预切缝位置及深度对SBM滚刀破岩的影响

利用水射流对岩体进行预切缝是提高竖井全断面掘进机破岩效率、实现深部资源机械化开发的关键技术。针对预切缝位置及深度合理参数选取的难题,首先指出了锥面刀盘带动下滚刀破岩的工况特征,进而基于Cohesive单元方法,建立了预切缝条件下的滚刀破岩离散-连续耦合数值模型。以完整岩体为对照组,对比分析了不同预切缝距离和深度对滚刀破岩的受力特征和岩石破碎特征的影响规律。阐述了预切缝条件下,滚刀破岩时密实核形成、块状岩渣形成、Hertz裂纹扩展3个阶段性特征,指出了岩体的非对称破碎特性和不同区域岩渣的形成机制。最终从滚刀受力、破岩面积、破岩比能耗、岩渣破碎程度4个方面综合分析,确定了预切缝的最佳距离和深度取值范围。研究结果表明:预切缝可以显著减小竖井全断面掘进机滚刀破岩过程中的贯入力和侧向力。与完整岩体相比,贯入力峰值降低了44.0%~10.3%。侧向力峰值降低了35.2%~6.5%。预切缝间距及深度较小时,会限制滚刀破岩范围,同时使得破碎岩体块度更小,导致破岩比能耗增高。随着预切缝深度的增大,破岩体积先增大后趋于稳定,比能耗先减小后保持不变。最终,确定了切缝距离为70~90 mm,深度为60~80 mm时破岩效果最佳,破岩体积较无切缝时提高约1倍,破岩比能耗降低69.2%。研究结果为刀盘辅助破岩装备的设计及参数确定提供了参考。

高放废物处置坑小直径盲井掘进机预选刀具破岩性能对比分析

盲井掘进机是处置坑开挖的常用设备,刀具的合理设计与布置是其高效掘进的关键。北京工业大学TBM与盾构课题组针对北山高放废物处置坑小直径盲井掘进机预选了11英寸(279 mm)双排锥齿滚刀和双排镐齿滚刀两种刀型。本研究应用两种预选刀型对北山花岗岩试样进行线性切割破岩试验,对比分析两种刀型的滚刀力、破岩比能、岩片分布、振动特征和岩下损伤特性等指标。试验结果表明:锥齿滚刀在相同贯入度下的破岩法向力和振动强度小于镐齿滚刀,锥齿滚刀破岩效率整体上更高,并且锥齿滚刀破岩产生的贯通裂纹发育也更为显著。综合比较分析认为锥齿滚刀破岩性能更优,推荐采用预选的双排锥齿滚刀进行北山处置坑小直径盲井掘进机刀盘布置。本研究还可为盲井掘进机刀盘与推进系统设计及施工运行参数优化提供参考。

基于离散元的镶齿滚刀破岩机理研究

镶齿滚刀作为广泛应用于竖井掘进设备的破岩钻进刀具,其破岩方式与破岩效率影响竖井掘进设备性能,需对球齿破岩机理进行研究。采用二维离散元程序建立尽可能接近真实物理力学性能的岩石离散元模型,经过合理简化刀具破岩运动形式,模拟镶齿滚刀多个球齿破岩过程。从微观角度分析球齿破岩时岩石微裂纹萌生、扩展和破碎过程,探究球齿破岩机理。通过设置多组不同齿间距和贯入度下的仿真试验,研究刀具所需破岩荷载变化规律。采用平行黏结破坏产生微裂纹的能力评价球齿破岩比能耗,研究齿间距和贯入度对球齿破岩比能耗的影响,并得到较低球齿破岩比能耗下的参数合理取值。

根茬粉碎还田机除茬刀滚功耗模型的建立

通过对除茬刀结构参数的分析 ,设计了 9组除茬刀。采用正交试验及对试验数据的分析 ,得到了除茬刀最佳结构参数 ,用部分正交回归试验 ,建立了单除茬刀滚功耗模型 ,为根茬粉碎还田机的设计提供了理论依据。

整株秸秆还田机刀轴载荷谱编制与疲劳寿命估算

利用DH5937应力测试系统和传感器技术,对刀轴的弯矩和扭矩进行了模拟实测,编制了刀轴弯扭复合载荷谱。通过迈内尔(Miner)线性累积损伤理论推导出刀轴在复合应力作用下的疲劳寿命估算式,并利用刀轴弯扭载荷谱估算出刀轴的疲劳寿命,较设计寿命提高了433 h。

盘刀加工等基圆锥齿轮的刀具位姿及运动轨迹计算

为了实现使用盘形铣刀数控加工等基圆曲线齿锥齿轮,基于等基圆曲线齿锥齿轮理论,通过建立盘形铣刀加工数学模型,求解了决定刀具空间姿态的主要参数。通过盘形铣刀刀轴矢量、刀心坐标的求解,得到了轮坯坐标系下的刀位。结合通用五坐标数控机床,求得了五坐标数控加工等基圆锥齿轮运动轨迹的表达式。通过三维造型,对刀位求解进行了分析验证;通过仿真切削加工,验证了运动轨迹的正确性。结果表明,利用盘形铣刀数控加工等基圆锥齿轮的刀具位姿、运动轨迹的求解正确,在通用数控机床上利用盘形铣刀能够加工等基圆曲线齿锥齿轮。

水稻整株秸秆还田机刀轴可靠性灵敏度分析及优化

为使1ZT-210型水稻整株秸秆还田机刀轴的设计更趋合理,充分考虑设计中的模糊因素,通过模糊综合评判确定刀轴的壁厚;建立了影响刀轴功能的各随机变量的可靠性灵敏度矩阵,通过编写计算机程序得到各设计因素对于刀轴可靠性的灵敏度设计信息。依据灵敏度分析结果,选取可靠性设计参数,刀轴截面较常规设计减小39.17%。数值算例表明,计算结果与通常的定性分析结果完全一致,验证了本方法的有效性。田间试验表明,可靠性灵敏度设计使刀轴的寿命增加560h,埋草率提高到95%。

水稻整株秸秆还田机埋草刀轴的模糊可靠性优化设计

为使1ZT-210型水稻整株秸秆还田机埋草刀轴的设计更趋合理,充分考虑设计中的模糊因素,将可靠性与模糊优化设计方法相结合,以刀轴质量最轻和可靠度最高为目标函数,建立了刀轴的模糊可靠性优化设计模型。通过编写MATLAB程序,获得了埋草刀轴的模糊优化设计结果,与传统设计方法相比,刀轴横截面积减小了33.3%。试验证明,刀轴的寿命提高了38.5%,可靠度提高了0.8%;埋草刀的磨损量减小了40%。

采煤机摇臂惰轮轴载荷分析与实验研究

为研究采煤机摇臂惰轮轴复杂工况下的力学特性和载荷特性,采用销轴传感器对采煤机不同截割工况下的摇臂惰轮轴载荷进行测试,通过无线采集模块对测试数据实时存储和传输,得到惰轮轴Z向和Y向的载荷曲线,分析结果表明:采煤机斜切进刀时惰轮轴所受载荷最大,Z向最大载荷33.38 kN,Y向最大载荷35.60 kN,且在整个过程中,Y向载荷均大于Z向载荷,研究结果为摇臂惰轮轴载荷测试提供了新方法,为采煤机摇臂故障监测和煤岩识别提供数据支持,同时对采煤机零部件设计和优化具有重要的指导意义。

基于NX NASTRAN的旋耕刀轴结构与疲劳分析

为了解决旋耕刀轴因承受土壤反作用力及振动冲击而造成的疲劳失效问题,本文利用UG自有的有限元软件NX NASTRAN对刀轴进行模态及疲劳分析,得到刀轴的前10阶的固有频率与振型,获得了最先失效部位及疲劳寿命。疲劳仿真结果表明,刀轴的寿命为2.49E5h,最先发生疲劳的部位在刀轴两端,即刀轴的装配焊接处。计算结果与定性分析的结果一致,可为刀轴的可靠性优化及疲劳设计提供重要参考。

切粒机退刀故障原因分析及处理

对切粒机退刀故障的原因进行了分析 ,认为引起切粒机退刀的原因是 :模板及切刀安装精度较低 ,模板平面度较差 ,模板树脂通道不畅及物料物性改变等 ,而物料对刀轴的向后推力大于刀轴对模板的向前推力是切粒机退刀的根本原因。通过提高安装精度 ,调整切刀转速与汽缸背压 ,严格控制工艺指标等措施 ,基本消除了退刀问题 。

1GKN系列旋耕机的研制

针对农业生产中,缺乏与大马力拖拉机配套作业的旋耕机的问题,研制了1GKN系列旋耕机。采用整体框架式结构和中间齿轮传动的传动方式,使传动更平稳,受力更平衡;通过合理设计机架、圆锥-圆柱齿轮减速箱、刀轴和刀轴座的结构,以及采用合理的制造工艺,对原旋耕机进行了改进和技术提升。田间性能试验表明:与该系列旋耕机配套的动力范围达14.7~95.6k W,可完成旋耕深度8~16cm、土壤破碎率≥60%、耕后平整度≤3cm、植被覆盖率≥85%,以及生产效率0.2hm2/h^0.7 hm2/h的目标。

还田机刀轴动态载荷模拟加载测试系统设计及试验

针对秸秆还田机还田刀轴寿命低的问题,设计了刀轴弯扭载荷模拟加载试验台并进行了载荷加载试验。通过磁粉离合器对刀轴施加扭矩载荷,电磁式加载器施加弯矩载荷,并采用雨流计数法及MATLAB软件处理弯矩和扭矩数据,得到刀轴的弯矩、扭矩载荷谱。在土壤坚实度为700kPa左右,土壤含水量为30%~35%的条件下,借助于动态应变测试系统进行载荷验证试验,对比载荷谱数据与验证试验数据,证明载荷谱数据真实可信,可根据数据差异情况,检查和修正刀轴的状态,提高刀轴可靠度（寿命）。本研究为提高和更精确估算刀轴寿命提供了理论依据。

区间模型下旋耕机刀轴的非概率可靠性分析

根据区间模型描述旋耕机刀轴的不确定参数,采用非概率可靠性理论对刀轴进行可靠性分析,以解决随机可靠性和模糊可靠性分析中对原始数据依赖性高的问题.结合非概率可靠性的原始定义,提出以结构失效域的上限与波动域的下限之间的最短距离对非概率可靠性进行度量.通过对刀轴2种设计方案的分析,证明该方法与非概率可靠性的原始定义分析结果的一致性.

油棕果果核、果肉分离技术研究

【目的】优化油棕果果核分离机,提高棕榈油压榨出油率。【方法】以油棕果果核分离机为研究对象,分析作业时间、处理量和刀轴转速3个因素对油棕果果肉分离率的影响,以最优方案提取果肉进行纯果肉压榨与果核、果肉混合压榨对比试验。【结果】作业时间、处理量和刀轴转速对油棕果果肉分离率的影响各有不同,其极差值分别为1.64、2.45、1.15,说明处理量影响最大,其次是作业时间,刀轴转速影响较小。根据试验数据分析得出当作业时间8 min、处理量21 kg、刀轴转速250 r/min时分离效果相对最好。通过压榨提油试验,果核、果肉混合压榨提油得到的出油率为22%~27%,纯果肉压榨提油得到的出油率为35%~40%。【结论】合理的作业时间、处理量和刀轴转速配合,有利于提高油棕果果肉分离率,分离后的纯果肉压榨提油出油率明显提高。

水田整地筑埂联合作业机变速箱的设计及其刀轴的模态分析

水田整地筑埂联合作业机可以使水稻种植过程中的整地筑埂作业实现机械化。本文对其变速箱进行设计,使其一方面通过四级齿轮传动将动力传递到旋耕刀轴,使其旋转;另一方面,通过安装在变速箱内的输出轴上的链轮,将动力传递到筑埂装置,使其上的推压成型辊旋转,将土壤最终压实成型。此外,本文运用ANYSY软件对旋耕刀轴进行模态分析,得到前八阶的固有频率和振型情况。结果表明旋耕刀轴的工作转速是250r/min,远小于最小固有频率值对应的转速,不会产生共振现象,变速箱的设计安全可靠。

大型绞吸式挖泥船疏浚设备轴系设计关键技术研究

绞吸式挖泥船疏浚设备轴系主要包括绞刀轴系和泥泵轴系,疏浚设备轴系设计是挖泥船设计的关键部分,设计质量好坏关系到疏浚工作的可靠性及使用寿命。国内外各大船级社尚未对疏浚设备轴系设计提出相关的规范性指导意见。进行轴系设计关键技术的研究并提出一般设计流程,以某大型绞吸式挖泥船疏浚设备轴系设计为例进行验证,结果表明,所提出的研究方法及流程可为疏浚设备轴系设计提供理论基础,具有重要的指导意义。

基于ABAQUS的秸秆还田机刀轴有限元应力仿真

秸秆还田机是秸秆机械化还田的主要机具,而埋草刀轴是承受扭矩及振动的关键部件.本文以1ZT-210型水稻整株秸秆还田机为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对刀轴进行静力及瞬态动力仿真,得到刀轴薄弱部位在刀轴中部;确定了产生最大位移响应时的时间及响应,同时确定了梁的最大弯曲应力,并利用模态扩展确定了不同弯刀入土时,刀轴中部所受的应力.试验数据为刀轴结构的改进设计提供理论依据.

加工超细长轴的切削刀盘设计

根据超细长轴的加工特点,以车刀旋转,工件进给为构思,成功设计了加工超细长轴的旋风刀盘及定心夹头,并分析了该刀盘的工装结构及工作原理,为所需加工超细长轴的企业提供一定的参考。

荔枝去核机刀轴的优化设计与仿真

刀轴是荔枝去核机的核心部件。刀轴的往复运动对机构造成冲击,滑槽的单边受力使刀轴过度偏磨。针对这一问题对刀轴进行了运动学和动力学分析,建立了刀轴优化设计的数学模型,并利用MATLAB软件进行优化设计,确定出刀轴的最小质量为0.6421kg(比原质量减轻10.07%)、最佳滑槽升角为38.38°。用Pro/ENGINEER软件建立了结构参数优化后的刀轴模型,并进行了静态载荷仿真。试验表明,滑槽的支反力随刀轴转速和滑槽升角的增大而增大,与理论结果吻合。优化后的结构参数和仿真结果对荔枝去核机的改进设计提供了依据。