(3)Типичная форма выхода из строя

Учитывая специфическую конструкцию, механизм действия и геологические условия применения вращающихся фрез, существуют следующие типичные формы выхода из строя и поломки:

1. Нормальный абразивный износ

Нормальным износом червячных фрез считается превышение установленного значения ширины острия. Для определения такого абразивного износа требуется применение измерительных приборов. Нормальный износ является основной причиной утраты эффективности фрезы.

2. Облом кромки

В ходе проходки порода может меняться на более жесткую, и некоторые детали резцовой головки могут оборваться или застрять между породой и резцом. Это может привести к перегрузке и концентрации напряжения на кромке и последующему скалыванию. Кроме того, недостаточное сцепление кромки с телом резца также может привести к разлому (рис. 6-16а).

3. Клинообразный износ кромки

Основной причиной клинообразного износа кромки являются геологические факторы или повреждение подшипника (рис. 6-16b).

Когда поверхность забоя представлена в виде пород с меньшим сопротивлением, таких как пластичная глина, гравий и выветренная порода, вращающиеся фрезы не получают достаточного крутящего момента (силы трения). Кроме того, из-за повышенной вязкости пластиной глины происходит засор червячных фрез и отверстий, на поверхности резцовой головки образуется глинистая корка. В таком случае червячная фреза не может проворачиваться надлежащим образом, что приводит к клинообразному износу.

При повреждении подшипника червячная фреза также не может вращаться по поверхности забоя, что приводит к одностороннему износу.

В случае, когда в верхней части поверхности забоя находится мягкий пласт, а в нижней – жесткий, дисковые червячные фрезы, повернувшиеся за резцовой головкой до верхней части, не получают достаточного крутящего момента из-за более мягкого качества выветренной породы. Кроме того, образуется глинистая корка. В таком случае червячная фреза не может проворачиваться надлежащим образом. Однако когда червячная фрезы опускаются в нижнюю часть забоя, где сопротивление породы выше, вращение червячной фрезы налаживается. Таким образом, при работе со смешанной породой происходит частичное нарушение вращения дисковых червячных фрез, что приводит к многостороннему клинообразному износу.

Несвоевременное выявление износа червячной фрезы ускоряет ее износ, приводит к перегрузке и потере эффективности смежных червячных фрез, что может повлиять на все резцы на резцовой головке.

4. Течь масла резцов

Течь масла из червячной фрезы возникает при нарушении герметизации. Основными причинами являются повреждение подшипника, перегрузка резцов, отказ от герметизации и т. д.

Повреждение подшипника (рис. 16-6с) может быть вызвано слабым креплением подшипника (или слишком тугим), смещением внутреннего кольца или снижением несущей способности и другими неисправностями, вызванными предельным сроком службы или несоответствующей сборкой червячной фрезы (недостаточная сила затяжки резца, превышение размера манжеты, недостаточное натяжение подшипника).

Рис. 6-16. Виды повреждений резца: a) обломки кромки; b) неровный износ кромки; c) повреждение подшипника; d) осыпание фрезы

5. Выкрашивание кромки

Отслаивание куска от поверхности кромки фрезы без разлома всей фрезы называется «выкрашивание кромки» и классифицируется как <поломка кромки> (рис. 6-16d). Выкрашивание кромки происходит из-за образования усталостных трещин на поверхности кромки, постепенное расширение которых приводит к микроразрывам и отслаиванию. Незначительные обломки не влияют на работу резца.

6. Разрыв или выпадение стопорного кольца

Упорное кольцо используется для предотвращения параллельного смещения кромки вдоль оси. Его разрыв или выкрашивание приводит к сдвигу кромки.

2) Резак

(1) Механизм резания резка

При вращении резцовой головки и продвижении проходческого щита вдоль туннеля резки оказывают сдвигающее усилие на поверхность забоя вдоль туннеля и силу резания по направлению вращения резцовой головки. Острие и головка резца погружается в породу и срезает ее. В зависимости от породы забоя и механических характеристик резков, а также их конструктивных параметров и параметров резки отделяемый пласта разделяют на четыре вида: текучий, разрываемый, скалываемый и срезаемый. Действие резков и грунтовой массы соответствует теории Ренкина о давлении грунта. Грунтовая масса перед резком испытывает пассивное давление грунта. На основании теории Ренкина и модели сопротивления почвообрабатывающих резцов McKyes и Али рассчитано влияние силы трения и вертикальной тяги при резании резками проходческого щита. Создана трехмерная прогностическая модель прямого срезания грунта резками. Неэффективные зоны грунтовой массы (центральная и две зоны в виде полумесяца на боковой части) (рис. 6-17).

Рис. 6-17. Схема механизма резания грунта резками: a) неэффективные зоны; b) действие силы в центральной неэффективной зоне; c) действие силы в боковой неэффективной зоне; d) действие силы при резке

(2) Механизм сгребания грунта резками

Передний и задний углы резка скошены для срезания твердых пород и сгребания мягкой почвы (рис.6-18). Как показано на рис. 6-19, при проходке грунт со шлаком движется вдоль пунктирной линии и не попадает на нижнюю часть резка, что позволяет избежать порчи резка при проходке твердых пород. Чем дальше расположен резец от центра резцовой головки, тем выше линейная скорость и медленнее траектория движения грунта со шлаком. Таким образом можно увеличить расстояние между двумя резками.

Рис. 6-18. Формы резков

Рис. 6-19. Схема защиты резка при проходке в твердых породах

(3) Типичная форма выхода из строя К распространенным причинам выхода из строя резков относятся: поломка лезвия, отслоение твердосплавного лезвия, разрыв болтов (отверстий), износ лезвия и выкрашивание резца (рис. 6-20).

Рис. 6-20. Поломки резцов: a) износ острия; b) выкрашивание резца

3) Механизм разрушения породы стержневыми резцами

Тяжелые стержневые резцы в основном используют в галечной породе. Принцип действия заключается в «ударном» дробящем действии на гравийные, галечные и валунные породы импульсной силой, образованной скоростным вращением стержневых резцов с резцовой головкой. Стержневые резцы разрезают грунт на куски, что обеспечивает условия для работы резков. Кроме того, они увеличивают подвижность породы, значительно снижают крутящий момент для резков, повышают их эффективность и сокращают износ. Стержневые резцы обладают высокой эффективностью при работе в пластах рыхлых пород, особенно в галечном и валунном пласте. При работе в валунном пласте прочность стержневых резцов должна выдерживать ударную нагрузку, создаваемую при дроблении валунов, для избежания повреждения резцов. На рис. 6-21 показан тяжелый стержневой резец, используемый для валунного пласта.