CN113278789A - 复杂泉域条件下的盾构机刀座及制造方法 - Google Patents
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Abstract
复杂泉域条件下的盾构机刀座及制造方法，属于盾构机领域，用于解决泉域等复杂地貌环境盾构机刀盘易腐蚀易磨损和易结泥饼等问题。本发明所述的复杂泉域条件下的盾构机刀座包括刀座本体和固体润滑涂层，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利用激光熔覆技术制备固体润滑涂层。所述的固体润滑涂层具有良好的润滑性、高承载能力和使用方便等优点。本发明在刀座端面激光熔覆涂固体润滑涂层并进行表面处理，减小刀座端面与岩层切削物的摩擦系数，降低到盘磨损速率；同时有利于渣土排除，降低盾构刀盘结泥现象，从而延长盾构机刀盘更换维修周期，提高盾构施工效率和降低施工成本。
Description
技术领域
本发明属于盾构机领域，涉及一种复杂泉域条件下的盾构机刀座及制造方法。
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。盾构机地下施工会遭遇各种地质层：石英等高研磨性物质含量较高的地质层对刀座磨损性较强；蒙脱石及绿泥石等富含粘土矿物质岩层易附着在刀座上，形成渣土堆积，进而逐渐变成坚固的泥饼，降低刀具的切削能力。无论是刀盘刀具磨损还是形成泥饼，都需要停机修复刀座，从而降低盾构施工效率和增加施工成本。
随着国民经济飞速发展，基础设施建设日新月异，在高铁、高速公路、地铁建设高歌猛进，隧道专用设备，盾构机从引进到国内生产已大量的普及，作为盾构机刀座越来越重要，而复杂地域条件下的盾构机刀座更加重要。
盾构机刀座在工作过程为盾构机刀具提供支撑作用，不仅承受刀盘对它的推力和扭矩及岩石对它的强烈冲击与磨损作用，还会因为很多不确定因素造成受力不均而磨损或腐蚀，复杂的地下环境会造成盾构机刀座腐蚀，形成泥饼，降低盾构机的工作效率以及速度。
现有的盾构机刀座不能满足在复杂泉域地貌工作中防锈蚀防泥饼形成，因此有必要设计一种适用于复杂泉域地貌环境的盾构机刀座，以克服上述问题。
发明内容
本发明针对上述问题，为解决盾构机刀座在复杂泉域地貌工作时易锈蚀、易结泥饼等问题，提供了一种复杂泉域条件下的盾构机刀座及制造方法，为盾构机刀座的研究提供新的材料及工艺方法，本发明解决其技术问题的技术方案是在刀座端面利用激光熔覆技术涂覆固体润滑涂层。
本发明提供的一种复杂泉域条件下的盾构机刀座及制造方法，步骤如下：
1）利用激光冲击强化技术对盾构机刀座端面进行强化；2）按照3：1的比例像54%二硫化钼中加入去离子水/乙醇混合物进行高压扭转制成粉末；3）将上述粉末与45%水性环氧树脂充分混合并球磨10-15h得到混合粉末；4）向52%的混合粉末中添加5%钛合金、26%镍铜合金、17%氧化铝，利用高压扭转得到固体润滑涂层粉末；5)利用激光熔覆技术将固体润滑涂层涂敷在筒形盾构机刀座端面。
上述步骤中去离子水/乙醇混合物作为分散介质，水性环氧树脂作为固体粘结剂，二硫化钼为润滑剂。
步骤1）所述激光强化技术冲击压力选择为：1500-3000Mpa，光斑直径为2-4mm。
步骤2）、步骤4）所述高压扭转参数为轴向压力为3Gpa，摩擦系数为1，扭转速度为0.1rad/s，扭转时长16s。
步骤5）所述激光熔覆粉末烘干温度为70-90℃，烘干时间为4-7h，保护气体为氩气，熔覆过程中送粉器送粉速率为5-15g/min，送粉器流量为3-10L/min。
步骤5）所述激光熔覆工艺参数为：激光功率为1500-3000w、扫面速度为10-30mm/s，三秒方式为单层条状往复扫描，上层与下层的扫描道夹角为50°-70°，相邻扫描道的间距为0.8-2mm。
所述的固体润滑涂层厚度为0.3mm。
所述的刀座本体为可拆卸式的筒状刀座。
与现有技术相比，本发明的优点明显：利用激光冲击强化技术强化了盾构机刀座本身强度，提高了耐磨性和耐腐蚀性，加入钛、镍等元素进一步提升了盾构机刀座的耐磨性和耐腐蚀性，通过激光熔覆技术将水性固体润滑涂层涂敷到盾构机刀座端面，不仅提高了盾构机刀座的耐腐蚀性和耐磨性，并且减小了盾构机刀座端面的摩擦系数，使盾构机工作中产生的岩层颗粒物快速排除避免了在泉域复杂地貌中盾构机刀座易使岩层颗粒物滞留堆积的问题，从源头上解决了盾构机易结泥饼的问题，提高了盾构机的工作效率，并且使盾构机在复杂泉域地貌下能狗拥有更长的工作周期，在不改变现有盾构机装置和参数等情况下，提高了盾构机的工作效率，侧面降低了运行成本。
附图说明：
图1为可拆卸刀座及其端面的固体润滑涂层剖面：1、可拆卸筒状刀座，2、固体润滑涂层。
图2为可拆卸刀座及其端面的固体润滑涂层正视图：1、可拆卸筒状刀座，2、固体润滑涂层。
具体实施方式：
本发明的盾构机刀座为可拆卸的筒状刀座，在安装盾构机刀具之前，对刀座端面首先进行激光冲击强化处理，其次利用激光熔覆技术向端面熔覆水性固体润滑涂层，以达到减小盾构机刀座端面摩擦系数、提高耐磨性和耐腐蚀性的目的。
实例一
1）利用激光冲击强化技术，选择冲击压力为1500Mpa、光斑直径为2mm对盾构机刀座端面进行强化；2）按照3：1的比例像54%二硫化钼中加入去离子水/乙醇混合物进行高压扭转制成粉末，高压扭转参数为轴向压力为3Gpa，摩擦系数为1，扭转速度为0.1rad/s，扭转时长16s；3）将上述粉末与45%水性环氧树脂充分混合并球磨10h得到混合粉末；4）向52%的混合粉末中添加5%钛合金、26%镍铜合金、17%氧化铝，利用高压扭转得到固体润滑涂层粉末，高压扭转参数为轴向压力为3Gpa，摩擦系数为1，扭转速度为0.1rad/s，扭转时长16s；5)将粉末在70℃下烘干7h，利用激光熔覆技术将固体润滑涂层涂敷在筒形盾构机刀座端面，保护气体为氩气，熔覆过程中送粉器送粉速率为5g/min，送粉器流量为3L/min；所述激光熔覆工艺参数为：激光功率为1500w、扫面速度为10mm/s，三秒方式为单层条状往复扫描，上层与下层的扫描道夹角为50°，相邻扫描道的间距为0.8mm。
实例二
1）利用激光冲击强化技术，选择冲击压力为2000Mpa、光斑直径为3mm对盾构机刀座端面进行强化；2）按照3：1的比例像54%二硫化钼中加入去离子水/乙醇混合物进行高压扭转制成粉末，高压扭转参数为轴向压力为3Gpa，摩擦系数为1，扭转速度为0.1rad/s，扭转时长16s；3）将上述粉末与45%水性环氧树脂充分混合并球磨12h得到混合粉末；4）向52%的混合粉末中添加5%钛合金、26%镍铜合金、17%氧化铝，利用高压扭转得到固体润滑涂层粉末，高压扭转参数为轴向压力为3Gpa，摩擦系数为1，扭转速度为0.1rad/s，扭转时长16s；5)将粉末在80℃下烘干4h，利用激光熔覆技术将固体润滑涂层涂敷在筒形盾构机刀座端面，保护气体为氩气，熔覆过程中送粉器送粉速率为7g/min，送粉器流量为5L/min；所述激光熔覆工艺参数为：激光功率为2000w、扫面速度为15mm/s，三秒方式为单层条状往复扫描，上层与下层的扫描道夹角为60°，相邻扫描道的间距为1mm。
实例三
1）利用激光冲击强化技术，选择冲击压力为3000Mpa、光斑直径为4mm对盾构机刀座端面进行强化；2）按照3：1的比例像54%二硫化钼中加入去离子水/乙醇混合物进行高压扭转制成粉末，高压扭转参数为轴向压力为3Gpa，摩擦系数为1，扭转速度为0.1rad/s，扭转时长16s；3）将上述粉末与45%水性环氧树脂充分混合并球磨12h得到混合粉末；4）向52%的混合粉末中添加5%钛合金、26%镍铜合金、17%氧化铝，利用高压扭转得到固体润滑涂层粉末，高压扭转参数为轴向压力为3Gpa，摩擦系数为1，扭转速度为0.1rad/s，扭转时长16s；5)将粉末在70℃下烘干6h，利用激光熔覆技术将固体润滑涂层涂敷在筒形盾构机刀座端面，保护气体为氩气，熔覆过程中送粉器送粉速率为10g/min，送粉器流量为10L/min；所述激光熔覆工艺参数为：激光功率为3000w、扫面速度为20mm/s，三秒方式为单层条状往复扫描，上层与下层的扫描道夹角为70°，相邻扫描道的间距为1mm。
Claims (7)
1.一种复杂泉域条件下的盾构机刀座及制造方法，其特征在于为盾构机刀座的研究提供新的材料及工艺方解决技术方案是在刀座端面利用激光熔覆技术涂覆固体润滑涂层，步骤如下：
1）利用激光冲击强化技术对盾构机刀座端面进行强化；2）按照3：1的比例像54%二硫化钼中加入去离子水/乙醇混合物进行高压扭转制成粉末；3）将上述粉末与45%水性环氧树脂充分混合并球磨10-15h得到混合粉末；4）向52%的混合粉末中添加5%钛合金、26%镍铜合金、17%氧化铝，利用高压扭转得到固体润滑涂层粉末；5)利用激光熔覆技术将固体润滑涂层涂敷在筒形盾构机刀座端面；
上述步骤中去离子水/乙醇混合物作为分散介质，水性环氧树脂作为固体粘结剂，二硫化钼为润滑剂。
2.根据权利要求1所述：步骤1）所述激光强化技术冲击压力选择为：1500-3000Mpa，光斑直径为2-4mm。
3.根据权利要求1所述：步骤2）、步骤4）所述高压扭转参数为轴向压力为3Gpa，摩擦系数为1，扭转速度为0.1rad/s，扭转时长16s。
4.根据权利要求1所述：步骤5）所述激光熔覆粉末烘干温度为70-90℃，烘干时间为4-7h，保护气体为氩气。
5.根据权利要求1所述：步骤5）所述熔覆过程中送粉器送粉速率为5-15g/min，送粉器流量为3-10L/min。
6.根据权利要求1所述：步骤5）所述激光熔覆工艺参数为：激光功率为1500-3000w、扫面速度为10-30mm/s，三秒方式为单层条状往复扫描。
7.根据权利要求1所述：步骤5）所述激光熔覆过程中上层与下层的扫描道夹角为50°-70°，相邻扫描道的间距为0.8-2mm。
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| Title |
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| 何丹农: "新世纪•新武器从书—纳米技术与纳米武器", 华东理工大学出版社, pages: 10 - 80 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023202088A1 (zh) * | 2022-04-15 | 2023-10-26 | 盾构及掘进技术国家重点实验室 | 一种盾构刀盘用防结泥饼钢板及其特性测试的模拟试验台及试验方法 |
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