Podczas drążenia podziemnego, sprzęt wydobywczy napotyka różne warstwy geologiczne, takie jak glina, piasek, skały miękkie i skały twarde. W miarę postępu drążenia i obrotu głowicy tnącej, noże zgarniające tarczy są poddawane ciągłym i zmiennym siłom, w tym ściskaniu, pchaniu, zgarnianiu, uderzeniom i tarciu. Objawia się to przede wszystkim intensywnym zużyciem i uderzeniami w końcówki z węglików spiekanych, uszkodzeniami ścinającymi w złączach lutowanych (spawanych) oraz zużyciem ścierno-uderzeniowym korpusu noża.
Dlatego dobór narzędzi musi przede wszystkim uwzględniać ich przydatność geologiczną. W projektach inżynieryjnych właściwości różnych mas skalnych i gruntowych znacznie się różnią; w związku z tym narzędzia należy dobierać i odpowiednio konfigurować w zależności od konkretnych warunków geologicznych. Charakterystyka geologiczna, parametry konstrukcyjne i eksploatacyjne narzędzi, zachowanie skał/gruntów podczas kruszenia i łuszczenia, a także parametry drążenia maszyny stanowią kluczowe podstawy doboru i rozmieszczenia narzędzi, mając bezpośredni wpływ na efektywność skrawania i urabiania skał przez narzędzia.
Obecnie stosowane narzędzia są ogólnie klasyfikowane na dwie główne kategorie w zależności od ich funkcji: noże toczne i noże zgarniające.
Noże toczne (noże tarczowe)
01
Noże toczne to narzędzia do kruszenia skał, które nie tylko obracają się wraz z głowicą tnącą, ale jednocześnie wykonują samoczynny obrót wokół własnej osi. W zależności od liczby pierścieni tnących można je sklasyfikować jako: noże jednotarczowe, noże dwutarczowe i noże wielotarczowe itp.
Noże tarczowe
- Noże jednotarczowe charakteryzują się dużą zdolnością skrawania skał i są stosowane głównie do drążenia tuneli w twardych skałach; mogą być również przezbrajane na noże tarczowe z węglików spiekanych.
- Noże dwutarczowe są zazwyczaj instalowane w centralnej części głowicy tnącej.
- W przypadku noży do wierceń pionowych zęby tnące są przyspawane bezpośrednio do korpusu noża. Gdy zęby ulegną uszkodzeniu, należy wymienić cały zespół noża do wierceń pionowych, co wiąże się ze stosunkowo wysokimi kosztami eksploatacji.
Noże skrobakowe
02
Noże zgarniające to narzędzia skrawające, które obracają się wyłącznie wraz z głowicą tnącą i nie wykonują samodzielnego obrotu. Istnieje wiele rodzajów noży zgarniających; obecnie najczęściej stosowane noże zgarniające w maszynach do drążenia tuneli (TBM) obejmują noże czołowe, noże obwodowe, noże do wstępnego cięcia (rozbijaki) oraz noże kopiujące (noże do nadcinania).
Centralny nóż rybi ogon
Freza rybia ogon wcina się w grunt w środku głowicy tnącej przed innymi frezami, aby spulchnić podłoże. Poprawiając płynność masy gruntowej w obszarze centralnym, ułatwia drążenie innym frezom, zmniejsza ich opór skrawania oraz minimalizuje ich zużycie.
Skrobaki (Frezy skrobące)
Skrobaki są montowane na zakrzywionym obwodzie głowicy tnącej. Służą do cięcia gruntów miękkich oraz skał miękkich, a także do usuwania urobku. W warunkach twardych skał mogą pełnić funkcję zgarniaczy urobku w celu usunięcia odłamków.
Frezy wstępne (Rypaki / Frezy skorupowe)
Podczas drążenia gruntu frezy wstępne wcinają się w masę gruntową przed głównymi frezami skrobącymi. Poprzez cięcie i dzielenie gruntu na bloki tworzą korzystne warunki skrawania dla kolejnych frezów skrobących.
Frezy ochronne (Ochrona obwodu i zużycia)
Noże ochronne występują w różnych kształtach i rozmiarach, w tym jako noże ochronne obudowy noży tarczowych, noże ochronne obwodu głowicy tnącej, noże ochronne portów pianowych oraz noże ochronne gniazd noży. Ich główną funkcją jest wykorzystanie wysokiej twardości osadzonych węglików spiekanych do ochrony kluczowych obszarów głowicy tnącej podczas drążenia tarczowego.
Noż kopiujący
Kopiujący nóż (nóż do nadcinania) jest przeznaczony do posuwania się po łuku, skręcania i korygowania trasy; jest montowany na krawędzi głowicy tnącej, a jego wysunięcie jest sterowane siłownikiem hydraulicznym.
Narzędzia zgarniające są przeznaczone głównie do drążenia w miękkich glinach, glebach piaszczystych i warstwach piaszczysto-żwirowych; narzędzia toczne są odpowiednie do drążenia w warstwach średnio twardych i twardych skał.