仿生侵蚀介质对滚刀/大理岩滚动摩擦磨损行为的影响

目的对比去离子水和仿生侵蚀介质2种工况下,滚刀/大理岩摩擦副在不同法向载荷作用下的滚动摩擦磨损行为,阐明仿生侵蚀介质对大理岩破碎去除和滚刀磨损的影响规律和作用机制,为化学手段辅助提升全断面隧道掘进机(TBM)破岩效率提供参考。方法表征自制仿生侵蚀介质对大理岩和H13钢滚刀的腐蚀性,基于自制滚压破岩模拟试验机研究滚刀/大理岩摩擦副的滚动摩擦磨损行为。结果仿生侵蚀介质对滚刀无明显腐蚀性,但会诱导大理岩表面产生次生裂隙和溶蚀孔,弱化岩石表面的力学性能。在法向载荷为45、75、105N时,相较于去离子水工况,在仿生侵蚀介质工况下大理岩的磨损体积分别提高了25.3%、9.3%、17.5%,滚刀破岩比能分别下降了28.3%、11.4%、20.0%。在法向载荷为45 N时,岩石表面的破坏形式主要为矿物颗粒破碎剥落。在法向载荷为75N时,岩石的去除量明显增大,表面形成了密实核。在法向载荷为105N时,岩石表面发生显著开裂和去除现象。结论仿生侵蚀介质能促进大理岩的破碎和去除,降低滚刀磨损和破岩比能。仿生侵蚀介质的作用受到岩石破坏形式的影响,在法向载荷较低时,岩石表面破坏形式以矿物颗粒剥落和密实核形成为主,仿生侵蚀介质仅作用于岩石表层,其效果有限;在法向载荷较高时,岩石表面会产生裂纹和开裂,有利于仿生侵蚀介质向岩石内部的渗透,刀具的破岩效率显著提高。

滚刀刀圈轧制工艺参数的家族遗传算法优化

为了提高滚刀刀圈的轧制产品质量,提出了基于家族遗传算法的轧制工艺参数优化方法。介绍了滚刀刀圈的轧制成形方法和原理,减小滚刀刀圈的等效应力和等效应变为目标建立了优化模型。使用随机抽样法和Deform-3D有限元仿真得到了样本数据,使用自适应学习神经网络对工艺参数和质量参数进行了模型回归。经验证,自适应学习神经网络的拟合效率与预测精度高于传统神经网络。在遗传算法中引入家族并行进化和族间交叉策略,提高算法优化能力。经验证,家族遗传算法优化的适应度函数值小于传统神经网络,且获得最优值的迭代次数更少。经仿真和实验验证可知,优化后的轧制件外观合格,且硬度整体高于优化前,验证了刀圈轧制优化方法的有效性。

TBM刀具在超硬岩中的市场调研与应用

TBM硬岩掘进机在隧道工程施工中具有高效、经济、优质、安全、环保等特点,其中设备刀盘上滚刀刀圈为主要消耗部件,占到施工成本中很大的一部分。某工程项目隧道均在全断面超硬花岗岩地层中掘进,为降低刀具使用成本,通过对市场上部份刀具生产厂家的各类型材质刀具的性能进行测试对比,选择出使用寿命较长抗磨性能较好的刀具。结合使用情况提供给厂家不断改进的建议,对刀圈材料的选择和生产工艺上进行调整,针对不同硬岩地质条件合理选择性价比高的刀具。

掘进机刀盘滚刀间距对北山花岗岩破岩效率的影响实验研究

掘进机(TBM)开挖隧道过程中,其刀盘上滚刀间距设计的合适与否关系着破岩效率的高低。由于岩石非均匀、非连续、各项异性的特性,使用数值模拟方法研究滚刀破岩过程存在局限性。现场掘进实验主要是针对特定的掘进机做出机械运行参数优化,无法研究不同刀间距对破岩的影响。全尺寸滚刀破岩实验可以人为调整刀间距,且实验中采用大体积岩石可以避免尺寸效应的影响,因此受到了广泛的关注。采用北京工业大学自制的机械破岩试验平台,安装17英寸(432 mm)盘形滚刀,选取尺寸为1000 mm×1000 mm×600 mm的北山完整花岗岩试样,进行了5组刀间距的线性切割试验。实验中采集滚刀三向力,分层收集岩片且对其进行称重。对不同刀间距作用下的平均法向力、平均滚动力和比能进行了分析研究。当贯入度较小时,刀间距对平均法向力和平均滚动力的影响都不明显,随着贯入度的增加,刀间距对平均法向力和平均滚动力的影响增加。对于所有的刀间距而言,增加贯入度会产生更多的岩片,但并不一定会提高破岩效率,对于北山花岗岩而言,当刀间距与贯入度的比值为30左右时,比能值最低,此时破岩效率最高。

成形工艺对刀圈组织和性能的影响

为了分析轧制与模锻对刀圈性能的影响,通过实验对两种刀圈的力学性能、金属流线和晶粒组织进行了对比研究。结果表明:轧制成形的刀圈力学性能较好,流线形态与刀圈截面的几何形状相似,微观组织存在渗碳体偏聚现象;模锻成形的刀圈力学性能较差,流线形态与刀圈截面的几何形状有较大差异,但组织均匀性和晶粒度较好。

盘形滚刀刀圈轧制过程的数值模拟和试验验证

为了研究盘形滚刀刀圈轧制成形规律,利用塑性成形软件建立了盘形滚刀刀圈轧制成形有限元模型。利用仿真模型对滚刀刀圈轧制过程进行了模拟,得到了刀圈轧制过程中几何形状、温度、等效应力参数,并将模拟结果与试验数据相对比。结果表明:本文建立的盘形滚刀刀圈轧制模型是可行的,数值模拟结果与试验结果吻合较好。

TBM滚刀刀圈轧制成形特性及其变化规律

为了研究盘形滚刀刀圈在轧制过程中的变形特点,提高盘形滚刀刀圈的综合性能,本文通过建立刀圈轧制成形的有限元分析模型,研究刀圈在轧制成形过程中等效应力场、等效应变场的演变规律和流线分布特点,并研究刀圈初始轧制温度、主辊摩擦因子和主辊转速对刀圈成形件质量的影响规律。利用D53K-800立式轧环机对刀圈进行轧制试验研究,并对轧制后的刀圈进行金属流线分析。刀圈轧制后金属流线沿其截面几何形状分布,流线光滑且封闭。结果表明:刀圈等效应变随温度变化不大,其值在1. 93左右;主辊摩擦因子过大或过小,刀圈等效应变和应力的平均值和标准差均会增加;主辊转速为2. 632 rad/s时等效应力的标准差最大。

盘形滚刀破岩模型及其侧向力的计算

滚动破岩刀具是在刀盘的推压力作用下滚动破碎岩石的刀具,广泛用于全断面岩石掘进机上.本文通过对盘形滚刀破岩工作运动特点、刀具磨损特性和破碎出的岩碴的分析,认为盘形滚刀的破岩存在着一定的剪切作用,它缘于盘形滚刀的侧向不平衡力.为了定量描述盘形滚刀侧向不平衡力的大小,建立了滚动破岩刀具运动的力学模型,给出了其计算公式,并进行了相应的试验验证.

瓦楞纸板生产线LXDNHQ-1800螺旋刀横切机的研制

为了提高高档瓦楞纸板的剪切精度,降低废品率,研制了微机控制的LXDNHQ-1800型螺旋刀横切机,该机以螺旋刀代替直刀,采用空心刀辊及无间隙的齿轮传动结构.介绍了该横切机的结构、传动系统、控制系统,给出了设备的主要技术参数.剪切结果表明,该横切机剪切力小,剪切精度高,剪切纸板板边光滑,废品率低,可靠性好,自动化程度较高.

基于线性规划的角钢优化下料算法研究

为了提高铁塔制造中角钢原材料的利用率,最大限度地降低生产企业的生产成本,在对生产过程实际需求分析的基础上,介绍了一种合理的零件分组原则,并利用线性规划的原理,提出了一套完整的角钢优化下料数学算法.并用Visual Basic 6.0作为开发环境,后台数据库采用SQL Server 2000,通过对一系列的角钢数据进行下料实践,证明了该算法的可靠性和实用性.

土岩地基中钻孔灌注桩设备选型与成孔工艺

刚果共和国布拉柴维尔商务中心位于平面上软土与硬岩交叉分布,竖向碎散细粒土与胶结岩体交替互层的非均匀分布复杂地基上,结构基桩穿越其间,而现场设备能力受限。采用改进反循环成孔工艺,可满足土岩互层地基中桩基成孔进度与质量要求,即基桩成孔设备选用大功率反循环钻机,穿过一般土层时采用加强型钻头,穿过硬质岩体时采用牙轮钻头。

基于ANSYS的谷物联合收割机设计与分析

以谷物联合收割机为研究对象,通过对收割机使用过程中的秸秆还田过程进行分析介绍,得出收割机刀辊的使用寿命是影响收割机使用性能的关键因素。对收割机刀辊结构进行受力分析,结合刀辊的使用工况,利用ANSYS技术进行刀辊疲劳寿命计算。计算分析表明:随着刀辊转速的不断增加,刀辊的损伤系数不断增加,造成剩余安全系数降低,影响使用过程中的人机安全;当刀辊转速超过3500r/min时,安全性能急剧降低。

N480Q曲轴滚压机床滚压系统设计计算

本文对滚压刀具的结构形式和配置进行了讨论,设计了用于曲轴滚压加工的专用滚压头,对滚压加工过程中的功率消耗、滚压加工时曲轴的轴向变形量进行了计算,可为研制国产化的曲轴滚压专用设备提供帮助。

矿山竖井掘进机凿井工艺及技术参数

通过分析国内外普通凿井、机械破岩为核心的钻井法、竖井掘进机钻井技术的发展,研究提出我国竖井掘进机凿井工艺,即反井钻机钻进导井,竖井掘进机扩大成井,破碎岩石通过导溜进入井下巷道运输。经分析提出采用专用井架提升钻杆实现竖井掘进机上提下放,并通过钻杆悬吊电缆、风水管路,提供竖井掘进机工作所需电力、水源,专用多功能吊盘实现破岩掘进和支护平行作业,通过钻头结构优化设计,采用井架、钻杆一次从井筒内将竖井掘进机直接提吊出井,解决设备井下拆卸难题。同时根据竖井掘进机采用滚刀破岩,依照适应的地层条件、工程条件,在合理的钻进速度基础上,确定了破碎岩石所需钻压和转速、功率、支撑力等参数,为竖井掘进机整机结构设计提供参考。

冷硬铸铁压光辊车削加工技术的优化

简述了造纸机械中冷硬铸铁压光辊的车削工艺,介绍了粗车和半精车的刀具材料、几何参数、切削用量及使用效果,说明了刀具的主要数据选择原则和实验结果分析。

盘形滚刀刀圈轧制数值模拟研究

盘形滚刀工况条件差、换刀成本高,生产厂家对刀圈的性能要求越来越严格。为了提高刀圈质量,针对TBM中43.2 cm(17英寸)盘形滚刀刀圈,采用轧制成形工艺,运用塑性成形软件,建立盘形滚刀轧制过程数值模型,通过有限元仿真分析滚刀成形的应力场和应变场,并对不同参数对成形过程的影响进行研究。研究结果表明:1)轧制过程应力较小,应变分布较为均匀,但整体应变较小,随着主辊转速及芯辊进给速度的增大,等效应力逐渐减小,应变基本不变。2)匹配仿真参数进行刀圈轧制试验,并对刀圈质量进行检测,刀圈流线与外形轮廓相符,分布连贯不被打断,且与主应力方向一致,流线合理。

TBM滚刀破岩过程的声发射特征

为了研究隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀破岩试验过程中的声发射特征,采用北京工业大学自主研制的大型机械破岩试验平台并结合声发射监测技术进行试验。试验中利用常截面盘形滚刀,对北山花岗岩进行不同贯入度下的线性切割破岩试验,并采集试验过程中的声发射信号。分析声发射能率与能量特征,对信号进行小波去噪处理后,利用Geiger算法给出岩石损伤的声发射定位。研究发现:声发射能率与滚刀法向力具有相近的变化趋势;声发射能量随贯入度增大而增加,可用于表征滚刀切削岩石所消耗的能量;声发射定位点大致描述损伤的分布范围,较好地反映出岩石在滚刀切割作用下损伤积累到形成岩片的过程。

国际油气井钻头进展概述(三)——PDC钻头发展进程及当今态势(上)

自1973年PDC钻头应用以来,油气钻井发生了很大变化。但是PDC钻头在早期约15年时间内发展缓慢。此后,由于加强技术创新,如多层聚晶金刚石层、非平面界面专利、防回旋技术、滤钴工艺、优化水力学设计以及计算机建模等,促进了PDC钻头迅猛发展、广泛应用。目前,PDC钻头在世界上所钻进尺数已占到约90%。NOV公司近年推出4种太阳神PDC切削齿,由其制作的PDC钻头提高了热稳定性、抗研磨性、抗冲击韧性与导向性等。这类钻头可以钻进硬岩与研磨性地层,以及一些难钻地层,具有较高的钻进效率和较好的耐用性。Helios太阳神系列PDC钻头成功地应用于挪威、中东、澳大利亚以及美国等地的油气田。斯伦贝谢公司推出的ONYX玛瑙360°滚动PDC可保持刀齿锐利、相对冷却及延长寿命,显著地提高了钻头耐用性。在美国许多油气田应用表明,这种滚动PDC制造的钻头比固定齿PDC钻头平均钻进效率可提高40%以上,而钻头的工作寿命则可提高40%~70%。

路面铣削装置的设计分析

路面铣削机械是近年来随着高速公路等的出现而发展起来的新机种。它采用滚动铣削筒作为工作装置 ,主要用于对路基的建立与路面修整。本文在叙述滚动铣削装置基本机理的同时 。

反井钻机球形镶齿滚刀破岩数值分析

利用有限元软件，建立球形镶齿滚刀三维数值模型，分析了滚刀破岩原理、岩石应力和滚刀受力情况，研究了刀齿间距和刀齿排距对滚刀破岩效果的影响，得到了滚刀结构参数与岩石破碎特性的规律。数值模拟结果表明：①滚刀破岩力具有明显的阶跃特征，从而证实了岩石的跃进破碎特性。②刀齿间距较大时，破岩比能变化较小；破岩比能总体随刀齿间距的减小而减小。③破岩比能随刀齿排距的增加，先减小，后增大。在35-45mm范围内，球形镶齿滚刀排距存在1个最佳值。