水刀辅助破岩技术的搭载及应用

为解决硬岩隧道掘进机在硬岩地层掘进时遇到的掘不动、掘进慢等难题,研发出一种掘进机搭载辅助破岩系统,即在现有硬岩掘进机开挖系统的基础上集成水射流破岩技术,在水射流与滚刀共同作用下进行破岩。针对水刀辅助破岩技术的搭载及应用进行研究:1)系统介绍辅助破岩系统的搭载设计理念,并对其配套的射流系统泵站、输送系统、喷射系统等进行工作原理和性能参数介绍。2)采用模拟现场工况试验的方法,实现水刀辅助破岩技术搭载的试验研究,得到破岩效果指标参数与高压水射流参数之间的关系。3)基于水刀辅助破岩搭载技术现场应用情况,采用实时采集数据的方法,得到应用过程中的试验方法、试验数据、掘进效果、环境温度、系统功率、存在问题等结果,并提出相应的解决措施。4)基于辅助破岩技术的现场工业性试验,提出辅助破岩技术的优化改进方向。结果表明:硬岩掘进机水刀辅助破岩技术的搭载及应用可行,270 MPa水压耦合掘进时场切深指数均值下降约38.1%,转矩切深指数下降约16.9%,破岩效果显著提升。然而,高压水系统的搭载带来隧道内温度的升高、高压水系统管路异常磨损2方面的问题,从而影响设备的正常掘进,是提升水刀辅助破岩搭载技术应用性的重点努力方向。

沉井掘进机关键技术研究与试验

为解决传统沉井工法施工效率低、地质适应性差的问题,提出一种机械法开挖的沉井掘进机,即采用截割滚筒开挖岩土、抓斗或泥浆泵出渣。通过提压装置将预制管片拼装成的井筒有控制地下沉,掘排同步施工实现一次性成井。系统介绍沉井掘进机的工作原理、系统构成和主机参数,并阐述井筒提压纠偏、自由断面开挖轮廓控制等关键技术,总结出一套与掘进机相匹配的施工工艺。最后通过模拟不同工况和地质情况,对整机进行全工序的功能性试验验证,试验结果证明沉井掘进机的整机性能满足设计要求。

新型旋流分离一体机的分离性能分析

针对旋流器无法对粒径在10μm左右的固相颗粒进行有效分离的问题,提出了一种过滤分离与旋流分离相结合的新型结构,并对内部流体速度场、压力场的变化和空气柱的稳定性进行了数值分析,对过滤介质的过滤通量和分离效率进行了实验研究.发现在相同操作参数和结构参数下新型旋流分离一体机具有更稳定的内部流场,内部速度、压力降更大,当粒径大于5μm后旋流分离一体机的分离效率迅速提高,在10μm左右的固相颗粒的分离效率能够达到65%~85%,而实验所用普通旋流器的分离效率在60%以下.

一种沉井潜入式竖井掘进机结构设计与研究

为解决传统竖井施工中机械化程度低、人力消耗大、安全风险高等问题,研发了一种沉井潜入式竖井掘进机。该掘进机可以实现开挖、出渣、支护同步作业,自动、高效施工。针对沉井潜入式竖井掘进机的相关结构进行研究:1)系统阐述沉井潜入式竖井掘进机的结构组成和工作原理;2)基于受力特性和运动特性,分别对其工作装置进行力学特性分析和运动学特性分析,构建其运动学分析简易模型;3)采用有限元法对关键部件进行静强度分析,得到其对应的应力云图和变形量云图,验证关键部件在强度和刚度方面符合设计要求;4)基于虚拟样机技术对其关键部件以及关键位置处进行运动学研究和动力学研究,得到其位移和受力曲线图。结果表明:该竖井掘进机结构设计、力学特性分析以及运动学分析合理,有限元法和虚拟样机技术运用可行。

常规型抽油机动态仿真与关键部件有限元分析

以C-456D-305-144抽油机为例,运用虚拟样机技术和ANSYS软件对其进行动态仿真及关键部件的有限元分析。首先对抽油机进行运动学分析,其次应用UG软件建立了抽油机整机三维模型,在ADAMS环境中对抽油机进行动态仿真,得到了抽油机驴头悬点、中心支撑处和横梁支撑处的仿真曲线图,并对仿真结果进行了分析;最后对游梁和连杆进行了ANSYS分析,得到了其应力应变云图,为抽油机结构优化设计提供了依据。

基于响应面法的沉井掘进机回转装置优化设计

以沉井掘进机的关键结构件——回转装置为研究对象,提出了以结构最大等效应力和结构质量为优化目标的结构优化设计方法。简述了沉井掘进机的主要结构组成和回转装置结构组成;基于厂内工业试验下主机的受力工况对回转装置进行受力分析,建立回转装置受力分析简易模型;通过PTC Creo软件对回转装置进行参数化建模并基于有限元法对回转装置进行静强度分析;以环板、法兰板和筋板等结构关键尺寸为设计输入变量,以最大等效应力、质量为优化目标,对设计参数进行灵敏度分析和响应面分析;利用设计变量与输出参数之间的灵敏度大小简化需优化的模型,在保证回转装置静态特性的基础上以回转装置质量最小为优化目标,运用多目标多尺寸的优化分析,基于响应面法对回转装置进行结构优化设计。结果表明,优化后回转装置质量减小了19.7%,最大应力值降低了11.1%,达到了优化的效果。证明了基于有限元分析、参数灵敏度分析、响应面分析和多目标优化的沉井掘进机回转装置优化设计方法的有效性。

海洋石油钻机井架的模块划分方法研究

利用可拆卸性与权重复杂网络相结合的模块划分方法,研究了海洋石油钻机井架的模块划分。利用GN算法得到了合理的井架模块聚类效果,能够实现合理准确的井架模块划分。结合可拆卸性对井架进行了二次模块划分,得到了井架的最终模块划分结果。划分结果与实际的结构分析较为符合,说明该方法是一种井架模快划分的有效方法。

基于iSIGHT机-液耦合的钻机顶驱倾斜装置优化

以钻机顶驱吊环倾斜装置为研究对象,使用接口技术建立基于ADAMS的机-液耦合模型,并进行仿真分析。基于iSIGHT软件建立了优化平台,使用多学科可行法优化策略对倾斜装置进行优化,采用基于遗传和梯度算法的全局Pareto探索算法得到优化设计方案,为倾斜装置设计提供了设计依据。

敞口式矩形顶管机设计与研究

为解决稳定地层中联络通道的机械化施工问题,研发敞口式矩形顶管机,并分别对敞口式顶管机在土体中的载荷分布特性、盾体静强度和挖掘臂的工作空间进行研究。1)基于普罗托基亚卡诺夫理论,研究敞口式矩形顶管机在土体中的载荷分布特性,构建盾体的受力模型。2)采用有限元法对盾体进行静强度分析,得到盾体的应力云图和变形量云图,验证盾体在强度和刚度方面符合设计要求。3)利用D-H方法对挖掘臂系统进行运动学建模,得到挖掘臂末端在基坐标系中的位置矢量;应用蒙特卡洛法对挖掘臂的工作空间进行分析,得到机械臂末端的工作空间点云图。研究结果可为敞口式顶管机的结构设计和设备控制系统的搭建提供依据。