掘进机滚刀刀箱用Q355B钢热处理工艺研究

通过拉伸试验、硬度测试、冲击试验、压缩试验及显微组织观察,研究了不同正火和淬火工艺对Q355B钢力学性能的影响。结果表明,Q355B钢经900℃正火处理后,其显微组织为铁素体和珠光体,带状组织完全消除,屈服强度、硬度和塑性均有一定程度增加,冲击韧性大幅度提升;Q355B钢经900℃淬火+200℃回火处理后,其拉伸屈服强度和压缩屈服强度分别为743.5、756.7 MPa。不同热处理状态下Q355B钢均表现出优异的塑性,其拉伸断口和冲击断口均为微孔聚集性断裂,部分出现准解理特征。Q355B钢经900℃淬火+200℃回火处理后,满足掘进机滚刀刀箱材料使用性能要求,使用过程中未出现刀箱变形问题。

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。

复合常压刀盘掘进措施应用研究

文章结合广州海珠湾隧道工程超大直径泥水平衡盾构机掘进实例,分析了复合常压刀盘在复杂红层地质的工程难点及应对措施,重点分析了刀盘结泥饼、滞排、排浆泵及采石箱堵塞,以及刀具磨损严重等问题产生的原因,对出现的问题提出相应解决措施并讨论了其应用效果,为后续在类似典型地层中的盾构施工提供参考和借鉴。

MATHEMATICAL MODEL OF NC MACHINING NONCONVENTIONAL MILLING CUTTERS-FORMING METHOD OF RAKE FACES

How to generate rake faces of nonconventional milling cutters (NCMC) with constant spiral angled and normal rake angled edges on NC machine tools is presented by use of a blunt cup grinder or a cup milling cutter. Motion functions of the NC machining system are mathematically deduced and exam- ed by a experiment. The research will provide theoretical and practical guidance for machining noncon- ventional tools on NC machine tools.

面向冷冻法常压进仓作业的盾构机选型研究

针对地下水流动性较强地层的盾构机进仓作业难题,提出通过冷冻法加固地层,以实现常压进仓作业。面向冷冻法常压进仓作业需求,从安全性、可靠性、经济性角度分析了常压刀盘的优势,对盾构机主机、刀盘刀具、盾体、人仓系统等进行了适应性的选型设计,并通过盾构实际开仓作业情况验证了所提出方法的正确性。

盾构冷冻刀盘技术在地铁隧道施工中的应用

基于盾构冷冻刀盘技术,以某实际工程为例,对开仓方案比选、冻结帷幕厚度确定、冻结设备选取、刀盘冻结管路布置、施工监测内容、施工参数选定、开仓清理和换刀等内容进行了分析,形成了针对水域地铁隧道冷冻刀盘技术开仓换刀的一整套技术流程和技术要点,该冷冻刀盘技术在过江隧道(水深5.6 m,隧道覆土厚度15.94 m)的开仓换刀施工中是可行的,为类似工程的研究提供了参考资料。

TBM滚刀回转破岩性能数值分析

针对隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)刀盘设计过程中盘形滚刀布局的刀间距和贯入度问题,综合岩石力学、弹塑性力学和断裂力学,并运用有限元方法建立了TBM刀盘滚刀的动态破岩三维模型.通过与线切割实验对比验证了模型的正确性和有效性,并在此基础上分析了滚刀的回转破岩,得到刀间距和贯入度对滚刀切削力及比能的影响规律.结果表明:随着刀间距的增加,滚刀所受法向力将会逐渐增大,而其切向力基本保持不变,比能增加先减小后变大,在刀间距为60 mm附近取得最小值;法向力和切向力随着贯入度的增加而增大,比能随着贯入度增加而减小.

弧面凸轮廓面非等径加工的刀位控制方法

刀位补偿法是非等径加工弧面凸轮廓面最常用的方法,提出了刀位补偿法法向误差计算的方法和一种刀位自适应补偿优化算法,即对于任意凸轮转角,以最大法向误差最小为目标函数,进行刀位优化,寻求对应的最佳补偿点和补偿量,使刀位根据加工误差自适应地柔性补偿。通过实例验证了法向误差计算式的有效性,并得出了滚子和刀具的半径差是最佳补偿量,而最佳补偿点位置并不固定的结论,结果表明所提出的刀位优化算法正确有效,可显著减小加工误差。

盾构机总推力反算滚刀法向破岩力探讨

分析了盾构机掘进过程的受力状况,建立了盾构机滚刀法向破岩力与掘进总推力之间的量化关系,提出了利用盾构机实测总推力反算滚刀破岩力的方法与步骤.以广州地铁三号线北延段盾构掘进工程为例,验证了本研究提出的方法,计算结果与Rostami预测值具有一致性,并指出反算法向破岩力的关键在于盾构机外壳与周围地层的摩阻力计算,取决于盾构机外壳所受压力的合理估算及盾壳与地层摩擦系数和侧压力系数的正确选取.

圆柱铣刀前刀面法曲率的计算

在保证设计法向前角的前提下，推导出了圆柱螺旋刃铣刀前刀面的法曲率计算公式，为高性能圆柱铣刀的制造提供了理论依据。

回转刀具侧铣加工扫掠包络面几何造型及其应用

三维曲面加工是通过刀具扫掠包络面逼近设计曲面来实现的。针对侧铣加工,提出一般回转刀具扫掠体包络面的双参数球族包络表示方法,建立刀具包络面及其第一和第二基本型的解析表达式。定义两种用于评价设计曲面与包络曲面之间偏差的法向误差函数,并推导出其关于刀具回转面和刀轴轨迹面形状控制参数的一阶梯度表达式,在此基础上提出了刀具扫掠包络面最佳逼近设计曲面的扫掠造型方法,为研究五轴侧铣加工所关心的各类运动几何学问题提供了理论框架。侧铣加工离散刀位优化的应用实例验证了所提方法的有效性。

圆柱铣刀前角的精确磨削

提出了圆柱形螺旋刃铣刀磨削偏距Ｅ的精确计算方法，该法可以保证精确地磨出所要求的法向前角。介绍了用图形模拟技术校核前刀面磨削干涉的方法。

关于B样条曲面造型及其刀位数据计算的探讨

复杂形状零件的几何建模是数控编程的首要环节,选择合适的曲面造型方法有利于刀位计算和数控加工编程;本文采用三次B样条曲线为基础的双三次B样条曲面造型方法,并给出了其矩阵表达式,在此基础上能十分方便地进行点矢和法矢计算;针对该造型方法,还给出了三轴数控加工中的刀位数据计算方法。

基于正常掘进工况下的TBM刀盘振动限值研究

刀盘作为TBM施工过程中实现破岩功能的关键部件,极端环境极易引起刀盘的剧烈振动,且刀盘的长期剧烈振动会导致结构开裂、失效等问题。因此,以TBM刀盘为研究对象,通过有限元与动力学仿真,确定正常掘进工况下的刀盘振动限值。首先,基于滚刀破岩动态载荷模拟仿真及CSM模型得到不同围岩类别下的滚刀载荷谱,使之作为刀盘外激励;其次,利用Ansys对刀盘进行瞬态动力学仿真,得到刀盘的最大等效应力,再以许用应力进行衡量;最后,利用Adams对TBM主机多自由度动力学模型进行动力学仿真,得到不同岩石类别正常掘进工况下的刀盘振动加速度,从而得到刀盘的振动限值。

三角形网格模型上刀触点的加权补偿法矢量计算方法

研究面向三角形网格曲面数控加工刀位点的计算方法,提出了一种用于精确计算网格曲面上刀触点法矢量的方法。该方法引入了包含网格模型上刀触点所在区域附近的网格顶点的法矢量信息的加权补偿矢量及渐变影响函数,通过非线性插值三角形顶点处的法矢量得到位于网格模型上各刀触点的法矢量,使之更加接近理论参数曲面相应位置的法矢量。实例计算和误差分析表明,该方法可以有效地提高网格曲面上刀触点处法矢量的计算精度,对提高刀具轨迹上相应刀位点的位置精度和基于三角形网格曲面的数控加工精度有积极意义。

滚刀破岩试验装置的研制及应用

反井钻机在钻进过程中存在滚刀破岩效率低等问题,且刀具与岩石相互作用关系尚不明确。为探讨滚压破岩机理和效果的影响因素,自主研制了滚刀破岩模拟试验装置,能够进行不同滚刀类型和滚压参数的线性截割试验。选用单排镶齿滚刀进行了岩石破碎试验,获得正压力与滚动力关系曲线。结果表明:该试验装置可以实现滚刀在直线方向往复运动下的破岩过程模拟,具有较好的实用性和可靠性,为进一步揭示滚刀破岩机理和研究反井钻井工艺、技术、装备提供有效的测试手段。

直槽双圆弧齿轮滚刀的齿面特性分析

本文提出了直槽双圆弧齿轮滚刀刃形曲线方程式 ,并进一步分析了该滚刀的齿面特性 ,指出该滚刀从整个使用过程看 ,是一种近似造型的刀具。

基于空间包络理论的双刀盘铣齿关键参数优化

针对直线廓形的单铣刀盘铣削斜齿轮时齿面法向偏差较大且分布不均匀的问题,提出一种双铣刀盘铣齿法来减少齿面法向偏差。根据空间包络原理,对双刀盘铣齿进行建模并通过解析算法求取双刀盘所包络的端面齿形和齿面法向偏差。在不过切的前提下,求取刀盘间距的调整范围,并结合刀轴中心距分析两者与齿面最大法向偏差的关系。根据所得规律,以双刀盘铣齿关键参数—刀盘间距、刀轴中心距与法向偏差的关系为约束条件,通过调整刀盘间距与刀轴中心距,使用离散变量网格直接寻优算法,以减少齿面最大法向偏差为优化目标,对双刀盘铣齿关键参数进行优化研究,从而实现对齿面法向偏差的优化。通过物理样机试验表明,该优化方法可有效减少齿面最大法向偏差。

双圆弧齿轮滚刀的设计与研究

双圆弧齿轮在综合性能上较普通齿轮具有较大优势,尤其是在啮合性能上。但因其结构组成的复杂性,增加双圆弧齿轮刀具的研究和加工难度,研究需更特定化。在目前刀具设计研究基础上,对齿轮建立数学模型函数,在满足齿轮啮合基础上,应用数学几何关系、齿廓法线法等,通过坐标系转换,求得刀具坐标系内刀具齿形齿廓一系列点坐标。涉及的齿轮类型为外齿廓双圆弧齿轮,实际加工的刀具为滚刀。为了便于分析与研究,将双圆弧齿轮与其对应的滚刀简化为双圆弧齿轮与齿条的啮合,进而便于建立齿廓法线方程式,并通过MATLAB编写程序对其仿真求解得到刀具齿形,便于进一步观察分析。

双刀盘铣削斜齿轮端面齿形分析

针对单刀盘铣齿端面齿形不均匀余量对后续齿面精加工的影响,提出一种双刀盘铣齿方法。使用空间包络理论建立双刀盘铣齿数学模型,推导双刀盘铣齿接触条件式,得到空间接触线,并根据螺旋面啮合原理得出端面齿形。利用渐开线齿廓性质,对端面齿形的法向偏差进行了求解,求取端面齿形法向偏差的分布形式,得到最大法向偏差。通过与单刀盘铣齿端面齿形进行比较,进一步验证双刀盘铣齿对端面齿形的优化,表明双刀盘铣齿可有效减小齿面法向偏差,改善齿面余量分布。