Đường hầm xuyên qua đá cứng: Vai trò quan trọng của việc chèn cacbua vonfram trong TBMS

Các máy nhàm chán của đường hầm (TBM) là những điều kỳ diệu hiện đại của kỹ thuật, được thiết kế để khai quật các đường hầm với tốc độ và độ chính xác đáng kinh ngạc. Nhưng một TBM chỉ hiệu quả như các công cụ cắt của nó, và đi đầu trong công nghệ này là Máy chèn cacbua vonfram của đường hầm vonfram . Những thành phần nhỏ nhưng bền bỉ này là chìa khóa cho khả năng TBM của TBM thông qua một số hình dạng địa chất khó nhất trên Trái đất.

Thách thức: đối mặt với các lực chống mài mòn và nén

TBMS hoạt động trong một môi trường tàn bạo. Các đầu nhọn, đĩa quay lớn được đính các dụng cụ cắt, phải liên tục tách ra tại đá có thể vừa bị mài mòn (như sa thạch) và cực kỳ cứng (như đá granit). Quá trình cắt tạo ra lực nén và lực cắt to lớn, cũng như nhiệt đáng kể. Không có vật liệu cắt mạnh mẽ, các công cụ sẽ bị hao mòn gần như ngay lập tức, tạm dừng dự án và dẫn đến sự chậm trễ và bảo trì tốn kém.

Đây là nơi cacbua vonfram đến. Là một cermet , một vật liệu tổng hợp được làm từ gốm (vonfram cacbua) và kim loại (một chất kết dính như coban), nó sở hữu một sự kết hợp độc đáo của các thuộc tính hoàn toàn phù hợp cho ứng dụng này:

• Độ cứng cực độ: Vonfram cacbua là một trong những vật liệu khó nhất mà con người biết đến, chỉ đứng sau kim cương. Điều này cho phép nó chống lại các lực nén cao và mài mòn gặp phải khi cắt qua đá.

• Độ cứng cao: Mặc dù cực kỳ khó khăn, chất kết dính coban cho vật liệu đủ độ dẻo dai để chịu được tác động lặp đi lặp lại và ngăn ngừa gãy xương giòn. Điều này rất quan trọng vì các chèn cắt phải chịu sự sứt mẻ và spall liên tục.

• Điện trở nhiệt: Quá trình cắt tạo ra ma sát và nhiệt đáng kể. Carbide vonfram duy trì độ cứng và tính toàn vẹn cấu trúc của nó ở nhiệt độ cao, đảm bảo hiệu suất nhất quán trong thời gian dài.

Giải phẫu Chèn đầu cắt TBM

Một đầu cắt TBM thường được trang bị một loạt các đĩa cắt và mỗi đĩa được lót bằng một hàng chèn cacbua vonfram. Những chèn này không phải là một mảnh duy nhất mà là một hệ thống phức tạp được thiết kế cho hiệu suất tối đa. Một chèn điển hình bao gồm:

• Mẹo cacbua vonfram: Đây là bộ mặt làm việc của chèn, trực tiếp tham gia với The Rock. Nó là một hỗn hợp được ép và thiêu kết của các hạt cacbua vonfram và một chất kết dính kim loại, với thành phần chính xác phù hợp với các điều kiện đá dự kiến.

• Thân thép: Đầu cacbua được hàn hoặc ép nóng vào thân thép. Cơ thể này cung cấp hỗ trợ cấu trúc và cho phép chèn được gắn an toàn vào đĩa cắt.

• Hệ thống giữ lại: Toàn bộ lắp ráp sau đó được giữ tại chỗ trong đầu máy cắt, thường thông qua hệ thống khóa cơ khí hoặc phù hợp an toàn, để đảm bảo nó không bị đánh bật dưới lực lượng khai quật cao.

Hình học của các chèn cũng rất chuyên môn. Chúng có thể có hình nón, hình cầu hoặc hình đục, mỗi loại được thiết kế để tối ưu hóa hành động cắt cho các loại đá cụ thể. Ví dụ, chèn hình nón có hiệu quả cao trong việc phá vỡ đá cứng bằng cách tập trung căng thẳng tại một điểm nhỏ, khiến đá bị spall và gãy xương.

Những tiến bộ trong công nghệ chèn cacbua vonfram

Hiệu suất của TBM được gắn trực tiếp với sự đổi mới trong các công cụ cắt. Các nhà sản xuất đang liên tục làm việc để cải thiện độ bền và hiệu quả của các chèn cacbua vonfram thông qua một số tiến bộ chính:

• Thành phần phù hợp: Các điều kiện địa chất khác nhau đòi hỏi các tính chất vật chất khác nhau. Đối với đá mài mòn cao, hàm lượng cacbua vonfram cao hơn và kích thước hạt mịn hơn được sử dụng để tăng độ cứng. Trong đá giòn hơn, hàm lượng coban cao hơn cung cấp độ dẻo dai tăng lên để chống lại gãy xương.

• Lớp phủ bề mặt nâng cao: Lớp phủ chuyên dụng, chẳng hạn như carbon giống như kim cương (DLC) hoặc lớp phủ gốm, đang được phát triển để giảm thêm ma sát và hao mòn. Những lớp phủ này có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ của các phần chèn, giảm thời gian chết cho các thay đổi của máy cắt.

• Quy trình sản xuất được cải thiện: Những tiến bộ trong luyện kim bột và kỹ thuật thiêu kết cho phép tạo ra các phần chèn với các cấu trúc hạt đồng đều hơn và ít khuyết điểm hơn. Điều này dẫn đến một sản phẩm có thể dự đoán và bền hơn.

• Giám sát và chẩn đoán nâng cao: TBM hiện được trang bị các cảm biến tinh vi theo dõi nhiệt độ, mô -men xoắn và độ rung của đầu cắt. Dữ liệu này được sử dụng để dự đoán sự cố hao mòn và bảo trì lịch trình một cách chủ động, tránh thất bại thảm khốc và tối ưu hóa hiệu suất cắt.

Phần kết luận

Chèn cacbua vonfram là nhiều hơn nhiều so với "răng" đơn giản trên TBM. Chúng là sản phẩm của khoa học và kỹ thuật vật liệu tiên tiến, được thiết kế đặc biệt để chịu được các điều kiện khắc nghiệt nhất. Khi một TBM đẩy về phía trước, đó là những thành phần nhỏ nhưng hùng mạnh đang làm việc chăm chỉ, sứt mẻ trên đá và mở đường cho các đường hầm mới, cơ sở hạ tầng và một thế giới được kết nối. Nghiên cứu và phát triển liên tục trong công nghệ cacbua vonfram sẽ vẫn là một yếu tố quan trọng trong việc đẩy ranh giới của những gì có thể trong lĩnh vực xây dựng đường hầm và xây dựng dưới mặt đất.