楔刀不同加载速率条件下细砂岩裂纹扩展研究

为提高西部竖井钻井法楔齿滚刀钻进细砂岩的破岩效率,开展西部弱胶结砂岩XRD与SEM试验,微观结构验证PFC2D模拟试验细观参数标定结果,探讨不同加载速度工况下弱胶结砂岩拉、剪裂纹形成,破岩阻力变化及破岩机理、破岩效率。研究结果表明:胶结物是加卸载段生成的微宏观裂纹萌生、扩展的通道,贯入速率超过0.01 m/min以上,将导致更大的动力效应、更大的应力集中(楔刀贯入)和应力波(密实核应力膨胀)传播,岩石内部的应力集中区域扩展,产生部分无效裂纹。贯入速率0.02 m/min平均贯入力是贯入速率0.01 m/min平均贯入力的1.64倍;贯入速率为0.01 m/min时取得最小胶结破坏比能耗,与可可盖矿中央回风立井施工现场钻进速率非常吻合。研究结果可为西部弱胶结砂岩楔齿滚刀破岩提供参考。

临空面对TBM楔刀贯入破岩效果影响试验研究

为提高深部地下高地应力硬岩掘进效率,对有、无中间临空面的板状花岗岩试样进行了楔刀垂直贯入破岩试验,以探究临空面辅助作用下不同围压、不同楔刀与临空面的距离、不同临空面深度等对楔刀破岩效果的影响。试验结果表明:临空面辅助破岩可大幅降低破岩比能耗;在临空面辅助作用下,楔刀下主裂纹向下延伸后朝向临空面发展贯通,形成三角形大粒径块体岩渣,减小了岩屑的产生;围压对破岩效率具有重要影响,在最优围压时破岩比能耗最低;主裂纹贯通至临空面底部时,伴随楔刀与临空面的距离增大,破岩比能耗呈现非线性增长;临空面深度控制主裂纹朝向临空面发展贯穿,从而影响破岩比能耗。研究结果为TBM高效破岩提供了新思路。

截楔刀齿振动切削破岩载荷特性的数值模拟

为研究碟盘刀具在轴向振动和径向切削复合破岩过程中应力的分布情况及载荷特性,以单个截楔刀齿作为等效分析对象,采用ABAQUS软件建立截楔刀齿等效模型,模拟刀齿破岩过程,分析不同结构下刀齿的应力云图和载荷曲线。结果表明:齿尖部分所受应力远大于齿体部分,且齿体与齿尖所受应力最大值均与刀齿楔面角度正相关;楔入深度增加,应力分布区域由齿体向齿尖处集中。径向载荷的峰值和均值均与齿尖等效半径正相关,且大于轴向载荷的峰值和均值;轴向向下载荷峰值与等效半径正相关,向上载荷峰值和径向载荷均值则负相关;轴向载荷均值受等效半径影响较小。该研究为新型破岩刀具的设计提供了理论依据。

楔形减阻旋耕刀设计与试验

为解决旋耕整地作业阻力大、能耗高等问题,该文基于旋耕刀理论受力模型设计了一种楔形减阻旋耕刀。采用Inventor和HyperMesh软件分别创建国标旋耕刀及楔形减阻旋耕刀的三维模型和切削土壤模型,分析了楔形减阻旋耕刀的应力强度,对比了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀的切削阻力。通过田间试验对比了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀的扭矩、功耗与碎土率。结果表明:楔形减阻旋耕刀所受最大应力为29.49 MPa,远小于材料的屈服强度430 MPa,在保证刀身强度的前提下,与国标旋耕刀相比,楔形减阻旋耕刀质量减轻8.3%;平均切削阻力较国标旋耕刀下降10.65%。在相同工况条件下,楔形减阻旋耕刀的平均扭矩为648.916 N·m,较国标旋耕刀下降11.35%;楔形减阻旋耕刀的平均功耗为67.3kW,较国标旋耕刀下降9.29%,碎土率提高4%,耐磨性能与国标旋耕刀持平,能够达到在降低作业功耗的同时,提高耕作质量并保证刀具使用寿命。

低合金耐磨铸钢楔齿滚刀的性能及热处理

测定了钻井楔齿滚刀用新型低合金耐磨铸钢的物理及力学性能，研究了钢的性能与回火温度的关系，以及钢的耐磨性与硬度和断裂韧性的关系。结果表明，该钢具有较好的淬透性及堆焊性，经900～950℃加热淬火及200～250℃回火后，具有高的强韧性及高耐磨性。用该钢制造的钻井楔齿滚刀的寿命显著提高，可实现以锗代锻，明显降低了滚刀的生产成本。

竖井钻机用楔齿滚刀失效探讨

针对目前竖井钻机用楔齿滚刀使用寿命短、成本高等问题,分析了楔齿滚刀常见的刀齿、刀壳、轴承和密封等失效形式及其形成的原因。并从轴承结构、密封结构、边刀刀壳背锥结构、刀壳铸造工艺和滚刀装配工艺等方面提出了改进技术措施,使压差补偿活塞运动到底部的时间从306h提高到了517 h,刀齿和刀壳外圈的硬度从HRC37～41提高到HRC50～56,提高了滚刀的密封效果和耐磨性。避免滚刀发生突发性的早期失效,从而延长滚刀的使用寿命,缩短钻井时间,提高钻进效率,降低钻井成本。

正、偏楔形盘形滚刀破岩作业载荷对比研究

盘形滚刀是全断面岩石掘进机(TBM)上的关键核心部件,其与岩石的相互作用直接影响TBM的掘进效率和工程成本。研究发现盘形滚刀外形对其与岩石的相互作用有较大影响。论文首先建立了正楔形盘形滚刀作业对象岩石的Drucker-Prager弹塑性模型和正楔形盘形滚刀与其相互作用模型,并用罗科斯巴勒盘形滚刀破岩力预测理论对所建模型进行了验证;以此为基础,论文还建立了偏楔形盘形滚刀与其作业对象岩石的相互作用模型,并分别模拟研究了正楔形盘形滚刀和偏楔形盘形滚刀与岩石的相互作用,从而发现正楔形盘形滚刀在不同安装半径和切深条件下的垂直力、侧向力和滚动力都大于偏楔形盘形滚刀,且偏楔形盘形滚刀在小安装半径和大切深条件下,其破岩载荷较正楔形盘形滚刀减小量较大。论文研究结论为偏楔形盘形滚刀设计理论的工程应用提供了重要参考。

不均质地层用CG型楔齿滚刀

用30CrMnSiTiW 耐磨铸钢做刀壳,堆焊 RDW-CrNiB 耐磨堆焊焊条的 CG 型不均质地层用滚刀,在破碎软硬不均的岩层,冲击剧烈、载荷不均、刀具磨损严重的条件下,和国内同类刀具相比使用寿命提高1～2倍。

立井钻井机钻头楔齿滚刀失效分析与改进措施

介绍煤矿立井钻井机楔齿滚刀破岩机理及其影响破岩效率原因分析,结合现场使用经验,总结分析楔齿滚刀失效形式及其产生原因。针对楔齿滚刀铸造工艺、轴承密封结构及滚刀在钻头体的布置结构等,提出了设计改进意见,以保证楔齿滚刀破岩的高效性,延长使用寿命。

高压耐磨双金属复合冶金楔齿滚刀的研制

通过对煤矿竖井钻机破岩楔齿滚刀失效原因分析及滚刀刀壳铸造工艺的改进,研发了双金属复合冶金楔齿滚刀,在保证刀齿耐磨性能的同时,降低了刀壳的加工成本。另外,对现有破岩滚刀密封结构的改进设计,满足了楔齿滚刀深井钻井作业8~10MPa耐高压的密封性能要求。新型的密封结构与铸造工艺延长了楔齿滚刀使用寿命,为钻井法的发展与应用提供了更为广泛的空间。

冲击采煤机楔形刀齿的改进及理论分析

在冲击采煤机原有刀齿的基础上,借助Pro/Engineer和Autocad 2004设计了更合理的新刀齿。充分利用新刀齿几何参数与其力学参数之间的关系,不仅使其几个主要的几何参数达到最优,同时刀齿也获得了最佳的破煤效果;而且整个刀齿的设计及理论研究也为冲击采煤机的整体优化奠定了基础。

TBM滚刀破岩效果及新型刀具的应用研究

TBM滚刀磨损是影响TBM掘进效率和施工成本的重要因素,不同刀刃刃形的破岩效率和磨损均会有所不同。本文对楔形弧刃滚刀的破岩机理进行了分析,建立了滚刀法向切削力计算模型,分析了滚刀刀刃角对法向切削力的影响;继而设计了3种不同刀间距、3种不同刃形滚刀,并进行了室内滚刀破岩试验。试验结果表明:刀间距15 mm为合理刀间距;尖刃滚刀最易磨损,齿刃比弧刃滚刀破岩效果好,破岩效率相对较高且耐磨损。结合工程现场实际情况,研发了一种新型齿刃楔形刀具,并应用到工程现场TBM斜井掘进。应用情况表明:新型齿刃楔形刀具比两种常规刀具的磨损量减少20%,刀具寿命有所提高。新型齿刃楔形刀具的研发和成功应用,解决了斜井TBM掘进刀具的较大磨损和频繁更换问题,为TBM长距离斜井掘进提供了技术支持,缩短了掘进工期,节约了施工成本。

盾构机采用楔形合金齿刀在掘进孤石群的应用研究

全国各一二线城市都加大了对地铁轨道交通的投资建设,盾构法作为地铁施工非常重要的一种方法,而上软下硬地层穿越孤石区最上层和最下层强度存在较大的差值。本文通过对厦门轨道交通2号线2标一工区建湖区间隧道在土压平衡盾构上软下硬地层掘进过程中遇到孤石,造成孤石在刀盘前旋转将直接造成刀盘刀具严重磨损、地层扰动,参数恶化、建构筑物沉降超标等掘进事故。工程采用楔形合金齿刀掘进成熟施工工法施工工艺,可以高质高效破坏孤石整体结构,降低施工安全风险,对地铁施工起到了重要保障,给国内盾构隧道施工遇到孤石时解决问题起到指导和借鉴意义,具有良好的社会经济效益。

楔齿滚刀钻头在珠海大桥基础桩施工中的应用

本文简要介绍大口径楔齿滚刀全断面岩层钻头的设计及在珠海大桥桩基础实际施工情况。

双金属复合耐磨楔齿滚刀铸造工艺研究

通过对现有楔齿滚刀受力特点、磨损失效原因及加工工艺的分析,提出了双金属复合材料楔齿滚刀离心铸造新工艺,成功试制了新型的双金属耐磨楔齿滚刀刀体,提高了滚刀刀齿的耐磨性,增加了滚刀体韧性与可加工性,降低了生产成本,延长了楔齿滚刀使用寿命,为钻井法的推广应用提供了有力保障。

用旧活塞销改制连杆铜套铰刀

连杆铜套在压入连杆后,一般都需经过铰削或刮削,才能达到规定的装配间隙。这种铰刀价格较高,而我们利用旧活塞销改制的铜套铰刀,使用效果非常好,而且一次可铰成。一般的旧活塞销只在连杆铜套配合处有磨损,且磨损量一般都在0.03～0.05毫米范围内。

挡板及刀唇狭缝对镀锌板边部影响的数值模拟

结合冷轧镀锌线现场生产情况,用Fluent数值模拟软件进行了三维模拟,分析了挡板和气刀楔形刀唇狭缝对镀锌板边部的影响。绘制了在不同气刀出口压力,不同挡板与带钢边部的距离和挡板与刀唇形状共同作用下,带钢边部压力的衰减分布图,从中找到合理的挡板参数,以便减弱边部压力衰减情况产生的缺陷,优化现场操作。

电焊硬质合金刀齿破岩滚刀──当前最耐磨的新材质滚刀

竖井钻机目前已广泛用于大口径工程井及煤田竖井施工。其破岩滚刀的寿命直接影响施工效率和成本．因此，国内外都对提高被岩滚刀刀齿耐磨性作了大员研究工作。我们经过十余年的试验研究，研制出一种耐磨性极好的电焊硬质合金刀齿破岩滚刀，在破中硬以下砂岩的工况下，其使用寿命比进口破岩滚刀高三倍。

钢坯切轧中旁弯的研究

简介采用以连铸板坯为原料的钢坯切轧工艺、孔型设计及切分机理 ;并全面阐述切分轧制中旁弯现象的形成、影响因素。

多功能四轮自走式棉苗移栽机的设计

为了克服传统棉苗移栽机操作劳动强度大、移栽与浇水无法联合作业、利用率低等问题，通过优化整机结构布置，合理匹配移栽部分以及车辆传动系统的结构，设计出GDSZMY-1型多功能四轮自走式棉茁移栽饥，解决丫传统棉苗移栽机驾驶员无法进行移栽与浇水联合作业等问题，若拆下移栽部分，装上喷药部分，该机还可以进行棉田植保作业。田间试验表明，该机移栽速度1．0～2．16km／h，株距40～60em，并实现f-断续浇水，每株浇水量在300～500mL，移栽后直立度合格率为98．2％，成活率为96．9％。