盘形滚刀

破碎坚硬岩石的挖掘工具

盘形滚刀是一种破碎坚硬岩石的挖掘工具，安装于盾构、TBM、顶管等大型非开挖施工设备的头部，其作用是切割掌子面岩石并将岩石从掌子面上剥落下来。广泛应用于地铁隧道、铁路隧道、引水隧道以及城市地下管网施工工。

释义

盘形滚刀是一种可更换刀圈的刀具，通常有单刃、双刃和多刃之分，常以辐射状或螺旋状分布装在盾构机刀盘上。盾构机在千斤顶的压力下向前掘进，同时盾构机刀盘作旋转运动，安装在盾构机刀盘上的刀具在随刀盘公转同时，自己在摩擦力和压力下作自转，从而利用刀圈刃口对岩石表面产生滚动切削作用。

工作原理

盘形滚刀破岩工作原理可以理解为：掘进时盘形滚刀刀圈先在岩石内挤压出一个槽，并在槽周围生成初始的张拉破坏的裂纹，井随着刀具不断惯入，刀圈的楔形面对刀圈两边的岩石起剪切破坏作用，初始的张拉破坏裂纹会在剪切力作用下沿岩石切线方向持续快速扩张，相临刀具间的岩石裂纹会产生相互影响，产生进一步的张拉破坏，使相临切槽之间的岩脊在这种张拉破坏下产生较大的岩块剥落下来。

安装在刀盘上的盘形滚刀在千斤顶的作用下紧压在岩面上，随着刀盘的旋转，盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴旋转，另一方面绕自身轴线自转。盘形滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在掌子面上切出一系列的同心圆沟槽。当推力超过岩石的强度时，盘形滚刀刀尖下的岩石直接破碎，刀尖贯入岩石，形成压碎区和放射状裂纹；进一步加压，当滚刀间距S满足一定条件时，相邻滚刀间岩石内裂纹延伸并相互贯通，形成岩石碎片而崩落，盘形滚刀完成一次破岩过程，见图1。

特点

盘形滚刀工作时除了要承受刀圈周向的正压力之外，还受到刀圈切向的摩擦力、以及侧向方向上交变应力的作用，受力复杂，工作环境恶劣。地层以及剥落的岩石对刀圈、刀体有着磨削、冲蚀效应，极易造成刀具的早期失效，对刀具的破岩效果和刀具对工作环境的耐受性能以及刀具质量的稳定性提出了极高的要求。刀具的质量直接决定了工程的质量、成本、安全和效率，是隧道及地铁盾构法施工中的核心技术之一。

盘形滚刀组装与拆卸

在工地现场，盘形滚刀组装与拆卸通常是在随机提供的小型刀具维修车间内进行，为了节省运输时间，刀具车间一般布置在进洞口附近一侧。盘形滚刀的刀圈与刀体、轴承内圈与心轴是过盈配合，其组装与拆卸需要特殊工艺处理。

组装

1.刀圈、轴承内圈预先分别加热，使零件内圆受热膨胀涨大后立即装配，待零件冷却后，即能达到预期的过盈配合(具体组装要求参见产品说明书)。例：罗宾斯全断面岩石掘进机19in盘形滚刀组装时，刀圈预先加温到160℃，随即装入刀体；轴承内圈加热到120℃时装人心轴；待零件冷却后，即能达到预期的过盈配合要求。

2.隔离圈的安装是根据两个圆锥滚子轴承在刀体内轴承内圈小端端面间间距而定，隔离圈的宽度，需经现场磨配，其宽度公差应小于测量宽度。例：维尔特全断面岩石掘进机17in盘形滚刀内隔离圈的安装宽度应小于测量值的0.2mm，装配后使轴承处于预紧状态，检测刀具扭矩在60-80N·m范围内为合格。

3.维尔特全断面岩石掘进机17in盘形滚刀，螺钉(在图2-20，图2-21，图2-22中编号均为12)装配时用密封胶粘结(CASCOK No．119)；刀体内腔注入80%，约730cm3润滑油（型号320），含1%异味剂(Molyvan，1．5L Mystik Jt-7 SAE90-140，1%Molyvan)，当轴承、密封受损，润滑油溢出时，就能嗅到带有刺激性的奇臭，警示刀具损坏，可及时更换。

拆卸

拆卸刀圈与轴承时，磨损报废刀圈用砂轮切断卸下，轴承内圈由专用台式压力机压出。

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