单胞结构对盾构机复合材料刀圈增强体抗压性能的影响

为明确WC陶瓷颗粒单胞结构对盾构机滚刀刀圈蜂窝结构增强体的抗压性能的影响,利用绘图软件对体积分数为36%WC颗粒(四边形、六边形、八边形)的滚刀刀圈蜂窝结构增强体进行三维空间结构设计,通过ANSYS有限元模拟仿真分析不同单胞结构增强体的抗压性能。结果表明:WC颗粒体积分数为36%,四边形单胞结构增强体的极限压缩强度为123MPa、六边形的极限压缩强度为125 MPa、八边形的极限压缩强度为121 MPa,体积分数为36%的正六边形蜂窝结构增强体的抗压性能最优。

双液压马达驱动的甘蔗根切器刀盘转速同步控制方法

为简化双刀盘甘蔗根切器的传动链,提高传动系统对时变载荷的适应性,该研究提出用双液压马达直接驱动双刀盘,并将电液比例负载敏感技术应用于根切器的传动方案,通过建模仿真和试验探究双刀盘同步精度的控制方法。建立根切器电液比例阀控马达闭环速度控制系统的传递函数,分析得到该系统的稳定裕度仅为16.5°,因此需要采用合适的控制算法提高系统的稳定性和控制精度。基于AMESim-MATLAB联合仿真,研究采用主从控制策略,主马达为PID控制,从马达分别采用PID、自适应模糊PID和滑模变结构控制算法时系统的稳定性和刀盘转速的控制精度。仿真结果为:不同控制算法下马达开启过程转速的动态调整时间分别为5.5、3.0、2.7 s,稳态阶段两个液压马达的速度差分别为20、8、5 r/min;最后搭建试验台,以实测载荷谱为负载输入,进行主从马达转速同步控制试验,得到PID、自适应模糊PID和滑模变结构控制系统启动阶段转速的动态调整时间分别为6.3、4.6、3.7 s,稳态阶段主从马达的转速差分别为47、23、13 r/min;仿真与试验结果均表明,基于滑模变结构算法的刀盘转速同步控制系统的各项指标均优于PID和自适应模糊PID控制。研究结果可为甘蔗收割机根切器传动与控制系统的优化设计提供理论参考。

盘形滚刀对TBM破岩效率的影响参数分析及优化设计

为探究盘形滚刀形式对TBM破岩效率的影响,依托福州滨海快线工程项目,利用ABAQUS创建盘形滚刀破岩模型,通过优化单刃滚刀结构参数,分析多滚刀破岩方式对掘进效率的影响。结果表明:刃宽和贯入度对滚刀破岩的影响最大,随着刃宽和贯入度增加,滚刀受到的滚动力、垂直力和破岩体积逐渐增大,并在刃宽20 mm、贯入度10 mm时,达到最佳破岩效果;双滚刀下采用同步破岩的效率要明显高于顺次破岩,其最优刀间距为60 mm;随着四滚刀回转半径增加,滚刀受到的切向力、垂直力和合力均增大,侧向力呈现先增大后减小的趋势,在回转半径350 mm处达到最大。研究成果可为福州滨海快线项目TBM滚刀选型及施工方案优化设计提供依据。

机夹型叶根铣刀设计及自动检测技术

分析机夹型叶根精铣刀的设计方法,确定刀具刃口型线,通过UG建立刀体模型并进行加工程序模拟,通过NUMROTO软件进行3D模拟,查看模型是否与型线外形符合,测量和优化刀具角度,在无碰撞和干涉条件下对刀槽进行加工和测量。确定刀片装配位置、设计槽型的加工顺序,建立合适的刀具坐标系,采用CadLoadModel语句导入理论模型后进行元素分组,实现机器坐标系与模型坐标系的统一,检测表明,该设计方案满足使用要求,提高了叶片加工效率。该工艺对其他机夹型叶根铣刀的研究具有一定推广使用价值。

不同结构参数对铣刀铣削H13淬硬材料性能的影响

为了更好探究不同结构参数对铣刀铣削H13淬硬材料性能的影响,选用直径与圆弧半径均相同的三种硬质合金铣刀,设定不同的切削螺旋角、周刃前角以及周刃后角,选用立式加工中心对H13淬硬材料进行加工,收集与分析三种不同结构参数刀具的切削力、断屑性能以及磨损量,结果表明当刀具周刃前角和后角等变大时,刀具切削力会越来越小,同时周刃前角对刀具切削力的影响更大;切削螺旋角对铣削温度的影响最大,当切削螺旋角为30°时切削温度最小;当铣刀的周刃前角较大时,能够更好将切屑排除出去,并减小切削力,降低磨损量。

Design Optimization of TBM Disc Cutters for Different Geological Conditions

A novel optimization methodology for the disc cutter designs of tunnel boring machines (TBM) was presented. To fully understand the characteristics and performance of TBM cutters, a comprehensive list of performance parameters were investigated, including maximum equivalent stress and strain, specific energy and wear life which were closely related to the cutting forces and profile geometry of the cutter rings. A systematic method was employed to evaluate an overall performance index by incorporating objectives at all possible geological conditions. The Multi-objective & Multi-geologic Conditions Optimization (MMCO) program was then developed, which combined the updating of finite element model, system evaluation, finite element solving, post-processing and optimization algorithm. Finally, the MMCO was used to optimize the TBM cutters used in a TBM tunnel project in China. The results show that the optimization significantly improves the working performances of the cutters under all geological conditions considered.

4SW-2.0型卧式割晒机的设计与试验

针对常规割晒机底盘低,立式割台侧向铺放的结构型式导致边行收获困难、割晒铺放质量不佳、机具通过性能较差等问题,设计了一款卧式割晒机,采用中间铺放的形式,传动系统利用液压马达驱动。整机结构主要由偏心式拨禾轮、悬挂升降装置、分禾装置、横向往复式切割器、横向螺旋输送滚筒、机架、传动系统和液压系统等组成。利用MATLAB编程绘制出不同机组前进速度和不同曲柄转速下的切割图,以铺放均匀度系数和割晒损失系数为试验指标,选取机组前进速度和主传动轴转速为试验因素,进行正交试验。结果表明,当机组前进速度为1.07 m/s、主传动轴转速为449 r/min时,割晒机达到最佳工作状态;在多次试验验证后,得到铺放均匀度系数平均值为1.08,割晒损失系数平均值为1.55。田间试验结果表明,该割晒机在正常工作状态下能一次性完成燕麦的切割、铺放作业,割茬整齐,输送流畅,铺放有序,可以满足后续晾晒和捡拾脱粒作业需求。

砾石层异型齿PDC钻头的设计及现场试验

塔里木盆地库车山前盐上砾石层发育,砾石含量高、粒径大、抗压强度高,地层可钻性差,钻速慢,井下复杂多。为此,文章针对山前盐上大段砾石层进行了地层砾石层特征和钻头失效模式分析,并在此基础上进行了PDC钻头的异型齿结构设计、优化布齿及冠部形状等设计,形成抗冲击、强攻击性的异型齿PDC钻头设计方案,从而提高了PDC钻头的抗冲击、抗涡动及破岩效率,有效扩大钻头在砾石层中的适用范围。钻头在山前高含砾地层进行了现场试验,取得了优异的应用效果,单只钻头平均进尺达到530 m,平均机械钻速达到4.28 m/h,同比邻井在该地层钻井效果最好的10只PDC钻头的单只钻头进尺提高了42%,平均机械钻速提高了52%,成功解决了塔里木盆地库车山前盐上砾石层钻井的低机械钻速及短进尺的问题。

基于三维虚拟仿真的旋耕机优化设计

以旋耕机作业过程为研究对象,对旋耕机刀具结构和工作原理进行分析,并使用Catia三维结构设计软件进行旋耕机刀具参数化结构设计,分析计算出旋耕机刀具使用过程中的最大载荷为522N。通过Catia中静力分析模块对旋耕机刀具进行应力仿真分析,获取旋耕机刀具使用过程中的应力分布云图和变形量分布云图,结果表明:最大变形位置对应旋耕机刀具的刀尖处,最大应力位置对应刀具安装孔处。以旋耕机刀具折弯角和刀具正切面刀高为优化参数,以应力值、变形量及刀具体积为优化目标,对不同参数组合进行优化,结果表明:当正切面刀高为45mm、刀具折弯角为125°时,刀具结构参数达到最优。

管道更新掘进机刀盘切削技术研究

为解决非开挖管道更新的难题,探索掘进机刀盘切削钢筋混凝土管节的可行性,构建钢筋混凝土管节切削模型并研究切削机制。依托管道切削试验台及地下试验段开展切削试验,分析不同的刀盘刀具配置对切削效果的影响规律。主要结论如下:1)与球齿滚刀相比,条齿滚刀更易切断钢筋,且切削过程更平稳;2)二次剪切破碎装置能较好地实现混凝土渣及钢筋的二次剪切破碎,且破切钢筋较易排出;3)刀盘破切钢筋混凝土管节时主要承受切削转矩,摩擦转矩及二次剪切转矩对刀盘切削转矩影响不大。试验表明管道更新掘进机实现钢筋混凝土管节切削是可行的。

TBM施工对地表及临近建筑物的振动响应研究

针对青岛地铁某线路典型标段,建立TBM掘进动力计算模型,分别研究距作业面不同距离、不同掘进速度和不同刀盘推力的地表三向振动变化规律,并进一步分析框架结构各楼层振动强度变化特征。结果表明,随着距离增大,地表横向与竖向峰值加速度与振动信号高频部分逐渐衰减,纵向峰值加速度反弹增大后开始快速衰减,而纵向振动信号频率衰减并不明显。作业面正上方地表5 m范围内为竖向振动强影响区,5~25 m范围内为纵向振动强影响区。三向地表振动波频谱成分较复杂,呈现明显的低频特性。降低掘进速度和刀盘推力能有效减小地表振动强度,但对频率影响不大。框架结构竖向加速度峰值随层数的增加逐渐增大,横向与纵向振动强度呈现出明显的波动性,三向振动均在楼顶处得到明显加强。研究成果可为TBM掘进振动控制提供参考。

某型土压平衡盾构刀盘布刀规律研究

盾构刀盘是盾构施工中实现掘进、渣土过流、界面支护的关键部件,不同的地质条件对盾构刀盘的结构形式、开口率、刀具的选择与安装都有着不同的要求.该文试图从某型复合盾构刀盘采用主辅梁形式、刀具螺旋线配置等进行分析,揭示了为保证力学平衡而采取的结构形式以及刀具组合布置等与土体相适应的某些规律,为盾构刀盘的设计研制优化提供一定的依据.

多联辊刀式莲子剥壳机的结构与工作原理

为了实现高效低耗损机械化莲子剥壳,针对壳莲物理及结构特性,设计了一种基于辊刀切割原理的莲子剥壳机。辊刀式莲子剥壳机采用供送螺杆对壳莲进行分粒供送并使莲子按照一致的位形排序上料,采用由双托辊和剥壳辊构成的剥壳通道实现莲子剥壳,为适应不同品种、不同粒度壳莲的剥壳,在剥壳机设计中采用了集总式调节机构以实现对主要切割参数即切割压力、切割深度、螺旋辊刀空间斜置和偏置角度的调节。通过基于物理样机的剥壳试验,多联辊刀式莲子剥壳机的处理量大于100kg/h,剥壳率大于90%,仁壳分离率达92%,籽仁破损率小于3%。分析和试验结果表明,多联辊刀式莲子剥壳机设计新颖,性能稳定,工作可靠,调节维护方便快捷,能够满足莲子机械化剥壳的实用性需求。

隧道掘进机刀盘结构性能评价研究关键问题分析

刀盘是隧道掘进机的关键部件,刀盘的结构性能会影响隧道掘进机的施工效率、施工成本及施工安全,因此对刀盘结构性能进行综合评价对工程实践具有重要指导意义。文章首先从刀具破岩机理、刀盘布局设计及掘进性能评价三方面对国内外研究现状进行了综述,总结了研究成果及存在的局限性;基于研究现状,提出了刀盘结构性能评价研究需要解决的关键问题。研究认为:需全面考虑刀盘结构参数的影响,进一步完善整个刀盘刀群的破岩机理、刀盘及刀具布局设计,以及掘进性能预测模型。

小型甘蔗收获机根部切割器结构设计

根据小型甘蔗收获机的特点和最优切割参数设计了具有合理结构型式的刀片,进而设计出根部切割器。运用工程分析软件对刀片和根部切割器进行结构运动学和动静力学分析,验证了其结构可靠性和切割性能,并获得机构的固有频率和可能出现的破坏形式。运用3-D建模软件确定了根部切割器的三维模型图,用于小型甘蔗收获机根部切割器物理样机的开发。

秸秆揉切机用刀片断裂失效分析

对 9RZ 6 0型秸秆揉切机用刀片的断裂失效进行了宏观、微观和组织分析 ,并测定了 6 5 Mn钢刀片的化学成分。指出刀片金相组织不合理是造成断裂的主要原因 ,同时 ,由于结构设计的不合理造成的应力集中也是刀片断裂的重要原因。在实际工况试验条件下 ,确定了采用 6 5 Mn钢经淬火、等温淬火和低温充分回火的热处理工艺。

某型土压平衡盾构刀盘有限元分析

根据某土压平衡盾构刀盘结构特点,在Solidworks中建立其三维实体模型,并应用ANSYS软件建立了刀盘相应的有限元计算模型,对刀盘在正常工况和脱困工况下的受力特性进行分析,得到了刀盘在各工况下的应力应变分布规律.分析结果表明,危险截面位于180~210°辅梁与辅条间,在牛腿与法兰盘、辅梁连接处也有较大应力,最大应力为204 MPa,最大变形为1.568 mm,研究结果为刀盘的结构设计和工程施工维护提供了基础数据.

月球钻取采样钻头结构参数对力学性能的影响

基于对螺旋钻头的输出月壤阻力、驱动力矩及月壤失效区的分析,建立了钻头的力学模型,该模型综合考虑切削具内外侧面与月壤之间的压力及摩擦力,考虑月壤侧向失效面的面载荷对钻头切削具周向力矩、总功耗及月壤失效距离的影响,数值仿真与试验结果校验了模型的正确性。在数值仿真过程中采用深层月壤本构关系的Mohr-Coulomb模型,使仿真更加符合月壤内摩擦角大于22°的真实情况。利用该模型分析并获得了钻头结构参数对切削具功耗和失效距离的影响规律,以钻头功耗最小为优化目标,用遗传算法对钻头结构参数进行了优化,优化结果降低了钻探过程中的烧钻风险。可为钻取式自动采样机构的钻头设计提供理论依据。

切削-犁削混合钻头设计及现场应用

为解决常规PDC钻头在非均质硬地层使用寿命短、机械钻速低的问题,设计并加工了一种切削-犁削混合钻头。新型钻头以PDC复合片作为主要工作元件,以锥形PDC齿作为次要工作元件,形成混合切削结构,具有切削和犁削双重破岩作用,提高了PDC钻头在非均质性硬地层中的抗冲击性能和破岩效率。现场试验表明,切削-犁削混合钻头机械钻速对比常规PDC钻头提高了57.6%,钻头进尺对比常规PDC钻头提高了91.6%,取得了非常好的使用效果。新型PDC钻头具有机械钻速高、寿命长、进尺多等特点,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本有积极的意义。

隧道掘进机刀群与盘体支撑筋耦合布置设计

刀盘是全断面隧道掘进机(Tunnel boring machine,TBM)的关键部件,TBM刀盘系统设计直接关系掘进效率和可靠性。刀盘系统设计的关键是复杂岩石边界下刀群布置设计与刀盘盘体结构设计,二者相互耦合,相互影响。分析刀群与盘体支撑结构之间空间位置耦合以及支撑结构与刀盘强度刚度之间的非线性耦合关系,建立刀群与盘体支撑结构耦合布置优化模型,提出多子系统协同进化的刀具适应性布置与盘体结构耦合设计方法。以引洮工程为例进行验证,结果表明:支撑筋初始安装角与刀盘强度、刚度之间存在非线性函数关系,多子系统协同进化方法求解出的刀群与支撑筋耦合布置方案的最大等效应力、最大变形量、不平衡力矩、不平衡力、顺次角度等指标相比原方案降低了30%以上,以此证明提出的耦合优化模型及其求解方法的可行性和有效性,可为TBM刀盘系统设计提供一定的借鉴与方法支撑。