体端面。

所述的热喷涂技术包括火焰喷涂、等离子喷涂和电弧喷涂。

所述的热喷涂技术包括表面喷砂处理、热喷涂镍铝合金打底层、热喷涂镍-石墨自润滑涂层。

所述的表面喷砂处理采用压缩空气将沙粒冲击金属表面，使金属表面清洁且具有粗糙度。

所述的热喷涂镍铝合金打底层采用氧-乙炔火焰方法，粉末为镍包铝，粒度140-325目；火焰喷涂主要工艺参数为：氧压力0.1~0.5mpa、乙炔压力0.1~03mpa、乙炔流量45m³/h、空气压力0.2~0.4mpa、送粉量10~30g/min，打底层的厚度为20~100微米。

所述的热喷涂镍-石墨自润滑涂层采用氧-乙炔火焰方法，粉末为镍包石墨，粒度140-325目。火焰喷涂主要工艺参数为：氧压力0.1~0.5mpa、乙炔压力0.1~03mpa、乙炔流量45m³/h、空气压力0.2~0.4mpa、送粉量10~30g/min，自润滑涂层的厚度为0.1~2mm。

本发明的有益效果是：

1）减小刀座端面的摩擦系数，促进岩层颗粒物快速排除，避免岩层颗粒物的滞留堆积，从源头上抑制盾构刀盘刀具结泥饼问题，效果更好。

2）不改变盾构装置、工作参数和不使用土体改良剂下，盾构运行成本低。

3）利用刀座拆卸维修时机，对刀座端面施以简便的喷涂处理，生产效率高。

附图说明

图1为可拆卸刀座端面及其自润滑涂层结构示意图，1为可拆卸筒状刀座，2为自润滑涂层，3为刀头安装孔。

图2为自润滑涂层与未涂层钢板摩擦系数的对比。

具体实施方式

下面结合附图1通过具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明是一种盾构机用抗结泥刀座，由刀座本体和自润滑涂层组成，所述的刀座本体端面涂有自润滑涂层。所述的刀座本体为可拆卸的筒状刀座。所述的自润滑涂层原料成分体系为镍-石墨。所述的自润滑涂层厚度为0.1mm。所述自润滑涂层原料成分体系中石墨的体积百分含量范围为10%。

本发明是一种盾构机用抗结泥刀座，由刀座本体和自润滑涂层组成，所述的刀座本体端面涂有自润滑涂层。所述的刀座本体为可拆卸的筒状刀座。所述的自润滑涂层原料成分体系为镍-石墨。所述的自润滑涂层厚度为2mm。所述自润滑涂层原料成分体系中石墨的体积百分含量范围为60%。

在安装刀具之前，对刀座本体端面依次进行喷砂清理、热喷涂打底层和热喷涂自润滑涂层处理。

喷砂清理采用压缩空气将一定尺寸的沙粒按一定角度冲击金属表面的加工工艺。经喷砂处理后金属清洁、并具有一定的粗糙度。

热喷涂打底层采用氧-乙炔火焰方法，粉末为镍包铝（ni80al20），粒度140-325目。火焰喷涂主要工艺参数为：氧压力0.1~0.5mpa、乙炔压力0.1~03mpa、乙炔流量45m³/h、空气压力0.2~0.4mpa、送粉量10~30g/min，打底层的厚度为20~100微米。

热喷涂自润滑涂层采用氧-乙炔火焰方法，粉末为镍包石墨（ni25c），粒度140-325目。火焰喷涂主要工艺参数为：氧压力0.1~0.5mpa、乙炔压力0.1~03mpa、乙炔流量45m³/h、空气压力0.2~0.4mpa、送粉量10~30g/min，自润滑涂层的厚度为0.1~2mm。

刀座端面喷涂自润滑涂层后，检查涂层表面质量，重点关注是否遗漏、是否均匀。检验合格后安装刀具。

测试数据表明，自润滑涂层的稳定摩擦系数大约在0.3以下，而在相同条件下未涂层钢板表面的摩擦系数大约为0.4左右，如附图2所示。因此，自润滑涂层可以降低摩擦系数30%以上，有利于促进泥土颗粒的排除，减小结泥现象。

以上所述的仅是本发明的一个具体实施例，喷涂方法、工艺参数、粉末成分等没有详尽列出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出工艺上的增减与改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
一种盾构机用抗结泥刀座及其制造方法，属于盾构机领域，用于解决盾构机粘土类地层掘进作业时刀盘结泥饼问题。盾构机用抗结泥刀座包括刀座本体和自润滑涂层，所述的刀座本体为可拆卸的筒状刀座，所述的制造方法为在筒状刀座的端面制备自润滑涂层。所述的自润滑涂层的原料成分体系为镍‑石墨，所述的自润滑涂层的制备方法为热喷涂技术。本发明在刀座端面热喷涂自润滑涂层，减小了刀座端面与岩层切削物的摩擦系数，加快了渣土的排除，抑制了因岩层颗粒物在刀座端面滞留堆积而最终形成的盾构刀盘结泥现象，提升了盾构机在粘土类地层掘进作业的整体效率，从而实现了降低盾构施工成本与缩短施工工期的经济与社会效益。

技术研发人员：赵兴科
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2017.07.24
技术公布日：2017.12.29