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ADAMS的全断面竖井掘进机锥形刀盘载荷特性

全断面竖井掘进机锥形刀盘在竖井施工中具有导向性好、姿态调整方便等优点,滚刀作为竖井掘进机施工中最直接的破岩工具,获取其载荷分布规律对于竖井掘进机的刀盘刀具系统的合理设计和掘进过程中装备姿态的调整具有重要意义。基于ADAMS建立了全断面竖井掘进机锥形刀盘与岩体耦合模型,合理施加约束条件对正常掘进工况进行仿真,获取了竖井掘进机锥形刀盘刀具的载荷分布规律。结果表明:由于安装方式的不同,正滚刀所受到的侧向力和滚动力均大于中心滚刀,对正滚刀刀座与辐条之间的连接强度提出了更高要求;随着正滚刀在刀盘上安装半径的增大,其受到的垂直力也增大。中心滚刀所受到合力载荷稳定性较正滚刀明显较好,波动更小;随着滚刀在刀盘上安装半径的增加,滚刀所受到的合力载荷大小波动更大,载荷稳定性也更差。

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。

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。

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。

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 。

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。

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%。

补连塔煤矿不同深度岩石磨蚀性试验研究

在神东补连塔煤矿斜井TBM掘进段不同埋深围岩进行了岩石成分分析和磨蚀性试验,采用线激光超高速轮廓扫描仪对磨蚀性试验的岩石划痕进行三维扫描分析,并基于磨蚀性试验结果,分析了岩石磨蚀指数CAI与TBM刀具磨损的关系。结果发现:CAI与等效石英含量相关性最强,等效石英含量越大,CAI越大,划痕深度变小,成层状细砂岩的裂纹延伸扩展最明显;钢针划过粉砂岩、中砂岩、细砂岩展现3种不同破坏方式,分别为细颗粒磨蚀、粗颗粒磨蚀、倾斜磨蚀;刀具磨损与岩石CAI值呈一定相关性,CAI值越大,钢针磨蚀越大,刀具磨损也越大,刀具磨损与钢针划过岩石的磨损破坏形式具有一致性。实际工程中可根据钢针磨损形式预测刀具磨损,改进刀刃形式,减少刀具消耗,带来经济效益。

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。

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。

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%。

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。

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。

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。

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。

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.

变径细长轴类零件的旋风铣削方法研究

提出了一种用旋风铣削代替车削加工变径细长工件的加工方法。介绍了该方法的加工原理和刀具与工件的相对运动关系,设计了数控变径旋风铣床。此加工方法可以有效地提高变径细长工件的径向尺寸精度、表面质量及生产效率,减小工件表面的形状误差,具有广泛的工程意义。

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。