盾構(gòu)刀具關(guān)鍵技術(shù)及其最新發(fā)展

陳 饋

(盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001)

0 引言

盾構(gòu)刀具是盾構(gòu)掘進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在掘進(jìn)過程中容易損壞，需要經(jīng)常更換，其使用壽命的長(zhǎng)短不僅與刀具制造質(zhì)量有關(guān)，還與地質(zhì)情況、刀盤結(jié)構(gòu)、刀具配置、掘進(jìn)參數(shù)及維護(hù)等因素有關(guān)。因此，刀具技術(shù)涉及到制造、選擇、管理、維護(hù)，每一環(huán)節(jié)對(duì)盾構(gòu)工程施工的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性都有重要影響，刀具技術(shù)的進(jìn)步對(duì)促進(jìn)盾構(gòu)的高效與安全施工起著重要作用。前人關(guān)于盾構(gòu)刀具已有較多的研究成果，主要集中于盾構(gòu)刀具破巖機(jī)制、刀具磨損機(jī)制及應(yīng)對(duì)措施、刀具材料及制造工藝、刀具布置方法及地質(zhì)適應(yīng)性研究等方面。如:宋克志等［1］、夏毅敏等［2］分別對(duì)刀具破巖過程、刀具與巖石相互作用機(jī)制、最優(yōu)破巖刀間距等進(jìn)行了研究;張?jiān)奴@等［3］、夏曉中［4］分別研究了盾構(gòu)刀具的動(dòng)態(tài)磨損規(guī)律、磨損原因及應(yīng)對(duì)措施等;陳雷［5］、閆洪等［6］對(duì)盾構(gòu)刀具所使用材料的處理工藝進(jìn)行了分析;張國(guó)京［7］對(duì)比分析了不同刀具在不同布置方式下的地質(zhì)適應(yīng)特性。關(guān)于盾構(gòu)刀具技術(shù)已有一定的研究成果，但卻不夠系統(tǒng)和全面，對(duì)刀具所涉及的關(guān)鍵技術(shù)范圍也未得以明確，本文將盾構(gòu)刀具關(guān)鍵技術(shù)分為結(jié)構(gòu)、材料、制造工藝及磨損檢測(cè)等方面進(jìn)行研究，并對(duì)各自最新發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。

1 盾構(gòu)刀具概述及發(fā)展歷程

1.1 刀具種類及適應(yīng)性分析

1)滾壓破巖刀具。滾壓破巖刀具簡(jiǎn)稱滾刀，主要適用于巖石地層，是指不僅隨刀盤中心軸公轉(zhuǎn)，還同時(shí)沿刀軸作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的破巖刀具。主要由刀圈、刀體、刀軸、軸承、金屬浮動(dòng)密封環(huán)、刀蓋及聯(lián)接螺栓等組成。

滾刀按刀圈外徑規(guī)格一般分為 12″，15.5″，17″及 19″等系列(如表1所示)。目前國(guó)內(nèi)地鐵盾構(gòu)所用刀具主要為17″;成都地鐵盾構(gòu)使用的18″正滾刀，增加了刀體兩端厚度、堆焊了耐磨層，有效增加了滾刀的破巖與耐磨效果，增加了滾刀的使用壽命，減少了換刀次數(shù)。

表1 滾刀尺寸系列Table 1 Hob size series

根據(jù)刀刃的形狀，滾刀可分為齒形滾刀(鋼齒和球齒，如圖1所示)和盤形滾刀(鋼刀圈滾刀和球齒刀圈滾刀，如圖2所示)。

2)切削刀具。切削刀具是指只隨刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)而沒有自轉(zhuǎn)的刀具，主要適用于軟土地層。切削刀具種類繁多，目前盾構(gòu)常用的切削刀具主要有邊刮刀、切刀(如圖3所示)、齒刀、先行刀、貝殼刀及魚尾刀等。

切削型刀具適用于未固結(jié)成巖的軟土地層和某些全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化的軟巖地層，一般破巖能力在單軸抗壓強(qiáng)度20 MPa以下。對(duì)于如上海地區(qū)、天津、西安、鄭州等均一的軟土地層，通常只使用切刀、邊刮刀類刀具就可以了。

3)沖擊破巖刀具。沖擊破巖刀具主要指撕裂刀，用于破碎砂卵石。撕裂刀隨刀盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生沖擊慣性能量，對(duì)卵石、礫石和漂石等進(jìn)行“錘擊”破碎(如圖4所示)。

圖1 齒形滾刀Fig.1 Tooth-shaped hob

圖2 盤形滾刀Fig.2 Disc cutter

4)輔助刀具。主要包括周邊刮刀、保徑刀、超挖刀及仿形刀等。

1.2 刀具性能差異性分析

刀盤可分為3個(gè)不同的區(qū)域:中心區(qū)、正面區(qū)及邊緣區(qū)。其承擔(dān)的破巖量和刀具的受力特性存在較大的差異，因而刀具的性能也有差別。

1)中心區(qū)。中心區(qū)空間小，滾刀轉(zhuǎn)彎半徑小，滾刀滑動(dòng)加滾動(dòng)，承受軸向力大。刀盤中心區(qū)域刀具轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度較小，磨損也相對(duì)較小。中心刀是魚尾刀或羊角刀時(shí)，高度比其它刀具要高，起到預(yù)先疏松土體的作用。

圖3 切削刀具Fig.3 Cutting tool

圖4 撕裂刀及破巖效果Fig.4 Tearing knife and its rock-breaking effect

2)正面區(qū)。該區(qū)處于中心區(qū)和邊緣區(qū)之間，工作時(shí)刀具正對(duì)著掌子面，有一定的轉(zhuǎn)彎半徑，是以純滾動(dòng)工作，又有足夠的布置空間，該區(qū)的滾刀稱為正滾刀，在掘進(jìn)中，純滾動(dòng)無論是刀具軸承壽命還是刀圈壽命都較高。

3)邊緣區(qū)。位于刀盤邊沿，刀具承擔(dān)的破巖量大，且受力復(fù)雜，還要保證開挖直徑，刀圈允許磨損量與正滾刀相比較小，刀間距減小。有時(shí)還對(duì)刀圈形狀和刀體進(jìn)行特殊處理，做成專用邊滾刀。邊滾刀壽命一般較低。

1.3 刀具技術(shù)國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程

國(guó)內(nèi)刀具技術(shù)的發(fā)展主要分為初始階段、引進(jìn)消化吸收階段和自主創(chuàng)新階段。

1)初始階段。以滾刀研發(fā)為主，其主要特點(diǎn)是直徑小，一般在400 mm以下;承載能力低，在10 t左右;全部安裝在國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)上;刀圈材料差異很大;刀具非正常損壞較多，大于50%。

2)引進(jìn)消化吸收階段。主要特點(diǎn)是國(guó)外施工公司使用國(guó)外盾構(gòu)和刀具在我國(guó)施工或國(guó)內(nèi)企業(yè)引進(jìn)國(guó)外盾構(gòu)及刀具施工。國(guó)內(nèi)施工單位、科研院所和刀具制造企業(yè)聯(lián)合對(duì)進(jìn)口刀具進(jìn)行攻關(guān)。

3)自主創(chuàng)新階段。主要特點(diǎn)是國(guó)產(chǎn)或與國(guó)外聯(lián)合制造的盾構(gòu)大量涌現(xiàn);盾構(gòu)施工企業(yè)增加，遇到的刀具技術(shù)問題增多;刀具研發(fā)單位迅速增加;國(guó)家863計(jì)劃、火炬計(jì)劃、創(chuàng)新基金等大力支持;刀具制造與應(yīng)用技術(shù)明顯提高，刀具品種增加。

2 盾構(gòu)刀具關(guān)鍵技術(shù)及最新發(fā)展

2.1 刀具結(jié)構(gòu)

1)梯度結(jié)構(gòu)刀圈。刀圈硬度呈梯度分布(如圖5所示)，刃口硬度高，芯部韌性好，刀圈具備良好的耐磨性能和耐沖擊性能，適合全斷面硬巖、上軟下硬復(fù)合巖層和高磨蝕性巖層的掘進(jìn)。

圖5 梯度結(jié)構(gòu)刀圈Fig.5 Cutter ring with gradient structure

2)新型刀轂結(jié)構(gòu)。刀轂蓋住端蓋(如圖6所示)，渣土首先沖擊或磨損刀轂，有效保護(hù)端蓋，避免因端蓋變形造成密封過早失效;這種創(chuàng)新型設(shè)計(jì)，使外部入侵的泥沙路徑增加，阻力增加，泥沙對(duì)浮動(dòng)密封的沖擊大大降低，從而能夠提高浮動(dòng)密封的可靠程度。

3)內(nèi)腔帶壓滾刀。設(shè)計(jì)有單向閥(如圖7所示)，以保證滾刀內(nèi)部帶一定壓力(初裝壓力250 kPa)，能防止泥漿滲入內(nèi)腔損毀軸承和密封，使內(nèi)部潤(rùn)滑更加充分，能有效防止?jié)L刀偏磨。

圖6 新型刀轂Fig.6 Novel cutter hub

圖7 內(nèi)腔帶壓滾刀Fig.7 Hob with cavity pressure

4)滾刀內(nèi)外壓力平衡裝置。滾刀內(nèi)外壓力平衡裝置(如圖8所示)是通過刀軸內(nèi)孔將外部壓力引入滾刀內(nèi)腔，使外部壓力與內(nèi)腔壓力平衡。目前主要應(yīng)用于泥水盾構(gòu)。

圖8 滾刀內(nèi)外壓力平衡裝置Fig.8 Pressure balancing device

2011年，國(guó)家科技部將“盾構(gòu)刀具集成制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”列入“十二五”科技支撐計(jì)劃，近3年來，盾構(gòu)國(guó)產(chǎn)刀具取得了重大技術(shù)突破。主要表現(xiàn)在新研制的滾刀刀圈表面硬度≥60 HRC，心部沖擊韌性≥15 J/cm2，滾刀軸承裝配精度同軸度達(dá)到0.01 mm。新開發(fā)的硬質(zhì)合金齒刀、切刀，刀體采用合金工具鋼制造，硬度大于HRC32;耐磨堆焊采用等離子堆焊與保護(hù)氣體焊接，表面硬度大于HRC62;焊接采用中高頻焊機(jī)，銀釬焊料焊接，破壞性焊接強(qiáng)度檢測(cè)與超聲波無損檢測(cè)相結(jié)合，有效保證了焊接質(zhì)量。

2.2 刀具材料

2.2.1 新型硬質(zhì)合金刀圈

國(guó)內(nèi)刀圈材料普遍采用H13鋼材作為刀圈的首選材料，并嘗試采用萊氏體模具鋼作為滾刀圈新材質(zhì)，利用特殊熱處理工藝研制新型刀圈，萊氏體模具鋼具有很高的淬透性、淬硬性和紅硬性，熱處理后可獲得較高的耐磨性能。而日本、韓國(guó)等采用SKD 11的材料制作刀圈。

針對(duì)普通盾構(gòu)滾刀在開挖全斷面硬巖，尤其是地層單軸抗壓強(qiáng)度在120 MPa以上的全斷面硬巖和上軟下硬復(fù)合地層時(shí)滾刀刀圈材料磨損嚴(yán)重、掘進(jìn)距離短的問題。株洲鉆石鉆掘工具有限公司設(shè)計(jì)了一種新型可鍛硬質(zhì)合金刀圈［8］，其性能指標(biāo)為表面硬度HRC達(dá)到60以上，沖擊韌性≥15 J/cm2，并且內(nèi)部非工作區(qū)硬度應(yīng)稍低，形成內(nèi)軟外硬的梯度結(jié)構(gòu)。在這種滾刀刀圈合金鋼的成分設(shè)計(jì)上應(yīng)全面考慮該合金鋼應(yīng)具有良好的淬透性、淬硬性和良好的回火穩(wěn)定性。

2.2.2 粗晶顆粒硬質(zhì)合金

根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，硬巖及軟硬不均對(duì)盾構(gòu)切刀能產(chǎn)生巨大的破壞作用。切削類刀具更換最為頻繁的是在硬巖地層、砂卵石地層及含大量漂石的地層，它使得刀具的刃口部位承受很大的沖擊荷載，同時(shí)刀具在與巖石不斷地摩擦，不可避免的產(chǎn)生熱量，硬質(zhì)合金處于不斷地升降溫循環(huán)中，合金表面出現(xiàn)熱疲勞裂紋，裂紋不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致刀具損壞。若在軟巖中夾雜有堅(jiān)硬巖石，刀具在切割硬巖的瞬間受到極大的剪切應(yīng)力，極易出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象。盾構(gòu)刀具切刀失效的主要機(jī)理為沖擊、沖擊疲勞以及熱疲勞裂紋。因此，對(duì)盾構(gòu)切削類刀具用硬質(zhì)合金提出的要求就是:高導(dǎo)熱性，低熱膨脹系數(shù)，以保證最小的熱裂紋長(zhǎng)大速率，良好的抗疲勞沖擊特性。

株洲鉆石鉆掘工具有限公司針對(duì)盾構(gòu)刀具的工況特點(diǎn)及盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展的需求，聯(lián)合株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)設(shè)計(jì)開發(fā)了ZS01牌號(hào)的超粗晶硬質(zhì)合金。ZS01牌號(hào)超粗晶硬質(zhì)合金具有良好的耐磨性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性和低的熱膨脹系數(shù)，良好的抵御疲勞沖擊性能，性能優(yōu)于其他常規(guī)結(jié)構(gòu)盾構(gòu)刀用硬質(zhì)合金。

2.2.3 新型耐磨堆焊材料

普通的鑄造碳化鎢焊條由于WC含量過高導(dǎo)致表面裂紋很多，這樣的耐磨層是經(jīng)受不了外界巖石頻繁而又巨大的沖擊的，很容易造成堆焊層的剝落。同時(shí)，由于堆焊層采用氣焊的方式，很容易造成堆焊層氣孔的出現(xiàn)，直接表現(xiàn)為堆焊層疏松，影響堆焊層的抗沖擊性和耐磨性。

現(xiàn)已有單位根據(jù)盾構(gòu)刀具的使用環(huán)境經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，對(duì)焊條的材質(zhì)和成分進(jìn)行調(diào)整，降低WC含量，增加微量金屬含量的同時(shí)里面還添加了Nb等元素，形成低摩擦因數(shù)的碳化鈮硬質(zhì)項(xiàng)，保證焊后硬度達(dá)到HRC63－65。同時(shí)由于提高了Ni和V的含量，并添加了Ni這種金屬元素，使得堆焊層組織具有更好的韌性，堆焊層裂紋急劇減少，同時(shí)與鋼基體結(jié)合強(qiáng)度更好，刀具不容易發(fā)生脫落。另外由于多種元素的加入，提高了焊條的焊接工藝性能，焊接過程中飛濺小、成型好。

2.3 制造工藝

刀具制造的工藝主要包括:鋼材冶煉的真空熔煉工藝和電渣重熔工藝、鍛造成型的模鍛成型工藝、真空熱處理工藝、數(shù)控加工工藝、真空釬焊和中頻釬焊工藝、裝配工藝等［9－10］。

2.3.1 熔煉及鍛造

刀圈鍛造一般有以下幾種鍛造工藝:1)先鑄造成型再模鍛，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)鍛造設(shè)備噸位要求低，容易制作;缺點(diǎn)是內(nèi)部鋼材紋理、晶粒、致密度不好，碳化物聚集，造成成品刀圈容易崩裂。2)圓鋼先熱沖孔再碾環(huán)，優(yōu)點(diǎn)是熱鍛成型，節(jié)約材料;缺點(diǎn)是大部分屬于手工操作，鍛造時(shí)間長(zhǎng)，始鍛溫度和終鍛溫度掌握不好，廢品率高，如果在碾環(huán)之前沒經(jīng)過三向鍛造，則碳化物不能擊碎。國(guó)內(nèi)多數(shù)廠家主要采用模鍛方式進(jìn)行刀圈的生產(chǎn)，然后輔助以車加工處理，這樣金屬流線自然就被打斷，從而造成刀圈容易斷裂。

為了提高刀圈的抗裂、抗崩性能，采用中頻感應(yīng)真空熔煉爐熔煉，刀圈的鍛造工藝可采用輥鍛方式，這樣可使刀圈毛坯金屬流線分布合理。

2.3.2 等溫球化退火

根據(jù)滾刀使用的工況條件和合金鋼材的熱處理特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合金的熱處理工藝為高溫淬火加二次高溫回火。高溫淬火的目的是保證碳化物充分溶解，獲得均勻的奧氏體組織。高溫回火能夠保證淬火應(yīng)力的消除，通過析出小的碳化物產(chǎn)生二次硬化，保證材料有高硬度和耐磨性，同時(shí)具有一定的韌性。

2.3.3 熱處理工藝

刀具熱處理一般通過真空爐多用爐進(jìn)行熱處理。但作為破巖的工具，要求刀圈必須具有高的硬度，但高硬度就存在著崩裂的風(fēng)險(xiǎn)。目前已研制出刀圈梯度硬度工藝和設(shè)備，通過刀圈的梯度硬度使刀圈刃部硬度高，利于破巖，心部硬度低，增強(qiáng)韌性，不易崩裂。刀圈熱處理后，刀圈和刀體配合安裝后的內(nèi)部應(yīng)力也不可忽視，這是造成刀圈斷裂的主要原因之一［11］。

2.4 刀具失效分析及磨損檢測(cè)技術(shù)

2.4.1 刀具失效形式

1)滾刀失效形式。滾刀失效的形式主要有正常磨損;偏磨、多邊形弦磨(如圖9所示)，刀圈斷裂、擋圈磨損或脫落，滾刀漏油(密封損壞)，輪轂?zāi)p，油封座損壞及軸承損壞等。

軸承損壞主要有:破損或滾道劃出溝槽，疲勞點(diǎn)蝕，磨損或是軸承保持架破損，滾子損壞及壓坑/震蝕等。

圖9 滾刀破壞形式Fig.9 Failure types of disc cutter

2)切削刀具失效形式。磨損是導(dǎo)致切刀、先行刀、周邊刮刀等切削刀具失效的主要原因，如圖10所示。

2.4.2 刀具失效原因分析

1)質(zhì)量穩(wěn)定性。受刀具設(shè)計(jì)、選材、生產(chǎn)設(shè)備條件、工藝技術(shù)水平、檢測(cè)手段和組織管理等因素的影響，刀具的質(zhì)量穩(wěn)定性有待提高。刀具因其質(zhì)量問題，在使用中表現(xiàn)為以下形式的非正常失效:刀圈不耐磨、斷裂或崩裂，軸承或密封損壞，刀體崩裂或變形，切刀或邊刮刀的合金脫落或崩裂(如圖11所示)。

2)刀具現(xiàn)場(chǎng)管理。刀具的現(xiàn)場(chǎng)管理是保障盾構(gòu)安全和高效施工的有效手段之一。在盾構(gòu)施工過程中，不僅需要合理的刀具配置，而且要從建立刀具檔案、制定科學(xué)的換刀計(jì)劃、正確使用刀具及定期檢查刀具等方面采取相應(yīng)的措施，以使得刀具在實(shí)際使用過程中達(dá)到最優(yōu)效果。

圖10 失效的切削刀具Fig.10 Damaged cutting tools

3)刀具安裝形式。盾構(gòu)與TBM相比，由于盾構(gòu)刀盤的雙向旋轉(zhuǎn)(TBM是單向旋轉(zhuǎn))，刀具在使用過程中，受到的載荷不均，因交變載荷造成疲勞(螺栓連接)失效。

4)受力變化頻繁。在軟弱地層時(shí)，刀具在掘進(jìn)過程中所受載荷變化為偏置的正弦曲線;上軟下硬地層時(shí)，刀具在掘進(jìn)過程中，由于受到隧道底部基巖作用，受到的沖擊，動(dòng)載荷突變。

5)密封失效。浮動(dòng)金屬環(huán)密封失效形式:密封的破損、表面熔化、磨損。密封失效原因:裝配誤差、阻力太大、密封內(nèi)部壓力過低、長(zhǎng)期未使用生銹。

2.4.3 刀具磨損檢測(cè)技術(shù)

2.4.3.1 刀具磨損檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

1)開艙檢查。這是最常用、最直接、最可靠的方法，停機(jī)后由人工進(jìn)艙對(duì)刀具進(jìn)行逐個(gè)檢查。在不穩(wěn)定地層中，開艙前需首先進(jìn)行地層加固或帶壓作業(yè)，方可入艙檢查。開艙檢查雖直接有效，但卻存在很高的風(fēng)險(xiǎn)，很可能由于掌子面不穩(wěn)定而造成地面坍塌等事故。

圖11 質(zhì)量不可靠引起的刀具破壞Fig.11 Cutter damage caused by poor quality

2)磨損感應(yīng)裝置。在刀具內(nèi)安裝液壓或電子傳感器系統(tǒng)，一旦刀具磨損到一定程度就自動(dòng)報(bào)警或指示。滾刀磨損感應(yīng)裝置則是采用液壓油缸從刀盤伸出至滾刀刃尖，通過比較伸出行程與磨損前行程的差值判斷滾刀的磨損量［12］。此外還有一些采用液壓短路、光纖維短路或超聲波等方式來判斷滾刀磨損的感應(yīng)裝置。由于感應(yīng)裝置只能在少量刀具上安裝，應(yīng)用范圍小，使用效果受到很大限制。

3)通電式刀具磨損檢測(cè)。在刀具制作時(shí)先將電線埋入刀具中，隨著盾構(gòu)的掘進(jìn)，當(dāng)?shù)毒吣ズ倪_(dá)到限定磨耗量時(shí)，通電電線被磨斷，于是電路斷路，通知外界。該方法簡(jiǎn)單直接，但不能連續(xù)定量檢測(cè)刀具磨損的進(jìn)展情況。針對(duì)切削類的盾構(gòu)刀具，可優(yōu)化設(shè)計(jì)通電式傳感裝置，實(shí)現(xiàn)連續(xù)定量檢測(cè)磨損量。按間距設(shè)置多支通路隨刀具磨損，使用單片機(jī)控制選通其中支路，通過電量判斷其通斷，從而得知刀具的磨損量。

2.4.3.2 磨損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展方向

實(shí)時(shí)獲取刀具的磨損量對(duì)研究刀具的磨損規(guī)律、刀具壽命預(yù)測(cè)、刀具設(shè)計(jì)、刀盤刀具布置優(yōu)化、刀具消耗量的估計(jì)以及施工成本預(yù)測(cè)等具有重要意義。實(shí)時(shí)獲取刀具的磨損量是發(fā)展的趨勢(shì)，但成本是一個(gè)最大的制約因素。具有可行性的磨損檢測(cè)技術(shù)有如下幾種:

1)切刀磨損測(cè)量。利用超聲波傳感器進(jìn)行測(cè)量，利用同一個(gè)發(fā)射接收電路，實(shí)現(xiàn)多通道的采集。

2)滾刀磨損測(cè)量。利用電渦流傳感器進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行兩個(gè)方位同時(shí)測(cè)量，監(jiān)測(cè)滾刀刀圈的磨損及轉(zhuǎn)速。

3)刀具可視化測(cè)量。利用攝像頭等在盾構(gòu)停機(jī)時(shí)進(jìn)行測(cè)量，以減少開艙檢查的次數(shù)。

3 結(jié)論與討論

論文對(duì)盾構(gòu)刀具關(guān)鍵技術(shù)及其最新發(fā)展進(jìn)行了分析與研究，能夠?yàn)槎軜?gòu)刀具優(yōu)化設(shè)計(jì)及盾構(gòu)施工中的刀具管理提供一定的參考。針對(duì)目前國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)刀具種類多、品牌多、質(zhì)量參差不齊、性能差異較大的現(xiàn)狀，建議從以下3個(gè)方面開展相關(guān)研究工作:

1)刀具適應(yīng)性理論及技術(shù)研究。主要側(cè)重于刀盤刀具整體動(dòng)態(tài)破巖機(jī)理，刀具壽命預(yù)測(cè)管理技術(shù)，刀具磨損量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)，刀具快速更換技術(shù)研究等方面。

2)高效破巖刀具技術(shù)研究。開發(fā)適用于特殊地質(zhì)條件的刀具:①極硬巖、高地溫、高水壓等特殊極端地質(zhì);②砂卵石、漂石、孤石等地質(zhì)條件;③軟硬不均地層;④高水壓條件下可常壓更換的刀具。

3)刀具技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究。包括:①加強(qiáng)行業(yè)管理，規(guī)范市場(chǎng)行為，促進(jìn)刀具系列化和標(biāo)準(zhǔn)化;②統(tǒng)一刀圈內(nèi)孔與刀體之間的配合公差及內(nèi)孔處厚度尺寸，制定刀圈耐磨性、抗斷裂性等硬性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)刀圈的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展;③推進(jìn)滾刀本體的標(biāo)準(zhǔn)化、軸承及密封標(biāo)準(zhǔn)化;④制定不同地質(zhì)情況下刀具性能指標(biāo)及配置方案。

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