Рис. 6-1. Виды резцов проходческих щитов

В настоящее время в Китае существует путаница в названиях резцов. Особенно часто путают скалывающие и зачищающие. Скалывающие резцы выполняют функцию основного резца для дробления породы. Зачищающие резцы выравнивают поверхность забоя и не рассчитаны на активное бурение. Поэтому в ходе работы проходческого щита предъявляются строгие требования к замене дробящих резцов, несоблюдение чего может привести к заклиниванию щита.

Также существует много названий для стержневых резцов, обычно связанных с его формой: ракушка, квадратный. Основной функцией стержневых резцов является разрезание породы на отдельные куски, что создает более благоприятные условия для работы скалывающих резцов. Его основной принцип работы заключается в использовании бокового удара резцов, создаваемого при вращении вместе с резцовой головкой, для дробления или разрезания породы.

1) Вращающиеся фрезы

(1) Виды вращающихся фрез

Вращающиеся фрезы по форме режущей кромки разделяются на зубчатые и дисковые. Среди зубчатых вращающихся фрез выделяют два вида: со сферическими зубьями и клиновидными (рис. 6-2).

Рис. 6-2. Зубчатые и дисковые вращающиеся фрезы: a) зубчатые; b) дисковые

По количеству дисков на оси дисковые вращающиеся фрезы разделяются на три вида: одно-, двух- и многодисковые. Двухдисковые вращающиеся фрезы обычно используют при работе в породе выветренного песчаника и глинистых грунтах, однодисковые – для более твердых пород (рис. 6-3).

Рис. 6-3. Вращающиеся фрезы с разным количеством дисков: a) однодисковые, b) двухдисковые и c) трехдисковые

По материалу кромки дисковые вращающиеся фрезы подразделяются на износостойкие, из стандартной стали, из сверхпрочной стали, с пластинами из твердых сплавов и другие. Кроме того, их применение зависит от типа пласта:

1. Износостойкие: подходят для проходки плотных пластов прочностью 40 МПа, гравелистых, песчаных, запесоченных глинистых и других пластов прочностью 80 – 100 МПа;

2. Из стандартной стали: подходят для проходки гравелистых пород прочностью 50 – 150 МПа, мраморных, песчаных и известняковых пластов;

3. Из сверхпрочной стали: подходят для проходки твердых пород прочностью 120 – 250 МПа, высокоабразивногй породы прочностью 80 – 150 МПа, например, гранита, диорита, порфира, серпентина и базальта;

4. С пластинами из твердых сплавов: подходят для проходки гранитной, базальтовой, порфировой, кварцитовой и других пластов прочностью 150 – 250 МПа.

(2) Форма сечения кромки резцов

На рис. 6-4 показаны различные формы сечения кромки дисковых вращающихся фрез, начиная от самых первых заостренных клиновидных форм (угол при вершине резца составляет 60°, 75°, 90° и 120°) и притупленных клиновидных форм (с аналогичной величиной угла) до близких к кромке постоянного сечения (угол при вершине резца θ0 < 20°, в том числе зауженная с плоским острием, зауженная с закругленным острием и широкая со сферическим острием), зазубренных, сварных и многих других форм. По сравнению с клиновидными формами вращающихся фрезы с кромками постоянного сечения (Constant cross section (CCS)) обладают хорошим соотношением частоты замены резцов, их стоимостью и глубиной врезания, а также подходящей шириной, что обеспечивает сохранение эффективной резки при возникновении абразивного износа.

2) Скалывающие резцы

(1) Функция скалывающих резцов

Рис. 6-4. Схематическое изображение клиновидной кромки: a) заостренная клиновидная; b) притупленная клиновидная; c) зауженная с плоским острием, d) зауженная с закругленным острием и e) широкая со сферическим острием

(2) Конструктивное оформление резка Резак состоят из твердосплавного лезвия и тела резка. В том числе твердосплавное лезвие впаяно к телу резка. В зависимости от способа пайки лезвия могут делиться на адгезионный тип и вставной тип.

На рис. 6-5 показан резак с припаянным лезвием сверху тела резка. Во время резки вся площадь острия погружается в грунт. Такой вид резка подходит для пласта из глинистой, пылеватой, алевритовой породы. Применение скалывающего резка, усиленного соответствующей формой кромки, значительно повышает его ударопрочность. Такие резки все чаще используют в галечном пласте.

Рис. 6-5. Резак адгезионный и вставной: a) пайка сверху; b) в прорези

При пайке лезвия в прорези лезвие помещают в паз тела резка и припаивают, оставляя снаружи только режущую часть лезвия (рис. 6-5). Такие лезвия трудно вырвать, и они обладают высокой ударопрочностью. Их можно применять в галечном пласте.

На рис. 6-6 показаны разные виды крепления резка к резцовой головке: болтовое, шпоночное и сварное соединения.

Рис. 6-6. Способы крепления резка в проходческих щитах: a) болтовое; b) шпоночное; c) сварное

1. Болтовое соединение. Крепление резка к резцовой головке с помощью болта. Такое крепление легко заменить, но требуется принять меры для предотвращения ослабления и износа болтов, а также создать условия для замены в процессе проходки.

2. Шпоночное соединение. Крепление резка к резцовой головке с помощью цилиндрической шпонки. Его особенностью является вращение резка вокруг шпонки. При вращении резцовой головки во время резки грунта противоположное вращение резка отделять забой, что позволяет избежать абразивного износа. Кроме того, его удобно заменять. Однако требуется принять меры для предотвращения ослабления и износа шпонки, а также создать условия для замены в процессе проходки.

3. Сварное соединение. Крепление резка к резцовой головке с помощью сварки. Такое соединение отличается прочностью и стойкостью к отрыву, но резак сложно заменять. Однако при проходке в глинистой, пылеватой, алевритовой породах еще не возникало необходимости промежуточной замены таких резков.

(3) Проектирование износостойкой конструкции

Для повышения общей износостойкости резка обычно используют два уровня резцов из карбида вольфрама. В резке участвует главный и вспомогательный резак, отличающиеся по высоте (рис. 6-7). Принцип работы заключается в том, что когда абразивный износ главного резка превысит 20 мм, начинает работать вспомогательный резак. Таким образом увеличивается срок службы резка. Кроме того, на резцах возможна установка двух рядов зубьев из карбида вольфрама.

Рис. 6-7. Схематичное изображение главного и вспомогательного резка проходческого щита

Рис. 6-8. Резак в виде бараньих рогов

Существуют также другие формы резков, применяемых для определенных пород. Например, для высоковязких пород. При трудности разрушения породы вращающимися фрезами могут применять резки в виде бараньих рогов (рис. 6-8).