H13鋼滾刀刀圈磨損行為及磨損量預(yù)測方法研究.pdf

1、本文以盾構(gòu)滾刀刀圈為研究對象，針對我國新一代盾構(gòu)機(jī)降低滾刀磨損量的迫切要求，開展了滾刀刀圈摩擦磨損性能的研究。在盾構(gòu)施工現(xiàn)場調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析了盾構(gòu)滾刀的主要失效形式及失效機(jī)理。利用非線性有限元軟件Abaqus研究了沖蝕速率、沖蝕角、磨粒粒徑對刀圈材料(H13鋼)沖蝕磨損行為及殘余應(yīng)力的影響;模擬了H13鋼滾刀破巖過程，并結(jié)合Archard磨損量計算公式提出了滾刀刀圈磨損量預(yù)測方法。本文研究結(jié)果表明:
　　1、深圳地鐵二號線222

2、6標(biāo)段施工過程中滾刀最主要的失效形式為刀圈正常磨損，占失效滾刀總數(shù)的85％。刀圈偏磨占失效滾刀總數(shù)的10％，刀圈斷裂占4％。刀圈斷裂的機(jī)制為脆性崩斷，崩斷的主要原因是:刀圈組織中存在帶狀組織及以VC為主的一次MC型碳化物(碳化物分布不均勻，平均尺寸5～20μm)，使刀圈韌性降低。
　　2、500μm的磨粒（剛體）以相同速度先后2次沖蝕H13鋼，單次沖蝕磨損率與沖蝕速度均滿足指數(shù)關(guān)系。第1次沖蝕，指數(shù)值為2.46;第2次沖蝕，指數(shù)值

3、達(dá)到2.68，升高9％。對于單磨粒沖蝕，沖蝕率隨沖蝕角的增大先升高后降低，當(dāng)沖蝕速度為75 m/s、磨粒粒徑為500μm時，最大沖蝕率為0.85 mm3/g，對應(yīng)的沖蝕角為60°。
　　3、磨粒（花崗巖）沖蝕后，H13鋼表面的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力，殘余應(yīng)力值沿垂直于沖蝕面的方向先升高后降低。當(dāng)沖蝕速度為75 m/s、沖蝕角為60°、磨粒粒徑為300μm時，殘余應(yīng)力在距表面64μm處達(dá)到最大值689 MPa，在距表面223μm處，殘余壓