标准 GB DIN JIS NF ASTM
牌号
C
4Cr5MoSiV1 0.32-0.42
X40CrMoV51Βιβλιοθήκη 0.37-0.42SKD61
0.32-0.42
X40CrMoV5 0.36-0.44
H13
0.32-0.45
Mn
0.2-0.5 0.3-0.5 ≤0.5 0.2-0.5 0.2-0.5
Si
0.8-1.2 0.9-1.2 0.8-1.2 0.8-1.2 0.8-1.2
3.盘型滚刀的材料和性能
• 3.1刀圈的材料
根据刀圈的工作条件，刀圈材料应满足以下性能： 1)高的屈服强度，避免刀刃端在高应力下压溃变形； 2) 足够高的硬度，增加耐磨性，减少刀圈磨损； 3) 良好的冲击韧性，提高材料裂纹扩展功，防止刀圈断裂； 4)良好的抗回火性能，提高材料的热稳定性，保证刀圈在热装和滚压 岩体过程中不降低硬度。 5)良好的热加工和冷加工的工艺性能，材料成本低，制造方便，提高 产品合格率。
滚动刀具(滚刀) 滚动刀具是指不仅随刀盘转动，还同时作自转运动的破岩刀
具。 根据刀刃的形状滚刀可分为：齿形滚刀（钢齿和球齿）、盘
形滚刀（钢刀圈滚刀和球齿刀圈滚刀）。见图 根据安装位置滚刀可分为：正滚刀、中心滚刀、边滚刀、扩
孔滚刀。 目前盾构掘进机滚刀主要是盘形滚刀，盘形滚刀又有单刃、
双刃和多刃。
1.2 刀具破岩机理
Cr
0.17-0.37 0.6-0.9
≤0.4
0.9-1.2
0.15-0.35 0.6-1.0
≤0.4
0.9-1.2
0.15-0.35 0.7-0.9
Mo
Ni
0.15-0.25
0.15-0.3 0.9-1.2
0.15-0.30 1.6-2.0
0.15-0.3 1.3-1.7
0.2-0.3
1.65-2.0
4.75- 1.1- 0.8-
5.5
1.75 1.2
Robbins 0.39 0.53 0.65 0.018 0.009 0.84 0.24 刀圈实测
1.62 0.25
Wirth 刀圈实测
0.50 0.76
0.32 0.032 0.019 5.15
1.17 0.72 0.25 0.13
各国工具钢材料标准比较
2．1 滚刀的内部结构 滚刀的内部结构是保证滚刀工作时正常旋转的关键，通常是 由轴承、密封、润滑油脂组成。根据刀具的发展，大体经历 了三个阶段，即有三种结构。
2．2 刀具安装结构 安装结构是为了把滚刀即方便又可靠的安装在刀盘上。常用 的安装形式有如下几种。
2．3 刀具刀刃结构形状 刀刃是用来破岩的，通常有齿形和盘形两大类，每一类往往 又有多种不同的刀刃形状。如下图.
Cr
4.75-5.5 4.8-5.5 4.5-5.5 4.8-5.5 4.75-5.5
Mo
V
1.1-1.75 0.8-1.2 1.2-1.5 0.9-1.1 1.0-1.5 0.8-1.2 1.2-1.5 0.85-1.15 1.1-1.75 0.8-1.2
标准 GB DIN JIS NF ASTM
各类刀具的主要破岩机理
刀具类型
刮削
主要 破岩 机理
剪切 龟裂 挤压
研磨
运动形式
刀齿形状
刮刀 ☆
滑动 刨刀状
楔齿滚刀
☆ ☆ 滚动+微滑 楔状
球齿滚刀 盘形滚刀
☆ ☆ 滚动+滑动 球面状
☆ ☆
滚动+滑动 楔状
2．盾构机滚刀的结构 滚刀结构如图所示。它们主要由刀圈、刀体(套)、刀轴、轴承、 金属浮动密封环、刀盖(座)及联接螺栓等件组成。
盾构掘进机刀具综述
晁焕清 王汉章 邹恒 洛阳九久技术开发有限公司
主要内容 1.盾构机刀具的类型和破岩机理 2.盾构机刀具的结构 3.盘型滚刀的材料和性能 4.刮刀的结构和性能 5.盾构机刀具的应用及对地层的适应性 6.提高盾构机刀具寿命的途径
1 盾构机刀具的类型和破岩机理
1.1 盾构机刀具常用类型 目前使用的刀具一般分为两大类:刮削刀具、滚动刀具 刮削刀具(刮刀、割刀) 刮削刀具是指只随刀盘转动而没有自转的破岩刀具，刮削刀具 的种类繁多，目前盾构掘进机上常用的刮削刀具类有边刮刀、 刮刀、切刀、齿刀、先行刀、仿形刀、刮板等。
各国合金结构钢材料标准比较
牌号 40CrNiMoA 36CrNiMo4 SNCM439 40NCD3 4340
C 0.37-0.44 0.32-0.40 0.36-0.43 0.37-0.44 0.38-0.43
Mn 0.5-0.8 0.5-0.8 0.6-0.9 0.6-0.9 0.6-0.8
Si
刮削类刀具的工作原理 在刀盘推力的作用下，刮刀嵌如岩渣或岩层中，刀盘带动
刀具转动时刮削岩层，在掌子面形成一环环犁沟，特点是效 率高，刀盘转动阻力大。 在软土地层或滚刀破碎后的渣土通
过刮刀进行开挖，渣土随刮刀正面进入渣槽，因此刮刀既具 有切削的功能也具有装载的功能。
盘形滚刀工作原理
刀盘在纵向油缸施加的推力作用下，使其上的盘形滚刀压 入岩石；刀盘在旋转装置的驱动下带动滚刀绕刀盘中心轴公 转，同时各滚刀还绕各自的刀轴自转，使滚刀在岩面上连续 滚压。刀盘施加给刀圈推力和滚动力（转矩），推力使刀圈 压入岩体，滚动力使刀圈滚压岩体。通过滚刀对岩体的挤压 和剪切使岩体发生破碎，在岩面上切出一系列的同心圆（见 图）。
P
类别
S
Cr
Mo
V
9Cr2Mo
0.85- 0.20.95 0.4
0.2- ≤0.03 ≤0.03 1.4- 0.2-0.4
0.4
2.0
6Cr4Mo2W2V 0.5- 0.2- 0.2- ≤0.01 ≤0.02 3.5- 2.0-3.0 1.0-
0.7 0.4 0.4
4.5
1.5
Ni Cu
4Cr5MoSiV1 0.32- 0.2- 0.80.42 0.5 1.2
国外刀圈性能 表2
类别
X50CrMoV51 (Wirth刀圈实测)
4340 Robbins刀圈实测
σb(M pa)
δ5%
2050 5.5
Ψ% aK(J/Cm2)
目前的滚刀刀圈有两大类：整体耐磨钢材料和镶有硬质合金球齿 的刀具材料。
整体耐磨钢刀圈材料主要以合金工具钢为主，也有合金结构钢， 硬度在HRC52-59, 它的特点是可以承受较大的冲击，并具有较高的耐 磨性能，刀具制造费用较低，适用地层范围广，从软岩、中硬岩到硬 岩都可选用。
常用刀圈材料成分
C
Si Mn